Историческая справка



Скачать 122.79 Kb.
Дата23.10.2014
Размер122.79 Kb.
ТипЛекция




ЛЕКЦИЯ №1.

Определение химии как науки, ее роль и значение в НТР. Строение атома. Краткая история и основные положения квантовой механики.

Химияэто наука о веществах и их превращениях.

ИСТОРИЧЕСКАЯ СПРАВКА:

Зародилась эта наука в Египте – технически наиболее передовой стране древнего Мира. Такие отрасли производства как металлургия, керамика, стеклоделие, крашение, парфюмерия и косметика, достигли там значительного развития ещё задолго до нашей эры. Химия считалась в Египте «божественной» наукой и тщательно скрывалась от всех непосвященных. Тоже самое происходило и в Месопотамии, Индии и Китае. С VIII по XII век было периодом расцвета химии в арабских странах. В Европе большой вклад в 13 веке в развитие химии внесли алхимики, но рецептура передавалась строго от отца к сыну, и направлена была в основном на получение «философского камня», т.е. – золота.

Только в 16 веке произошла перестройка алхимии, т.к. жизнь выдвинула ряд новых требований, вызванных в основном запросами медицины и промышленности. «Цель химии состоит не в изготовлении золота и серебра, а в изготовлении лекарств», - писал Парацельс. В этот же период в 16в начинает развиваться самобытная русская промышленность. Имеются данные о довольно значительных размерах выплавки металлов, выварки соли, выработки поташа, селитры, пороха в Московском государстве XVI века. практика сильно переросла теорию. Теория Шталя (1700) о том, что во всех телах способных гореть и окисляться находится флогистон – особое вещество, дала толчок к открытию большинства газов. И только середину 18 века можно считать началом современной химии, когда был сформулирован закон сохранения массы веществ Ломоносовым. Наука о составе веществ стала самостоятельной областью химических знаний (правил, законов, теорий). Знание и понимание этих законов является необходимым составляющим при изучении современной химии.



«Широко простирает» химия руки свои в дела человеческие» – Ломоносов.

Современная химия представляет собой систему отдельных научных дисциплин: общей, неорганической, аналитической, органической, физической, коллоидной и т.д.

Основой любой химической науки является: атомно-молекулярное учение. Необходимо знать следующие определения и законы:

Атом – наименьшая частица химического элемента, являющаяся носителем его свойств.

Аабсолютная атомная масса – истинная масса элемента, выраженная в граммах, в килограммах (в системе СИ).

Например, абсолютная масса атома углерода составляет 1,993•10-26 кг,

Н – 1,67410-27 кг, О2,66710-26 кг.



Ar – относительная масса (r – relative – нейтральный) – это частное от деления абсолютной атомной массы элемента на 1/12 абсолютной атомной массы изотопа углерода С (углеродную единицу).

Ar(H) = = 1,0079 у.е. или а.е.м.

В 1960 году состоялся международный съезд химиков в Монреале, была принята углеродная шкала атомных весов.

Молекула – наименьшая частица вещества, способная к самостоятельному существованию и обладающая химическими свойствами вещества.

Mr – относительная молекулярная масса – частное от деления массы молекулы соединения на 1/12 абсолютной массы атома изотопа углерода, равна сумме относительных атомных масс всех атомов, составляющих молекулу соединения.

Mr(NH3)=Ar(N) + 3Ar(H) = 14 + 31 = 17.

Моль – количество вещества, содержащее столько же структурных единиц (атомов, молекул, ионов, электронов и т.д.), сколько содержится атомов в 0,012 кг С или в 12 г С.

 или n – количество вещества

 = = =

Зная, массу 1 атома 12С (1,993•10-26кг), вычисляют число атомов NA в 0,012 кг углерода.



NА = = 6,0231023 моль-1.

Кроме того, необходимо усвоить



Основные законы химии:

стехиометрические законы

1) Закон сохранения массы веществ: (М.В.Ломоносов, 1748г): масса веществ, вступивших в химическую реакцию, равна массе веществ, образующихся в результате реакции.

Pb+O2=PbO (в реторте)



2) Закон постоянства состава: (Пруст, 1808г) – всякое чистое вещество независимо от способа его получения всегда имеет постоянный качественный и количественный состав.

3) С помощью значения относительной плотности были определены относительные молекулярные массы и уточнены составы молекул многих газообразных веществ. Молекулярная масса может быть вычислена также по уравнению состояния идеального газа или Уравнения Клапейрона-Менделеева.

