2. Явления химические и физические. Химические и физические свойства веществ. Простые и сложные вещества. Аллотропия

Химические явления: одни вещества превращаются в другие, отличающиеся от исходных составом и свойствами, при этом состав ядер атомов не изменяется.

Физические явления: меняется физическое состояние веществ (парообразование, плавление, электропроводность, выделение тепла и света, ковкость и др.) или образуются новые вещества с изменением состава ядер атомов.

Большинство физических явлений (переход вещества из твёрдого состояния в жидкое или газообразное, увеличение объёма при нагревании и т. п.) не сопровождается изменением химического состава молекул. Так молекулы воды состоят из двух атомов водорода и одного атома кислорода независимо от того, в каком состоянии находится вода — твёрдом, жидком или газообразном. В результате химических реакций атомы переходят из одних молекул в другие. Образуются молекулы новых химических веществ.

Простые вещества - это вещества, состоящие из атомов одного и того же элемента. Сложные вещества состоят из атомов различных элементов.

Все простые вещества (элементы таблицы Менделеева) по своим физическим свойства делятся на металлы и неметаллы.

Многие химические элементы образуют не одно, а несколько простых веществ. Такое явление называется аллотропией, а каждое из этих простых веществ — аллотропным видоизменением (модификацией) данного вещества.

Существование аллопропных видоизменений обусловлено неодинаковой кристаллической структурой простых веществ или различным числом атомов, входящих в состав молекул отдельный аллотропных форм.

А ллотропия наблюдается у углерода, кислорода, серы, фосфора и ряда других элементов. Так, графит и алмаз — аллотропные видоизменения химического элемента углерода. При сгорании каждого из этих веществ образуется диоксид углерода (CO₂). Это подтверждает то, что графит и алмаз состоят из одинаковых атомов — атомов химического элемента углерода. Для серы известны три аллотропных модификации: ромбическая, моноклинная и пластическая (некристаллическая форма). Все они состоят из атомов серы и при их сгорании в кислороде образуется одно и то же вещество сернистый газ (SO₂). Фосфор образует три аллотропные модификации — белый, красный и чёрный фосфор. Продуктом их сгорания является гемипентаоксид фосфора (Р₂О₅).

Аллотропные видоизменения химического элемента различаются физическими свойствами и химической активностью. Так, белый фосфор светится в темноте, очень ядовит, воспламеняется на воздухе, легко вступает в химические реакции с другими элементами. Красный фосфор, напротив, не светится, неядовит, не воспламеняется на воздухе, в химические реакции вступает при более высоких температурах, чем белый.

3. Атомно-молекулярное учение в химии. Атомы. Химические элементы. Атомное ядро. Изотопы. Молекулы, их формулы

Атомно-молекулярная теория получила утверждение в начале ХIХ в. благодаря работам английского ученого Д. Дальтона (1766–1844). Долгое время пытались ответить на вопросы: из чего состоят вещества и почему они могут изменять свой состав? Ответ на них в первом приближении дает атомно-молекулярная теория. Ее основные положения таковы:

1. Вещества состоят из молекул. Молекула – наименьшая частица вещества, обладающая его химическими свойствами.

2. Молекулы состоят из атомов. Атом – наименьшая частица элемента в химическом соединении. Разным элементам соответствуют различные атомы.

3. Молекулы и атомы находятся в непрерывном движении.

4. В химических реакциях происходит превращение молекул одних веществ в другие. Атомы в химических реакциях остаются неизменными.

В середине XIX века атомно-молекулярное учение завоевало полное признание. На международном съезде химиков в г. Карлсруэ в 1860 г. были приняты чёткие определения понятий атома и молекулы.

Атом (греч.  – неделимый) – это наименьшая частица химического элемента, способная к самостоятельному существованию и являющаяся носителем его свойств. Атом представляет собой электронейтральную микросистему, состоящую из положительно заряженного ядра и соответствующего числа электронов.

Химический элемент – вид атомов с одинаковым зарядом ядра.

Химический элемент – это понятие, а не материальная частица. Это не атом, а совокупность атомов, характеризующихся определенным признаком – одинаковым зарядом ядра.

Электрон [др.греч.  – янтарь (хорошо электризуется при трении)] – стабильная элементарная частица, имеющая массу покоя, равную 9,109  10–31 кг = 5,486  10–4 а. е. м., и несущая элементарный отрицательный заряд, равный 1,6  10–19 Кл.

В химии и в физике при решении многих задач заряд электрона принимают за – 1 и заряды всех остальных частиц выражают в этих единицах. Электроны входят в состав всех атомов.

Протон (греч.  – первый) – элементарная частица, являющаяся составной частью ядер атомов всех химических элементов, обладает массой покоя mp =1,672  10–27 кг = 1,007 а. е. м. и элементарным положительным электрическим зарядом, равным по величине заряду электрона, т. е. 1,6  10–19 Кл.

Число протонов в ядре определяет порядковый номер химического элемента.

Нейтрон (лат. neutrum – ни то, ни другое) – электрически нейтральная элементарная частица с массой покоя, несколько превышающей массу покоя протона mn = 1,675  10–27 кг = 1,009 а. е. м.

Наряду с протоном нейтрон входит в состав всех атомных ядер (за исключением ядра изотопа водорода ¹Н, представляющего собой один протон).