Атомно - молекулярное учение. Химическое строение вещества отражает молекулярная формула


Ответы@Mail.Ru: химия, тест, помогите пожалуйста

A.S. и Безымянный, вы не правы! Основные положения теории химического строения А. М. Бутлерова 1. Атомы в молекулах соединены друг с другом в определенной последовательности согласно их валентностям. Последовательность межатомных связей в молекуле называется ее химическим строением и отражается одной структурной формулой ( формулой строения) . Формула строения (структурная формула ) описывает порядок соединения атомов в молекуле, т. е. ее химическое строение. Химические связи в структурной формуле изображают черточками. Связь между водородом и другими атомами обычно не указывается (такие формулы называются сокращенными структурными формулами ). Например, полная (развернутая) и сокращенная структурные формулы н-бутана C4h20 имеют вид: Другой пример - формулы изобутана. Часто используется еще более краткая запись формулы, когда не изображают не только связи с атомом водорода, но и символы атомов углерода и водорода. Например, строение бензола C6H6 отражают формулы : Структурные формулы отличаются от молекулярных (брутто) формул, которые показывают только, какие элементы и в каком соотношении входят в состав вещества (т. е. качественный и количественный элементный состав) , но не отражают порядка связывания атомов . Например, н-бутан и изобутан имеют одну молекулярную формулу C4h20, но разную последовательность связей. Таким образом, различие веществ обусловлено не только разным качественным и количественным элементным составом, но и разным химическим строением, которое можно отразить лишь структурными формулами . Правильный ответ: СТРУКТУРНЫМИ

Структурная, уж такие вещи стыдно не знать

структурными!!!! невежды

touch.otvet.mail.ru

Строение вещества в химии

Атомно–молекулярное учение

Изучение строения вещества стало возможным после создания атомно-молекулярного учения. Одним из первых строение вещества стал изучать М.В. Ломоносов, применивший теорию, согласно которой все вещества включают в свой состав «корпускулы». Этим термином Ломоносов называл молекулы. Корпускулы состоят из «элементов». Этот термин Ломоносов применял для обозначения атомов. Все частицы (и атомы, и молекулы) непрерывно движутся. Молекулы простых веществ состоят из одинаковых атомов, а сложных – из различных атомов. Учение М.В. Ломоносова нашло дальнейшее развитие в работах Дж. Дальтона, который сделал первые попытки определить атомные массы известных в то время элементов. Однако он отрицал наличие молекул в простых веществах, утверждая, что простое вещество состоит лишь из одних атомов, а сложные вещества состоят из «сложных атомов».

Согласно современным представлениям, молекулы составляют парообразные и газообразные тела. В твердых телах присутствие молекул возможно только при наличии кристаллической решетки, имеющей молекулярное строение.

В атомно-молекулярном учении имеется несколько базисных утверждений: наличие между частицами определенных промежутков, размеры которых зависят от температуры и агрегатного состояния объекта. Наибольшие промежутки между молекулами наблюдаются в газообразных телах, что обуславливает их способность легко сжиматься. Значительно меньше расстояние между молекулами в жидкостях, поэтому они сжимаются труднее. Твердые тела практически не поддаются сжатию, т.к. промежутки между частицами имеют небольшой размер.

Молекулы постоянно находятся в движении. Чем выше температура тела, тем выше скорость движения. Наличие сил взаимного отталкивания и притяжения между молекулами. Молекулы состоят из атомов, находящихся в непрерывном движении. Атомов отличаются друг от друга по своим свойствам и массе. Вещества в твердом агрегатном состоянии, обладающие кристаллической решеткой, имеют в узлах этих решеток молекулы. Связи между атомами и молекулами в таких веществах слабые и разрываются при нагревании, что придает им такие физические свойства как низкая температура плавления.

Молекулы

Однако свойства, которые характерны для одной молекулы, могут быть характерными и для целой группы молекул.

Рассмотрим следующие примеры: молекулы, имеющие разный качественный состав

h3 (водород), N2 (азот), O2 (кислород), F2 (фтор), Sn (сера), C (алмаз)

молекулы, имеющие одинаковый качественный, но различный количественный состав

N2O (оксид азота (I)), NO (оксид азота (II)), N2O3 (оксид азота (III)),

NO2 (оксид азота (IV)), N2O4 (оксид азота (IV)), N2O5 (оксид азота (V))

молекулы, обладающие разным качественным и количественным составом

HNO3 (азотная кислота), Ch4OH (метиловый спирт), SiO2 (оксид кремния).

