Osnovni zakoni kemije. Osnovni pojmi in zakonitosti kemije

2. 3. 2019

Ne bo odveč najprej opredeliti pojma » kemija « - to je najpomembnejša znanost, ki preučuje strukturo snovi, njihove transformacije. Vključuje naslednje osnovne koncepte in zakone (kemija):

1. Kemične lastnosti katere koli snovi so določene na podlagi stanja elektronskih lupin (zunanjih) molekul, pri čemer atomi, ki ga tvorijo. Jedra in notranji elektroni med kemijskimi procesi ostajajo skoraj nespremenjeni.

2. Predmet kemije - kemijski elementi, njihove kombinacije (atomi, enostavni, kompleksni: ioni, karbeni, prosti radikali, molekule, radikalni ioni, materiali, kemijske spojine, njihova združenja: grozdi, klatrati, sodelavci, solvati itd.) ). Veliko jih je in nenehno raste zaradi dejstva, da ta znanost sama oblikuje svoj objekt (že znanih je približno 10 milijonov kemičnih spojin).

3. Snov je nekakšna snov z določeno maso počitka, sestavljena iz elementarnih delcev, kot so elektroni, nevtroni, protoni, mezoni itd. Ta znanost preučuje snovi, ki se pretvarjajo v atome, ione, molekule in radikale. So: kompleksne, preproste (kemične spojine).

4. Najmanjši sestavni del kemičnega elementa, ki ga ni mogoče kemično ločiti in ki ohrani vse prvotne lastnosti, določene z električno lupino, in jedrski naboj se imenuje atom . Del snovi (spojine), ki vsebuje enake atome, se imenuje kemijski element , od katerih vsak ustreza kompleksu določenih atomov.

5. Molekula je mikrodelček, ki ima 2 ali več atomov in je sposoben avtonomnega obstoja. Ima stalno kvantitativno, kvalitativno sestavo atomskih jeder in konstantno število elektronov; opremljene z edinstvenimi lastnostmi. osnovni zakoni kemije

6. Enostavne snovi tvorijo atomi samo prvega kemičnega elementa, zaradi česar so posebna oblika njegovega bivanja v prostem stanju (O₂, H₂, He, O₃, S₈), kompleksne snovi pa tvorijo različni kemijski elementi in imajo lahko stalno sestavo ( ali stehiometrične spojine) ali spremenljive (berthollides ali nestehiometrične spojine).

7. Ioni so monoatomski ali poliatomski delci z električnim nabojem. Pozitivno nabiti ioni so kationi, negativno pa so anioni. V obliki plina so v prostem stanju.

8. Valenca je sposobnost atoma, da nadomesti ali pripne druge atome (atomske skupine) in oblikuje kemijske vezi. Valenčno merilo je število atomov vodika (kisika), ki so pritrjeni na kemični element. Vodik je monovalenten in kisik je bivalenten.

9. Kemične reakcije so pretvorba nekaterih snovi (začetnih spojin) v snovi drugačne vrste (reakcijski produkti), ki ne spreminjajo jedra atomov.

10. Reagenti - izhodni materiali ali ena najbolj aktivnih izhodnih spojin, ki določajo smer reakcije. osnovni pojmi in zakonitosti kemije

Izvor zadevnega izraza

Glede njegovega izvora obstajajo dve točki:

  1. Od starodavnega imena Egipta - "Hem", ki dobesedno pomeni "črno", temno. Verjetno zaradi barve zemlje doline r. Neil
  2. Iz starogrškega izraza "chemeia" - umetnostna oblika taljenja kovine.

Sodobno ime izvira iz latinske besede "chimia". Je mednarodna (na primer v nemški kemiji, francoski chimie, angleški kemiji). Znano je, da je prednik izraza "kemija" grški alkimist Zosima (V cent.).

Organska kemija: definicija, organske spojine

To je znanost, ki preučuje ogljikove spojine, ki jih proizvajajo živi organizmi. Do danes je znanih več kot 2 milijona organskih spojin, ki so razdeljene v skupine, kot so alkeni, alkoholi, alkani itd. Večina je vključenih v sestavo olja in ima vodilne položaje v proizvodnji: barvil, drog, plastike, kozmetike .

Sestava organskih spojin: atomi ogljika in drugi elementi (kisik, vodik), ki so povezani z močnimi kovalentnimi vezmi. Tiste spojine, ki nastanejo iz ogljikovih atomov z vodikom, se imenujejo ogljikovodiki .

Glavna sestavina zemeljskega plina je preprost ogljikovodik (metan - CH₄). Organska kemija natančno raziskuje organske spojine razlikovati po družinah in se imenujejo homologne serije .

