Kemija: osnovni koncepti, definicije, pojmi in zakoni

Kemija, osnovni koncepti, ki jih bomo upoštevali, je znanost, ki preučuje snovi in ​​njihove transformacije, ki potekajo s spremembo strukture in sestave ter s tem lastnosti. Najprej je treba ugotoviti, kaj pomeni izraz "snov". Govorimo o tem v širšem smislu, to je oblika snovi, ki ima veliko počitka. Snov je vsak elementarni delec, na primer nevtron. V kemiji se ta koncept uporablja v ožjem smislu.

Najprej na kratko opišemo glavne pojme in pojme kemije, atomsko-molekularne teorije. Po tem bomo jih razložili in predstavili tudi nekatere pomembne zakone te znanosti.

Osnovni koncepti kemije (snovi, atoma, molekule) so vsi v šoli seznanjeni. Spodaj je kratek opis njih, pa tudi drugi, manj očitni izrazi in pojavi.

Atomi

Najprej so vse snovi, ki se preučujejo v kemiji, sestavljene iz majhnih delcev, imenovanih atomov. Neutroni niso predmet študija te znanosti. Prav tako je treba reči, da se lahko atomi povezujejo med seboj, kar povzroči nastanek kemičnih vezi. Za prekinitev tega razmerja je potrebna energija. Zato atomi v običajnih pogojih ne obstajajo sami (razen "plemenitih plinov"). Povezujejo se med seboj vsaj v parih.

Stalno termično gibanje

Stalno termično gibanje označuje vse delce, ki jih študije kemije. Osnovnih pojmov te znanosti ni mogoče ugotoviti, ne da bi to povedali. Z neprekinjenim gibanjem povprečna kinetična energija delci so sorazmerni s temperaturo (vendar je treba opozoriti, da so energije posameznih delcev drugačne). Ekin = kT / 2, kjer je k Boltzmannova konstanta. Ta formula velja za vse vrste gibanja. Ker Ekin = mV² / 2, gibanje masivnih delcev je počasnejše. Na primer, če je temperatura enaka, se molekule kisika v povprečju gibljejo 4-krat počasneje od molekul ogljika. To je zato, ker je njihova masa več kot 16-krat. Gibanje je vibracijsko, translacijsko in rotacijsko. Vibracije se opazujejo v tekočini, v trdni obliki in v plinastih snoveh. Ampak translacijsko in rotacijsko najlažje dosežemo v plinih. V tekočinah je težje in v trdnih delih je še težje.

Molekule

Nadaljujemo z opisom osnovnih pojmov in definicij kemije. Če se atomi združujejo, da tvorijo majhne skupine (ti se imenujejo molekule), take skupine sodelujejo v termičnem gibanju, ki deluje kot ena celota. V tipičnih molekulah so prisotne do 100 atomov, njihovo število v tako imenovanih visokomolekularnih spojinah pa lahko doseže 105.

Nekomolekularne snovi

Vendar pa so atomi pogosto združeni v velike kolektive od 107 do 1027. V tej obliki praktično ne sodelujejo v termičnem gibanju. Ta združenja niso zelo podobna molekulam. So bolj kot kosi trdnega telesa. Te snovi se ponavadi imenujejo ne-molekularne. V tem primeru se termično gibanje izvaja znotraj dela in ne leti kot molekula. Obstaja tudi prehodno območje dimenzij, v katerem so vključeni tudi spojniki, sestavljeni iz atomov v količini od 105 do 107. Ti delci so bodisi zelo velike molekule bodisi majhni delci praška.

Ioni

Treba je opozoriti, da imajo atomi in njihove skupine električni naboj. V tem primeru se imenujejo ioni v taki znanosti kot kemija, osnovni koncepti, ki jih preučujemo. Ker se kot vsa naročila vedno odbijajo drug drugemu, snov, kjer obstaja znaten presežek nekaterih dajatev, ne more biti stabilna. Negativni in pozitivni naboji v vesolju vedno zamenjajo. In vsa snov ostane električno nevtralna. Opažamo, da so polnitve, ki veljajo za velike pri elektrostatiki, z vidika kemije zanemarljive (s 105-1015 atomi - t. E.).

