Самоучитель по химии с нуля онлайн. Химия
Если вы поступили в университет, но к этому времени так и не разобрались в этой нелегкой науке, мы готовы раскрыть вам несколько секретов и помочь изучить органическую химию с нуля (для "чайников"). Вам же остается только читать и внимать.
Основы органической химии
Органическая химия выделена в отдельный подвид благодаря тому, что объектом ее изучения является все, в составе чего есть углерод.
Органическая химия – раздел химии, который занимается изучением соединения углерода, структуру таких соединений, их свойства и методы соединения.
Как оказалось, углерод чаще всего образует соединения со следующими элементами - H, N, O, S, P. Кстати, эти элементы называются органогенами .
Органические соединения, количество которых сегодня достигает 20 млн, очень важны для полноценного существования всех живых организмов. Впрочем, никто и не сомневался, иначе человек просто закинул бы изучение этого непознанного в долгий ящик.
Цели, методы и теоретические представления органической химии представлены следующим:
- Разделение ископаемого, животного или растительного сырья на отдельные вещества;
- Очистка и синтез разных соединений;
- Выявление структуры веществ;
- Определение механики протекания химических реакций;
- Нахождение зависимости между структурой и свойствами органических веществ.
Немного из истории органической химии
Вы можете не верить, но еще в далекой древности жители Рима и Египта понимали кое-что в химии.
Как мы знаем, они пользовались натуральными красителями. А нередко им приходилось использовать не готовый естественный краситель, а добывать его, вычленяя из цельного растения (например, содержащиеся в растениях ализарин и индиго).
Можем вспомнить и культуру употребления алкоголя. Секреты производства спиртных напитков известны в каждом народе. Причем многие древние народы знали рецепты приготовления «горячей воды» из крахмал- и сахарсодержащих продуктов.
Так продолжалось долгие, долгие годы, и только в 16-17 веках начались какие-то изменения, небольшие открытия.
В 18 веке некто Шееле научился выделять яблочную, винную, щавелевую, молочную, галловую и лимонную кислоту.
Тогда всем стало ясно, что продукты, которые удалось выделить из растительного или животного сырья, имели много общих черт. В то же время они сильно отличались от неорганических соединений. Поэтому служителям науки нужно было срочно выделить их в отдельный класс, так и появился термин «органическая химия».
Несмотря на то, что сама органическая химия как наука появилась лишь в 1828 году (именно тогда господину Вёлеру удалось выделить мочевину путем упаривания цианата аммония), в 1807 году Берцелиус ввел первый термин в номенклатуру в органической химии для чайников:
Раздел химии, который изучает вещества, полученные из организмов.
Следующий важный шаг в развитии органический химии – теория валентности, предложенная в 1857 году Кекуле и Купером, и теория химического строения господина Бутлерова от 1861 года. Уже тогда ученые стали обнаруживать, что углерод – четырехвалентен и способен образовывать цепи.
В общем, с эти самых пор наука регулярно испытывала потрясения и волнения благодаря новым теориям, открытиям цепочкам и соединениям, что позволяло так же активно развиваться органической химии.
Сама наука появилась благодаря тому, что научно-технический прогресс не в состоянии был стоять на месте. Он продолжал и продолжал шагать, требуя новых решений. И когда каменноугольной смолы в сфере промышленности перестало хватать, людям просто пришлось создать новый органический синтез, который со временем перерос в открытие невероятно важного вещества, которое и по сей день дороже золота – нефть. Кстати, именно благодаря органической химии на свет появилась ее «дочка» - поднаука, которая получила название «нефтехимия».
Но это уже совсем другая история, которую вы можете изучить сами. Далее мы предлагаем вам посмотреть научно-популярное видео про органическую химию для чайников:
Ну а если вам некогда и срочно нужна помощь профессионалов , вы всегда знаете, где их найти.
Глава 1.
Общие химические и экологические закономерности.
С чего начинается химия?
Cложный ли это вопрос? На него каждый ответит по-своему.
В середней школе учащиеся изучают химию в течение ряда лет. Многие довольно хорошо сдают выпускной экзамен по химии. Однако…
Беседы с абитуриентами и затем и студентами первых курсов говорят о том, что остаточные знания по химии после средней школы незначительные. Одни путаются в различных определениях и химических формулах, а другие вообще не могут воспроизвести даже основные понятия и законы химии, не говоря уже о понятиях и законах экологии.
У них химия так и не начиналась.
Химия, по-видимому, начинается с глубокого освоения ее основ, и прежде всего, основных понятий и законов.
1.1. Основные химические понятия.
