Temeljni zakoni kemije. Osnovni pojmovi i zakonitosti kemije

Neće biti suvišno najprije definirati pojam kemija - to je najvažnija znanost koja proučava strukturu tvari, njihove transformacije. Obuhvaća sljedeće osnovne pojmove i zakone (kemija):

1. Kemijska svojstva bilo koje tvari utvrđuju se na temelju stanja elektroničkih ljuski (vanjskih) molekula, koje ga tvore. Jezgre i unutarnji elektroni ostaju gotovo nepromijenjeni tijekom kemijskih procesa.

2. Predmet kemije - kemijski elementi, njihove kombinacije (atomi, jednostavni, složeni: ioni, karbeni, slobodni radikali, molekule, radikalni ioni, kao i materijali, kemijski spojevi, njihove asocijacije: klasteri, klatrati, suradnici, solvati, itd.) ). Ima ih ogroman broj, i konstantno raste zbog činjenice da sama ova znanost formira svoj objekt (već je poznato oko 10 milijuna kemijskih spojeva).

3. Supstanca je vrsta tvari s određenom masom odmora koja se sastoji od elementarnih čestica kao što su elektroni, neutroni, protoni, mezoni itd. Ova znanost proučava tvari koje se pretvaraju u atome, ione, molekule i radikale. Oni su: složeni, jednostavni (kemijski spojevi).

4. Najmanja komponenta kemijskog elementa koja se ne može kemijski odvojiti i koja zadržava sva izvorna svojstva definirana električnom ljuskom i nuklearni naboj naziva se atom . Dio tvari (spoja) koji sadrži identične atome naziva se kemijski element , od kojih svaki odgovara kompleksu određenih atoma.

5. Molekula je mikročestica koja ima 2 ili više atoma i sposobna je za autonomno postojanje. Ima konstantan kvantitativni, kvalitativni sastav atomskih jezgri, kao i konstantan broj elektrona; opremljena jedinstvenim svojstvima.

6. Jednostavne tvari tvore atomi samo prvog kemijskog elementa, s obzirom na to da su poseban oblik njegova postojanja u slobodnom stanju (O₂, H₂, He, O₃, S₈), a složene tvari tvore različiti kemijski elementi i mogu imati stalan sastav ( daltonidi ili stehiometrijski spojevi) ili varijabilni (berthollides ili nestehiometrijski spojevi).

7. Ioni su monoatomske ili poliatomske čestice s električnim nabojem. Pozitivno nabijeni ioni su kationi, a negativno anioni. U obliku plina, oni su u svom slobodnom stanju.

8. Valencija je sposobnost atoma da zamijeni ili veže druge atome (atomske skupine) i formira kemijske veze. Valencijska mjera je broj atoma vodika (kisika) koji su vezani za kemijski element. Vodik je monovalentan i kisik je bivalentan.

9. Kemijske reakcije su transformacija nekih tvari (početnih spojeva) u supstance različite vrste (produkti reakcije), koje ne mijenjaju jezgre atoma.

10. Reagensi - polazni materijali ili jedan od najaktivnijih polaznih spojeva koji određuju smjer reakcije.

Podrijetlo dotičnog pojma

Postoje dva stajališta s obzirom na njegovo podrijetlo:

1. Od drevnog imena Egipta - "Hem", koji se doslovno prevodi kao "crni", "tamni". Vjerojatno zbog boje tla u dolini r. Neil.
2. Od starogrčkog izraza "chemeia" - umjetnički oblik taljenja metala.

Moderno ime dolazi od latinske riječi "chimia". Ona je internacionalna (na primjer, u njemačkoj kemiji, u francuskoj chimie, u engleskoj kemiji). Poznato je da je predak pojma "kemija" grčki alkemičar Zosima (V cent.).

Organska kemija: definicija, organski spojevi

To je znanost koja proučava spojeve ugljika koje proizvode živi organizmi. Do danas je poznato više od 2 milijuna organskih spojeva, podijeljenih u skupine kao što su alkeni, alkoholi, alkani itd. Većina ih je uključena u sastav ulja i zauzima vodeće pozicije u proizvodnji: boja, lijekova, plastike, kozmetike ,

Sastav organskih spojeva: ugljikovi atomi i drugi elementi (kisik, vodik), koji su povezani jakim kovalentnim vezama. Spojevi koji nastaju iz ugljikovih atoma s vodikom nazivaju se ugljikovodici .

Glavna komponenta prirodnog plina je jednostavan ugljikovodik (metan - CH₄). Organska kemija točno istražuje organski spojevi razlikuju se po obiteljima i nazivaju se homologne serije .