Структура молекулы складывается из молекулярной и электронной структур. Молекулярная структура включает типы и порядок расположения атомов молекулы в пространстве, длины связей, углы между ними, т.е. координаты всех атомов, входящих в состав молекулы. Реакционная способность – свойство молекулы вступать в химическое взаимодействие с другими молекулами. Она зависит от прочности химических связей внутри молекулы, а также её пространственного строения.

Молекулярная и электронная структуры связаны между собой. Информацию о молекулярной структуре получают из экспериментальных данных, а об электронной – с применением различных теорий электронного строения.

Число атомов в молекуле не ограничено, так, например молекулы газообразных веществ могут иметь в своем составе один атом (Ar), два (O2) или более (S8, (C738h2165O208N203S2Fe)n — гемоглобин). Молекулы, содержащие повторяющиеся группы атомов общей численностью не более 100 называют олигомерами, более крупные – полимерами.

Молекула конкретного состояния не обязательно должна существовать при нормальных условиях. Так, молекулы щелочных металлов при н.у. полимерны, а при высокой температуре, в газовой фазе – двухатомны.

Объединение атомов в молекулы происходит за счет образования химических связей. Химическая связь образуется, если электроны взаимодействующих атомов получают возможность двигаться одновременно вблизи положительных зарядов нескольких ядер. Для объяснения свойств химических связей используют разнообразные подходы, из которых наибольшую значимость имеют метод валентных связей (МВС) и метод молекулярных орбиталей (ММО).

Метод валентных связей

МВС основан на предположении о том, что химическая связь обеспечивается 2-мя электронами, движущимися в ограниченном участке электростатического поля двух ядер – концепция двухэлектронных локализованных связей. МВС позволяет понять способность атомов к образованию определенного числа ковалентных связей, дает удовлетворительное описание структуры и свойств большого числа молекул. Согласно МВС все ковалентные связи осуществляются общей парой электронов (рис. 1).

Рис. 1. Схема перекрывания 1s-электронов в молекуле водорода.

Метод молекулярных орбиталей

ММО представляет собой естественное распространение модели атома, как системы из ядра и электронных оболочек, на случай молекулы. Вся молекула рассматривается как единое целое, состоящее из ядер (вывших атомов) и электронов (ранее принадлежавших атомам. Все электроны являются общими для всех ядер, т.е. химические связи – многоцентровые, каждая связь простирается между всеми ядрами. в той или иной степени. Состояние электронов в молекуле описывается решением соответствующего уравнения Шредингера для молекулярной системы.

Распределение электронов по молекулярным орбиталям в рамках одноэлектронного приближения основано на тех же принципах, что и в строении атома – принципе Паули, правилах Клечковского и правиле Хунда (рис. 2)

Рис. 2. Схема молекулярных орбиталей молекулы водорода.

Примеры решения задач

ru.solverbook.com

Урок 5. Химическая формула – HIMI4KA

В уроке 5 «Химическая формула» из курса «Химия для чайников» дадим определение химическим формулам и их индексам, а также выясним различия химических формул веществ молекулярного и немолекулярного строения. Напоминаю, что в прошлом уроке «Сложные вещества» мы дали определение химическим соединениям, рассмотрели различия органических и неорганических соединений, а также выяснили, что означает качественный и количественный состав.

Состав любого вещества выражается в виде химической формулы.

Химическая формула — это условная запись состава вещества с помощью химических знаков и индексов.

Качественный состав показывается с помощью знаков (символов) химических элементов, а количественный — с помощью индексов, которые записываются справа и чуть ниже знаков химических элементов.

Индекс — число атомов данного химического элемента в формуле вещества.

Например, химическая формула простого вещества водорода записывается так:

и читается «аш-два».

Химические формулы веществ молекулярного строения

Формулы двухатомных молекул: кислорода — О2 («о-два»), хлора — Сl2 («хлор-два»), азота — N2 («эн-два»). Трехатомная молекула озона и восьмиатомная молекула серы обозначаются формулами О3 («о-три») и S8 («эс-восемь»).

