204

Часть I. Теоретическая химия

Глава 1. Основные понятия и законы химии

Химия – наука о веществах, их свойствах и превращениях их друг в друга. Превращения одних веществ в другие называют химическими реакциями.

Атом — электронейтральная система взаимодействующих элементарных частиц, состоящая из ядра (образованного протонами и нейтронами) и электронов. Определенный вид атомов, характеризующийся одинаковым зарядом ядра, называется химическим элементом. Каждый элемент имеет свое название и свой символ.

Молекула — это электронейтральная наименьшая совокупность атомов, образующих определенную структуру посредством химических связей.

Вещества, молекулы которых содержат атомы только одного элемента, называют простыми веществами. Вещества, молекулы которых состоят из атомов разных элементов, называют сложными веществами, или химическими соединениями. Вещество, состоящее из нескольких соединений, не связанных между собой постоянными соотношениями, называется смесью или раствором:

Химическая формула отражает состав (структуру) химического соединения или простого вещества. Существует несколько типов химических формул. Молекулярная формула указывает число атомов каждого элемента в молекуле. Эмпирическая (простейшая) формула указывает простейшее соотношение между числом атомов разных элементов в веществе. Структурная (графическая) формула указывает порядок соединения атомов в молекуле и число связей между атомами.

Химическая реакция — превращение веществ, сопровождающееся изменением их состава и (или) строения.

Схема реакции — запись химической реакции с помощью формул исходных веществ (реагентов) и продуктов реакции. Химическое уравнение — запись химической реакции с помощью формул реагентов и продуктов с указанием их относительных количеств (в молях). Числа перед химическими формулами, которые указывают относительные количества веществ, называются стехиометрическими коэффициентами. В химическом уравнении число атомов каждого элемента в левой и правой частях одинаково.

Закон сохранения массы веществ: масса веществ, вступивших в реакцию, равна массе веществ, получившихся в результате реакции.

Закон постоянства состава: каждое чистое соединение независимо от способа его получения всегда имеет один и тот же состав.

Закон Авогадро: в равных объемах различных газов при одинаковых температуре и давлении содержится одно и то же число молекул. Отсюда следует, что объемы газов прямо пропорциональны их количествам (в молях). Важным следствием из закона Авогадро является утверждение: при одинаковых условиях равные количества различных газов занимают равные объемы.

Относительной атомной массой элемента называют отношение абсолютной массы атома к 1/12 части абсолютной массы атома изотопа углерода ¹²C. Последняя величина называется атомной единицей массы.

Относительной молекулярной массой называют отношение абсолютной массы молекулы к атомной единице массы.

Количество вещества определяется числом структурных единиц (атомов, молекул, ионов или других частиц) этого вещества, оно выражается в молях (моль).

Моль  это единица количества вещества, содержащая столько же структурных единиц данного вещества, сколько атомов содержится в 12 г углерода, состоящего только из изотопа ¹²C.

Молярная масса вещества — это масса одного моля; она равна отношению массы к количеству вещества:

М = m / n,

где m — масса в граммах, n — количество вещества в молях, М — молярная масса в г/моль — постоянная величина для каждого вещества.

Число частиц в одном моле равно 6,02×10²³ и называется числом Авогадро, или постоянной Авогадро и обозначается N_A:

N_A = 6,02 × 10²³ моль^–1.

Оценка значения молярной массы может быть выполнена с использованием уравнения Клапейрона-Менделеева:

pV = (m/M)×RT = nRT,

где p — давление газа, V — объем системы, m — масса газа, Т — абсолютная температура, R — универсальная газовая постоянная: R = 8,31 Дж/(моль × К) = 0,082 атм×л/(моль×К) = 1,985 (кал/моль×К).