Základní zákony chemie. Základní pojmy a zákony chemie

Nebude nadbytečné nejprve definovat termín " chemie " - to je nejdůležitější věda, která studuje strukturu látek a jejich transformace. Obsahuje následující základní pojmy a zákony (chemie):

1. Chemické vlastnosti kterékoliv látky jsou stanoveny na základě stavu elektronických obalů (vnějších) molekul, atomů, které je tvoří. Jádra a vnitřní elektrony se během chemických procesů téměř nezmění.

2. Předmět chemie - chemické prvky, jejich kombinace (atomy, jednoduché, komplexní: ionty, karbeny, volné radikály, molekuly, radikální ionty, materiály, chemické sloučeniny, jejich sdružování: klastry, klatráty, ). Existuje obrovské množství a je neustále rostoucí kvůli tomu, že tato věda sama o sobě tvoří svůj cíl (přibližně 10 milionů chemických sloučenin je již známo).

3. Látka je druh hmoty s určitou hmotností odpočinku a skládající se z takových elementárních částic, jako jsou elektrony, neutrony, protony, mezony atd. Tato věda studuje takové látky, které se přeměňují na atomy, ionty, molekuly a radikály. Jsou to: komplexní, jednoduché (chemické sloučeniny).

4. Nejmenší složka chemického prvku, který nelze chemicky oddělit a který si zachovává všechny původní vlastnosti definované elektrickým pláštěm a jaderným nábojem, se nazývá atom . Část látky (sloučeniny) obsahující identické atomy se nazývá chemický prvek , z nichž každý odpovídá komplexu určitých atomů.

5. Molekula je mikročástice, která má 2 nebo více atomů a je schopná autonomní existence. Má konstantní kvantitativní, kvalitativní složení atomových jader, stejně jako konstantní počet elektronů; vybavené jedinečnými vlastnostmi.

6. Jednoduché látky jsou tvořeny atomy pouze prvního chemického prvku, z čehož jsou zvláštní formou jeho volného stavu (O2, H2, He, O3, S8) a komplexní látky jsou tvořeny různými chemickými prvky a mohou mít konstantní složení daltonidů nebo stechiometrických sloučenin) nebo proměnné (bertholidové nebo nestechiometrické sloučeniny).

7. Iony jsou monoatomické nebo polyatomické částice s elektrickým nábojem. Pozitivně nabité ionty jsou kationty a negativně jsou anionty. Ve formě plynu jsou ve svobodném stavu.

8. Valency je schopnost atomu nahradit nebo připojit jiné atomy (atomové skupiny) a vytvářet chemické vazby. Měření valence je počet atomů vodíku (kyslíku), které jsou připojeny k chemickému prvku. Vodík je jednomocný a kyslík je dvojmocný.

9. Chemické reakce jsou transformace některých látek (počátečních sloučenin) na látky jiného druhu (reakční produkty), které nemění jádra atomů.

10. Reagencie - výchozí materiály nebo jedna z nejaktivnějších výchozích látek, která určuje směr reakce.

Původ příslušného výrazu

Z hlediska původu existují dva body:

1. Od starověkého jména Egypta - "Hem", který doslovně překládá jako "černý", temný. " Pravděpodobně kvůli barvě půdy údolí r. Neil
2. Od starověkého řeckého termínu "chemeia" - umělecká forma tavení kovu.

Moderní název pochází z latinského slova "chemie". Je mezinárodní (například v německé chemii, ve francouzské chemii, v angličtině). Je známo, že předchůdcem termínu "chemie" je řecký alchymista Zosima (V cent.).

Organická chemie: definice, organické sloučeniny

To je věda, která studuje sloučeniny uhlíku, které produkují živé organismy. K dnešnímu dni je známo více než 2 miliony organických sloučenin rozdělených do takových skupin, jako jsou alkény, alkoholy, alkany atd. Většina z nich je obsažena v kompozici oleje a zaujímá vedoucí postavení ve výrobě: barviv, léků, plastů, kosmetiky .

Složení organických sloučenin: atomy uhlíku a další prvky (kyslík, vodík), které jsou spojeny silnými kovalentními vazbami. Ty sloučeniny, které jsou tvořeny z atomů uhlíku vodíkem, se nazývají uhlovodíky .

Hlavní složkou zemního plynu je jednoduchý uhlovodík (metan - CH4). Organická chemie zkoumá přesně organických sloučenin diferencované podle rodin a které se nazývají homologní série .