Формулы молекул сложных веществ также отображают их качественный и количественный состав. Например, формула воды, как вы уже, наверное, хорошо знаете, Н2О («аш-два-о»), метана — СН4 («це-аш-четыре»), а аммиака — Nh4 («эн-аш-три»). Точно так же читаются формулы любых сложных веществ. Например, формула серной кислоты — h3SO4 («аш-два-эс-о-четыре»), а глюкозы — C6h22O6 («це-шесть-аш-двенадцать-о-шесть»).

Химические формулы веществ молекулярного строения (их называют молекулярными формулами) показывают состав элементарных частей, т. е. условных «кирпичиков», из которых состоят эти вещества. Такими элементарными составными частями (элементарными структурными единицами, или просто структурными единицами) в данном случае являются молекулы.

Химические формулы веществ немолекулярного строения

А если вещество имеет немолекулярное строение? Химические формулы простых веществ такого типа (например, металлов) записывают просто знаками соответствующих элементов без индексов (или, вернее, с индексом, равным единице, которая не записывается). Так, формула простого вещества железа — Fe, меди — Cu, алюминия — Al.

Состав сложных веществ немолекулярного строения выражают с помощью формул, которые показывают простейшее соотношение чисел атомов разных химических элементов в этих веществах. Такие формулы называются простейшими. Например, простейшая формула кварца — главной составной части речного песка — SiO2. Она показывает, что в кристалле кварца на один атом кремния приходятся два атома кислорода, т. е. простейшее соотношение чисел атомов кремния и кислорода в этом веществе равно 1:2. Простейшая формула Al2O3 показывает, что в этом соединении простейшее соотношение между числами атомов алюминия и кислорода равно 2:3.

Группа атомов, состав которой соответствует простейшей формуле вещества немолекулярного строения, называется его формульной единицей.

Формульная единица, поваренной соли NaCl («натрий-хлор») — группа из одного атома натрия и одного атома хлора. Формульная единица мела CaCO3 («кальций-це-о-три») — группа из одного атома кальция, одного атома углерода и трех атомов кислорода.

Формулы более сложных соединений немолекулярного строения читаются аналогично. Дополнительно указывается только число групп атомов, заключенных в круглые скобки: Al2(SO4)3 («алюминий-два-эс-о-четыре-трижды»), Mg(NO3)2 («магний-эн-о-три-дважды») и т. д.

Таким образом, структурными единицами веществ молекулярного строения являются молекулы. Структурными единицами веществ немолекулярного строения являются их формульные единицы.

В таблице ниже показаны формульная запись и схематическое изображение состава веществ различного типа.

Краткие выводы урока:

  1. Качественный и количественный состав вещества выражается с помощью химических формул.
  2. Химическая формула вещества молекулярного строения показывает состав его молекулы, которая является элементарной структурной единицей данного вещества.
  3. Химическая формула вещества немолекулярного строения показывает простейшее соотношение атомов в его формульной единице.

Надеюсь урок 5 «Химическая формула» был понятным и познавательным. Если у вас возникли вопросы, пишите их в комментарии.

himi4ka.ru

Химическое строение веществ

Долгое время ученые пытались вывести единую теорию, которая бы объясняла строение молекул, описывала их свойства по отношению к другим веществам. Для этого им пришлось описать природу и строение атома, ввести понятия "валентность", "электронная плотность" и многие другие.

Предыстория создания теории

Химическое строение веществ первым заинтересовало итальянца Амадея Авогадро. Он начал изучать вес молекул разнообразных газов и на основе своих наблюдений выдвинул гипотезу об их строении. Но докладывать о ней первым не стал, а дождался, пока его коллеги получат аналогичные результаты. После этого способ получать молекулярный вес газов стал известен как закон Авогадро.

Новая теория натолкнула других ученых на исследования. Среди них были Ломоносов, Дальтон, Лавуазье, Пруст, Менделеев и Бутлеров.