или

P -давление газа в замкнутой системе

V – объем системы (м3)

m – масса газа (кг)

М – молярная масса

Т – абсолютная t° в Кельвинах

R – универсальная газовая постоянная

P = 101,325 кПа

Используемые величины:





Основные газовые законы:


  1. Бойля–Мариотта при постоянной t°, давление, производимое данной массой газа, обратно пропорционально объему газа

t° – const.

  1. Гей-Люссака при постоянном давлении объем газа изменяется прямо пропорционально абсолютной температуре

, при P – const.

  1. Шарля: при постоянном объеме давление газа изменяется прямо пропорционально абсолютной температуре.

, при V – const.

  1. Объединенный закон Бойля-Мариотта, Гей-Люссака и Шарля:



Парциальным давлением газа в смеси называется давление, производил бы этот газ, занимая при тех же физических условиях объем все газовой смеси.

Общее давление газовой смеси равно Σ парциальных давлений.



3. Закон кратных отношений.

Если два элемента образуют друг с другом несколько соединений, то на одну и ту же массу одного из них приходятся такие массы другого, которые относятся как небольшие целые числа.

FeO Fe2O3


w(Fe) = 78%

w(O) = 22%



Fe – x

O –y


x : y - ?

x : y

Fe : O =

FeO – простейшая формула.



4) Закон эквивалентов: (открыт в конце XVIIIв.) – вещества взаимодействуют между собой в количествах, пропорциональных их химическим эквивалентам.



Эквивалент – химическим эквивалентом элемента называется такое его количество, которое соединяется с 1 моль атомов водорода или замещает то же количество атомов водорода в химических реакциях. Химический эквивалент не является постоянной величиной, он зависит от валентности элемента.

К середине XIX века в химии сложился свой язык, который был узаконен на первом международном съезде химиков в 1860 году в г.Карлсруэ (Германия). начальные буквы их латинских наименований O – oxygenium – кислород

Каждое соединение обозначается химической формулой, которая показывает качественный и количественный состав вещества.

Na2SO4 – 2 атома Na

1 атом серы

4
индексы


атома кислорода

В практике используются 3 (три) вида формул.



  1. Эмпирическая (простейшая)

H2O, NaOH, CH4, и т.д.

  1. Молекулярная, которая уточняет эмпирическую и показывает сложные ионы, молекулы или фрагменты, входящие в формулу.

KAl(SO4)2 • 12H2O; (NH4)2S2O8; C6H6

  1. Структурная или графическая

С6H6 C2H2 CHCH

H2O2 H – O – O – H H2SO4

Любое химическое превращение одних соединений в другие называется химической реакцией:

C

коэффициенты

2H5OH + 3O2 → 3H2O+2CO2



4. Закон простых объемных отношений, или «химический» закон (Гей-Люссак, 1808) – объемы вступающих в реакцию газов при одинаковых условиях относятся друг к другу, а также к объемам образующихся газообразных продуктов как небольшие целые числа.

5. Закон Авогадро: (Авогадро, 1811г.) – в равных объемах различных газов при одинаковых условиях (t˚ и давлении) содержится одинаковое число молекул. Из закона вытекают 2 следствия:

  1. 1 моль любого газа при одинаковых условиях занимает один и тот же объем – равный 22,4 л. (t˚-0˚C и давление 1,01325•105 Па). В этом же объеме находится 6,023•1023 молекул газообразного вещества.

  2. Массы равных объемов двух газов, взятых при одинаковом давлении и to, относятся друг к другу как их молярные массы:

, также плотности газов относятся как их относительные молекулярные массы: , Д – относительная плотность.

6. Периодический закон и периодическая система химических элементов Д.И.Менделеева.

Для правильного написания химических формул надо знать валентность элементов или степень окисления. Валентностью называется способность атомов данного элемента присоединять или замещать определенное число других атомов.

max вал. = 8.

Мы живем в эпоху научно-технического прогресса, который определяется успехами науки и техники и внедрением их достижений в народное хозяйство.

Химия внедряется во все отрасли производства. Химические процессы используются в сельском хозяйстве, в медицине, в быту. Развитие науки и техники ставит перед химиками задачу получения новых, неизвестных в природе веществ и материалов – сверхпроводников, полупроводников, диэлектриков. Это создает предпосылки для бурного развития электротехники и радиоэлектроники.

Огромными темпами развивается производство полимерных материалов, существенна роль химии в развитии ракетной техники и космонавтики, в создании «ядерного горючего» и особых материалов для реакторов и защиты от радиации.

Продуктивность сельского хозяйства резко возрастает при использовании химических удобрений и химических средств борьбы с болезнями и вредителями сельскохозяйственных растений.