В таблице Д.И.Менделеева рядом с символом элемента стоят цифры. Одна цифра обозначает порядковый номер элемента, а вторая атомную массу. Порядковый номер имеет свой физический смысл. О нем мы будем вести разговор позже, здесь остановимся на атомной массе и выделим в каких единицах она измеряется.
Следует сразу оговориться, что атомная масса элемента, приведенная в таблице, величина относительная. За единицу относительной величины атомной массы принята 1/12 часть массы атома углерода, изотопа с массовым числом 12, и назвали ее атомной единицей массы /а.е.м./. Следовательно, 1 а.е.м. равна 1/12 части массы изотопа углерода 12 С. И она равна 1,667*10 –27 кг. /Абсолютная масса атома углерода равна 1,99*10 –26 кг./
Атомная масса , приведенная в таблице, является массой атома, выраженной в атомных единицах массы. Величина безразмерная. Конкретно для каждого элемента атомная масса показывает, во сколько раз масса данного атома больше или меньше 1/12 части массы атома углерода.
Аналогичное можно сказать и о молекулярной массе.
Молекулярная масса – это масса молекулы, выраженная в атомных единицах массы. Величина тоже относительная. Молекулярная масса конкретного вещества равна сумме масс атомов всех элементов, входящих в состав молекулы.
Важным понятием химии является понятие «моль». Моль – такое количество вещества, которое содержит 6,02*10 23 структурных единиц /атомов, молекул, ионов, электронов и т.д./. Моль атомов, моль молекул, моль ионов и т.д.
Масса одного моля данного вещества называется его молярной /или мольной/ массой. Она измеряется в г/моль или кг/моль и обозначается буквой «М». Например, молярная масса серной кислоты М Н 2 SO4 =98г/моль.
Следующее понятие «Эквивалент». Эквивалентом /Э/ называют такое весовое количество вещества, которое взаимодействует с одним молем атомов водорода или замещают такое его количество в химических реакциях. Следовательно, эквивалент водорода Э Н равен единице. /Э Н =1/. Эквивалент кислорода Э О равен восьми /Э О =8/.
Различают химический эквивалент элемента и химический эквивалент сложного вещества.
Эквивалент элемента – величина переменная. Она зависит от атомной массы /А/ и валентности /В/, которую элемент имеет в конкретном соединении. Э=А/В. Например, определим эквивалент серы в оксидах SO 2 и SO 3 . В SO 2 Э S =32/4=8, а в SO 3 Э S =32/6=5,33.
Молярную массу эквивалента, выраженную в граммах, называют эквивалентной массой. Следовательно, эквивалентная масса водорода МЭ Н =1г/моль, эквивалентная масса кислорода МЭ О =8г/моль.
Химический эквивалент сложного вещества /кислоты, гидроксида, соли, оксида/– такое количество соответствующего вещества, которое взаимодействует с одним молем атомов водорода, т.е. с одним эквивалентом водорода или замещает такое количество водорода или любого другого вещества в химических реакциях.
Эквивалент кислоты /Э К / равен частному от деления молекулярной массы кислоты на число атомов водорода, участвующих в реакции. Для кислоты H 2 SO 4 , когда оба атома водорода вступают в реакцию H 2 SO 4 +2NaOH=Na 2 SO+2H 2 O эквивалент будет равен Э Н 2 SO4 = М Н 2 SO 4 /n Н =98/2=49
Эквивалент гидроксида /Э гидр. / определяется как частное от деления молекулярной массы гидроксида на число гидроксогрупп, вступающих в реакцию. Например, эквивалент NaOH будет равен: Э NaOH =М NaOH /n ОН =40/1=40.
Эквивалент соли /Э соли / можно рассчитать, поделив ее молекулярную массу на произведение числа атомов металла, вступающих в реакцию, и их валентность. Так, эквивалент соли Al 2 (SO 4) 3 будет равен Э Al 2 (SO 4) 3 =М Al 2 (SO 4) 3 /6=342/2,3=342/6=57.
Эквивалент оксида /Э ок / можно определить, как сумму эквивалентов соответствующих элемента и кислорода. Например, эквивалент СО 2 будет равен сумме эквивалентов углерода и кислорода: Э СО 2 =Э С +Э О =3+8=7.
Для газообразных веществ удобно пользоваться эквивалентными объемами /Э V /. Так как при нормальных условиях моль газа занимает объем 22,4л, то исходя из этой величины, легко определить эквивалентный объем любого газа. Рассмотрим водород. Мольная масса водорода 2г занимает объем 22,4л, тогда его эквивалентная масса 1г занимает объем 11,2л /или 11200мл /. Следовательно Э V Н =11,2л. Эквивалентный объем хлора равен 11,2л /Э VCl =11,2л/. Эквивалентный объем СО равен 3,56 /Э VC О =3,56л/.