Теория Бутлерова

Формулировка «теория химического строения» впервые появилась в докладе о строении веществ, который в 1861 году в Германии представлял Бутлеров. Она без изменений вошла в последующие публикации и закрепилась в анналах истории науки. Это стало предвестником нескольких новых теорий. В своем документе ученый изложил собственный взгляд на химическое строение веществ. Вот некоторые из его тезисов:

- атомы в молекулах соединяются друг с другом исходя из количества электронов на их внешних орбиталях;- изменение последовательности соединения атомов приводит к изменению свойств молекулы и появлению нового вещества;- химические и физические свойства веществ зависят не только от того, какие атомы входят в его состав, но и от порядка их соединения между собой, а также взаимного влияния;- для того чтобы определить молекулярный и атомарный состав вещества, необходимо провести цепь последовательных превращений.

Геометрическое строение молекул

Химическое строение атомов и молекул было дополнено три года спустя самим Бутлеровым. Он вводит в науку явление изомерии, постулируя, что, даже имея одинаковый качественный состав, но разное строение, вещества будут отличаться друг от друга по ряду показателей.

Через десять лет появляется учение о трехмерном строении молекул. Все начинается с опубликования Вант-Гоффом своей теории о четвертичной системе валентностей в атоме углерода. Современные ученые различают два направления стереохимии: структурную и пространственную.

В свою очередь, структурная часть тоже делится на изомерию скелета и положения. Это важно учитывать при изучении органических веществ, когда качественный состав их статичен, а динамике подвергается только количество атомов водорода и углерода и последовательность их соединений в молекуле.

Пространственная изомерия необходима в тех случаях, когда имеются соединения, атомы которых расположены в одинаковом порядке, но в пространстве молекула расположена иначе. Выделяют оптическую изомерию (когда стереоизомеры зеркально отражают друг друга), диастериомерию, геометрическую изомерию и другие.

Атомы в молекулах

Классическое химическое строение молекулы подразумевает наличие в ней атома. Гипотетически понятно, что сам атом в молекуле может меняться, а также могут изменяться и его свойства. Это зависит от того, какие еще атомы его окружают, расстояния между ними и связей, которые обеспечивают прочность молекулы.

Современные ученые, желая примирить общую теорию относительности и квантовую теорию, принимают как изначальное положение тот факт, что при образовании молекулы атом оставляет ей только ядро и электроны, а сам перестает существовать. Конечно, к такой формулировке пришли не сразу. Было предпринято несколько попыток сохранить атом как единицу молекулы, но все они не смогли удовлетворить взыскательные умы.

Строение, химический состав клетки

Понятие «состав» подразумевает под собой объединение всех веществ, которые участвуют в образовании и жизнедеятельности клетки. В этот перечень входит практически вся таблица периодических элементов:

- восемьдесят шесть элементов присутствуют постоянно;- двадцать пять из них являются детерминированными для нормальной жизни; - еще около двадцати абсолютно необходимы.

Пятерку призеров открывает кислород, содержание которого в клетке доходит до семидесяти пяти процентов в каждой клетке. Он образуется при разложении воды, необходим для реакций клеточного дыхания и обеспечивает энергией другие химические взаимодействия. Следующий по значимости – углерод. Он является основой всех органических веществ, а также является субстратом для фотосинтеза. Бронзу получает водород – самый распространенный элемент во Вселенной. Он также входит в состав органических соединений на одном уровне с углеродом. Является важной составляющей воды. Почетное четвертое место занимает азот, необходимый для образования аминокислот и, как следствие, белков, ферментов и даже витаминов.

В химическое строение клетки входят и менее популярные элементы, такие как кальций, фосфор, калий, сера, хлор, натрий и магний. Все вместе они занимают около одного процента от общего количества вещества в клетке. Выделяют также микроэлементы и ультрамикроэлементы, которые содержатся в живых организмах в следовых количествах.

fb.ru

13. Химическое строение веществ.

ЗАКОНОМЕРНОСТИ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ

13.1. Теория химического строения

Теорию химического строения выдвинул в 1861 г. А.М. Бутлеров. Ее основные положения:

- атомы в молекулах соединены в определенной последовательности, изменение этой последовательности ведет к образованию нового вещества;

- атомы в молекулах соединены в соответствии с их валентностью;

- свойства вещества зависят не только от его состава, но и от порядка расположения атомов в молекулах и их взаимодействия.