Predmeti študija v kemiji

Pojasniti je treba, da so predmeti študija v kemiji tisti pojavi, v katerih se atomi ne pojavljajo in ne degradirajo, ampak se samo preoblikujemo, torej se ponovno združijo na nov način. Nekatere povezave so zlomljene, kar povzroči nastanek drugih. Z drugimi besedami, iz atomov, ki so bile v sestavi začetnih snovi, se pojavljajo nove snovi. Če se ohranijo atomi in vezi, ki obstajajo med njimi (na primer med izhlapevanjem molekulskih snovi), ti procesi spadajo na področje študija molekularne fizike in ne na kemijo. V primeru nastanka ali uničenja atomov govorimo o predmetih študija jedrske ali atomske fizike. Vendar pa je meja med kemijskimi in fizikalnimi pojavi zamegljena. Konec koncev je delitev v ločene znanosti pogojna, narava pa je nedeljiva. Zato so kemiki zelo uporabno znanje fizike.

Osnovni pojmi kemije smo na kratko opisali z nami. Zdaj predlagamo, da jih podrobneje obravnavate.

Več o atomih

Atomi in molekule so tisto, kar mnogi ljudje povezujejo s kemijo. Osnovni pojmi morajo biti jasno opredeljeni. Dejstvo, da obstajajo atomi pred dvema tisočletjema, je bil briljantno uganjen. Nato so že v 19. stoletju znanstveniki imeli eksperimentalne podatke (še posredno). Govorimo o Avogadrovih večkratnih odnosih, zakonih nespremenljivosti sestave (spodaj bomo upoštevali te osnovne pojme kemije). Atom smo še naprej raziskovali v 20. stoletju, ko se je pojavilo veliko neposrednih eksperimentalnih potrditev. Temelji na podatkih spektroskopije, razpršenosti rentgenskih žarkov, alfa delcev, nevtronov, elektronov itd. Velikost teh delcev je približno 1 E = l0^-10m. Teža je približno 10^-27 - 10^-25 kg. V središču teh delcev je pozitivno nabito jedro, okoli katerega se premikajo elektroni z negativnim nabojem. Osnovna velikost je približno 10^-15 Izkazalo se je, da elektronska lupina določa velikost atoma, vendar je njegova masa skoraj v celoti koncentrirana v jedru. Treba je uvesti še eno opredelitev glede na osnovne pojme kemije. Kemijski element - To je vrsta atomov, katerih jedrska energija je enaka.

Pogosto je opredeljen atom kot najmanjši delec snovi, ki je nedeljivo kemično. Kako razumeti "kemično"? Kot smo že omenili, je delitev pojavov v fizikalne in kemijske pogojne. Ampak obstoj atomov je brezpogojno. Zato je kemija bolje opredeljena prek njih, in ne obratno, z atomsko kemijo.

Kemična vez

Zato se atomi držijo skupaj. Ne dovoljuje jim, da letijo pod vplivom termičnega gibanja. Opozarjamo na glavne značilnosti povezav: notranjo razdaljo in energijo. To so tudi osnovni koncepti kemije. Dolžina povezave je eksperimentalno določena z zadostno natančnostjo. Tudi energija, vendar ne vedno. Na primer, nemogoče je objektivno ugotoviti, kaj je v zvezi z enojno vezjo v kompleksni molekuli. Vendar pa je vedno določena energija atomizacije snovi, ki je potrebna za prekinitev vseh razpoložljivih vezi. Poznavanje dolžine povezave je mogoče določiti, kateri atomi so vezani (imajo majhno razdaljo) in ki niso (dolge razdalje).

Številka koordinacije in koordinacija

Temeljni koncepti analitične kemije vključujejo ta dva izraza. Kaj mislijo? Ugotovimo to.