Zgornje skupine (alkeni, alkani) pripadajo različnim homolognim serijam, od katerih vsaka vključuje na tisoče spojin. Njihova lokacija v tej seriji je določena s številom ogljikovih atomov znotraj molekul (npr. Molekule prve tri spojine številnih alkanov: metan - 1 atom ogljika, etan - 2, propan - 3).

Imena spojin, ki vsebujejo 1 atom ogljika, se začnejo s predpono "meth", 2 atoma - "et", 3 atoma - "prop". Takšne spojine, ki spadajo v 1. homologno serijo, imajo podobne kemijske lastnosti, vendar različne fizikalne. In tiste spojine, ki imajo malo ogljikovih atomov, so plini, dovolj veliko število atomov so tekočine in trdne snovi so preveč nasičene z atomi.

Število organskih spojin je precej veliko zaradi sposobnosti atomov, da oblikujejo dolge verige ali obročke. Te strukturne enote so povezane zaradi kovalentnih vezi (njihovi elektroni zunanjih lupin so »splošno dostopni«). Oblike ogljika so preproste (vsak atomski par deli med njimi 1 par elektronov), 2. ali celo 3. kovalentne vezi (dva in trije pari elektronov).

Ob reakciji dovolj nasičene spojine (organske) z drugo spojino se obstoječe vezi razbijejo, nekateri atomi pa nadomestijo drugi.

organska kemija

Osnovni stehiometrični zakoni kemije

Vključeni so v ta del kemije, kot stehiometrija. Znano je, da vsebuje naslednje osnovne zakonitosti kemije:

  • Gay-Lussac;
  • Avogadro;
  • ekvivalenti in ohranjanje mase;
  • več odnosov;
  • doslednost sestave. osnovni stehiometrični zakoni kemije

Bistvo zakona ohranjanja mase in energije

Osnova za oblikovanje kemijskih enačb je metoda materialne bilance, katere osnova je zakon ohranjanja mase (kemija). Po njegovem mnenju je masa reagentov enaka masi končnih reakcijskih produktov.

Prvič ga je odkril MV Lomonosov leta 1748. Potem je francoski kemik A. Lavoisier (1789) dosegel enake rezultate.

V času kemijske reakcije je število medsebojno delujočih atomov nespremenljivo (opazimo le njihovo preureditev, ki jo spremlja uničenje začetnih snovi). Pretočna interakcija kisika z vodikom, ki vodi do tvorbe vode, lahko zapišemo z enačbo ustrezne kemijske reakcije (kot je prikazano na spodnji sliki). kemija ohranjanja mase

Formule teh kemičnih spojin so koeficienti, ki se imenujejo "stehiometrični". Moderna formula je dešifrirana na naslednji način: vsota mas in energij znotraj izoliranega sistema je konstantna.

Ima obliko: E = m · c², kjer

c je hitrost svetlobe (3,10 m / s);

V začetku 20. stoletja je Albert Einstein dokazal veljavnost te enačbe za vsako obliko snovi.

Bistvo zakona stalnosti

Formulirali so ga francoski kemiki J. Proust in C. L. Berthollet leta 1808. Navaja, da ima vsaka posamezna snov, pridobljena po kateri koli znani metodi, stalno kvantitativno in kvalitativno sestavo.

Zakon o konstantnosti snovi (kemija) je omogočil izražanje sestave snovi s kemičnimi znaki, ustreznimi indeksi (npr. H20, C2H20H, CH3). V začetku 20. stoletja (1912–1913) je ugledni ruski profesor N. S. Kurnakov razkril obstoj različnih sestavin, ki jih je imenoval berthollides .

Če se spomnite naslednje lekcije o kemiji, se zakon stalnosti sestave šteje za pravičnega za snovi, ki imajo molekularno strukturo. Kot smo že omenili, poleg snovi s konstantno sestavo obstajajo tudi snovi s spremenljivkami: izmenjava monolitnih strukturnih enot (ionov, atomov) poteka v nasprotju z ugotovljeno periodičnostjo.

Zaradi prisotnosti spojin s spremenljivo sestavo zakon o konstantnosti sestavka (kemija) vsebuje pojasnila o dejstvu, da obstaja neposredna povezava med strukturo sestave spojin in metodami za njihovo pripravo: če obstaja molekularna struktura, se sestava ne spreminja glede na katerokoli metodo priprave, v situaciji, ko je struktura ne-molekularna (ionska, atomska in kovinska mreža) - sestava je odvisna od specifičnih pogojev proizvodnje. zakon o nespremenljivosti

Besedilo enakovredne zakonodaje

Odkril jo je nemški kemik N. Richter in je sestavljen iz naslednjega: mase snovi, ki medsebojno delujejo (kemično), so enake ali večkratnik mase njihovih kemijskih ekvivalentov (kemija, razred 11).

