Основы химии – «ОСНОВЫ ХИМИИ» Д. И. МЕНДЕЛЕЕВА – ЭТАЛОН УЧЕБНИКА ХИМИИ – Мои статьи – Каталог статей

Теоретические основы химии

Курс лекций

Автор МАЛАШОНОК ИРИНА ЕВГЕНЬЕВНА

Кафедра общей и неорганической химии

Введение

Химия – наука о веществах, закономерностях их превращений и применении. В настоящее время известно более 100 тыс. неорганических и более 4 млн. органических соединений. Все наблюдаемые в природе явления делятся на физические и химические. Явления, сопровождаемые изменением агрегатного состояния и не приводящие к превращению одних веществ в другие – физические (плавление льда, дробление мела). К физическим относятся также процессы образования новых веществ с изменением состава ядер атомов. Явления, при которых из одних веществ образуются новые вещества – химические (химические реакции).

Для установления свойств вещества необходимо иметь чистое вещество. Вещества в чистом виде не встречаются. Встречающиеся в природе вещества представляют собой смеси. Смеси отличаются от химического соединения тем, что их составные части сохраняют свои индивидуальные свойства и могут быть выделены физическими методами. В химических соединениях составные части не сохраняют своих свойств и не могут быть выделены. Вещества, выпускаемые химической промышленностью, также содержат примеси. Поэтому для указания степени их чистоты существуют различные марки: ТЕХН., Ч – чистый, ЧДА – чистый для анализа; ХЧ – химически чистый; ОЧ – особенно чистый, СЧ – спектрально чистый. Допустимое количество примесей регламентируется ГОСТом.

Основные понятия и законы химии Атомно – молекулярное учение.

Объектом изучения в химии являются химические элементы и из соединения .

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 определенным зарядом ядра и строением электронной оболочки. 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

Химическая формула – это условная запись состава вещества с помощью химических знаков. В настоящее время известно более 100 тыс. неорганических и более 4 млн. органических соединений. Химическая формула показывает,  атомы каких элементов и в каком отношении соединены между собой в молекуле.

Аллотропия – явление образования химическим элементом нескольких простых веществ, различающихся по строению и свойствам. Простые вещества- молекулы, состоят из атомов одного и того же элемента. Cложные вещества – вещества, молекулы которых состоят из атомов различных химических элементов.

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.

Mг = ,

где mr ‑ масса молекулы данного вещества.

Относительная молекулярная масса вещества равна  сумме относительных атомных масс всех элементов с учетом индексов.

Примеры.

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

Mг(KAl(SO4)2) = 1 Ar(K) + 1 Ar(Al) + 2 Ar(S) + 8 Ar(O) = 39 + 27 +64 + 8·16 = 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 12C.

Число Авогадро (NA). Количество частиц в 1 моле любого вещества одно и то же и равно 6,02 1023. Постоянная Авогадро NA 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). Молярная масса вещества равна отношению массы вещества к соответствующему количеству вещества n:

M = .

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

2 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

Общая программа и основы, Химия

Общая программа и основы, Химия
  • 1. Введение в химию

  • 2. Электронное строение атомов

  • 3. Химическая связь

  • 4. Химическая термодинамика

  • 5. Химическая кинетика

  • 6. Растворы

  • 7. Химические источники тока

  • 8. Химические свойства элементов

  • 9. Координационные соединения

  • 10. Химия окружающей среды

  • 11. Ядерная химия

  • 12. Органическая химия

  • 13. Биохимия

www.yaklass.ru

Слесарев. Основы Химии живого

ББК 54

Федеральная программа

С 474

книгоиздания России

УДК 541.1:546:547(075.8)

Издание выпущено при финансовой поддержке Администрации Санкт-Петербурга

Ре ц е н з е н т ы :

1.Профессор химического факультета Московского государствен­ ного университета им. М. В. Ломоносова, доктор химических наук

Н.В. Зык

2.Зав. кафедрой общей и биоорганической химии Московского го­ сударственного университета профессор А. С. Берлянд

СЛБСАРБВ В. И.

С474 Химия: Основы химии живого: Учебник для вузов. – СПб: Химиздат, 2000. – 768 с.: ил.

ISBN 5-7245-1148-7

Автор – лауреат конкурса Министерства общего и про­ фессионального образования РФ по созданию учебников но­ вого поколения по естественнонаучным дисциплинам для студентов вузов.

В учебнике изложен полный курс химии, причем в разде­ лах общей, бионеорганической, биофизической и коллоидной химии акцент сделан на рассмотрение процессов, протекаю­ щих в живых системах. Основная цель учебника – сформиро­ вать целостное восприятие химии и раскрыть химические ос­ новы жизнедеятельности.

Предназначен для студентов вузов, учащихся медучи­ лищ, старшеклассников и всех читателей, стремящихся по­ стичь тайны живой материи.