Gore navedene skupine (alkeni, alkani) pripadaju različitim homolognim serijama, od kojih svaka uključuje tisuće spojeva. Njihov položaj u ovoj seriji određen je brojem ugljikovih atoma unutar molekula (na primjer, molekule prvog spoja brojnih alkana: metan - 1 ugljikov atom, etan - 2, propan - 3).

Imena spojeva koji sadrže 1 atom ugljika počinju prefiksom "meth", 2 atoma - "et", 3 atoma - "prop". Takvi spojevi, koji pripadaju prvoj homolognoj seriji, imaju slična kemijska svojstva, ali različita fizička. A oni spojevi koji imaju malo ugljikovih atoma su plinovi, dovoljno veliki broj atoma su tekućine, a krutine su prekomjerno prezasićene atomima.

Broj organskih spojeva je prilično velik zbog sposobnosti atoma da formiraju duge lance ili prstene. Ove strukturne jedinice spojene su zbog kovalentnih veza (njihovi elektroni vanjskih ljuski su "općenito dostupni"). Oblici ugljika jednostavni (svaki atomski par dijeli između njih 1 par elektrona), 2. ili čak 3. kovalentne veze (sudjeluju dva, odnosno tri para elektrona).

Nakon reakcije dovoljno zasićenog spoja (organskog) s drugim spojem, postojeće veze su prekinute, a neki atomi zamijenjeni drugim.

Osnovni stehiometrijski zakoni kemije

Oni su uključeni u ovaj dio kemije, kao stehiometrija. Poznato je da sadrži sljedeće temeljne zakone kemije:

• Gay-Lussac;
• Avogadrov;
• ekvivalenti i očuvanje mase;
• višestruki odnosi;
• konzistentnost sastava.

Suština zakona očuvanja mase i energije

Osnova za formiranje kemijskih jednadžbi je metoda materijalne bilance, čija je osnova zakon očuvanja mase (kemije). Prema njegovim riječima, masa reagensa identična je masi konačnih produkata reakcije.

Prvi put ga je otkrio MV Lomonosov 1748. Tada je francuski kemičar A. Lavoisier (1789.) došao do istih rezultata.

Tijekom kemijske reakcije broj interakcijskih atoma je nepromjenjiv (uočava se samo njihovo pregrađivanje, praćeno uništenjem početnih tvari). Protočna interakcija kisika s vodikom, koja dovodi do stvaranja vode, može se napisati jednadžbom odgovarajuće kemijske reakcije (kao na slici dolje).

Formule tih kemijskih spojeva su koeficijenti koji se nazivaju "stehiometrijski". Moderna formula dešifrira se na sljedeći način: zbroj masa i energija unutar izoliranog sustava je konstantan.

Ima oblik: E = m · c², gdje

c je brzina svjetlosti (3.10 m / s);

Početkom 20. stoljeća Albert Einstein je uspio dokazati valjanost ove jednadžbe za bilo koji oblik materije.

Suština zakona postojanosti

Formulirali su je 1808. godine francuski kemičari J. Proust i C. L. Berthollet. U njemu se navodi da svaka pojedinačna tvar dobivena bilo kojom poznatom metodom uvijek ima stalan kvantitativni i kvalitativni sastav.

Zakon konstantnosti tvari (kemija) omogućio je da se sastav tvari izrazi kemijskim znakovima, odgovarajućim indeksima (na primjer, H20, C2H20H, CH3). Početkom 20. stoljeća (1912.-1913.) Ugledni ruski profesor N. S. Kurnakov otkrio je postojanje spojeva različitog sastava koji je nazvao berthollides .

Ako se sjećate sljedeće lekcije iz kemije, zakon konstantnosti sastava smatra se poštenim za tvari koje imaju molekularnu strukturu. Kao što je već spomenuto, osim tvari s konstantnim sastavom, postoje i tvari s varijablama: izmjena monolitnih strukturnih jedinica (iona, atoma) odvija se u suprotnosti s utvrđenom periodičnošću.

Zbog prisutnosti spojeva s različitim sastavom, zakon konstantnosti sastava (kemija) sadrži pojašnjenja o tome da postoji izravna veza između strukture sastava spojeva i postupaka za njihovu pripremu: ako postoji molekularna struktura, tada se sastav ne mijenja ovisno o bilo kojem postupku priprave, već u situaciji kada je struktura ne-molekularna (ionska, atomska i metalna rešetka) - sastav ovisi o specifičnim uvjetima proizvodnje.