В наши дни наблюдается новый этап развития химии, который направлен на создание наиболее экономичного и экологически «чистого» химического производства.



Строение атома

Идея, что вещество состоит из атомов очень древняя. Её выдвинул греческий философ Демокрит за 400 лет до н.э. Эта теория состоит в том, что вещество можно делить лишь до тех пор, пока не будут получены его наименее возможные частицы. Демокрит назвал их атомами. Но взгляды Демокрита не получили признания. Только в 18 веке химики начали истолковывать свои результаты с использованием понятием атом и лишь в 1808 году Дальтон сформулировал атомистическую теорию. Согласно Дальтону все вещества состоят из атомов, мельчайших неделимых частиц, которые не могут быть ни созданы, ни уничтожены. Дальтон утверждал, что все атомы одного и того же элемента совершенно идентичны и имеют одинаковые массы.

В 1900 физики начали находить доказательства тому, что атомы построены из ещё более мелких частиц. Так были открыты катодные и рентгеновские лучи.

В 1895 году английский ученый Крукс, проводя эксперименты по электрическому разряду в газах при низких давлениях, наблюдал свечение стекла. Это были катодные лучи – поток отрицательно заряженных частиц. Томсон сделал вывод, что эти отрицательно заряженные частицы присутствуют в любом веществе. Джонстон Стони предложил название электрон в 1891 году. (электрон – от греческого – янтарь, вещество, способное к электризации от трения с некоторыми материалами). С этого времени началось создание разнообразных электронных моделей атомов и молекул. Заряд электрона ( - ) определил американский физик Милликен. Масса электрона составляет 9,11 • 10-31 кг, или 1/1840 массы атома водорода. Первые модели атома были гадательными. Положение изменилось только после работ Резерфорда по рассеиванию α-частиц. В 1895 году немецкий физик Рентген показал, что электроны соударяясь с поверхностью стеклянной трубки, вызывают излучение, проникающее сквозь вещество. Так были открыты Х – лучи или рентгеновские лучи. В 1898 году Томсон предложил модель атома: это положительно заряженная сфера, в которую вкраплены отрицательно заряженные электроны (как изюм в кексе). В 1911 году Резерфорд предложил модель атома в виде солнечной системы, т.е. он поместил положительно заряженное ядро, а вокруг по круговым орбитам двигались ( - ) заряженные электроны. Но такой атом с позиций физики существовать не мог, т.к. электроны, ускоренно двигаясь, должны были в конце концов упасть на ядро. Выход был найден Бором, но до этого было сделано ещё ряд открытий.

В 1913 году английский физик Мозли установил, что порядковый номер элемента в периодической таблице Менделеева имеет физический смысл. Он назвал его Z и равен он числу протонов в ядре, т.к. атомы электронейтральны, то число протонов (+) равно числу электронов (-). Но масса ядра оказалась больше массы всех протонов. Лишь в 1932 году Чедвигу удалось установить наличие в ядре кроме протонов, электронейтральные частицы – нейтроны N. Протоны и нейтроны – это нуклоны. Суммарное их число называется нуклонным числом или массовым числом – А = Z + N.






Заряд, Кл

Относит. заряд

масса, кг

масса, М ат.ед.

протон

+ 1,6022•10-19

+1

1,6726•10-27

1,0073

нейтрон

0

0

1,6750•10-27

1,0087

электрон

- 1,6022•1019

-1

9,1095•10-31

5,4858•10-4

Таким образом мы подошли к определению химического элемента.

Химический элемент – это совокупность атомов с одинаковым зарядом ядра. Разновидности одного и того же химического элемента, отличающиеся массой атомов, называются изотопами. Они содержат одинаковое число протонов, но разное количество нейтронов. Изотопы хлора:

имеют один и тот же атомный номер 17, но у одного 18, а у другого 20 нейтронов:

N = A – Z = 37-17=20

Так как химические свойства определяются зарядом ядра и электронной структурой атома, то масса атома влияет на них слабо.



– называются нуклидами.

В настоящее время известно ≈ 300 устойчивых и 1400 радиоактивных изотопов.

Ядра имеющие 2, 8, 14, 20, 28, 50, 82 протона (Р) или нейтрона (n) и 126, 152 (n) отличаются по своим свойствам от ядер других элементов. Их называют магическими числами. Это He, O, Si, Ca, Pb (2ды магическими и т.д.) Они относятся к завершенным ядерным слоям. Превращение химических элементов осуществляется за счет ядерных реакций.