г 1701000000-013_

СС1,

050(01)-2000

Без объявл-

ВБК 54

©В. И. Слесарев, 2000

©ХИМИЗДАТ, 2000

7.5. Водородный и гидроксильный показатели (pH и рОН)

164

7.6.Физико-химическиеосновыводно-электролитногоба167 ланса в организме

Глава 8. ТЕОРИЯ КИСЛОТ И ОСНОВАНИЙ

173

И ПРОТОЛИТИЧЕСКИЕ РАВНОВЕСИЯ

 

8.1. Протолитическая теория кислот и оснований

173

8.2. Кислотно-основныесвойстваа-аминокислот

180

8.3. Важнейшие кислотно-основныереакции

183

8.3.1. Гидролиз солей

183

8.3.2. Реакции нейтрализации

186

8.3.3. Общая, активная и потенциальная кислотность растворов

189

8.4. Протолитический гомеостаз. Буферные растворы и их

193

свойства

 

8.5.Буферные системы организма, их взаимодействие, 197 явления ацидоза и алкалоза

Глава 9.ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕРЕАКЦИИ, ИХ

208

ЗАКОНОМЕРНОСТИ И РОЛЬ В ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ

 

ОРГАНИЗМОВ

 

9.1. Основные понятия и факторы, влияющие на протекание

208

окислительно-восстановительныхреакций

212

9.2. Направление протекания окислительно-восстановитель-

ных реакций

215

9.3. Особенности биохимических окислительно-восстанови-

тельных процессов в организмах

219

9.3.1. Степень окисления углерода в органических соедине-

ниях

220

9.3.2. Реакции внутримолекулярной окислительно-восстанови-

тельной дисмутации за счет атомов углерода субстрата

221

9.3.3. Окислительно-восстановительныепревращения кофак-

торов и коферментов редуктаз

225

9.3.4. Электронотранспортные цепи

9.3.5. Дегидрогеназное окисление-восстановление

227

9.3.6. Окислительное фосфорилирование

229

9.3.7. Фотофосфорилирование

232

9.3.8. Оксигеназное окисление-восстановление

234

9.3.9. Свободнорадикальное окисление и антиоксидантная

236

система организма

242

9.4. Использование окислителей и восстановителей в ме-

дико-санитарнойпрактике

 

Глава 10. КОМПЛЕКСНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ И ИХ СВОЙСТВА

243

1 0 .1 . Основные понятия и терминология

243

10.2. Химическая связь в комплексных соединениях и осо-

246

бенности их строения

249

10.3. Химические свойства комплексных соединений

10.4. Медико-биологическаяроль комплексных соединений

255

10.5. Металлолигандный гомеостаз и его нарушения

261

10.6. Комплексонометрия

263

Глава 11. ГЕТЕРОГЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ И РАВНОВЕСИЯ

266

В РАСТВОРАХ

 

11.1. Основные понятия и теоретические основы

266

11.2.Гетерогенные равновесия в растворах, связанные с 269 процессом кристаллизации

11.3.Гетерогенные равновесия в растворах, связанные с про­ 273

цессом расслоения

275

11.4. Гетерогенные равновесия в живых системах

МОДУЛЬ III

 

ХИМИЯ БИОГЕННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ И ЗАГРЯЗНЕНИЙ

 

ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

 

Глава 12. ХИМИЯЭЛЕМЕНТОВ-ОРГАНОГЕНОВ

284

12.1.Классификация и распространенность химических эле­ 284 ментов в организме человека и окружающей среде

12.2.Строение, химические свойства и роль элементов288 органогенов и их соединений в растительном и жи­

вотном мире

288

12.2.1. Водород и его соединения

12.2.2. Углерод и его соединения

295

12.2.3. Азот и его соединения

304

12.2.4. Фосфор и его соединения

311

12.2.5. Кислород и его соединения

318

12.2.6. Сера и ее соединения

322

12.3.Строение и химические свойства галогенов и их со­ 331 единений

Глава 13. ХИМИЯ ИОНОВ МЕТАЛЛОВ ЖИЗНИ И ИХ РОЛЬ

337

В РАСТИТЕЛЬНОМ И ЖИВОТНОМ МИРЕ

 

13.1. Химия ионов s-металловв организме

337

13.1.1. Натрий и калий

338

13.1.2. Магний и кальций

341

13.2. Химия ионов d-металловв организме

344

13.2.1. Марганец

346

13.2.2. Железо и кобальт

349

13.2.3. Медь

352

13.2.4. Цинк

355

13.2.5. Молибден

356

Глава 14. ХИМИЯ И АНАЛИЗ ЗАГРЯЗНЕНИЙ ОКРУЖАЮЩЕЙ

358

СРЕДЫ

 

14.1. Химия загрязнений атмосферы

359

14.1.1. Токсический смог

361

Глава 19. КАРБОНОВЫЕ КИСЛОТЫ И ИХ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ

468

ПРОИЗВОДНЫЕ

 

19.1.Строение, номенклатура и физико-химическиесвой­ 468 ства карбоновых кислот

19.2.Химические свойства предельных кислот и их произ­ 471 водных

19.2.1.

Кислотно-основныесвойства

472

19.2.2.

