Электронный вариант лекций по "Химии"

                                            1.8 Атомистическая теория и общее  представление 

                                                                        о строении атома

  Атомистическая теория  зародилась в Древней Греции. По мнению Демокрита (460-370 гг до н. э.) мельчайшие частицы вещества состоят из атомов (греч-неделимый). Однако понятие об отдельных атомах у древних было наивным. Так ,Тит Лукреций (1-ый век н. э.)полагал, что атомы горьких веществ на своей поверхности имеют зазубринки ,которые царапают язык ,а у приятных (сладких )веществ атомы с гладкой поверхностью. Подобные воззрения на природу веществ сохранились вплоть до 18 века нашей эры… Так медленно умнел человек и ухудшался.

  Атомистическая теория  возродилась в трудах англ.ученого Дж.Дальтона (1766-1844),которую он опупликовал в период с 1803 по 1807 гг.Основные положения его теории заключались в следующем (постулаты):

1.Каждый элемент состоит  из чрезвычайно мелких частиц,называемых атомами.

2.Все атомы одного элемента  одинаковы.

3.Атомы различных элементов обладают разными свойствами и массой.

4.Атомы одного элемента  не превращаются в атомы другого  элемента в результате химических  реакций,в том числе не создаются и не разрушаются в них.

5.Соеденения образуются  в результате комбинации атомом  двух или нескольких элементов.

6.В данном соединении  относительные количества атомов  разных сортов и сорта этих  атомов всегда постоянны (Закон  Дальтона).

Теория Дальтона объединяла несколько простых законов ,которые были известны в то время. Например, постулат «4» отвечал требованиям закона сокращения материи, который был установлен еще Лавуазье;закон постоянства состава объясняется постулатом «6».

В целом же атомическая  теория объединяет многие наблюдения и помогает объяснить их.

                                                         Строение атома

Дальтон и его современники рассматривали атом как неделимую  частицу. Накапливаемые результаты экспериментов свидетельствовали  о том, что атомы имеют внутреннюю структуру и состоят из еще  более мелких частиц. Как оказалось . сами атомы состоят из ядер, которые  в свою очередь содержат протоны (Р) и нетроны (n) ,а так же движущиеся вокруг ядер электроны (е).

К созданию же современной  модели атомов привели:

-опыты Дж.Дж.Томсона (1856-1940) по исследованию (1897г.) свойств катодных лучей(поток электронов) в магнитных и электрических полях, которые позволили  определить отношение заряда  электрона к его массе; Томсон считается и ученым,первым открывшим электрон (современная масса электрона me =9,10953*10^-31 кг)

-опыты Р.Э.Милликена (1868-1953) по изучению падения заряженных капелек масла (1909г.),позволившие определить заряд электрона (q_e)

-исследования А.Беккерелем(1852-1908) радиоактивности урана (1896г.) и Эрн.Резерфорда (1871-1937) по изучению рассеяния α –частиц при прохождении их сквозь тонкую металлическую фольгу (1909г.).

Опыты Беккереля и Резенфорда окончательно подтвердили сложность строения атома,а так же и то , что тяжелые атомы способны испускать излучение. Беккерель это самопроизвольное излучение назвал Радиоактивностью.

                                    Современное представление о строении атома.

  После Резерфорда были установлены многие подробности о строении атомного ядра. Появился длинный перечень субатомных частиц,который и до сих пор продолжает увеличиваться. Однака,при изучении химии вполне достаточно ограничиться самой простой моделью атома, состоящего из трех субатомных частиц:протонов, нейтронов, и электронов.

  Протоны заряжены положительно, а электроны отрицательно;заряд же у них один,равный             1,60219*10^-19кл.Масса протона (р)равна 1,67265*10^-27кг, а масса нейтрона(n) составляет 1,67495*10^-27кг.Но что собой  представляет заряд, его суть,и прочее,касающееся его, науке неизвестно ничего!!!       

                          1.9 Общее ознакомление с таблицей элементов

  При наблюдении и  накоплении химических экспериментов  и расширении числа открытых  элементов стали предприниматься   попытки установления закономерностей  в их химических свойствах  ,что привело к открытию в  1869 г. Д. И. Менделеевым Периодического  закона и периодической системы  элементов. В ней элементы были  расположены в порядке возрастания  атомных весов. Сходные элементы  попали в общие вертикальные  колонки , что дало возможность  назвать таблицу периодической. Элементы, стоящие в одной колонке стали называться семейством , или группой. Последнее было предложено подразделить на главные подгруппы. обозначаемые 1А. 2А.3А и т.д.(цифра указывает на № группы), побочные :1В. 2В и т.д. Элементы .например, группы 8А :гелий (Не), неон (Ne), аргон ( Ar), криптон (Кr), ксенон (Хе), радон (Rn) известны под названием благородные,инертные или редкие газы.