Эта теория способствовала объяснению свойств уже известных веществ и получению множества новых. В химии стали широко использоваться схемы молекул – структурные формулы. В химии они играют такую же роль, что и чертежи в машиностроении и в строительстве. Теория химического строения позволила, в частности, объяснить явление изомерии – то есть наличия веществ с одинаковым составом, но с разными свойствами. Изомерия объясняется тем, что при одинаковом составе возможно различное строение молекул. Изомерия очень широко распространена в органической химии. Примеры: бутан и изобутан - два разных вещества с одинаковым составом С4Н10, структурные формулы которых показаны на рисунке 13.1.

Н Н Н

\ | /

Н С Н

\ | /

Н – С – С – С – Н

/ | \

Н Н Н

изобутан

Н Н Н Н

| | | |

Н – С – С – С – С – Н

| | | |

Н Н Н Н

бутан

Рисунок 13.1 – Структурные формулы бутана и изобутана.

Этиловый спирт

СН3 – СН2 – ОН и диметиловый эфир СН3 – О – СН3 также имеют одинаковый состав С2Н6О, но разное строение и разные свойства.

Возможны случаи, когда при одинаковом строении и одинаковой последовательности расположения атомов молекулы отличаются пространственным расположением атомов. В этом случае имеет место стереоизомерия. Вещества-стереоизомеры зачастую отличаются по их биологическим проявлениям, то есть по функционированию в живых организмах. Пример – два стереоизомера молочной кислоты, показанные на рисунке 13.2. На этих рисунках связь центрального атома углерода с группой СН3 направлена вверх, а связи с атомом Н и группами ОН и СOOН образуют пространственную фигуру, похожую на пирамиду. Видно, что никакими поворотами и перемещениями эти две молекулы невозможно совместить, но каждая из них является зеркальным отражением другой (зеркальная стереоизомерия).

Рисунок 13.2 – Два стереоизомера молочной кислоты. С* - асимметричный атом углерода, то есть атом, связанный с различными атомами или группами атомов.

13.2. Важнейшие классы неорганических веществ

Все вещества традиционно разделяют на органические и неорганические. К органическим относят углеводороды и их производные; многие органические вещества связаны с жизнедеятельностью организмов. К неорганическим относят остальные вещества, включая некоторые простые соединения углерода: оксиды СО, СО2, угольную кислоту Н2СО3, синильную кислоту HCN, соли этих кислот и др.

Неорганические вещества классифицируются либо по составу, например, бинарные (двухэлементные) соединения, многоэлементные соединения и др., либо по химическим свойствам (функциональным признакам), то есть по тому, какие функции выполняют эти вещества в химических реакциях.

Пример бинарных соединений - оксиды – соединения элементов с кислородом: N2O, CO, Al2O3, SO2 и множество других. Большинство оксидов относится к солеобразующим – при их взаимодействии с кислотами или основаниями образуются соли. Такие оксиды в свою очередь подразделяются на три группы.

Основные оксиды образуют соли, взаимодействуя с кислотами (и кислотными оксидами), например: СuО + 2 HCl = СаCl2 + h3O. К ним относятся оксиды щелочных и щелочноземельных металлов, а также CuO, FeO и др. Присоединяя (непосредственно или косвенно) воду, эти оксиды образуют гидроксиды, являющиеся основаниями.

Кислотные оксиды образуют соли, взаимодействуя с основаниями (и основными оксидами), например: SO3 + 2 NaOH = Na2SO4 + h3O. К ним относятся СO2, SO2, SO3, SiO2, NO2, N2O5 и др. Присоединяя (непосредственно или косвенно) воду, эти оксиды образуют гидроксиды, являющиеся кислотами.

Амфотерные оксиды могут образовывать соли, реагируя и с кислотами, и с основаниями, например: ZnO + 2 HCl = ZnCl2 + h3O, ZnO + 2 NaOH = = Na2ZnO2 + h3O. К таким оксидам относятся BeO, ZnO, Al2O3 и др. Соответствующие гидроксиды проявляют свойства как кислот, так и оснований.

Кроме солеобразующих, имеются несолеобразующие или безразличные оксиды, которым не соответствуют никакие основания и кислоты, и которые не образуют солей, например, один из оксидов азота – NO.