Карбоновые кислоты как ацилирующие реагенты

473

19.2.3.Производные карбоновых кислот, их свойства и вза­ 477 имные превращения

19.2.4.Окислительно-восстановительныесвойства карбоновых 482

кислот и их производных

484

19.3. Особенности свойств замещенных карбоновых кислот

и их производных

484

19.3.1. Дикарбоновые кислоты

19.3.2. Гидроксикарбоновые кислоты

487

19.3.3. Оксокарбоновые кислоты

491

19.3.4. Ненасыщенные карбоновые кислоты

497

19.4. Основные реакции метаболизма карбоновых кислот

500

19.4.1. Биосинтез жирных кислот

501

19.4.2. Биологическое окисление жирных кислот

502

19.4.3. Реакции цикла Кребса

505

19.5.Кислоты ароматического ряда и их производные как 509 лекарственные средства

Глава 20. ЛИПИДЫ

513

20.1. Жиры и воски

514

20.2. Омыляемые сложные липиды

519

20.3.Неомыляемые липиды – низкомолекулярные биоре­ 521 гуляторы

Глава 21. АМИНОКИСЛОТЫ, ПЕПТИДЫ И БЕЛКИ

528

21.1.Строение, классификация и физико-химическиесвой­ 528 стваа-аминокислот

21.2. Химические свойства а-аминокислот

533

21.2.1.Кислотно-основныесвойства и прототропная тауто­ 533 мерия

21.2.2. Комплексообразующие свойства

538

21.2.3. Электрофил ьно-нуклеофильныесвойства

538

21.2.4. Окислительно-восстановительныесвойства

543

21.3. Структура и свойства пептидов

550

21.4. Структура и свойства белков

554

Глава 22. УГЛЕВОДЫ И ПОЛИСАХАРИДЫ

569

22.1. Строение, изомерия и свойства моносахаридов

570

1 .1 . Химические свойства моносахаридов и их производных

576

Глава 26. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕОСНОВЫ ПОВЕРХНОСТНЫХ

681

ЯВЛЕНИЙ

 

26.1. Свободная поверхностная энергия

681

26.2. Сорбция и ее виды

683

26.3. Абсорбция

684

26.4. Адсорбция

687

26.4.1. Адсорбция на неподвижной поверхности раздела фаз

6 8 8

26.4.2. Молекулярная адсорбция из растворов на твердых

692

адсорбентах

694

26.4.3. Адсорбция ионов из растворов

26.4.4. Ионообменная адсорбция

696

26.5. Адсорбция на подвижной поверхности раздела фаз

697

26.6. Поверхностно-активныевещества

698

26.7. Хроматография

702

Глава 27. ФИЗИКОХИМИЯ ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ

708

27.1. Дисперсные системы и их классификация

708

27.2. Лиофобные коллоидные растворы

710

27.2.1. Строение мицелл в лиофобных коллоидных растворах

712

27.2.2. Свойства лиофобных коллоидных растворов

716

27.2.3. Влияние высокомолекулярных соединений на устой-

727

чивость лиофобных коллоидов. Флокуляция

729

27.3. Лиофильные коллоидные растворы

27.3.1.Строение мицелл ПАВ и ВМС в водных коллоидных 730 растворах в зависимости от их концентрации

27.3.2.Получение и свойства лиофильных коллоидных рас735

творов

739

27.3.3. Моющее действие растворов ПАВ

27.3.4. Особенности растворов биополимеров

741

27.4. Структурообразование в растворах ВМС. Возникнове-

748

ние связнодисперсных систем и их свойства

751

27.5. Грубодисперсные системы

27.5.1. Суспензии

752

27.5.2. Эмульсии

753

27.5.3. Аэрозоли

755

27.6. Электрокинетические явления в дисперсных системах

760

27.7. Ткани организма –дисперсные системы

763

27.7.1. Строение и свойства межклеточных мембран

763

27.7.2. Кровь – сложная дисперсная система

765

Литература

768

studfiles.net

Теоретические основы химии – HimHelp.ru

Механизм диссоциации

Существенным является вопрос о механизме электролити­ческой диссоциации. Легче всего диссоциируют вещества с ионной связью. Как известно, эти вещества состоят из ионов. При их растворении диполи воды ориентируются вокруг положительного и отрицательного ионов. Между ионами и диполями воды возникают силы взаимного притяжения. В результате связь между ионами ослабевает, происходит переход ионов из кристалла в раствор. При…

Диссоциация кислот, оснований и солей в водных растворах

С помощью теории электролитической диссоциации дают определения и описывают свойства кислот, оснований и солей. Кислотами называются электролиты, при диссоциации которых в качестве катионов образуются только катионы водорода Н3РО4  Н+ + Н2РО—4(первая ступень) Н2РО—4  Н+ + НРO2-4 (вторая ступень) НРО2-4  Н+ PОЗ—4 (третья ступень) Диссоциация многоосновной кислоты протекает главным образом по первой ступени, в меньшей степени по второй и лишь в незначительной степени — по третьей. Поэтому в водном растворе, например, фос­форной кислоты наряду с молекулами Н3РО4 имеются ионы (в последовательно уменьшающихся количествах) Н2РО2-4, НРО2-4 и РО3-4. Основаниями называются электролиты, при диссоциации которых в качестве анионов образуются только гидроксид-ионы. Например: KOH  K+ + OH—;…