  Элементы ,находящиеся  в одной группе периодической  таблицы. Называют семейством (как  ,например, благородные газы). Элементы  группы 1А называют щелочными  металлами (имеются и др. семейства  , табл. 1.3).

  Периодическая таблица  была создана почти в современном  виде ,когда не знали вообще  об электронном строении атома.  С её помощью можно устанавливать  взаимосвязь между элементами ,она  же и облегчает запоминание  многих фактов .

Таблица 1.3 Названия групповых элементов некоторых групповых элементов некоторых групп периодической таблицы Менделеева .

Элементы групп	Символы элементов	Групповые названия
1А   (ǀА)                     2А   (ǁА)                     6А   (VǀА)                     7А   (VǀǀА)                     8А   (VǀǀǀА)                     3Б   (ǀǀǀБ)                     3Б   (ǀǀǀБ)	Li – Fr                 Ca – Ra                 O – Po                 F – At                 He – Rn                 La – Lu                 Ac – Lr	Щелочные элементы Щелочноземельные элементы Халькогены Галогены Благородные газы Лантаноиды Актиноиды

 

  В периодической таблице  имеется восемь групп (короткопериодный  вариант) и семь периодов (всего  118 элементов при полном завершении 7-го периода). Каждый элемент в  таблице имеет свой порядковый  номер (по предложению физика  Ридберга ,1906 г.) . который означает :

- число электронов в  атоме ;

- число изотопов в ядре  атома (оно равно числу электронов  атома);

- число нейтронов в  ядре атома . равное разности  между относительной атомной  массы и числом протонов в  ядре (относительные атомные массы  указаны в Периодической системе  элементов  Д.И. Менделеева .

  За основу единой  шкалы относительных масс в  1961 г. Был выбран изотоп углерода-12,для  которого значение относительной  атомной массы установлено равным 12,000(точно). По современной шкале  атомной единицы массы (а.е.м.). Является унифицированная углеродная единица (т.е. а.е.м.), равная 1.66057*10^-24 г.(по данным 1980 г.)

   Пример . Масса одного  атома фтора равна 3.15481*10^-23 г. Тогда относительная атомная масса фтора равно A _r =3,15481*10^-23г /1,66057*10^-24 =18,9984 а. е. м.

  Таким образом ,умножая  относительную атомную массу  любого элемента ,указанную в  таблице Менделеева на а.е.м. ,мы получим массу одного этого элемента. Например масса одного атома U-235 будет равно: 1,66057*10^-24 г *235 = 3,9023395*10^-22 г. Умножив это число на постоянную Авогадро (N_A) получим значение массы моль атомов урана-235: 3,9023395*10^-22*6,02204*10²³ = 235.000г/моль.

                                                                      1.10 Молекулы и ионы

Атомы, соединяясь  друг с  другом образуют молекулы ;они же могут  присоединять или терять электроны .образуя частицы ,называемые ионами . Присоединяемые к атому электроны  называются анионами, например Cl^- , S^2- и т д ; атом же ,потерявший электрон (ы), называется катионом ,например  К⁺ ,Na⁺ , Ca²⁺ и др.

  Комбинируя различные  атомы можно записать формулу  какого-либо соединения, например, Nа₂СО₃ означает соду , Н₂О –воду, NaCl –поваренную соль и тд.