Výše uvedené skupiny (alkény, alkany) patří do různých homologních sérií, z nichž každá zahrnuje tisíce sloučenin. Jejich umístění v této řadě je dáno počtem atomů uhlíku uvnitř molekul (například molekuly prvních tří sloučenin řady alkanů: methan - 1 atom uhlíku, ethan - 2, propan - 3).

Názvy sloučenin obsahujících 1 atom uhlíku začínají předponou "meth", 2 atomy - "et", 3 atomy - "prop." Takové sloučeniny patřící do 1. homologní řady mají podobné chemické vlastnosti, ale různé fyzikální vlastnosti. A ty sloučeniny, které mají několik atomů uhlíku, jsou plyny, dostatečně velké množství atomů jsou kapaliny a pevné látky jsou nadměrně přesycené atomy.

Počet organických sloučenin je poměrně velký díky schopnosti atomů tvořit dlouhé řetězce nebo kruhy. Tyto strukturní jednotky jsou vzájemně přilepené kvůli kovalentním vazbám (jejich elektrony vnějších plášťů jsou "obecně dostupné"). Uhlíkové formy jsou jednoduché (každý atomový pár rozděluje mezi sebou 1 pár elektronů), 2. nebo dokonce 3. kovalentní vazby (dvě a tři páry elektronů se účastní).

Při reakci dostatečně nasycené sloučeniny (organické) s jinou sloučeninou se stávající vazby rozpadají a některé atomy jsou nahrazeny jinými.

Základní stechiometrické zákony chemie

Jsou zahrnuty v této části chemie, jako stechiometrie. Je známo, že obsahuje následující základní chemické zákony:

• Gay-Lussac;
• Avogadro;
• ekvivalenty a zachování hmoty;
• více vztahů;
• konzistence složení.

Podstata zákona zachování hmoty a energie

Základem tvorby chemických rovnic je metoda materiálové bilance, jejíž základem je zákon zachování hmoty (chemie). Podle něj je hmotnost činidel shodná s hmotností konečných reakčních produktů.

Poprvé objevil MV Lomonosov v roce 1748. Francouzský chemik A. Lavoisier (1789) dosáhl stejných výsledků.

V průběhu chemické reakce je počet interaktivních atomů neměnný (pozoruje se pouze jejich přeskupení spolu s destrukcí původních látek). Průtoková interakce kyslíku s vodíkem, která vede k tvorbě vody, může být zapsána rovnicí odpovídající chemické reakce (jak je uvedeno níže).

Vzory těchto chemických sloučenin jsou koeficienty, které se nazývají "stechiometrické". Moderní vzorec je dešifrován takto: součet hmot a energií v izolovaném systému je konstantní.

Má tvar: E = m · c², kde

c je rychlost světla (3 · 10,8 m / s);

Na začátku 20. století Albert Einstein dokázal platnost této rovnice pro jakoukoliv formu hmoty.

Podstata práva stálosti

Formuloval ji francouzští chemici J. Proust a C. L. Berthollet v roce 1808. Uvádí, že každá jednotlivá látka získaná jakoukoli známou metodou má vždy konstantní kvantitativní a kvalitativní složení.

Zákon o stálosti hmoty (chemie) umožnil vyjádřit složení látek chemickými příznaky, odpovídajícími indexy (například H20, C2H5OH, CH4). Na začátku 20. století (1912-1913) vyznamenaný ruský profesor N. S. Kurnakov odhalil existenci sloučenin různorodého složení, které nazýval berthollides .

Pokud si připomenete další lekci chemie, zákon o stálosti kompozice se považuje za spravedlivý pro látky, které mají molekulární strukturu. Jak již bylo uvedeno výše, kromě látek s konstantním složením existují také látky s proměnnými: střídání monolitických strukturních jednotek (iontů, atomů) probíhá v rozporu se stanovenou periodicitou.

Vzhledem k přítomnosti sloučenin s různým složením obsahuje zákon o stálosti složení (chemie) objasnění skutečnosti, že existuje přímý vztah mezi strukturou složení sloučenin a metodami jejich přípravy: pokud je molekulární struktura, potom se složení nemění v závislosti na jakémkoliv způsobu přípravy, ale v situaci, kdy struktura je nemolekulární (iontová, atomová a kovová mřížka) - složení závisí na specifických výrobních podmínkách.