Степень диссоциации

Поскольку электролитическая диссоциация — процесс обратимый, то в растворах электролитов наряду с их ионами присутствуют и молекулы. Поэтому растворы электролитов характеризуются степенью диссоциации (обозначается греческой буквой альфа α). Степень диссоциации — это отношение числа распавшихся на ионы моле­кул N’ к общему числу растворенных молекул N: Степень диссоциации электролита определяется опытным путем и выражается в долях единицы или в процентах. Если α = 0, то диссоциация отсутствует, а если α = 1 или 100%, то электролит полностью распадается на ионы. Если же α = 20%, то это означает, что из 100 молекул данного электролита 20 распалось на ионы. Различные электролиты имеют различную степень диссоциации. Опыт показывает, что она зависит от концентрации электролита и от температуры. С уменьшением концентрации электролита,…

Реакции ионного обмена

Согласно теории электролитической диссоциации все реакции в водных растворах электролитов являются реакциями между ионами. Они называются ионными реакциями, а уравнения этих реакций — ионными уравнениями. Они проще уравнений реакций, записанных в молекулярной форме, и имеют более общий характер. При составлении ионных уравнений реакций следует руководство­ваться тем, что вещества малодиссоциированные, малорастворимые (выпадающие в осадок) и газообразные записываются в молекулярной форме. Знак ↓, стоящий при формуле вещества, обозначает, что это вещество уходит из сферы реакции в виде осадка, знак ↑ обозначает, что вещество удаляется из сферы реакции в виде газа. Сильные электролиты, как полностью диссоциированные, записывают в виде ионов. Сумма электрических зарядов левой части уравнения должна быть равна сумме электрических зарядов правой части. Для закрепления этих положений рассмотрим два примера. Пример 1. Напишите уравнения реакций между растворами хлорида железа (III) и гидроксида натрия в молекулярной и ионной формах. Разобьем решение задачи на четыре этапа. 1….

Ионное произведение воды. pH раствора

Кh3O = 1.10-4 Данная константа для воды называется ионным произведением воды, которое зависит только от температуры. При диссоциации воды на каждый ион Н+ образуется один ион ОН—, следовательно, в чистой воде концентрации этих ионов одинаковы: [Н+] = [ОН—]. Используя значение ионного произведения воды, находим: [H+] = [ОН—] =  моль/л. Таковы концентрации ионов Н+ и ОН—…

Гидролиз солей

Выше показано, что реакция чистой воды является нейтраль­ной (рН = 7). Водные растворы кислот и оснований имеют, соответственно, кислую (рН < 7) и щелочную (рН > 7) реакцию. Практика, однако, показывает, что не только кислоты и основания, но и соли могут иметь щелочную или кислую реакцию — причиной этого является гидролиз солей. Взаимодействие солей с водой, в результате которого образуются кислота (или кислая соль), и основание (или основная соль), называется гидролизом солей. Рассмотрим гидролиз солей следующих основных типов: 1. Соли сильного основания и сильной кислоты (например, KBr, NаNО3) при растворении в воде не гидролизуются, и рас­твор соли имеет нейтральную реакцию….

Метод электронного балланса

В этом методе сравнивают степени окисления атомов в исходных и конечных веществах, руководствуясь правилом: число электронов, отданных восстановителем, должно рав­няться числу электронов, присоединенных окислителем. Для составле­ния уравнения надо знать формулы реагирующих веществ и продуктов реакции. Последние определяются либо опытным путем, либо на осно­ве известных свойств элементов. Рассмотрим применение этого метода на примерах. Пример 1. Составление уравнения реакции меди с раствором нитрата палладия (II). Запишем формулы исходных и конечных веществ реакции и покажем изменения степеней окисления: Медь, образуя ион меди, отдает два электрона, ее степень окисления повы­шается от 0 до +2. Медь — восстановитель. Ион палладия, присоединяя два электрона, изменяет степень окисления от +2 до 0. Нитрат палладия (II) -окислитель. Эти изменения можно выразить электронными уравнениями    из которых следует,  что при восстановителе  и окислителе коэффициенты равны 1. Окончательное уравнение реакции: Cu + Pd(NO3)2 = Cu(NO3)2…

Метод полуреакций

Как показывает само название, этот метод основан на составлении ионных уравнений для процесса окисления и  процесса восстановления с последующим  суммированием их в общее уравнение. В  качестве примера составим уравнение той же реакции, которую использовали  при объяснении метода  электронного баланса. При пропускании сероводорода Н2S через подкисленный раствор перманганата калия КМnО4 малиновая окраска исчезает и раствор мутнеет. Опыт показывает, что помутнение раствора происходит в результате образова­ния элементной серы, т.е. протекания процесса: Н2S → S + 2H+ Эта схема уравнена по числу атомов. Для уравнивания по числу зарядов надо от левой части схемы отнять два электрона, после чего можно стрелку заменить на знак равенства: Н2S — 2е— = S + 2H+ Это первая полуреакция — процесс окисления восстановителя Н2S. Обесцвечивание раствора связано с переходом иона MnO4— (он имеет малиновую окраску) в ион Mn2+ (практически бесцветный и лишь при большой концентрации имеет слабо-розовую окраску), что можно выразить схемой MnO4— → Mn2+ В кислом растворе кислород, входящий в состав ионов МnО4, вместе с ионами водорода в конечном итоге образует воду. Поэтому процесс перехода записыва­ем так: MnO4— + 8Н+→ Мn2+ + 4Н2О Чтобы стрелку заменить на знак равенства,…