  Существует три типа  формул :

1.Молекулярные – это  химические формулы, указывающие  действительное число атомов  каждого элемента в одной молекуле  вещества. К молекулярным формулам , например, относятся Н₂О (вода), Со₂ (углекислый газ), О₂ (кислород) ,О₃(озон) ,СН₄ (метан) и тд.;

2.Эмпирические или простейшие  – химические формулы, указывающие  типы атомов, из которых состоит  вещество и их относительные  количества ; например, перекись водорода ,её молекулярная формула Н₂О₂ ,характеризуется эмпирической формулой  НО. В отдельных же случаях эмпирическая формула совпадает с молекулярной, как ,например, для воды (Н₂О) ,ацетилена(С₂Н₂ ). Более сложный случай записи эмпирической формулы : 1,25(NHu)₂0 * 0,92(Na₂O +K₂O) *3,5 P₂O₅ * Al₂O₃ *2,5 SiO₂ *6 Н₂О, которая представляет сложную смесь металлоаллюнитфосфатов и силикатов;

3.Структурные – это  формулы ,указывающие не только  числа и типы атомов ,но также  их взаимное расположение относительно  друг друга ;Например , молекулярная  формула серной кислоты Н₂SO₄ ,а структурная

HO   O

        \    //

           S

        /      \\

    HO         O

                                   ;

фосфорная Н₃РО₄, структурная :

               HO  

                    \   

         HO –    P  = O

                     /     

                HO        

В структурных формулах каждая черточка означает одну химическую связь ,образованную связывающей парой  электронов (по одному электрону от каждого атома).

272727

Вывать больше одного катиона ,как, например :

Mn²⁺  - ион марганца (||)                             Cu⁺ - ион меди (|)

Mn⁶⁺ - ион марганца (V|)                             Cu²⁺    - ион меди (||),

то в этом случае заряд  иона указывают римской цифрой в  скобках после названия металла.

  Более сложные случаи:

 NH₄⁺ - ион аммония ; Hg₂²⁺- ион ртути (|);Hg²⁺- ион ртути(||).

  Отрицательные ионы  называются анионами . в их названиях присутствуют окончание –ид ,например:

Н^- -гидрид-ион                         O^2-   оксид-ион                                            N^3- - нитрид-ион

F^-   -фторид-ион                        S^2-   - сульфид-ион                                 P^3—фосфид-ион

  Анионы (сложные),содержащие  кислород ,называются оксианионами , например :

SO²₃ – cсульфит-ион – низшая степень окисления – окончание  -ит;

SO²₄ – сульфат-ион – высшая степень окисления – окончание –ат.

  Когда элемент образует  более двух оксианионов ,тогда приставка гипо- указывается на меньшее число атомов кислорода ,а приставка пер- на большее число атомов кислорода:

ClO^- -гипохлорит-ион(наименьшее число «О»)

ClO₂^—хлорит-ион

ClO_4-^- -перхлорат-ион (максимальное число «О»)

ClO₃^- -хлорат-ион.

  Соединяя названия  катионов и анионов можно получить  названия ионных соединений :

Нитрат меди (||) Cu(NO₃)₂ ; хлорид железа (|||)  FeCl₃ ;хлорид ртути (|) Hg₂Cl₂ ;хлорид олова (|V) SnCl₄

 

                             1.11.     НАЗВАНИЯ НЕОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

         По  мере изучения химии и  выполнения  лабораторных работ необходимо  знать, как называются различные  химические вещества.Обычно  их названия сосредоточены в номенклатуре, представляющей совокупность названий индивидуальных химических веществ, их групп и классов, а также правила составления этих названий.

         В  упрощенном виде большинство  соединений можно условно считать  состоящими из двух частей: «положительных»  и «отрицательных».В ионных соединениях  действительно существуют атомы  или группы атомов, несущих положительные  заряды. В молекулярных веществах  положительные заряды приписывают  одной части молекулы, отрицательные-другой. Пока же важно запомнить,что положительная часть молекулы записывается первой, а проговаривается второй; отрицательная- все наоборот. Например, соль KCL, у калия положительный заряд, у хлора-отрицательный; эта соль имеет название хлорид калия (относится к ионным соединениям).

                                                   ИОННЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

     Металлические  элементы чаще всего образуют  катиона, например C_s⁺-ион цезия, С_а²⁺-ион кальция.

Если один и тот же элемент может образовывать больше одного катиона ,как, например :

Mn²⁺  - ион марганца (||)                             Cu⁺ - ион меди (|)

Mn⁶⁺ - ион марганца (V|)                             Cu²⁺    - ион меди (||),

то в этом случае заряд  иона указывают римской цифрой в  скобках после названия металла.

  Более сложные случаи:

 NH₄⁺ - ион аммония ; Hg₂²⁺- ион ртути (|);Hg²⁺- ион ртути(||).

  Отрицательные ионы  называются анионами . в их названиях присутствуют окончание –ид ,например:

Н^- -гидрид-ион                         O^2-   оксид-ион                                            N^3- - нитрид-ион