Zákony o ekvivalencích znění

To bylo objeveno německým chemikem N. Richterem a sestává z následujících: hmoty látek, které interagují (chemické), se rovnají nebo jsou násobky hmotností jejich chemických ekvivalentů (chemický stupeň 11).

Ekvivalent je podmíněná nebo skutečná část látek schopných nahradit, uvolňovat, připevňovat atd., Která se rovná 1. iontovému iontu iontových iontů nebo acidobazických reakcí; 1. elektronové redoxní reakce.

Jiným způsobem lze říci, že mol ekvivalentů (určité množství látky obsahující tolik strukturálních prvků, jako jsou atomy uhlíku ve 12 g izotopu 12C) 1. látky, reaguje s přesně stejným mol ekvivalentů, ale s jinou látkou .

Matematicky je tento zákon:

mₐ: Mₔ (A) = mᵦ: Mₔ (B), kde

mₐ je hmotnost nějaké látky A,

mᵦ je hmotnost látky B,

Mₔ (A) je hmotnostní (molární) ekvivalent odpovídající látky A,

M (B) - hmotnost (molární) ekvivalent látky B.

Stává se, že jedna reagující látka se původně nachází v pevném stavu a druhá v plynném stavu. Poté se zvažovaný zákon vyjadřuje následujícím způsobem:

mₐ: M ₔ (A) = Vb: V ₔ (B).

Podstata práva více vztahů

To bylo formulováno anglickým chemikem D. Dalton v 1803. Její podstatou je, že v situaci, kdy 2 chemické prvky vytvářejí několik sloučenin (molekulární), hmotnostní frakce kteréhokoli z nich jsou příbuzné jako celá čísla (chemická třída 11).

V procesu interakce kyslíku a dusíku se získá 5 oxidů. V vznikajících molekulách na 1 g dusíku odpovídá následující množství kyslíku v gramech: 0,57, 1,14, 1,71, 2,28, 2,85. Korekce v poměru: 2: 1, 1: 1, 2: 3, 1: 2, 2: 5 (složení: NO, NO, N2O3, N02, N2O5).

Avogadrovy zákony a objemové vztahy

Podstata tohoto druhu: za stejných podmínek se objemy plynných reaktantů vzájemně vztahují a objemy výsledných plynových produktů jako celých čísel (J. Gay-Lussac).

V případě interakce plynných látek jsou jejich objemy vztaženy jako koeficienty (stechiometrické) reakční rovnice: 2H2 + O2 = 2H2O (g).

Co se týče Avogadrov zákon, pak je jeho formulace následující: stejné objemy plynu za stejných podmínek obsahují stejný počet molů.

Matematicky lze jej zobrazit takto:

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

n (x) je požadovaný počet molů látky,

m je hmotnost odpovídající látky

M (x) je molární hmotnost reaktantu.

Důsledky tohoto zákona:

1. 1 molární plynná látka nahrazuje objem 22,4 litru (za normálních podmínek).
2. 1 mol plynné látky obsahuje stejný počet molekul, který se rovná 6.023 1023 - Avogadrovu číslu.
3. Při známé hmotnosti plynných látek nebo jejich molárních hmotách lze určit relativní hustotu: mₐ: mᵦ = pₐ: pᵦ, kde

pₐ, pᵦ - hustota látek A a B, g / cm ³.

Takže základní zákony chemie (stechiometrické) byly uvedeny výše. Dále bude považováno za plyn a termodynamiku.

Plynové zákony chemie

Pouze čtyři zákony:

1. Boyle - Mariotta: je-li teplota v konstantní hodnotě (T = const) v izotermickém procesu, pak tlak produkovaný plynem je nepřímo úměrný jeho objemu: pV = const.

2 Gay-Lussac: pokud je tlak plynu konstantní (p = const) uvnitř izobarického procesu pak je jeho objem přímo úměrný absolutní teplotě: V: T = const.

3. Charlie: jestliže objem plynu je konstantní v rámci isochorického procesu, pak jeho tlak je přímo úměrný absolutní teplotě: P: T = const.

4. Kombinovaný plyn: pV: T = const.

To jsou základní zákony plynové chemie.

Zákony chemické termodynamiky

Existují tři z nich:

1. Zákon o ochraně energie (chemie): jestliže v průběhu nějakého procesu zmizí energie prvního druhu, pak "přijde" jiná forma energie, která ji nahradí a v jiném množství, které je striktně ekvivalentní prvnímu. Proto lze říci, že v rámci jakéhokoli izolovaného systému zůstává celková rezerva energie nezměněna.