Электролиты и неэлектролиты

Хорошо известно, что одни вещества в растворенном или расплав­ленном состоянии проводят электрический ток, другие в тех же усло­виях ток не проводят. Это можно наблюдать с помощью простого прибора . Он состоит из угольных стержней (электродов), присоединенных проводами к электриче­ской сети. В цепь включена электрическая лампочка, которая показывает присутствие или отсутствие тока в цепи. Если опустить электроды в раствор саха­ра, то лампочка не загорается. Но она ярко загорится, если их опустить в раст­вор хлорида натрия. Вещества, распадающиеся на ионы в растворах или расплавах и потому проводящие электрический ток, называются электролитами. Вещества, которые в тех же условиях на ионы не распадаются и электрический ток не проводят, называются неэлектролитами.   К электролитам относятся кислоты, основания и почти все соли, к неэлектролитам — большинство органических соединений,…

Теория электролитической диссоциации

Для объяснения особенностей водных растворов электролитов шведским ученым С.Аррениусом в 1887 г. была предложена теория электролитической диссоциации. В дальнейшем она была развита многими учеными на основе учения о строении атомов и химической связи. Современное содержание этой теории можно свести к следующим трем положениям: 1. Электролиты при растворении в воде распадаются (диссоциируют) на ионы — положительные и отрицательные. Ионы находятся в более устойчивых электронных состояниях, чем атомы. Они могут состоять из одного атома — это простые ионы (Na+, Mg2+, Аl3+ и т.д.) — или из нескольких атомов — это сложные ионы (NО3—, SO2-4, РОЗ-4и т.д.). 2.  Под действием  электрического  тока ионы  приобретают  направленное движение: положительно заряженные ионы движутся к катоду, отрицатель­но заряженные — к аноду. Поэтому первые называются катионами, вторые — анионами. Направленное движение ионов происходит в результате притяжения их противоположно заряженными электродами. 3. Диссоциация — обратимый процесс: параллельно с распадом молекул на ионы (диссоциация) протекает процесс соединения ионов (ассоциация). Поэтому в уравнениях электролитической диссоциации вместо знака равенства ставят знак обратимости. Например,…

www.himhelp.ru

Основы химии – часть 2

В экологии часто пользуются таким понятием как экосистема. Экосистема является основной функциональной единицей экологии. Экосистемой называют совокупность растений, животных и других организмов, взаимосвязанных между собой и с окружающей их средой, связанных таким образом, что система сохраняет свою устойчивость неограниченно долго. Понятие применяется как к системам, которые включают совокупность организмов, так и к системам, в которые входит один организм. Каждая экосистема является составной компонентой биосферы. Биосфера представляет собой тонкий слой вокруг планеты Земля, где взаимодействуют между собой воздух, вода и земля и где обитают живые организмы.

Экосистемы или их звенья, наиболее чувствительные к неблагоприятному воздействию антропогенных нагрузок, называют критическими. В критических звеньях природных экосистем аккумулируются загрязняющие вещества и создаются высокие нагрузки на биоту.

Биотой называют совокупность всех организмов экосистемы. Это исторически сложившаяся совокупность растений и животных, объединенных общей областью распространения. На биоту оказывает постоянное влияние абиотическая среда.

Абиотическая среда – это совокупность условий неорганической среды, воздействующих на живые организмы. Влияние абиотической среды на живое вещество происходит химическим путем – через химический состав атмосферы, почвы, природных вод, донных отложений и физическим /или климатическим/ путем через такие показатели климатических условий как температура, осадки, ветер, давление атмосферы, строение земной поверхности. Абиотическая среда может меняться в зависимости от степени антропогенного воздействия на окружающую среду, от антропогенной нагрузки.

Антропогенной нагрузкой называют созданный человеком искусственно или возникающей в результате его деятельности комплекс источников и факторов воздействия на окружающую среду. Антропогенная нагрузка может заключатся в интенсивном использовании природных ресурсов /например, добыча полезных ископаемых, вырубка леса и т.д./, а так же в загрязнении природной среды /вода, воздух, почва/ путем выброса в атмосферу вредных, загрязняющих веществ, сброс сточных вод и т.д.

Загрязняющими веществами /плютантами/ являются всевозможные химические соединения, повышенное содержание которых в биосфере и ее компонентах вызывает негативную токсико-экологическую ситуацию. По агрегатному состоянию загрязняющие вещества делятся на три группы: газообразные, жидкие и твердые. В связи с этим, возникает необходимость изучения всех трех агрегатных состояний химических соединений. С другой стороны, загрязняющие вещества классифицируют по их химической природе и их воздействию на живые организмы. Естественно, особую опасность представляют загрязняющие вещества, оказывающие мутагенное влияние, результатом которого могут быть нарушения в системе воспроизводства потомства, и концерогенное, обуславливающее развитие злокачественных новообразований.

