Лекция 1. Предмет и задачи химии. Фундаментальные законы химии.
1.1. Основные понятия
Атомы - это частицы, из которых построены молекулы; они не могут быть разложены на более мелкие части с помощью химических реакций. Масса атомов разных видов составляет порядка г, диаметр атомов колеблется в пределах м, поэтому атомы считаются мельчайшими химическими частицами.
Атомы одного вида являются атомами одного химического элемента, атомы разных видов - атомами разных химических элементов. К важнейшему свойству и главному отличительному признаку атома каждого элемента относится положительный заряд его ядра.
Химический элемент - это вид атомов, характеризующийся определенной величиной положительного заряда ядра. Все химические элементы указаны в Периодической системе; каждому элементу отвечает свой порядковый номер. Значение порядкового номера элемента и значение заряда ядра атома того же элемента совпадают.
Среди чистых веществ принято различать простые и сложные вещества. Простые вещества состоят из атомов одного вида элемента. Простые вещества представляют собой формы существования элементов в свободном виде, каждому элементу соответствует, как правило, несколько простых веществ (аллотропных форм), которые могут различаться по составу, например, кислород О2 и озон О3, или по кристаллической решетке, например, алмаз и графит - для углерода.
Сложные вещества состоят из атомов разных элементов. Сложные вещества иначе называются химическими соединениями. Пример. Простые вещества; молекулярные кислород О2, хлор , натрий Na состоят из элементов одного вида соответственно кислорода O, хлора Cl, натрия Na. Сложное вещество NaCI состоит из элементов натрия Na и хлора Cl.
Молекула - это наименьшая частица химического соединения, обладающая его химическими свойствами. Ионные соединения не содержат молекул.
Каждый атом обладает определенной массой, значение которой чрезвычайно мало. Например, масса атома углерода равна 1,99 10-23 г.
Абсолютная атомная масса - истинная масса атома элемента, выраженная в граммах. На практике вместо абсолютных масс атомов используются относительные атомные массы.
Относительной атомной массой элемента называют массу его шпма, выраженную в а.е.м. Она показывает, во сколько раз масса одного атома данного элемента больше одной двенадцатой части атомной массы изотопа углерода 12 (612С).
1 а.е.м. представляет собой 1/12 часть массы атома изотопа углерода 612С.
1 а,е.м, = 1,66057- 10-27кг (1,66057 10-24 г).
Значения относительных атомных масс элементов определяют как частное от деления значения абсолютной массы атома данного элемента к 1/12 части абсолютной массы атома изотопа 12С.
Пример. Масса атома фтора равна 3,15481 10-23 г, следовательно относительная атомная масса фтора равна:
А = 3,15481 10-23 г/ 1,66057 10-24 г- 18,9984 а.е.м.
В Периодической системе указаны относительные атомные массы элементов.
Относительная молекулярная масса химического соединения -это число, показывающее, во сколько раз абсолютная масса одной молекулы этого соединения больше атомной единицы массы.
Поскольку молекулы состоят из атомов, то между относительной молекулярной массой соединения и относительными атомными массами элементов есть прямая связь. Значение молекулярной массы для соединения находят суммированием относительных атомных масс элементов входящих в состав этого соединения, с учетом его химической формулы, т.е. числа атомов каждого элемента.
Относительной молекулярной массой (равной сумме атомных масс всех элементов молекулы) простого или сложного вещества называют массу его молекулы, выраженную в а.е.м.
Моль - количество вещества, содержащее столько же структурных единиц (атомов, молекул), сколько содержится атомов углерода в 12 г изотопа углерода 612С.
Число структурных единиц, содержащихся в одном моле любого вещества, независимо от его агрегатного состояния, называется числом Авогадро, оно равно 6,022045 1023. Физико-химическая константа отвечающая этому числу, называется постоянная Авогадро, обозначается моль-1.
Пример. 6,02 1021 молекул СО2 составят 0,01 моль.
Чтобы соотнести между собой количество вещества и его массу введено понятие о молярной массе.
Масса одного моля данного вещества называется его мольной (молярной) массой. Единицей молярной массы в СИ является кг/моль в химической практике чаще используется г/моль.
Числовое значение молярной массы, выраженной в г/моль для одного атома простого вещества равно относительной атомной массе данного элемента, а для любого соединения - его относительной молекулярной массе. Так, молекулярная масса воды Н20 и атомная масса кислорода равны соответственно 18 а.е.м. и 16 а.е.м.; тогда их мольные (молярные) массы равны соответственно 18 г/моль и 16 г/моль.