Химия - наука о веществах, их свойствах, строении и взаимных превращениях

С сегодняшней лекции вы начинаете знакомство с курсом «ХИМИЯ», который читается в высших технических учебных заведениях и играет важную роль в подготовке высококвалифицированных инженеров-специалистов.

Должна вам сказать, что курс химии в высших учебных заведениях тесно связан с другими дисциплинами, например, физикой, математикой, экологией, поэтому его преподавание в большинстве технических вузов (в том числе и нашем) подразделяют на два этапа. На первом независимо от будущей специальности, профиля факультета излагается большая часть материала (до 80%), которая является общетеоретической и включает такие разделы, как строение вещества, закономерности протекания химических процессов, свойства растворов, электрохимические явления и процессы и д.р. Второй этап связан с изучением химических свойств конкретных элементов (чаще всего металлов) и их соединений, а также рассмотрением прикладных химико–технологических вопросов и формируется уже с учетом профиля специальностей.

Так вот, весь первый семестр этого года является для вас первым (общетеоретическим) этапом изучения курса «ХИМИЯ», в течение которого вы должны будете получить основную часть знаний по этой дисциплине.

По этой ссылке вы найдёте полный курс лекций по математике:

Решение задач по математике

Поскольку в нашем университете на преподавание химии выделено довольно ограниченное количество часов при огромном объеме учебного материала, то соответственно многие фундаментальные вопросы этого курса выносятся на самостоятельное изучение студентами (список этих вопросов я вам предоставлю чуть позже).

А сейчас я еще пару слов скажу об основной учебной литературе, учебниках, без которых освоение теоретического материала по химии просто немыслимо: ……….

Ну, а теперь перейдем к теме нашей сегодняшней лекции, вернее к теме первого ее часа:

«ХИМИЯ — НАУКА О ВЕЩЕСТВАХ, ИХ СВОЙСТВАХ, СТРОЕНИИ И ВЗАИМНЫХ ПРЕВРАЩЕНИЯХ»

Вопросы, которые мы будем рассматривать в этой теме следующие:

1. Понятие о материи. Определении химии.

2. Значение химии в развитии техники и в изучении природы.

3. Основные понятия химии

4. Основные законы химии

1. Понятие о материи. Определение химии.

Все многообразие окружающего нас мира, все предметы и явления представляют собой различные виды и формы движущейся материи. Конкретно движущаяся материя проявляет себя как вещество и поле. Под веществом понимают вид материи, имеющую «массу покоя», т.е. собственную массу тела. Таким образом, к веществу относятся электроны, нуклоны, атомы, молекулы, кристаллы и т.д.

Поле — это форма материи, связывающая частицы и осуществляющая взаимодействие этих частиц (например, электромагнитное поле, гравитационное поле, ядерное поле и др.). Материальные носители поля «массу покоя» не имеют. Так, фотоны (частицы светового электромагнитного поля) характеризуются постоянной скоростью (~ 300000 км/с) и отсутствием массы покоя.

Вещество при известных условиях может превращаться в поле и наоборот— поле в вещество. Например, при горении вещество переходит в поле световых фотонов; при столкновении позитрона с электроном обе частицы исчезают и образуется два фотона: е+ + ? = 2hv.

Химия — одна из древнейших наук, изучающая вещество.

Любое вещество характеризуется определенным составом (природой и числом атомов в его молекуле), строением (пространственным расположением атомов в молекуле) и определенными физическими и химическими свойствами. Химические свойства вещества характеризуют его способность участвовать в химических реакциях, т.е. в процессах превращения одних веществ в другие. Для понимания этих свойств необходимо знать и и состав, и строение вещества. Поэтому химия изучает состав, строения, свойства веществ и их превращения.

Чтобы ориентироваться в многообразии химических веществ и процессов, необходимо изучить основные понятия и законы химии. — и это первый вопрос для самостоятельного изучения.

2. Значение химии в развитии техники и в изучении природы.

Хотелось бы отметить, что познание химии, как одной из важнейших фундаментальных естественных наук, прежде всего необходимо для вас — для еще продолжающих развитие и формирование организмов — так как химические знания играют очень важную роль в построении и развитии не только научного мировоззрения, но и образного, творческого мышления.

Важную роль играет химия в жизни каждого человека, в его практической деятельности.