Поллютанты способны разрушить гомеостаз. Гомеостаз – поддержание на постоянном уровне жизненно важных констант живой системы: для внутренней среды высших животных это рН, ионный состав крови, температура, для биосферы – целостность генофонда и замкнутость биотического круговорота. В этом отношении большую роль играет соблюдение предельно допустимых концентраций /ПДК/. ПДК – это максимальное содержание загрязняющего химического вещества, не вызывающее прямого или косвенного негативного влияния на окружающую среду и здоровья человека, а также не приводящее к накоплению токсичных элементов в сельскохозяйственных культурах. Сейчас контроль за поступлением в природу поллютантов /загрязняющих веществ/ ведется постоянно. Этот контроль называется мониторингом .

Необходимо также сказать, что в экологии используются и такие понятия, как экологическая ниша, толерантность, токсикант и др.

Совокупность всех факторов среды в ареале /ареал – область распространения любой систематической группы организмов – популяций, вида, семейства/, при которых возможно существование определенного вида названа экологической нишей . С экологической нишей связано явление толерантности. Толерантность – способность организмов относительно безболезненно выносить отклонение факторов среды жизни от оптимальных для него. Однако в природе ничего не остается без последствий. Особенно влечет за собой последствия воздействие на природу веществ-токсикантов. Токсикант – вредное химическое вещество, вызывающее отравление живого организма. О токсичности отдельных поллютантов будет рассказано в соответствующих параграфах курса.

1.3. Основные законы химии и экологии. Химико–экологические закономерности.

К основным законам химии относят так называемые стехиометрические законы. Стехиометрия устанавливает соответствие между количеством реагентов, вступающих в химическую реакцию и количеством продуктов, образующихся в результате реакции. Это соответствие осуществляется стехиометрическими коэффициентами, проставляемыми в уравнение реакции.

Первый закон, который рассматривается в курсе химии – закон сохранения массы и энергии . Можно по-разному подходить к этому закону, например, разделить на два:закон сохранения массы и закон сохранения энергии, или толковать его более широко, как закон сохранения материи. В экологизированном курсе химии целесообразно рассматривать эти законы отдельно, а затем сделать общий эколого-химический вывод.

Закон сохранения массы говорит о том, что в результате химических превращений сумма масс веществ до реакции и сумма масс веществ после реакции одинакова. Общая масса сохраняется, если даже в результате химического процесса получается небольшое количество полезного продукта. Следовательно, основная масса веществ идет в отходы. И стоит задуматься, правильно ли выбран данный технологический процесс? Куда девать получаемые отходы? На наш взгляд, этот закон имеет глубокое эколого-философское значение. Прежде всего, насколько возможны безотходные технологии о которых много говорили не так давно. С другой стороны, какова ответственность авторов-разработчиков того или иного технологического процесса, выбрасываемого в отходы значительные массы «ненужных», иногда очень вредных веществ.

По закону сохранении энергии «Любая энергия не исчезает и не возникает, а только одни ее виды переходят в другие в эквивалентных количествах». В этом законе мы сознательно на первое место поставили сохранение энергии, так как следует еще провести дополнительные исследования превращения химической энергии в другие виды. Особенно, если химическая реакция протекает в условиях экосистем и с загрязняющими веществами.

К этим законам мы будем возвращаться в процессе изложения курса и будем развивать эколого-химические идеи, заложенные в них.

Закон постоянства состава раньше считали вторым по значимости среди химических законов. Он утверждает, что «каждое чистое вещество имеет постоянный качественный и количественный состав независимо от способов получения». Отсюда следует, что вещества, полученные разными способами, но имеющие один и тот же качественный и количественный состав, должны обладать одинаковыми химическими свойствами. Однако здесь необходимо сделать два уточнения. Во-первых, на химические свойства влияет не только качественный и количественный состав соединения, но и структура молекулы /взаимное расположение атомов/. В связи с этим, одно и тоже соединение, полученное разными методами, может отличаться по химическим свойствам. Но это не значит, что разный состав вещества, просто в различном порядке соединены друг с другом атомы. Во-вторых, закон постоянства состава выполняется при условии, что химическое соединение всегда состоит из одних и тех же изотопов данного элемента.

Закон кратных отношений применим к соединениям, образующимся из двух элементов. Если два элемента образуют друг с другом несколько химических соединений, то массы одного элемента, приходящиеся на одну и ту же массу другого элемента, относятся между собой как небольшие целые числа. Например, углерод и кислород образуют два оксида: СО и СО2 . В этих оксидах массы кислорода, приходящиеся на одну и туже массу углерода, относятся как 1:2.

Закон оъемных отношений свидетельствует о том, что объемы взаимодействующих газообразных веществ относятся между собой и к объемам продуктов реакции, как небольшие целы числа. Например, 2NO+O2 =2NO2 ; VNO :VO2 :VNO2 =2:1:2

Закон Авогадро , сформулированный в 1811 году А.Авогадро, имеет большое значение для химии и физики газообразных веществ. По этому закону «В равных объемах различных газов при одинаковых условиях содержится одинаковое число частиц /молекул, атомов, ионов/. Из этого закона вытекает следствие: «Моль любого газа при нормальных условиях занимает объем 22,4л». Химикам известна также и величина, которую называют числом Авогадра «N». Число Авогадро показывает, сколько молекул содержится в одном моле вещества. N=6,02*1023 .