Zakon o ekvivalentima formulacije

Otkrio ju je njemački kemičar N. Richter i sastoji se od sljedećeg: mase tvari koje međusobno djeluju (kemijski) jednake su ili su višestruke mase njihovih kemijskih ekvivalenata (stupanj kemije 11).

Ekvivalentna je uvjetna ili stvarna čestica tvari koje mogu zamijeniti, osloboditi, pričvrstiti itd., Što je jednako prvom vodikovom ionu ionsko-izmjenjivačke ili kiselinsko-bazne reakcije; Redoks reakcije 1. elektrona.

Na drukčiji način, može se reći da mol ekvivalenata (određena količina tvari koja sadrži onoliko strukturnih elemenata koliko ima ugljikovih atoma u 12 g izotopa 1C) reagira s točno istim molom ekvivalenata, ali različite supstance ,

Matematički, ovaj zakon je:

mₐ: Mₔ (A) = mᵦ: M (B), gdje

mₐ je masa neke tvari A,

mᵦ je masa tvari B,

Mₔ (A) je maseni (molarni) ekvivalent odgovarajuće supstance A,

Mₔ (B) - masa (molarna) ekvivalent tvari B.

Događa se da se jedna reagirajuća tvar u početku nalazi u čvrstom stanju, a druga u plinovitom stanju. Zatim se zakon koji se razmatra izražava sljedećom formulom:

mₐ: Mₔ (A) = Vb: Vₔ (B).

Suština zakona višestrukih odnosa

Formirao ju je engleski kemičar D. Dalton 1803. godine. Njezina je suština da u situaciji kada dva kemijska elementa stvaraju nekoliko spojeva (molekularnih), maseni udjeli bilo kojeg od njih su povezani kao cijeli brojevi (stupanj kemije 11).

U procesu interakcije kisika i dušika dobiveno je 5 oksida. U nastalim molekulama na 1 g dušika računamo sljedeću količinu kisika u gramima: 0,57, 1,14, 1,71, 2,28, 2,85. Koreliraju se u omjerima: 2: 1, 1: 1, 2: 3, 1: 2, 2: 5 (pripravci: NO, NO, N20, NO2, N20).

Avogadrovi zakoni i volumni odnosi

Suština potonjeg: u identičnim uvjetima, količine plinovitih reaktanata odnose se jedna na drugu i volumeni dobivenih plinskih proizvoda kao cjelina (J. Gay-Lussac).

U slučaju interakcije plinovitih tvari, njihovi volumeni su povezani kao koeficijenti (stehiometrijske) jednadžbe reakcije: 2H₂ + O₂ = 2H2O (g).

Što se tiče Avogadrov zakon, tada je njegova formulacija sljedeća: identične količine plina u istim uvjetima sadrže isti broj mola.

Matematički se može prikazati na sljedeći način:

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

n (x) je potreban broj molova tvari,

m je masa odgovarajuće tvari

M (x) je molarna masa reaktanta.

Posljedice ovog zakona:

1. 1 molarna plinovita tvar zamjenjuje volumen od 22,4 litre (pod normalnim uvjetima).
2. 1 molna plinovita tvar sadrži identičan broj molekula, što je jednako 6.023 1023 - Avogadrov broj.
3. Kod poznatih masa plinovitih tvari ili njihovih molarnih masa moguće je odrediti relativnu gustoću: mₐ: mᵦ = pₐ: pᵦ, gdje

pₐ, pᵦ - gustoća tvari A i B, g / cm3.

Tako su gore navedeni temeljni zakoni kemije (stehiometrijski). Sljedeće će se smatrati plin i termodinamika.

Plinski zakoni kemije

Samo četiri zakona:

1. Boyle - Mariotta: ako je temperatura konstantna vrijednost (T = const) unutar izotermalnog procesa, tada tlak koji stvara masa plina obrnuto je proporcionalan njegovom volumenu: pV = const.

2. Gay-Lussac: ako je tlak plina konstantan (p = const) unutar izobarni proces tada je njegov volumen izravno proporcionalan apsolutnoj temperaturi: V: T = const.

3. Charlie: ako je volumen plina konstantan u okviru izohoričnog procesa, tada je njegov tlak izravno proporcionalan apsolutnoj temperaturi: P: T = const.

4. Kombinirani plin: pV: T = const.

To su osnovni zakoni plinske kemije.

Zakoni kemijske termodinamike

Tri su:

1. Zakon o uštedi energije (kemija): ako u tijeku bilo kojeg procesa nestane energija 1. vrste, tada dolazi drugačiji oblik energije "zamijeniti ga" iu različitoj količini koja je strogo ekvivalentna prvom. Stoga se može reći da u svakom izoliranom sustavu ukupna rezerva energije ostaje nepromijenjena.