Особенно велико значение науки о веществе в технике: в настоящее время не существует ни одной отрасли техники и технологии, где не используются химические вещества и не осуществляются химические процессы.

Приведем несколько актуальных направлений применения химии:

1. Получение электроэнергии, путем преобразования химической энергии природного топлива;

2. Получение топлива;

3. Получение металлов;

4. Получение синтетических материалов: пластмасс, каучуков, волокон, пленок, термостойких пластиков, композиционных полимеров;

5. Получение материалов с особыми свойствами для новой техники (телевизионной техники, систем связи и информационных систем): сверхчистых, сверхтвердых, сверхпроводящих, жаростойких и т.п. Такие материалы поставляет современная химическая промышленность, поэтому можно понять важность изучения химии для любой специальности;

6. Получение продуктов питания;

7. Повышение урожайности сельскохозяйственных культур и экономия сельскохозяйственного сырья;

8. Охрана окружающей среды: разработка методов обнаружения и количественного определения вредных примесей, создание безотходных или малоотходных производств, разработка способов обезвреживания и утилизации промышленных и бытовых отходов и т.п.

Возможно вам будут полезны данные страницы:

Интерполяция кусочно-полиномиальными функциями
Заказ №253440 готовое часть 2
Дифференцируемость решения по параметру и ее применения по начальным условиям
Движение идеальной жидкости. Несжимаемая жидкость. Уравнение неразрывности

3. Основные понятия химии.

Молекула — наименьшая частица вещества, обладающая его основными свойствами и способная к самостоятельному существованию. Она состоит из атомов. Атом представляет собой электронейтральную систему, состоящую из положительно заряженного ядра и движущихся вокруг него отрицательно заряженных электронов.

Положительно заряженное ядро атома состоит из протонов и нейтронов. Протон p представляет собой положительно заряженную частицу с величиной заряда, численно равной заряду электрона, а нейтрон n является электронейтральной частицей с массой, приблизительно равной массе протона. Протоны и нейтроны ядра вместе называются нуклонами; они связаны между собой особыми, ядерными силами.

Количество протонов в ядре всегда постоянно (совпадает с числом электронов), тогда как количество нейтронов может изменяться (зачастую число нейтронов превышает число протонов). По этой причине существуют атомы, имеющие одинаковый заряд ядра, но различающиеся по массе. Они получили название изотопов (от греч. isos — равный, одинаковый + topos — место).

Совокупность атомов с одинаковым зарядом ядра

называют химическим элементом. Каждый известный химический элемент имеет в Периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева свой символ и порядковый номер, соответствующий заряду ядра.

Для обозначения атомных ядер применяют структурный символ элемента, в котором рядом с его химическим символом ставят два числа: слева внизу — порядковый номер (заряд ядра), а слева вверху — массовое число (например,5426Fe).

Массовое число ядра равно сумме чисел протонов и нейтронов, входящих в состав атомного ядра. Порядковый номер элемента численно равен положительному заряду ядра его атома и показывает количество протонов в этом ядре (совпадающее с числом электронов). Таким образом, количество нейтронов в ядре можно определить как разность между массовым числом и зарядом ядра (— Сколько нейтронов содержится в ядрах изотопов железа:5424 Fe, 5626Fe, 5726Fe, 5826Fe?)

Массовые числа некоторых изотопов разных элементов могут совпадать. Например, изотопы с одинаковыми массовыми числами известны для хрома и железа (5424Cr и 5426Fe), цинка и германия (7030Zn и 7032Ge), кадмия и олова (11248Cd и 11250Sn) и др. Химические элементы, атомы которых имеют одинаковую массу, но различные заряды ядер, называются изобарами (от греч. isos – равный + baros – тяжесть, вес).

В свободном состоянии химические элементы находятся в виде простых веществ.

Простыми называют вещества, состоящие из атомов одного элемента. Их обозначают химической формулой Эn, где Э — символ химического элемента; n — число атомов в молекуле.

Среди простых веществ выделяют металлы, составляющие большинство известных элементов, инеметаллы.