Химический эквивалент элемента или сложного вещества используется в стехиометрических расчетах обменных реакций, а в соответствующих расчетах окислительно–восстановительных реакций применяют уже окислительный и восстановительный эквиваленты.
Окислительный эквивалент определяют как частное от деления молекулярной массы окислителя на число электронов, которое он принимает в данной окислително–восстановительной реакции.
Восстановительный эквивалент равен молекулярной массе восстановителя поделенной на число электронов, которое он отдает в данной реакции.
Напишем окислително–восстановительную реакцию и определим эквивалент окислителя и восстановителя:
5N 2 aS+2KMnO 4 +8H 2 SO 4 =S+2MnSO 4 +K 2 SO 4 +5Na 2 SO 4 +8H 2 O
Окислителем в этой реакции является перманганат калия. Эквивалент окислителя будет равен массе KMnO 4 деленной на число электронов, принятых окислителем в реакции (nе=5). Э KMnO 4 =М KMnO 4 /nе=158/5=31,5. Молярная масса эквивалента окислителя KMnO 4 в кислой среде равна 31,5г/моль.
Эквивалент восстановителя Na 2 S будет: Э Na 4 S =М Na 4 S /nе=78/2=39. Молярная масса эквивалента Na 2 S равна 39г/моль.
В электрохимических процессах, в частности при электролизе веществ, пользуются электрохимическим эквивалентом. Электрохимический эквивалент определяют как частное от деления химического эквивалента вещества, выделяемого на электроде, на число Фарадея /F/. Электрохимический эквивалент более подробно будет рассмотрен в соответствующем параграфе курса.
Валентность . При взаимодействии атомов между ними образуется химическая связь. Каждый атом может образовывать только определенное количество связей. Количество связей предопределяет такое уникальное свойство каждого элемента, которое называют валентностью. В наиболее общем виде валентностью называют способность атома образовывать химическую связь. За единицу валентности принимают одну химическую связь, которую способен образовать атом водорода. В связи с этим, водород является одновалентным элементом, а кислород – двухвалентным, т.к. с атомом кислорода могут образовывать связь не более двух водородов.
Умение определять валентность каждого элемента, в том числе и в химическом соединении, является необходимым условием успешного усвоения курса химии.
С валентностью соприкасается и такое понятие химии как степень окисления . Подстепенью окисления понимают тот заряд, который имеет элемент в ионном соединении или имел бы в ковалентном соединении, если бы общая электронная пара бала бы полностью смещена к более электроотрицательному элементу. Степень окисления имеет не только цифровое выражение, но и соответствующий знак заряда (+) или (–). Валентность не имеет этих знаков. Например, в H 2 SO 4 степень окисления: водорода +1, кислорода –2, серы +6, а валентность, соответственно, будет 1, 2, 6.
Валентность и степень окисления в числовых значениях не всегда совпадают по величине. Например, в молекуле этилового спирта СН 3 –СН 2 –ОН валентность углерода 6, водорода 1, кислорода 2, а степень окисления, например, углерода первого –3, второго –1: –3 СН 3 – –1 СН 2 –ОН.
1.2. Основные экологические понятия.
За последнее время понятие “экология” глубоко входит в наше сознание. Это понятие, введенное еще в 1869г Э.Геккелем /происходит от греческого oikos – дом, место, жилище, logos – учение/ все больше и больше тревожит человечество.
В учебниках биологии экологию определяют как науку о взаимоотношениях живых организмов и среды их обитания. Практически созвучное определение экологии дает Б.Небел в своей книге «Наука об окружающей среде» – Экология – наука о различных аспектах взаимодействия организмов между собой и с окружающей средой. В других источниках можно встретить и более широкое толкование. Например, Экология – 1/. Наука, изучающая отношение организмов и их системных совокупностей и окружающей среды; 2/. Совокупность научных дисциплин, исследующих взаимоотношение системных биологических структур /от макромолекул до биосферы/ между собой и с окружающей средой; 3/. Дисциплина, изучающая общие законы функционирования экосистем различного иерархического уровня; 4/. Комплексная наука, исследующая среду обитания живых организмов; 5/. Исследование положения человека как вида в биосфере планеты, его связей с экологическими системами и воздействие на них; 6/. Наука о выживании в окружающей среде. /Н.А.Агиджанян, В.И.Торшик. Экология человека./. Однако под термином «экология» понимают не только экологию как науку, а само состояние окружающей среды и его влияние на человека, животный и растительный мир.
