2.1.1. Атомно-молекулярне вчення
1. Всі речовини складаються з молекул. Молекула - найменша частинка речовини, що володіє його хімічними властивостями.
2. Молекули складаються з атомів. Атом - найменша частинка хімічного елемента, яка зберігає всі його хімічні властивості. Різним елементам відповідають різні атоми.
3. Молекули і атоми знаходяться в безперервному русі; між ними існують сили тяжіння і відштовхування.
Хімічний елемент - це вид атомів, що характеризується певними зарядами ядер і будовою електронних оболонок. В даний час відомо 110 елементів: 89 з них знайдені в природі (на Землі), решта отримані штучним шляхом. Атоми існують у вільному стані, в з'єднаннях з атомами того ж або інших елементів, утворюючи молекули. Здатність атомів вступати у взаємодію з іншими атомами і утворювати хімічні сполуки визначається його будовою. Атоми складаються з позитивно зарядженого ядра і негативно заряджених електронів, що рухаються навколо нього.
Атомне ядро - центральна частина атома, що складається з Z протонів і N нейтронів, в якому зосереджена основна маса атома.
Заряд ядра - позитивний заряд, за величиною дорівнює кількості протонів в ядрі або електронів в нейтральному атомі і збігається з порядковим номером елемента в періодичній системі. Сума протонів і нейтронів атомного ядра називається масовим числом A = Z + N. Де: А -Масова число, Z - сума протонів, N - сума нейтронів.
Ізотопи - хімічні елементи з однаковими зарядами ядер, але різними масовими числами за рахунок різної кількості нейтронів в ядрі.
Елемент Заряд ядра (Z) Масове число (А)
Хімічна формула - це умовна запис складу речовини за допомогою хімічних знаків (запропоновані в 1814 р Й. Берцелиусом) і індексів (індекс - цифра, що стоїть справа внизу від символу. Означає число атомів в молекулі). Хімічна формула показує, атоми яких елементів і в якому відношенні з'єднані між собою в молекулі.
Аллотропия - здатність деяких хімічних елементів утворювати кілька простих речовин, що розрізняються за будовою і властивостями. (С - алмаз, графіт, карбін. O - кисень, озон. S - ромбічна, Моноклінна, пластична. P - білий, червоний, чорний).
Явище аллотропии викликається двома причинами:
1) різним числом атомів в молекулі, наприклад кисень O 2 і озон O 3
2) утворенням різних кристалічних форм, наприклад алмаз і графіт.
Прості речовини - молекули складаються з атомів одного і того ж елемента (O 2, O 3. Cl 2. S. P 4).
Складні речовини - молекули складаються з атомів різних хімічних елементів (H 2 SO 4. P 2 O 5. KClO 3).
Міжнародна одиниця атомних мас дорівнює 1/12 маси ізотопу 12 C - основного ізотопу природного вуглецю.
1 а.е.м = 1/12 x m (12 C) = 1,66057 x 10 - 24 г
Відносна атомна маса (Ar) - безрозмірна величина, що дорівнює відношенню середньої маси атома елемента (з урахуванням процентного вмісту ізотопів у природі) до 1/12 маси атома 12 C.
Середня абсолютна маса атома (m) дорівнює відносній атомній масі, помноженої на а.е.м.
m (Mg) = 24,312 x 1,66057 x 10 -24 = 4,037 x 10 -23 г
Відносна молекулярна маса (Mr) - безрозмірна величина, що показує, у скільки разів маса молекули даної речовини більше 1/12 маси атома вуглецю 12 C.
M r = m r / (1/12 m а (12 C))
m r - маса молекули даної речовини;
m а (12 C) - маса атома вуглецю 12 C.
Mr = S Aг (е). Відносна молекулярна маса речовини дорівнює сумі відносних атомних мас всіх елементів з урахуванням індексів.
Mr (B 2 O 3) = 2 x Ar (B) + 3 x Ar (O) = 2 x 11 + 3 x 16 = 70
Mr (KAl (SO 4) 2) = 1 x Ar (K) + 1 x Ar (Al) + 1 x 2 x Ar (S) + 2 x 4 x Ar (O) = 1 x 39 + 1 x 27 + 1 x 2 x 32 + 2 x 4 x 16 = 258
Абсолютна маса молекули дорівнює відносній молекулярній масі, помноженої на а.е.м. Число атомів і молекул в звичайних зразках речовин дуже велике, тому при характеристиці кількості речовини використовують спеціальну одиницю вимірювання - моль.
Кількість речовини, моль. Чи означає певне число структурних елементів (молекул, атомів, іонів). Позначається n або. вимірюється в моль. Моль - кількість речовини, що містить стільки ж частинок, скільки міститься атомів у 12 г вуглецю.
Число Авогадро (NA). Кількість частинок в 1 моль будь-якої речовини одне й те саме і так само 6,02 x 10 23. (Постійна Авогадро має розмірність - моль -1).
Скільки молекул міститься в 6,4 г сірки?
Молекулярна маса сірки дорівнює 32 г / моль. Визначаємо кількість г / моль речовини в 6,4 г сірки:
n (S) = m (S) / M (S) = 6,4 г / 32 г / моль = 0,2 моль
Визначимо число структурних одиниць (молекул), використовуючи постійну Авогадро N A
N (S) = n (S) x N A = 0,2 x 6,02 x 10 23 = 1,2 x 10 23
Молярна маса показує масу 1 благаючи речовини (позначається M).