Закон эквивалентов определяет, в каких количествах взаимодействуют вещества между собой. По этому закону «Химические вещества взаимодействуют друг с другом в весовых или объемных количествах, пропорциональных их эквивалентам». Эквивалентное количество образуется из продуктов реакции. Например, 2Н22 =2Н2 О. Здесь с четырьмя эквивалентами водорода взаимодействует четыре эквивалента кислорода и образуется четыре эквивалента воды.

mirznanii.com

ВВЕДЕНИЕ

Тема1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ХИМИИ

Атом – наименьшая частица химического элемента, сохраняющая его химические свойства.

Молекула – наименьшая частица вещества, обладающая его химическими свойствами.

Химическийэлемент– видатомовсодинаковымзарядомядра.Химическое вещество – устойчивая совокупность частиц (ато-

мов, ионов, молекул), которая обладает определенными физическими и химическими свойствами.

Молекулярные вещества – это вещества, мельчайшими структурными частицами которых являются молекулы.

Немолекулярные вещества – это вещества, мельчайшими структурными частицами которых являются атомы или ионы.

Формульная единица вещества – группа атомов, которая со-

ставляет простейшую химическую формулу вещества немолекулярного строения.

Ионы – электрически заряженные частицы, образовавшиеся из атомов (или атомных групп) в результате присоединения или потери электронов.

Простое вещество – вещество, состоящее из атомов одного химического элемента.

Аллотрóпия – способность химического элемента существовать в видедвухилинесколькихпростыхвеществ–аллотропныхмодификаций.

Аллотропные модификации – простые вещества, образованные атомами одного и того же химического элемента и имеющие различное количество атомов в молекуле (например, O2 и O3) или разную структуру кристаллов (например, графит и алмаз).

Сложное вещество, или соединение, – вещество, состоящее из атомов разных химических элементов.

Свойства вещества – это признаки, по которым вещества похожи или отличаются друг от друга.

Физические свойства – это такие свойства, как плотность, растворимость, плавление, кипение, цвет, запах, агрегатное состояние.

Для обозначения агрегатного состояния веществ введем систему обозначений: вещество, заключенное в квадратные скобки, – [твердое], в фигурные скобки – {жидкое}, в круглые скобки – (газообразное). Тогда уравнения фазовых превращений можно представить следующим образом:

studfiles.net

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ОСНОВЫ ХИМИИ — МегаЛекции

ПРОФИЛЬНЫЙ УРОВЕНЬ

Изучение химии на профильном уровне среднего (полного) общего образования направлено на достижение следующих целей:

· освоение системы знаний о фундаментальных законах, теориях, фактах химии, необходимых для понимания научной картины мира;

· овладение умениями: характеризовать вещества, материалы и химические реакции; выполнять лабораторные эксперименты; проводить расчеты по химическим формулам и уравнениям; осуществлять поиск химической информации и оценивать ее достоверность; ориентироваться и принимать решения в проблемных ситуациях;

· развитие познавательных интересов, интеллектуальных и творческих способностей в процессе изучения химической науки и ее вклада в технический прогресс цивилизации; сложных и противоречивых путей развития идей, теорий и концепций современной химии;

· воспитание убежденности в том, что химия – мощный инструмент воздействия на окружающую среду, и чувства ответственности за применение полученных знаний и умений;

· применение полученных знаний и умений для: безопасной работы с веществами в лаборатории, быту и на производстве; решения практических задач в повседневной жизни; предупреждения явлений, наносящих вред здоровью человека и окружающей среде; проведения исследовательских работ; сознательного выбора профессии, связанной с химией.

 

 

ОБЯЗАТЕЛЬНЫЙ МИНИМУМ СОДЕРЖАНИЯ
ОСНОВНЫХ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ ПРОГРАММ

МЕТОДЫ НАУЧНОГО ПОЗНАНИЯ

Научные методы исследования химических веществ и превращений. Роль химического эксперимента в познании природы. Моделирование химических явлений. Взаимосвязь химии, физики, математики и биологии. Естественнонаучная картина мира[1].

ОСНОВЫ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ ХИМИИ

Атом. Модели строения атома. Ядро и нуклоны. Нуклиды и изотопы. Электрон. Дуализм электрона. Квантовые числа. Атомная орбиталь. Распределение электронов по орбиталям. Электронная конфигурация атома. Валентные электроны. Основное и возбужденные состояния атомов.



Современная формулировка периодического закона и современное состояние периодической системы химических элементов Д.И.Менделеева. Электронные конфигурации атомов переходных элементов.

Молекулы и химическая связь.Ковалентная связь, ее разновидности и механизмы образования. Характеристики ковалентной связи. Комплексные соединения. Электроотрицательность. Степень окисления и валентность. Гибридизация атомных орбиталей. Пространственное строение молекул. Полярность молекул. Ионная связь. Металлическая связь. Водородная связь. Межмолекулярные взаимодействия. Единая природа химических связей.

Веществамолекулярного и немолекулярного строения. Современные представления о строении твердых, жидких и газообразных веществ.

Причины многообразия веществ: изомерия, гомология, аллотропия, изотопия.

Классификация и номенклатура неорганических и органических веществ.

Чистые вещества и смеси. Дисперсные системы. Коллоидные системы. Истинные растворы. Растворение как физико-химический процесс. Тепловые явления при растворении. Способы выражения концентрации растворов: массовая доля растворенного вещества, молярная и моляльная концентрации.