2. V rámci izolovaných systémů dochází k spontánnímu zvyšování entropie (transformace) systému.

3. Pokud má teplota tendenci k nule, entropie systému zůstává nezměněna (nezávisle na jeho parametrech).

To jsou základní zákony termodynamiky (chemie).

Podstata zákona mas

Toto je základní zákon fyzikální chemie. Zákon působení hmot (v chemii): rychlost, při které probíhá chemická reakce, je úměrná výsledku koncentrací činidel.

V případě homogenní reakce s 1. stupněm (reakční produkty A + B) lze tento zákon reprezentovat jako rovnici:

v = k · cₐ · cᵦ, kde

v je rychlost reakce

cₐ, cᵦ - koncentrace činidel, respektive A a B, mol / l,

k je rychlostní konstanta reakce.

Zákon působení hmot (v chemii) umožňuje identifikovat fyzikální význam této konstanty: odpovídá rychlosti reakce při koncentracích reaktantů 1 mol / l nebo hodnotě jejich produktu rovnající se jedné. Konstanta závisí na teplotě, povaze činidel, ale nikoliv na jejich koncentracích.

Periodické právo: formulace, role

Uznává se, že tento zákon je nejdůležitějším úspěchem v chemii, jak bychom mohli říci, základ moderní chémie. Po svém objevu přestal být výlučně popisnou vědou, takzvaná vědecká předvídavost byla možná.

Periodický zákon (chemie) objevil slavný ruský vědec Dmitri Ivanovič Mendeleev v roce 1869. Oficiální znění: "Vlastnosti jednoduchých těles, stejně jako formy a vlastnosti sloučenin prvků jsou v pravidelné závislosti na velikosti atomových hmotností prvků".

Toto jsou základní zákony chemie (fyzikální).

Chemie jako systém znalostí o látkách a jejich přeměnách

Znalosti jsou čerpány ze spolehlivých rozsáhlých informací o látkách a složkách (chemických látkách), jejich reakcích, chování v rámci přirozeného a umělého prostředí. Stávající kritéria pro spolehlivost studovaných faktů, jakož i způsoby jejich uspořádání se neustále vyvíjejí. Zásadní zobecnění se přenáší do vědeckých zákonů, jejichž formulace umožňuje otevřít nové fáze chemie (například základní zákony chemie: Daltonův zákon, Mendeleevův periodický zákon atd.). Teoretické aspekty, ve kterých jsou aplikovány specifické koncepty, umožňují vysvětlit a předpovědět fakta z užší oblasti předmětu. Proto lze říci, že znalosti, podporované zkušeností, se stávají skutečností až po její teoretické interpretaci.

První chemická teorie je tedy teorií "phlogistonu" (uznávána jako nesprávná), propagovala formování moderní chemie, a to s ohledem na skutečnost, že kombinovala rozptýlené skutečnosti do jediného systému, což jí umožňuje formulovat řadu nových otázek. Ale strukturální teorie (F. Kekule, A. M. Butlerov) pomohla zjednodušit a vysvětlit rozsáhlý materiál organické chemie a určit urýchlený vývoj chemické syntézy a studovat strukturu organických sloučenin.

Věda, o níž se jedná, je znalostí velmi dynamický systém. Evoluční povaha procesu akumulace znalostí je periodicky přerušována revolucemi - radikální restrukturalizací systému teorií, metod a skutečností s příchodem nového souboru pojmů nebo dokonce zcela zásadním způsobem světového výhledu a myšlení. Práce Antoina Laurenta Lavoisiera (zavedení kvantitativních metod experimentu, materialistická teorie oxidace, vývoj chemické nomenklatury), periodický zákon Mendelejev, vývoj nových analytických metod (chromatografie, mikroanalýza), vznik nových oblastí, které tvoří nový předmět chemie a ovlivňují všechny jeho pole (například fyzikální chemie, založené na chemické kinetice a termodynamice).

Je také třeba poznamenat, že chemické poznatky jsou vybaveny rozvinutou strukturou, jejíž chemické složení tvoří hlavní chemické disciplíny zformované v 19. století (organická, analytická, anorganická a fyzikální chemie). Následně se v procesu jeho vývoje objevilo mnoho nových oborů (bio- a krystalická chemie atd.) A strojírenský průmysl - chemická technologie.

Takže článek přezkoumal základní pojmy a zákony chemie.