Številka koordinacije je število najbližjih sosedov določenega atoma. Z drugimi besedami, to je število tistih, s katerimi je kemično vezan. Usklajevanje je relativni položaj, vrsta in število sosedov. Z drugimi besedami, ta koncept je bolj smiseln. Na primer, koordinacijska številka dušika, ki je del molekul amoniaka in dušikove kisline, je enaka - 3. Vendar je njihova koordinacija drugačna - ne ravna in ravna. Določen je neodvisno od koncepta narave vezi, medtem ko sta stopnja oksidacije in valence pogojni koncepti, ki se ustvarjajo, da bi napovedali koordinacijo in sestavo vnaprej.

Določanje molekule

Ta koncept smo se že dotaknili, na kratko pa smo upoštevali osnovne pojme in zakone kemije. Zdaj se na tem mestu podrobneje posvetimo. V učbenikih pogosto najdemo opredelitev molekule kot najmanjšega nevtralnega delca snovi, ki ima svoje kemične lastnosti in je lahko tudi samostojno. Treba je opozoriti, da je ta opredelitev zdaj zastarela. Prvič, kaj vsi fiziki in kemiki imenujejo molekule, lastnosti materije ne ohranijo. Voda se disociira, vendar to zahteva najmanj 2 molekuli. Stopnja razdvajanja vode je 10^-7. Z drugimi besedami, le ta molekul je lahko podvržena temu procesu. Če imate eno molekulo ali pa je celo sto, ne morete dobiti ideje o njegovi disociaciji. Dejstvo je, da toplotni učinki reakcij v kemiji običajno vključujejo energijo interakcije med molekulami. Zato jih eden ne more najti. Tako kemijske kot fizikalne lastnosti molekulske snovi lahko določi samo velika skupina molekul. Poleg tega obstajajo snovi, v katerih je "najmanjši" delec, ki lahko samostojno obstaja, nejasno velik in zelo drugačen od običajnih molekul. Molekula je dejansko skupina atomov, ki ni električno napolnjena. V konkretnem primeru je lahko en atom, npr. Ne. Ta skupina bi morala biti sposobna sodelovati pri difuziji, pa tudi pri drugih vrstah termičnega gibanja, ki delujejo kot celota.

Kot lahko vidite, osnovni koncepti kemije niso tako preprosti. Molekula je nekaj, kar je treba natančno preučiti. Ima lastne lastnosti in molekulsko maso. Zdaj bomo govorili o slednjem.

Molekulska masa

Kako določiti molekularno težo po izkušnjah? Eden od načinov - na podlagi Avogadrovega zakona, o relativni gostoti pare. Najbolj natančna metoda je masna spektrometrija. Elektron je izločen iz molekule. Nastali ion je najprej razpršen v električnem polju, nato pa se usmeri z magnetno potjo. Razmerje med polnjenjem in maso natančno določa velikost odstopanja. Obstajajo tudi metode, ki temeljijo na lastnostih, ki jih imajo rešitve. Vendar je v vseh teh primerih molekule nujno v raztopini v gibanju v vakuumu v plinu. Če se ne premikajo, je nemogoče objektivno izračunati njihovo maso. In njihov obstoj v tem primeru je težko zaznati.

Značilnosti nemolekularnih snovi

Govorimo o njih, upoštevajte, da so sestavljeni iz atomov, ne molekul. Vendar pa to velja tudi za žlahtne pline. Ti atomi se prosto gibljejo, zato jih je bolje obravnavati kot monatomske molekule. Vendar to ni glavna stvar. Še pomembneje pa je, da v nemolekularnih snoveh obstajajo številni atomi, ki so povezani skupaj. Treba je opozoriti, da je delitev vseh snovi v nemo molekularne in molekularne pomanjkljivosti nezadostna. Razdelitev s povezljivostjo je bolj smiselna. Razmislite, na primer, o razlikah v lastnostih grafita in diamanta. Oba sta ogljik, prvi je mehak, drugi pa trdi. Kaj se razlikujejo drug od drugega? Razlika je prav v njihovi skladnosti. Če upoštevamo strukturo grafita, vidimo, da obstajajo močne vezi samo v dveh dimenzijah. Toda v tretjem so medatomske razdalje zelo pomembne, zato ni močne povezave. Grafit preprosto zdrsne in se zlomi skozi te plasti.