Представители многоэлементных соединений - гидроксиды. Это вещества, содержащие одну или несколько отрицательно заряженных гидрокси-групп ― ОН–. Гидроксиды либо возникают при соединении оксидов с водой, либо могут быть разложены на оксид и воду. Основные гидроксиды проявляют свойства оснований (NaOH, Ca(OH)2 и др.). Кислотные гидроксиды проявляют свойства кислот (HNO3, h3SO4 и др.). Существуют и амфотерные гидроксиды, которые в зависимости от условий могут проявлять себя как кислоты, так и как основания (например, Zn(OH)2 или Al(OH)3).

Важнейшими функциональными классами неорганических веществ являются основания, кислоты и соли.

Основания состоят из катионов (положительных ионов) металла и гид-

роксигрупп ―ОН, например: Na – O – H или

В молекулах оснований связи атомов кислорода с металлом менее прочны, чем связи с атомами водорода, поэтому в водных растворах основания распадаются (диссоциируют) с образованием гидроксильных ионов ОН– и положительных ионов металла.

Кислоты состоят из катионов водорода и анионов (отрицательных ионов) кислотного остатка. Они подразделяются на бескислородные и кислородсодержащие. Примеры структурных формул некоторых бескислородных кислот: H – Cl (хлороводород или соляная кислота), H – F (фтороводород или плавиковая кислота), H –C ≡ N (циановодород или синильная кислота). Примеры кислородсодержащих кислот и их структурных формул:

В молекулах кислот одинарные связи атомов водорода с кислотными остатками менее прочны, чем прочие связи, поэтому в водных растворах кислоты диссоциируют с образованием положительных ионов водорода Н+ и отрицательных ионов кислотных остатков. Отметим, что ион Н+ есть ядро атома водорода, то есть просто протон.

В чистой воде часть молекул Н2О диссоциирует на ионы Н+ и ОН–, концентрации которых, очевидно, одинаковы и при нормальных условиях составляют С(Н+) = С(ОН–) = 10-7 моль/л. Добавление кислот увеличивает концентрацию ионов водорода С(Н+) и уменьшает концентрацию гидроксильных ионов С(ОН–). Следовательно, для кислот С(Н+) > 10-7 моль/л, а С(ОН–) < 10-7 моль/л. Добавление оснований, наоборот, увеличивает С(ОН–) и уменьшает С(Н+). Для оснований С(Н+) < 10-7 моль/л, а С(ОН–) > 10-7 моль/л.

Кислотность раствора характеризует водородный показатель рН, то есть десятичный логарифм концентрации ионов водорода C(H+), взятый со знаком «минус»:

pH = - lg C(H+). (13.1)

Для нейтральной среды, например, воды рН = 7, для кислой среды рН < 7, для щелочной среды рН > 7.

Соли – продукты замещения катионов водорода в кислоте на катионы металла. Образуются, например, при реакции нейтрализации кислоты и основания. Примеры реакции нейтрализации

Ca(OH)2 + h3SO4 = CaSO4 + 2 h3O;

NaOH + HNO3 = NaNO3 + h3O.

Названия солей бескислородных кислот имеют окончание –ид. Названия солей кислородсодержащих кислот в случае, если кислотообразующий элемент проявляет максимальную из возможных валентность или его валентность неизменна, имеют окончания –ат. Если кислотообразующий элемент проявляет меньшую валентность, то названия солей имеют окончания –ит. Этим правила образования названий солей не исчерпываются, но другие случаи здесь не рассматриваются. Некоторые наиболее важные для практики кислоты и названия их солей приведены в таблице 13.1.

Таблица 13.1 – Важнейшие неорганические кислоты и их соли

Кислота

Формула

Соль

Азотная

Азотистая

Кремниевая

Ортофосфорная

Серная

Сернистая

Сероводород

Угольная

Хлороводород (соляная)

Циановодород (синильная)

HNO3

HNO2

h3SiO3

h4PO4

h3SO4

h3SO3

h3S

h3CO3

HCl

HCN

Нитрат

Нитрит

Силикат

Фосфат

Сульфат

Сульфит

Сульфид

Карбонат

Хлорид

Цианид

studfiles.net

Атомно - молекулярное учение.

1. Все вещества состоят из молекул. Молекула - наименьшая частица вещества, обладающая его химическими свойствами.

2. Молекулы состоят из атомов. Атом - наименьшая частица химического элемента, сохраняющая все его химические свойства. Различным элементам соответствуют различные атомы.