2. Unutar granica izoliranog sustava, procesi koji se spontano povećavaju povećavaju entropiju (transformaciju) sustava.

3. Ako temperatura teži nuli, entropija sustava ostaje nepromijenjena (neovisno o njegovim parametrima).

To su osnovni zakoni termodinamike (kemije).

Suština zakona masa

To je temeljni zakon fizikalne kemije. Zakon djelovanja masa (u kemiji): brzina kojom se odvija kemijska reakcija proporcionalna je proizvodu koncentracija reagensa.

U slučaju homogene reakcije s 1. stupnjem (A + B - produkti reakcije), ovaj se zakon može predstaviti kao jednadžba:

v = k · cₐ · cᵦ, gdje

v je brzina reakcije

cₐ, cᵦ - koncentracije reagensa, A i B, mol / l,

k je konstanta brzine reakcije.

Zakon djelovanja masa (u kemiji) omogućuje da se identificira fizičko značenje te konstante: ona je jednaka brzini reakcije pri koncentracijama reaktanata na 1 mol / l ili je vrijednost njihovog proizvoda jednaka jednoj. Konstanta ovisi o temperaturi, prirodi reagensa, ali ne o njihovim koncentracijama.

Periodni zakon: tekst, uloga

Poznato je da je ovaj zakon najvažnije postignuće u kemiji, može se reći, temelj moderne kemije. Nakon otkrića, prestala je biti isključivo deskriptivna znanost, takozvano znanstveno predviđanje postalo je moguće.

Periodni zakon (kemija) otkrio je 1869. poznati ruski znanstvenik Dmitri Ivanovič Mendeljejev. Službeni tekst: "Svojstva jednostavnih tijela, kao i oblici i svojstva spojeva elemenata su u periodičkoj ovisnosti o veličini atomskih težina elemenata".

To su osnovni zakoni kemije (fizički).

Kemija kao sustav znanja o tvarima i njihovim transformacijama

Znanje se izvodi iz pouzdanih opširnih informacija o spojevima i elementima (kemijskim), njihovim reakcijama, ponašanju u okviru prirodnog i umjetnog okoliša. Postojeći kriteriji za pouzdanost proučenih činjenica, kao i načini njihovog organiziranja kontinuirano se razvijaju. Velike generalizacije prenose se na znanstvene zakone, čija formulacija omogućuje otvaranje novih faza kemije (na primjer, temeljni zakoni kemije: Daltonov zakon, Mendeljejev periodički zakon, itd.). Teorijski aspekti, u kojima se primjenjuju određeni pojmovi, omogućuju objašnjenje i predviđanje činjenica o užem predmetnom području. Stoga se može reći da znanje, potkrijepljeno iskustvom, postaje činjenica tek nakon teorijske interpretacije.

Dakle, prva kemijska teorija je teorija "flogistona" (ona je prepoznata kao netočna), promicala je formiranje moderne kemije, s obzirom na činjenicu da je raspršene činjenice spojila u jedan sustav, dopuštajući da formulira niz novih pitanja. Ali strukturna teorija (F. Kekule, A. M. Butlerov) pomogla je pojednostaviti i objasniti opsežan materijal organske kemije i odrediti ubrzani razvoj kemijske sinteze, kao i proučavanje strukture organskih spojeva.

Znanost u pitanju kao znanje je vrlo dinamičan sustav. Evolucijska priroda procesa akumulacije znanja povremeno se prekida revolucijama - radikalnim restrukturiranjem sustava teorija, metoda i činjenica s pojavom novog skupa koncepata ili čak fundamentalno novog stila svjetonazora i mišljenja. Tako su djela Antoinea Laurenta Lavoisierija (uvođenje kvantitativnih metoda eksperimenta, materijalistička teorija oksidacije, razvoj kemijske nomenklature), periodični Mendeljejev zakon, razvoj novih analitičkih metoda (kromatografija, mikroanaliza), nastanak novih područja koja tvore novi predmet kemije i utječu na sva njegova područja (npr. fizikalna kemija, utemeljena na kemijskoj kinetici i termodinamici).

Također je važno napomenuti da je kemijsko znanje opremljeno razvijenom strukturom čiji su kemijski okviri glavne kemijske discipline nastale u 19. stoljeću (organska, analitička, anorganska i fizikalna kemija). Nakon toga, u procesu evolucije, pojavile su se mnoge nove discipline (bio- i kristalna kemija, itd.) I inženjerska industrija - kemijska tehnologija.

Dakle, u članku se razmatraju osnovni pojmovi i zakonitosti kemije.