Первый вклад в это внес Беккерель в 1896 году, когда открыл радиоактивность урана. Он показал, что химические элементы не являются вечными и неизменными, а могут превращаться друг в друга. Эти законы изучает ядерная химия.



при α-распаде

В ядерных реакциях образуются новые элементы. У некоторых элементов ядро расщепляется и образуется 2 разных элемента, иногда при распаде вылетают протоны, нейтроны или электроны. Такой процесс называется радиоактивным. Радиоактивные вещества испускают лучи 3х типов (α, β, γ). Они обладают большой проникающей способностью. Удалось установить, что α-лучи – это ядра атомов гелия, β-лучи – электроны. Большой вклад в изучении радиоактивности принадлежит Марии и Пьеру Кюри. Различают естественную (Po, Ra) и искусственную радиоактивность. Известны 3 ряда радиоактивных элементов – ряд урана, ряд актиния и ряд тория.

1)

2) + 4 ряд, полученный искусственно

3)

Элементы с Z > 92 , были получены искусственно. Их называют трансурановыми элементами. Первый радиоактивный изотоп получен Ирен и Фредериком Жолио Кюри по реакции (α, n)





→ (испускание позитронов)

Изучение закономерностей ядерных реакций и радиоактивного распада позволяет ставить вопрос о создании теории происхождения химических элементов и их распространенности в природе.



Таким образом атом состоит из: ядра и вращающихся вокруг ядра электронов. Положительный заряд ядра обуславливают протоны, количество которых ровно порядковому номеру химического элемента и количеству электронов с отрицательным зарядом, что уравновешивает атом. Кроме протонов в ядре находятся нейтроны, не имеющие заряда. Их число равно разнице между атомной массой и количеством протонов. Эксперименты с рентгеновскими лучами показали, что диаметр атомов 2•10-10м или 0,2 нм. Значения масс атомов лежат в пределах от 10-27 до 10-25 кг или 1,661•10-27 в атомных единицах.

Краткая история и основные положения квантовой механики

Изучение природы лучистой энергии было одной из проблем развития физики и химии. На протяжении всего 18 века большинство физиков считали, что видимый свет состоит из мельчайших частиц, вылетающих из источников света, как пули. Это была теория Исаака Ньютона (1675г.). Но ещё Гук и Гюйгенс предложили волновую теорию (подобие волн на поверхности воды). В 1800г. Томас Юнг опубликовал свою работу, показывающую превосходство волновой теории. Он объяснил явления отражения и преломления света, объяснил явление интерференции. В результате прохождения лучей через два отверстия за ними распространяются световые волны. Если гребень одной волны совпадает с гребнем другой, то произойдет усиление и наоборот. Но он добился лишь одного – осмеяния коллег. В 1815 году Френель вновь исследовал явления интерференции и представил математическое обоснование волновой теории. Вместе с открытием X-лучей Рентгеном, явлением радиоактивности Беккерелем и электрона – Томсоном пришло понимание электромагнитного излучения. Это привело к разработке новой, так называемой квантовой теории. В 1905 году Эйнштейн высказал предположение о том, что идея о квантовании должна быть применена не только к процессам лучеиспускания и лучепоглощения, но и к излучению. Это значит, что электромагнитное излучение состоит из частиц называемых фотонами, имеющих энергию и распространяющихся в пространстве со скоростью света, так была развита теория Планка, утверждавшего, что



, т.е. энергия каждой порции электромагнитной энергии прямо пропорциональна частоте излучения.

Похожие:

Историческая справка iconИсторическая справка о полуротонде памяти королевы Луизы в парке «Центральный» Калининграда Источник исторической справки сайт музея «Фридландские ворота»
Историческая справка о полуротонде памяти королевы Луизы в парке «Центральный» Калининграда
Историческая справка iconИсторическая справка

Историческая справка iconИсторическая справка фонда р-16

Историческая справка iconПриложение №3. Историческая справка

Историческая справка iconИсторическая справка об образовательном учреждении

Историческая справка icon[Приложение 1] Историческая справка Иван Грозный

Историческая справка iconК 60-летнему юбилею кафедры английской филологии: историческая справка

Историческая справка iconУ милосердия древние корни
Краткая историческая справка об истории благотворительности в России
Историческая справка iconИсторическая справка
Профсоюзное движение медицинских работников имеет более чем вековую историю
Историческая справка iconТверская область старицкий район
Краткая историческая справка. Историко-культурный каркас территории. Культурное наследие
Разместите кнопку на своём сайте:
ru.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©ru.convdocs.org 2016
обратиться к администрации
ru.convdocs.org