К неметаллам относятся простые вещества таких элементов, как водород Н, бор В, углерод С, кремний Si, азот N, фосфор Р, мышьяк As, кислород О, сера S, селен Se, теллур Те, фтор F, хлор Cl, бром Br, йод I, астат At, гелий Hе, неон Ne, аргон Ar, криптон Kr, ксенон Xe, радон Rn.

Химические элементы могут существовать в виде нескольких простых веществ, различающихся по количественному составу или кристаллическому строению. Например, кислород существует в виде дикислорода О2 (обычно называемого кислородом) и трикислорода О3 (называемого озоном), а углерод встречается в виде графита ?-С, алмаза ?-С, карбина (С2)n, фуллеренов С60, С70. Такое явление называют аллотропией, а различные виды одного и того же элемента — аллотропными модификациями.

Сложные вещества, или химические соединения, состоят из атомов двух и более элементов. Например, …………

Еще несколько примеров основных химических понятий:

Абсолютные массы атомов и молекул очень малы, однако современные методы исследования позволяют их определять с большой точностью. Так масса атома водорода составляет 1,674·10–27кг, атома углерода — 1,993·10–26 кг, молекулы воды — 2,990·10–26 кг. Пользоваться такими величинами в расчетах неудобно. Поэтому в химии используются не абсолютные значения масс, а относительные.

Относительная атомная масса показывает, во сколько раз масса атома данного элемента больше так называемой атомной единицы массы (а.е.м.).

В качестве атомной единицы массы (а.е.м.) принята 1/12 часть массы атома углерода-12, т.е. изотопа углерода 12С.

1 а.е.м. = 1,66·10–27 кг

Таким образом, относительной атомной массой (или просто атомной массой) элемента называется масса его атома, выраженная в атомных единицах массы (безразмерная величина), обозначается Ar, где индекс r — начальная буква английского слова relative — относительный; иногда этот индекс опускается. Например, относительная атомная масса кислорода:

Ar(O) = m(O) / 1/12 m(C) = 15,999

Это значение относительной атомной массы кислорода приведено в периодической системе элементов.

Поскольку масса молекулы любого вещества слагается из масс образующих ее атомов, то относительной молекулярной массой Mr вещества называется масса его молекулы, выраженная в атомных единицах массы. Например, относительная молекулярная масса воды равна:

Mr(Н2О) = m(H2O) / 1/12 m(C) = 2,990·10–26/1,66·10–27 = 18,01

или

Mr(Н2О) = 2Ar(H) + 1Ar(O) = 2·1 + 1·16 = 18 (относительная молекулярная масса равна сумме произведений относительных атомных масс атомов на их число).

Иными словами, относительные атомная Ar и молекулярная Mr массы показывают, во сколько раз массы данного атома и данной молекулы больше 1/12 массы атома изотопа углерода-12.

Наряду с единицами массы и объема в химии применяется также единица количества вещества — моль. Моль — это количество вещества, в котором содержится столько структурных единиц, сколько их находится в 12 г изотопа углерода 12С. К структурным единицам относятся атомы, молекулы, ионы и другие частицы, входящие в состав вещества.

Поскольку абсолютную массу атома углерода мы уже знаем, можно рассчитать, сколько атомов углерода содержится в 12 г углерода 12С или в 1 моль любого вещества.

NA = 0,012 / 1,993·10–26 = 6,02·1023

Число NA = 6,02·1023 называется числом Авогадро. NA не зависит ни от природы вещества, ни от его агрегатного состояния.

Масса одного моля данного вещества называется его молярной массой. Молярную массу выражают в г/моль или кг/моль. Она равна частному от деления массы вещества (в кг) на его количество (в моль)

М(Х) = m(X) / ?(X)

Важно помнить (легко показать), что молярная масса М вещества численно равна его относительной атомной или молекулярной массе.

Следует различать молярную массу М и молекулярную массу Мr, выраженную в а.е.м. Если молярная масса выражена в г/моль, то численные значения их равны. Если же молярная масса выражается в кг/моль, то числовое значение ее в 1000 раз меньше Мr. Например, молекулярная масса серной кислоты H2SO4 составляет 98 а.е.м., а ее молярная масса — 98 г/моль, или 98·10–3кг/моль.

4. Основные законы химии.

этот вопрос выносится на самостоятельную подготовку (а на практическом занятии, посвященном этой теме, решаются задачи по основным ее вопросам (см. практические занятия для группы БТП)