Povezovanje strukture

V nasprotnem primeru se imenuje prostorska razsežnost. Predstavlja število dimenzij prostora, za katerega je značilen neprekinjen (skoraj neskončen) sistem ogrodja (močnih vezi) v njih. Vrednosti, ki jih lahko sprejmejo, so 0, 1, 2 in 3. Zato je treba razlikovati tridimenzionalno povezane, plastne, verige in otoške (molekularne) strukture.

Zakon stalnosti sestave

Raziskovali smo osnovne pojme kemije. Snov smo na kratko obravnavali z nami. Zdaj pa govorimo o zakonu, ki velja zanj. Običajno je formuliran na naslednji način: vsaka posamezna snov (to je čista), ne glede na način, kako je bila pridobljena, ima enako količinsko in kvalitativno sestavo. Toda kaj pomeni pojem "čista snov"? Ugotovimo to.

Pred dva tisoč leti, ko se je struktura snovi ne more biti bolj neposredne metode za študij, ko ni bilo niti osnovni kemijski pojmi in zakoni kemije, seznanjeni, da nas je bilo ugotovljeno, opisno. Na primer, voda je tekočina, ki je osnova morja in rek. Nima vonja, barve in okusa. Ima tako temperaturo zmrzovanja in taljenja, postane modra bakrov sulfat. Slana morska voda je zato, ker ni čista. Vendar pa soli lahko ločimo z destilacijo. Približno so bili osnovni kemijski pojmi in zakoni kemije definirani z opisno metodo.

Za znanstvenike tega časa ni bilo očitno, da ima tekočina, ki je izolirana na različne načine (žganje vodika, dehidriranje vitriola, destilacija morske vode) enako sestavo. Odlično odkritje v znanosti je bilo dokaz tega dejstva. Ugotovljeno je bilo, da razmerje med kisikom in vodikom ne more gladko spremeniti. To pomeni, da elementi sestavljajo atomi - nedeljivi deli. Tako smo dobili formule snovi, prav tako pa je predstavitev znanstvenikov o molekulih upravičena.

V našem času se vsaka snov, eksplicitno ali implicitno, določi predvsem s formulo, ne s tališčem, okusom ali barvo. Voda - H₂A. Če so prisotne druge molekule, to ne bo več čisto. Zato je čista molekulska snov tista, ki jo sestavljajo molekule samo ene vrste.

Vendar, kako v tem primeru biti z elektroliti? Navsezadnje vsebujejo ione, ne le molekule. Potrebna je strožja opredelitev. Pure molekulska snov je tista, ki je sestavljen iz molekul posameznega tipa, in po možnosti tudi obračalni proizvodi njihove hitre preusmeritve (izomerizacijo zveze, disociacijske). Beseda "hitro" v tem kontekstu pomeni, da se teh izdelkov ne moremo znebiti, takoj se znova pojavijo. Beseda "reverzibilna" pomeni, da transformacija ni popolna. Če je, potem je bolje reči, da je nestabilna. V tem primeru ni čista snov.

Zakon o ohranjanju množine snovi

Od zgodnjih časov je bil ta zakon znan v metaforični obliki. Rekel je, da je snov nepopustljiva in neuničljiva. Potem je prišla njegova kvantitativna formulacija. Po njenem mnenju je teža (in od konca 17. stoletja - masa) merilo količine snovi.

Ta zakon, v obliki, ki je običajen za nas, je leta 1748 odprl Lomonosov. Leta 1789 ga je dopolnil A. Lavoisier, francoski znanstvenik. Njegova sodobna formulacija se sliši takole: masa snovi, ki vstopajo v kemično reakcijo, je enaka masi snovi, ki izhajajo iz nje.