Enakovreden je pogojni ali dejanski delec snovi, ki lahko zamenjajo, sprostijo, pritrdijo itd., Kar je enako prvemu vodikovemu ionskemu izmenjevalnemu ali kislinsko-baznemu reakciji; Redoks reakcije 1. elektrona.

Na drugačen način lahko rečemo, da mol ekvivalentov (določena količina snovi, ki vsebuje toliko strukturnih elementov, kot so atomi ogljika v 12 g izotopa ¹2C) prve snovi reagira z natančno istim molom ekvivalentov, vendar drugačne snovi .

Matematično je ta zakon:

mₐ: Mₔ (A) = mᵦ: Mₔ (B), kjer

mₐ masa neke snovi A,

mᵦ masa snovi B,

Mₔ (A) masni (molarni) ekvivalent ustrezne snovi A, t

Mₔ (B) - masa (molarna) ekvivalent snovi B.

Zgodi se, da se ena reagirajoča snov najprej nahaja v trdnem stanju, druga pa v plinastem stanju. Nato se obravnavani zakon izrazi z naslednjo formulo:

mₐ: Mₔ (A) = Vb: Vₔ (B).

Bistvo prava večkratnih odnosov

Formuliral ga je angleški kemik D. Dalton leta 1803. Njegovo bistvo je, da v primeru, ko dva kemijska elementa tvorita več spojin (molekularnih), so masni deleži kateregakoli izmed njih povezani kot cela števila (kemijska ocena 11).

V procesu interakcije kisika in dušika dobimo 5 oksidov. V nastajajočih molekulah na 1 g dušika nastane naslednja količina kisika v gramih: 0,57, 1,14, 1,71, 2,28, 2,85. Korelirajo v razmerjih: 2: 1, 1: 1, 2: 3, 1: 2, 2: 5 (sestavki: NO, NO, N = 0, NO2, N20).

Avogadrovi zakoni in prostorninski odnosi

Bistvo slednjega: v enakih pogojih so količine plinastih reagentov med seboj povezane in količine nastalih plinastih produktov kot cele številke (J. Gay-Lussac).

V primeru interakcije plinastih snovi so njihovi volumni povezani kot koeficienti (stehiometrične) reakcijske enačbe: 2H₂ + O₂ = 2H2O (g).

Kar zadeva Avogadrov zakon, potem je njegova formulacija naslednja: enake količine plina v enakih pogojih vsebujejo enako število molov.

Matematično je mogoče predstaviti tako:

n (x) = m: M (x), kjer

n (x) je zahtevano število molov snovi,

m je masa ustrezne snovi

M (x) je molska masa reaktanta.

Posledice tega zakona:

  1. 1 molarna plinasta snov nadomesti prostornino 22,4 litra (pri normalnih pogojih).
  2. 1 mol plinasta snov vsebuje enako število molekul, ki je enako 6.023 1023 - Avogadrovo število.
  3. Pri znanih masah plinastih snovi ali njihovih molskih masah je mogoče določiti relativno gostoto: mₐ: mᵦ = pₐ: pᵦ, kjer je t

pₐ, pᵦ - gostota snovi A in B, g / cm3.

Tako so bili zgoraj navedeni temeljni zakoni kemije (stehiometrični). Nato bomo upoštevali plin in termodinamiko.

Plinski zakoni kemije

Samo štirje zakoni:

1. Boyle - Mariotta: če je temperatura v okviru izotermičnega procesa konstantna vrednost (T = const), potem je tlak, ki ga tvori masa plina, obratno sorazmeren z volumnom: pV = const.

2 Gay-Lussac: če je plinski tlak konstanten (p = const) znotraj izobarični proces potem je njegov volumen neposredno sorazmeren absolutni temperaturi: V: T = const. plinski zakoni kemije

3. Charlie: če je volumen plina konstanten v okviru izohoričnega procesa, je njegov tlak neposredno sorazmeren absolutni temperaturi: P: T = const.

4. Kombinirani plin: pV: T = const.

To so osnovni zakoni plinske kemije.

Zakoni kemijske termodinamike

Obstajajo trije:

1. Zakon o varčevanju z energijo (kemija): če v teku katerega koli procesa izgine energija prve vrste, potem pride drugačna oblika energije, da jo nadomesti in v drugačni količini, ki je popolnoma enaka prvi. Zato lahko rečemo, da skupna rezerva energije v vsakem izoliranem sistemu ostaja nespremenjena.

2. V mejah izoliranega sistema procesi, ki se dogajajo spontano, povečujejo entropijo (transformacijo) sistema.

3. Če temperatura teži na nič, potem entropija sistema ostaja nespremenjena (neodvisno od njenih parametrov).

To so osnovni zakoni termodinamike (kemije).

Bistvo prava množic

To je osnovni zakon fizikalne kemije. Zakon o delovanju mas (v kemiji): hitrost, pri kateri poteka kemijska reakcija, je sorazmerna produktu koncentracij reagentov.

V primeru homogene reakcije s 1. stopnjo (A + B - reakcijski produkti) lahko ta zakon predstavimo kot enačbo:

v = k · cₐ · cᵦ, kjer

v je hitrost reakcije

cₐ, cᵦ - koncentracije reagentov, A in B, mol / l,

k je konstanta hitrosti reakcije.

Zakon o delovanju mas (v kemiji) omogoča identifikacijo fizičnega pomena te konstante: enaka je hitrosti reakcije pri koncentracijah reaktantov pri 1 mol / l ali vrednosti njihovega proizvoda, ki je enaka eni. Konstanta je odvisna od temperature, narave reagentov, ne pa od njihove koncentracije.

Periodični zakon: besedilo, vloga

Znano je, da je ta zakon najpomembnejši dosežek v kemiji, lahko rečemo, da je osnova sodobne kemije. Po odkritju je prenehala biti izključno deskriptivna znanost, tako imenovana znanstvena predvidevanja so postala možna.

Periodični zakon (kemija) je leta 1869 odkril slavni ruski znanstvenik Dmitri Ivanovič Mendeljejev. Uradno besedilo: »Lastnosti enostavnih teles, kakor tudi oblike in lastnosti spojin elementov so v periodični odvisnosti od velikosti atomskih uteži elementov«.

To so osnovni zakoni kemije (fizikalni).

Kemija kot sistem znanja o snoveh in njihovih transformacijah

Znanje izhaja iz zanesljivih obsežnih informacij o spojinah in elementih (kemičnih), njihovih reakcijah, vedenju v okviru naravnega in umetnega okolja. Obstoječa merila za zanesljivost preučenih dejstev in načini njihove organiziranosti se nenehno razvijajo. Večje posplošitve se prenašajo v znanstvene zakone, katerih formulacija omogoča odprtje novih faz kemije (npr. Temeljne kemijske zakonitosti: Daltonov zakon, Mendeljejev periodični zakon itd.). Teoretični vidiki, v katerih se uporabljajo določeni koncepti, omogočajo razlago in napovedovanje dejstev ožje predmetne domene. Zato lahko rečemo, da znanje, podprto z izkušnjami, postane dejstvo šele po svoji teoretični interpretaciji.

Prva kemijska teorija je torej teorija »flogistona« (priznana je bila kot napačna), spodbujala je oblikovanje sodobne kemije, saj je razpršena dejstva združila v enoten sistem, kar mu je omogočilo oblikovanje številnih novih vprašanj. Toda strukturna teorija (F. Kekule, A. M. Butlerov) je pripomogla k racionalizaciji in pojasnitvi obsežnega materiala organske kemije ter določitvi pospešenega razvoja kemijske sinteze ter proučevanja strukture organskih spojin.

Zadevna znanost kot znanje je zelo dinamičen sistem. Evolucijsko naravo procesa akumulacije znanja periodično prekinjamo z revolucijami - radikalno prestrukturiranje sistema teorij, metod in dejstev s prihodom novega niza konceptov ali celo popolnoma novega sloga svetovnega pogleda in razmišljanja. Tako dela Antoina Laurenta Lavoisierja (uvedba kvantitativnih metod eksperimenta, materialistična teorija oksidacije, razvoj kemijske nomenklature), periodični Mendeljejev zakon, razvoj novih analitičnih metod (kromatografija, mikroanaliza), pojav novih področij, ki tvorijo nov predmet kemije in vplivajo na vsa področja (npr. fizikalna kemija, ki temelji na kemijski kinetiki in termodinamiki).

Omeniti je treba tudi, da je kemijsko znanje opremljeno z razvito strukturo, katere kemijski okvir so glavne kemijske discipline, ki so nastale v 19. stoletju (organska, analitična, anorganska in fizikalna kemija). Kasneje, v procesu svojega razvoja, so se pojavile številne nove discipline (bio- in kristalna kemija, itd.) In strojna industrija - kemijska tehnologija.

V članku smo tako pregledali osnovne pojme in zakonitosti kemije.