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

Химический элемент - это вид атомов, характеризующийся определенными зарядами ядер и строением электронных оболочек. В настоящее время известно 117 элементов: 89 из них найдены в природе (на Земле), остальные получены искусственным путем. Атомы существуют в свободном состоянии, в соединениях с атомами того же или других элементов, образуя молекулы. Способность атомов вступать во взаимодействие с другими атомами и образовывать химические соединения определяется его строением. Атомы состоят из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов, движущихся вокруг него, образуя электронейтральную систему, которая подчиняется законам, характерным для микросистем.

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 в ядре или электронов в нейтральном атоме и совпадает с порядковым номером элемента в периодической системе. 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.

Массовое

число

Заряд

ядра

A

Z

Э

63

29

Cu и

65

29

Cu;

35

17

Cl и

37

17

Cl

Аллотропия - явление образования химическим элементом нескольких простых веществ, различающихся по строению и свойствам.

Химические формулы

Любое вещество может быть охарактеризовано качественным и количественным составом. Под качественным составом понимают набор химических элементов, образующих вещество, под количественным, в общем случае, соотношение между числом атомов этих элементов. Атомы, образующие молекулу, соединяются между собой в определенной последовательности, эта последовательность называется химическим строением вещества (молекулы).

Состав и строение молекулы может быть изображено с помощью химических формул. Качественный состав записывается в виде символов химических элементов, количественный – в виде подстрочных индексов у символа каждого элемента. Например: С6Н12О6.

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.

Химические формулы бывают следующих видов:

а) молекулярные – показывают сколько атомов элементов входят в состав молекулы вещества, например Н2О – одна молекула воды содержит два атома водорода и один атом кислорода.

б) графические – показывают в каком порядке связаны атомы в молекуле, каждая связь изображается черточкой, для предыдущего примера графическая формула будет выглядеть так: Н—О—Н

в) структурные – показывают взаимное расположения в пространстве и расстояния между атомами, входящими в состав молекулы.

Необходимо иметь в виду, что однозначно идентифицировать вещество позволяют только структурные формулы, молекулярные или графические формулы могут соответствовать нескольким или даже многим веществам (особенно в органической химии).

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

1 а.е.м = 1/12 m (12C) = 1,66057 10-24 г

Относительная атомная масса (Ar) - безразмерная величина, равная отношению средней массы атома элемента (с учетом процентного содержания изотопов в природе) к 1/12 массы атома 12C.

Средняя абсолютная масса атома (m) равна относительной атомной массе, умноженной на а.е.м.

Ar(Mg) = 24,312

m (Mg) = 24,312·1,66057 · 10-24 = 4,037 · 10-23 г

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

Mr = mг / (1/12 mа(12C)) 

mr - масса молекулы данного вещества;

mа(12C) - масса атома углерода 12C.

Mr = S Aг(э). Относительная молекулярная масса вещества равна  сумме относительных атомных масс всех элементов с учетом индексов.

Примеры.

Mr(B2O3) = 2 · Ar(B) + 3 · Ar(O) = 2 · 11 + 3 · 16 = 70

Mr (KAl(SO4)2) = 1 · Ar(K) + 1 · Ar(Al) + 1· 2 · Ar(S) + 2· 4 · Ar(O) == 1 · 39 + 1 · 27 + 1 · 2 · 32 + 2 · 4 ·16 = = 258

Абсолютная масса молекулы равна относительной молекулярной массе, умноженной на а.е.м. 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.

Число Авогадро (NA). Количество частиц в 1 моль любого вещества одно и то же и равно 6,02 · 1023. (Постоянная Авогадро имеет размерность - моль-1).

Пример.

Сколько молекул содержится в 6,4 г серы?

Молекулярная масса серы равна 32 г /моль. Определяем количество г/моль вещества в 6,4 г серы:

n(s) = m(s) / M(s) = 6,4г / 32 г/моль = 0,2 моль

Определим число структурных единиц (молекул), используя постоянную Авогадро NA

N(s) = n(s) · NA = 0,2· 6,02· 1023 = 1,2· 1023

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

M = m / n

Молярная масса вещества равна отношению массы вещества к соответствующему количеству вещества.

Молярная масса вещества численно равна его относительной молекулярной массе, однако первая величина имеет размерность г/моль, а вторая - безразмерная.