Химические реакции, их классификация в неорганической и органической химии.

Закономерности протекания химических реакций. Тепловые эффекты реакций. Термохимические уравнения. Понятие об энтальпии и энтропии. Энергия Гиббса. Закон Гесса и следствия из него.

Скорость реакции, ее зависимость от различных факторов. Закон действующих масс. Элементарные и сложные реакции. Механизм реакции. Энергия активации. Катализ и катализаторы.

Обратимость реакций. Химическое равновесие. Константа равновесия. Смещение равновесия под действием различных факторов. Принцип Ле Шателье.

Электролитическая диссоциация. Сильные и слабые электролиты. Константа диссоциации. Реакции ионного обмена. Произведение растворимости. Кислотно-основные взаимодействия в растворах. Амфотерность. Ионное произведение воды. Водородный показатель (рН) раствора.

Гидролиз органических и неорганических соединений .

Окислительно-восстановительные реакции. Методы электронного и электронно-ионного баланса. Ряд стандартных электродных потенциалов. Коррозия металлов и способы защиты от нее. Химические источники тока. Электролиз растворов и расплавов.

НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

Характерные химические свойства металлов, неметаллов и основных классов неорганических соединений.

Водород. Изотопы водорода. Соединения водорода с металлами и неметаллами. Вода. Пероксид водорода.

Галогены. Галогеноводороды. Галогениды. Кислородсодержащие соединения хлора.

Кислород. Оксиды и пероксиды. Озон.

Сера. Сероводород и сульфиды. Оксиды серы. Сернистая и серная кислоты и их соли.

Азот. Аммиак, соли аммония. Оксиды азота. Азотистая и азотная кислоты и их соли.

Фосфор. Фосфин. Оксиды фосфора. Фосфорные кислоты. Ортофосфаты.

Углерод. Метан. Карбиды кальция, алюминия и железа. Угарный и углекислый газы. Угольная кислота и ее соли.

Кремний. Силан. Оксид кремния (IV). Кремниевые кислоты, силикаты.

Благородные газы.

Щелочные и щелочно-земельные металлы и их соединения.

Алюминий и его соединения.

Переходные элементы (медь, серебро, цинк, ртуть, хром, марганец, железо) и их соединения.

Комплексные соединения переходных элементов.

Общие способы получения металлов. Понятие о металлургии. Сплавы (черные и цветные).

ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

Теория строения органических соединений. Углеродный скелет. Радикал. Функциональная группа. Гомологи и гомологический ряд. Структурная и пространственная изомерия. Типы связей в молекулах органических веществ и способы их разрыва.

Типы реакций в органической химии. Ионный и радикальный механизмы реакций.

Алканы и циклоалканы. Алкены, диены. Алкины. Бензол и его гомологи. Стирол.

Галогенопроизводные углеводородов.

Одноатомные и многоатомные спирты. Фенолы. Простые эфиры. Альдегиды и кетоны. Карбоновые кислоты. Функциональные производные карбоновых кислот. Сложные эфиры неорганических и органических кислот. Жиры, мыла.

Углеводы. Моносахариды, дисахариды, полисахариды.

Нитросоединения. Амины. Анилин.

Аминокислоты. Пептиды. Белки. Структура белков.

Пиррол. Пиридин. Пиримидиновые и пуриновые основания, входящие в состав нуклеиновых кислот. Представление о структуре нуклеиновых кислот.

Высокомолекулярные соединения. Реакции полимеризации и поликонденсации.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ОСНОВЫ ХИМИИ

Правила работы в лаборатории. Лабораторная посуда и оборудование. Правила безопасности при работе с едкими, горючими и токсичными веществами.

Физические методы разделения смесей и очистки веществ. Кристаллизация, экстракция, дистилляция.

Синтез органических и неорганических газообразных веществ.

Синтез твердых и жидких веществ. Органические растворители.

Качественный и количественный анализ веществ. Определение характера среды. Индикаторы. Качественные реакции на неорганические вещества и ионы. Идентификация органических соединений, обнаружение функциональных групп. Измерение физических свойств веществ (масса, объем, плотность). Современные физико-химические методы установления структуры веществ. Химические методы разделения смесей.

ХИМИЯ И ЖИЗНЬ

Химические процессы в живых организмах. Биологически активные вещества. Химия и здоровье. Проблемы, связанные с применением лекарственных препаратов.

Химия в повседневной жизни. Моющие и чистящие средства. Правила безопасной работы со средствами бытовой химии.

Общие принципы химической технологии. Природные источники химических веществ.

Полимеры. Пластмассы, волокна, каучуки. Новые вещества и материалы в технике.

Химическое загрязнение окружающей среды и его последствия.

Проблемы безопасного использования веществ и химических реакций в современной жизни. Токсичные, горючие и взрывоопасные вещества.

Источники химической информации: учебные, научные и научно-популярные издания, компьютерные базы данных, ресурсы Интернета.

 

 

ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ
ПОДГОТОВКИ ВЫПУСКНИКОВ


Рекомендуемые страницы:


Воспользуйтесь поиском по сайту:

megalektsii.ru

Оставить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *