Основные понятия и законы химии

Лекция № 2.

 

Основные понятия и законы химии.

 

Цель лекции: создать условия для актуализации и систематизации знаний студентов о важнейших понятиях и фундаментальных законах общей химии.

Задачи:

Обучающие:

• Совершенствование, углубление и систематизация знаний студентов о веществе, химической реакции;
• Развитие умений применять знания законов при решении задач.

Развивающие:

• Развитие умений: выделять главное, работать с литературными источниками, интернетом, мультимедийными ресурсами,  анализировать, обобщать, решать проблемы;
• Развитие  навыков проблемно-поисковой деятельности

Воспитательные:

• Развитие умения диалогически общаться;
• Продолжить формирование у студентов представление о характере и логике научного поиска;
• Развитие коммуникативных умений, толерантности, умения отстаивать свою точку зрения, осуществлять самоконтроль, проводить самоанализ

 

Тип лекции: по дидактической цели – совершенствования знаний; по способу организации – обобщающий

 

Ход лекции

 

1. Организационный момент.
2. Объяснение нового материала.

1. Место и значение химии в системе наук.

Современная химия представляет собой систему научных дисциплин: общей, неорганической, аналитической, органической физической, коллоидной химии,…Основой химической науки являются атомно-молекулярное учение, закон сохранения материи, периодический закон, теория химической связи и учение о химическом процессе.

Как всякая наука, химия изучает некоторую часть явлений окружающего мира. Химия играет значительную роль в научно-техническом прогрессе. Нет ни одной отрасли не связанной в той или иной мере с применением химии.

Периоды развития химии

 

Вспомним деление истории человечества на периоды:

Каменный век → медный век → бронзовый век → железный век.

Деление происходит по уровню развития технологий получения важных для человечества веществ - металлов.

3 -4 тыс. лет  до н.э. умели выплавлять из  руд металлы, производили керамику, краски, духи.

В III в. до н.э. был собран и описан значительный экспериментальный материал. В Александрийской библиотеке хранились описания таких процессов как:

• Прокаливание
• Возгонка
• Перегонка
• Фильтрование и др.

 

Греческий ученый Демокрит в V в. до н.э. высказал мысль, что все тела состоят из мельчайших невидимых, неделимых частиц – атомов.

Происхождение слова «химия» спорно.

• На коптском языке хеми- означает черный, тайный, а также так назывался Египет. Получается – «наука черной земли». Арабы добавили свою приставку аль-, и получилось алхимия. (Цель алхимии поиск технологии превращения неблагородных металлов в благородные (золото, серебро) с помощью философского камня. Философский камень также способен исцелять болезни и дает бессмертие.)
• Возможно происхождение слова химия также от греческого  хюма- т.е. «литье металлов»  (применялось в металлургии).

ПЕРИОДЫ

I – Наука древнего мира

II - Алхимия

III – Иатрохимия (или ятрохимия – с греческого иатрос- врач). Основатель Парацельс обозначил цель химии – не в изготовлении золота и серебра, а в изготовлении лекарств.

IV – Эпоха флогистона (носитель горючести тел) 17 в.- 18 в. 
V - период научной химии (М.В.Ломоносов, А.Л.Лавуазье, Д.И.Менделеев).   
VI – Современный период.

 

2. Основные понятия и законы химии

Химия – наука, изучающая вещества, их свойства и превращения. Она включает в себя законы и принципы, описывающие эти превращения, а так же представления и теории, позволяющие дать им объяснение.

Атомно-молекулярное учение заключается в следующем:

1. Все вещества  состоят из молекул.

2. Молекулы  состоят из атомов.

3. Молекулы и атомы находятся  в непрерывном движении; между  ними существуют силы притяжения  и отталкивания.

Рассмотрим следующие определения:

Вещество – вид материи, которая обладает массой покоя.

Состоит из элементарных частиц: электронов, протонов, нейтронов, мезонов и др.

Вещества делятся на:

Простые вещества- молекулы, состоят из атомов одного и того же элемента (Fe, Si, H2 , F2).

Cложные вещества - молекулы, состоят из атомов различных химических элементов (CO2, C6H6, NaCI).

Молекула - наименьшая частица вещества, обладающая его химическими свойствами.

Атом - наименьшая частица химического элемента, сохраняющая все его химические свойства.

Атом – это электронейтральная и химически неделимая частица, состоящая из положительно заряженного ядра и движущихся вокруг него отрицательно заряженных электронов.

Различным элементам соответствуют различные атомы, обозначаемые символом данного элемента (Ag, Fe, Mg).

Химический элемент - это вид атомов, характеризующийся определенными зарядами ядер и строением электронных оболочек.

Химический элемент – это вид атомов с одинаковым зарядом ядра.

В настоящее время известно 118 элементов: 89 из них найдены в природе (на Земле), остальные получены искусственным путем.

 

Атомное ядро - центральная часть атома, состоящая из Z протонов и N нейтронов, в которой сосредоточена основная масса атомов.

Заряд ядра - положительный, по величине равен количеству протонов.

Сумма протонов и нейтронов атомного ядра называется массовым числом A = Z + N.

Изотопы - химические элементы с одинаковыми зарядами ядер, но различными массовыми

числами за счет разного числа нейтронов в ядре.

 

Ионы – это заряженные частицы.

Положительные ионы называют катионами, отрицательные – анионами.

Na0 –  1e-  =  Na+

                                                                 Cl0 + 1e- =  Cl-

Валентность - способность атома присоединять или замещать определенное число других атомов или атомных групп с образованием химической связи.

Реакции химические - превращения одних веществ (исходных соединений) в другие (продукты реакции) при неизменяемости ядер атомов.

Исходные вещества иногда называют реагентами, получившиеся вещества – продуктами. Химическая формула - это условная запись состава вещества с помощью химических знаков (предложены в 1814 г. Й. Берцелиусом) и индексов (индекс - цифра, стоящая справа внизу от символа. Обозначает число атомов в молекуле).

Химическая формула показывает, атомы каких элементов и в каком отношении соединены между собой в молекуле.

Химическая формула отражает состав вещества. Например:

Н2О молекула воды состоит из 2 атомов водорода и 1 тома кислорода.

Н2О (аш два о)

индекс

Прочитайте (произнесите) формулы: 2 HNO3 , 5 NaOH, 9 Ca(OH)2, Cu(OH)2.

Таким образом, индексы показывают, сколько атомов элемента содержит вещество, коэффициенты, сколько молекул вещества взято.

Аллотропия - явление существования одного и того же хим.элемента в виде нескольких простых веществ, различающихся по строению и свойству.

Они могут отличаться составом молекул О2 – кислород, О3 – озон или структурой – алмаз, графит, карбин.

Международная единица атомных масс равна 1/12 массы изотопа 12C - основного изотопа природного углерода.

1 а.е.м = 1/12 • m (12C) = 1,66057 • 10-27 кг

Относительная атомная масса элемента (Ar) – это величина, показывающая, во сколько раз масса его атома больше 1/12 массы атома углерода (безразмерная величина)

Ar(O) = 16, Ar(Na) =23

Относительная молекулярная масса (Mr) - безразмерная величина, показывающая, во сколько раз масса молекулы данного вещества больше 1/12 массы атома углерода 12C.

Относительная молекулярная масса вещества Mr – это сумма относительных атомных масс элементов, составляющих вещество.

Mr(H2O) = 2Ar(H) + Ar(O) = 2 · 1 + 16 = 18

Mr(CO2) = Ar(C) + 2Ar(O) = 12 + 2 · 16 = 44

Число атомов и молекул в обычных образцах веществ очень велико, поэтому при характеристике количества вещества используют специальную единицу измерения - моль.

Количество вещества, моль. Означает определенное число структурных элементов (молекул, атомов, ионов).

Обозначается n, измеряется в моль.

Моль - количество вещества, содержащее столько же частиц, сколько содержится атомов в 12 г углерода.

            m                                      V                               N 

   n =  ____                           n  =                              n =

I.         M                         II.       Vm                III.          NA 

Решение простейших задач:

Алгоритм . Вычисление объёма газа по известной массе другого вещества, участвующего в реакции 
Пример. Вычислите объём водорода (н.у.), выделившегося при взаимодействии 40,5 г алюминия с раствором серной кислоты.

Последовательность выполнения действий	Оформление решения задачи
1.С помощью соответствующих обозначений  запишем условие задачи, найдём  молярную массу вещества, масса  которого указана в условии  задачи, приведём молярный объём  газов.	Дано:   m(Al) = 40,5 г   V(H2) - ?   М(Al) = 27 г/моль   Vm = 22,4 л/моль
2. Найдём количество вещества  алюминия по условию задачи.	Решение:
3.Составим уравнение  реакции. Над  формулами веществ запишем найденные  количества веществ, а под формулами – молярные соотношения по уравнению реакции	1,5 моль                                  х моль   2Al + 3H2SO4 → Al2(SO4)3 + 3H2   2 моль                                     3 моль
4.Вычислим количество вещества  водорода. Для этого составим  пропорцию.	Следовательно, n(H2) = 2,25 моль
5. Найдём массу водорода, которую  требуется вычислить.	V = n · Vm V(Н2) = 2,25 моль · 22,4 л/моль=50,4 л
6. Запишем ответ.	Ответ: V(Н2) = 50,4 л.

 

Число Авогадро ди Кваренья (NA). Количество частиц в 1 моль любого вещества одно и то же и равно 6,02 • 1023 моль-1.

Молярная масса показывает массу 1 моля вещества (обозначается M).

                                         m

                                 M = ——    г/моль или кг/моль

                                          n

Молярная масса вещества равна отношению массы вещества к соответствующему количеству вещества и численно равна его относительной молекулярной массе, однако первая величина имеет размерность г/моль, а вторая – безразмерная.

3.Основные законы химии

 

Стехиометрия  - раздел химии, рассматривающий количественные (массовые, объемные) соотношения между реагирующими веществами.

Таблица: Основные законы общей химии

 

Название закона	Год открытия, фамилия ученого	Формулировка закона

 

1. Закон сохранения массы веществ (М.В.Ломоносов, 1748 г.; А.Лавуазье, 1789 г.)

Масса веществ, вступивших в химическую реакцию, равна массе веществ, образующихся в результате реакции.

Атомно-молекулярное учение этот закон объясняет следующим образом: в результате химических реакций атомы не исчезают и не возникают, а происходит их перегруппировка (т.е. химическое превращение- это процесс разрыва одних связей между атомами и образование других, в результате чего из молекул исходных веществ получаются молекулы продуктов реакции). Поскольку число атомов до и после реакции остается неизменным, то их общая масса также изменяться не должна. Он является основой количественного химического анализа.

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Закон постоянства состава впервые сформулировал Ж.Пруст (1808 г)

Все индивидуальные химические вещества имеют постоянный качественный и количественный состав и определенное химическое строение, независимо от способа получения.

Или:

Всякое чистое вещество, независимо от способов его получения, всегда имеет постоянный качественный и количественный состав.

Из закона постоянства состава следует, что при образовании сложного вещества элементы соединяются друг с другом в определенных массовых соотношениях.