Молярна маса речовини дорівнює відношенню маси речовини до відповідної кількості речовини.
Молярна маса речовини чисельно дорівнює його відносній молекулярній масі, однак перша величина має розмірність г / моль, а друга - безрозмірна.
M = N A x m (1 молекула) = N A x M r x 1 а.е.м. = (N A x 1 а.е.м.) x M r = M r
Це означає, що якщо маса деякої молекули дорівнює, наприклад, 80 а.е.м. (SO 3), то маса одного благаючи молекул дорівнює 80 г. Постійна Авогадро є коефіцієнтом пропорційності, що забезпечує перехід від молекулярних співвідношень до молярним. Всі твердження щодо молекул залишаються справедливими для молей (при заміні, в разі необхідності, а.е.м. на г).
Наприклад, рівняння реакції: 2Na + Cl 2 = 2NaCl, означає, що два атоми натрію реагують з однією молекулою хлору або, що одне і те ж, два моль натрію реагують з одним молем хлору.
Еквівалент речовини - деяка умовна одиниця цієї речовини, яка в даній реакції з'єднується з одним атомом або іоном водню або заміщує його. Наприклад, в реакції
2 HCl + Ca (OH) 2 = CaCl 2 + 2 H 2 O
двом атомам водню в HCl відповідає одна частинка Са (ОН) 2. Отже, одному атому водню еквівалента умовна одиниця, рівна. Са (ОН) 2. Це і буде еквівалентом гідроксиду кальцію. Число. носить назву фактора еквівалентності. який позначається символом f екв (В) (В - речовина). У наведеному прикладі f екв [Ca (OH) 2] =.
Фактор еквівалентності деяких речовин можна розрахувати за простими формулами. Для кислоти фактор еквівалентності дорівнює зворотній величині її основності (число іонів Н + в молекулі кислоти, яке заміщується в реакції на метал). Фактор еквівалентності для підстави дорівнює зворотній величині його кислотності (число іонів ОН - в молекулі підстави, які в реакції заміщуються на кислотні залишки):
f екв (кислоти) = 1 / N (H +)
f екв (підстави) = 1 / N (ОН -)
Фактор еквівалентності одного і того ж речовини в різних реакціях може бути різним. В реакції нейтралізації фосфорної кислоти, що протікає по рівнянню
H 3 PO 4 + 3 KOH = K 3 PO 4 + 3 H 2 O
три іона Н + заміщуються на К +. тобто N (H +) = 3. Отже, фактор еквівалентності фосфорної кислоти буде дорівнює f екв (Н 3 РО 4) = 1 / N (Н +) = 1/3. Якщо ж реакція протікає по рівнянню
Н 3 РО 4 + 2КОН = К 2 НРО 4 + 2Н 2 О, то N (H +) = 2 і
Молярна маса еквівалента речовини В (в г / моль) - твір фактора еквівалентності на молярну масу цієї речовини:
Молярну масу еквівалента можна називати також еквівалентної масою.
Кількість речовини еквівалента (в моль) - відношення маси речовини до молярної маси його еквівалента:
n (f екв В) = m (B) / M (f екв В)
Кількісні співвідношення між еквівалентами речовин, що беруть участь в хімічній реакції, задаються законом еквівалентів. Згідно з цим законом для реакції
має виконуватися співвідношення:
n (f екв A) = n (f екв В) = n (f екв C) = n (f екв D)
тобто речовини взаємодіють і утворюються в кількостях, що дорівнюють кількостям речовин еквівалентів.
Таким чином, для взаємодіючих речовин А і В можна записати:
n (f екв A) = n (f екв В)
Використовуючи формулу для знаходження кількості речовини еквівалента, отримуємо
m (A) / M (f екв A) = m (B) / M (f екв В) або
m (A) / m (B) = M (f екв A) / M (f екв В)
Це співвідношення є наслідком закону еквівалентів.
Сірчана кислота масою 4,9 г прореагувала з гідроксидом калію масою 2,8 г. Визначте молярну масу еквівалента сірчаної кислоти і напишіть рівняння реакції.
Для гідроксиду калію КОН завжди N (ОН -) = 1, отже f екв (КОН) = 1. За формулою розраховуємо молярну масу еквівалента КОН:
М (f екв КОН) = 1. 56 = 56 (г / моль)
Використовуючи формулу з слідства закону еквівалентів, знаходимо молярну масу еквівалента сірчаної кислоти:
M (f екв Н 2 SO 4) = m (H 2 SO 4) / m (KOH). М (f екв КОН);
M (f екв Н 2 SO 4) = 4,9 / 2,8. 56 = 98 (г / моль)
Фактор еквівалентності сірчаної кислоти дорівнює:
f екв (Н 2 SO 4) = M (f екв Н 2 SO 4) / M (Н 2 SO 4);
f екв (Н 2 SO 4) = 98/98 = 1
Отже, в даній реакції лише один атом водню в молекулі сірчаної кислоти заміщується на метал. Реакція йде за рівнянням:
H 2 SO 4 + KOH = KHSO 4 + H 2 O