M = NА · m(1 молекула)  = NА · Mг · 1 а.е.м. = (NА · 1 а.е.м.) · Mr = Mr

Это означает, что если масса некоторой молекулы равна, например, 80 а.е.м. (SO3), то масса одного моля молекул равна 80 г. Постоянная Авогадро является коэффициентом пропорциональности, обеспечивающим переход от молекулярных соотношений к молярным. Все утверждения относительно молекул остаются справедливыми для молей (при замене, в случае необходимости, а.е.м. на г) Например, уравнение реакции: 2Na + Cl2 2NaCl, означает, что два атома натрия реагируют с одной молекулой хлора или, что одно и то же, два моль натрия реагируют с одним молем хлора.

studfiles.net

Строение вещества

Все что мы видим вокруг, что нас окружает, состоит из крошечных кирпичиков - молекул, которые в свою очередь состоят из атомов. Атомы состоят из еще более мелких частиц - нейтронов, протонов, электронов. Одна молекула может содержать несколько различных атомов, количество и вид которых определяет химические и физические свойства вещества. Например, одна молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода.

Строение вещества

Структура любого атома похожа на миниатюрную модель солнечной системы, у которой в центре расположено ядро, состоящее из нейтронов и протонов, а вокруг ядра вращаются электроны. Каждый элемент атома имеет свой заряд: электрон - отрицательный; протон - положительный; нейтрон - нейтрален. В нормальном состоянии атом имеет нейтральный заряд, так как количество электронов и протонов всегда одинаковое.

От количества протонов в ядре атома зависит к какому химическому элементу относится сам атом. У одного и того же химического элемента в ядре атома может содержаться различное количество нейтронов. Например, атом водорода в своем ядре может содержать один или два протона, либо вообще не содержать протонов. При этом все три вида вещества будут относится к одному химическому элементу - водороду, но будут иметь разные физические свойства. Подобные элементы называются изотопами элемента. Группа изотопов одного элемента называется - нуклидами.

Значительная часть изотопов из-за своей сложной структуры и большого количества элементов в ядре атома, имеют не стабильную структуру и как следствие непродолжительное время существования. Если в ядре атома количество протонов и нейтронов сильно различается, то такой элемент является нестабильным. В результате одни элементы распадаются, образуя более простые элементы, а те в свою очередь так же могут распадаться на еще более простые и стабильные элементы. Данный процесс называется радиоактивным распадом вещества, а время, за которое часть вещества распадается, называется периодом полураспада вещества. Одни элементы могут оставаться стабильными миллиарды лет, другие могут существовать лишь тысячные доли секунды. Процесс распада в природе происходит по определённым цепочкам, от одного вещества к другому на протяжении всего существования материи.

Существует и обратный процесс, кода из более простых веществ, образуются более сложные вещества - данный процесс называется синтезом. Подобные процессы происходят в звездах и других небесных телах, в которых протекают активные термоядерные реакции. Например, в нашем солнце один из основных процессов, это слияние молекул водорода и образование из них молекул гелия.

Радиация

В процессе распада вещества или его синтеза происходит выброс элементов атома (протонов, нейтронов, электронов, фотонов), иначе можно сказать происходит излучение этих элементов. Подобное излучение называют - ионизирующее излучение или что чаще встречается радиоактивное излучение, или еще проще радиация. К ионизирующим излучениям относится так же рентгеновское и гамма излучение.

Радиоактивное излучение, сталкиваясь с материей, проникает в нее, начинает взаимодействовать с атомами и молекулами, вырывая электроны с внешних оболочек атомов, что приводит к изменению заряда атома.

Ионизация - это процесс образования положительно или отрицательно заряженных ионов или свободных электронов из нейтрально заряженных атомов или молекул.

Все элементарные частицы атома обладают огромной энергией и движутся с большими скоростями. В процессе радиоактивного (ионизирующего) излучения, излучаемые элементы сталкиваются с материей, встречающейся у нее на пути, и оказывают на нее мощное энергетическое воздействие. В этом и кроется основная опасность радиации как процесса или воздействия. Под воздействием радиации, как живая, так и не живая материя, может претерпевать значительные изменения, поглощая энергию излучения.

От того, какие элементы излучаются атомом вещества в виде радиации, зависит степень воздействия радиации на вещество.

doza.pro