Avogadrovo pravo, zakon o količini plina

Zadnji od teh je leta 1808 oblikoval francoski znanstvenik JL Gay-Lussac. Trenutno se ta zakon imenuje zakon Gay-Lussac. Po njegovem mnenju se količine reakcijskih plinov nanašajo med seboj, pa tudi na količine plinastih proizvodov, dobljenih kot celo majhno število.

Zakon, ki ga je odkril Gay-Lussac, pojasnjuje zakon, ki je bil kasneje odkrit leta 1811, italijanski znanstvenik Amedeo Avogadro. Piše, da pod enakimi pogoji (tlak in temperatura) v plinih z enakimi prostorninami je prisotno enako število molekul.

Po Avogadrojevem zakonu sledita dve pomembni posledici. Prva je, da pod enakimi pogoji en mol vsakega plina zaseda enako količino. Volumen katerega koli od njih v normalnih pogojih (ki sta temperatura 0 ° C in tlak 101,325 kPa) je 22,4 litra. Druga posledica tega zakona je: pod enakimi pogoji je razmerje med masami plinov z enakim obsegom enako njihovemu razmerju molarne mase.

Obstaja še en zakon, ki ga je treba omeniti. O tem bomo na kratko govorili.

Periodično pravo in tabela

DI Mendelejev, ki temelji na kemijskih lastnostih elementov in atomsko-molekularne teorije, je odkril ta zakon. Ta dogodek se je zgodil 1. marca 1869. Periodični zakon je eden najpomembnejših v naravi. Lahko se formulira na naslednji način: lastnosti elementov in kompleksne in enostavne snovi, ki jih tvorijo, imajo periodično odvisnost od nabadkov jeder njihovih atomov.

Periodična tabela, ki jo je ustvaril Mendeleev, sestavlja sedem obdobij in osem skupin. Skupine imenujemo njene navpične stolpce. Elementi znotraj vsakega od njih imajo podobne fizikalne in kemične lastnosti. Skupina je nato razdeljena na podskupine (glavna in stranska).

Horizontalne vrstice te tabele se imenujejo obdobja. Elementi, ki so v njih, se razlikujejo, vendar imajo skupno stvar - da se njihovi zadnji elektroni nahajajo na isti ravni energije. V prvem obdobju je le dva elementa. To je vodik H in helij He. Osem elementov je na voljo v drugem obdobju. V četrtem je že 18. Mendelejev je to obdobje označil kot prvo veliko. V petem je tudi 18 elementov, njegova struktura je podobna četrti. V šestem - 32 elementih. Sedma ni končana. To obdobje se začne s Francijo (Fr). Predpostavljamo, da bo vsebovalo 32 elementov, kot tudi šesto. Vendar pa je bilo doslej najdenih samo 24.

Pravilo poročila

Po pravilu otketa ​​vse elemente običajno pridobi elektron ali izgubi, da bi bilo konfiguracijo 8-elektronov v žlahtni plin najbližje zanje. Energija ionizacije je količina energije, ki je potrebna za ločevanje elektronov od atoma. Otketa ​​pravilo določa, da kadar se gibljejo od leve proti desni na periodnem potrebujete več energije odstraniti elektron. Zato elementi na levi strani izgubijo elektron. Nasprotno, tisti, ki so na desni strani, si želijo pridobiti to.

Kratko predstavili zakone in osnovne pojme kemije. Seveda so to le splošne informacije. V okviru enega članka je nemogoče podrobno opisati tako resno znanost. Temeljni pojmi in zakoni kemije, povzeti v tem članku, so le izhodišče za nadaljnje študije. Navsezadnje je v tej znanosti veliko oddelkov. Obstajajo npr. Organske in anorganska kemija. Temeljne koncepte vsakega od poglavij te znanosti je mogoče preučiti že zelo dolgo. Toda tiste, ki so predstavljene zgoraj, so povezane s splošnimi vprašanji. Zato lahko rečemo, da gre za osnovne pojme organske kemije in anorganske kemije.