Наука химия очень интересна, и знание её может пригодиться в жизни абсолютно каждому человеку. Но оказывается, что не так легко её понять, изучая по школьному учебнику, особенно с учётом того, что у преподавателя далеко не всегда есть время ответить на все вопросы учащихся. Эта книга-самоучитель, составленная Е. Н. Френкелем, как раз создана для того, чтобы найти в ней ответы на все свои вопросы.
Информация в книге подаётся таким образом, чтобы она была максимально понятна, т.е. здесь нет просто сухих фактов. Можно прочитать теоретическое положение и сразу же увидеть пояснения, которых нет в обычных учебниках. Также в книге разбираются способы решения задач, даются задания для закрепления материала и вставлены задания, встречающиеся в ЕГЭ. Эта книга будет полезна всем, кто хочет лучше понять школьный курс химии, углубить свои знания, вспомнить изученное ранее. Её могут использовать школьники и абитуриенты при подготовке к экзаменам в медицинские вузы или на химические факультеты. Также она будет интересна всем, кто просто интересуется наукой химией, но по каким-либо причинам не уделил ей должного внимания в школе. После изучения книги приходит понимание, что химия не такая уж сложная, а главное – интересная наука.
Произведение относится к жанру Учебная литература. Оно было опубликовано в 2016 году издательством АСТ. Книга входит в серию "Средняя и старшая школа. Лучшие методики обучения". На нашем сайте можно скачать книгу "Химия. Самоучитель. Книга для тех, кто хочет сдать экзамены, а также понять и полюбить химию. Элементы общей, неорганической и органической химии" в формате fb2, rtf, epub, pdf, txt или читать онлайн. Рейтинг книги составляет 4.5 из 5. Здесь так же можно перед прочтением обратиться к отзывам читателей, уже знакомых с книгой, и узнать их мнение. В интернет-магазине нашего партнера вы можете купить и прочитать книгу в бумажном варианте.
Еще в средней школе многие ученики сталкиваются с вопросом, как выучить химию самостоятельно с нуля, потому что эта наука редко усваивается с первого раза. Школьные учителя часто не задумываются, что дети не получают весь необходимый багаж знаний, позволяющий изучать науку на более сложном уровне. Поэтому ребята не понимают все новые и новые задачи, делая вывод о своей плохой предрасположенности к предмету. На самом деле пробелы в знаниях могут возникать не из-за проблем с мышлением, а из-за неправильной методики школьного обучения.
Поговорим о том, как выучить химию самостоятельно с нуля в домашних условиях. Этот вопрос актуален и для выпускников школ, которые собираются сдавать ЕГЭ и поступать в университеты.
Многие студенты, которые учатся в медицинских университетах, сталкиваются с химией каждый день. И при этом далеко не каждый из них хорошо знал эту науку в школе. Вот какие советы они дают подрастающему поколению:
- Для сдачи экзамена нужны знания всего школьного курса химии. А вот для обучения в университете понадобятся только азы неорганики, всему остальному вас научат опытные профессора. Поэтому развивайте краткосрочную память. Всю лишнюю информацию после сдачи ЕГЭ вам придется выбросить из головы.
- Занятия с репетитором принесут гораздо больше пользы, чем самостоятельные. Однако если у вас нет возможности посещать индивидуальные уроки, не отчаивайтесь, поскольку химию можно выучить и самому, но для этого придется упорно поработать.
- Помните о том, что человечество не придумало еще более эффективной методики изучения дисциплин, чем упорная работа над своими знаниями и умениями. Постоянная практика - это ваш ключ к успеху.
Именно непрерывность в обучении является ключевым фактором достижения цели. Для эффективных занятий вам нужно создать соответствующий психологический настрой.
Многих учеников волнует не столько качество полученных знаний, сколько сроки, которые придется потратить на обучение. Поверьте, чем тщательнее вы изучите азы науки, чем понятнее для вас будет смысл каждого уравнения, тем быстрее вы освоите более сложные темы. В данном случае Трудно вам будет только в самом начале. Вникните в суть базовых понятий, а дальше осознание каждого химического закона само придет вам в голову.
Только не обращая внимания на сроки, вы сможете выучить химию быстро. За месяц это сделать реально, если речь идет о школьном курсе. Обычно такую цель перед собой ставят ученики, которые готовятся к сдаче экзамена. Воспользуйтесь методикой, предложенной ниже, для создания соответствующего психологического настроя.
Мотивация - ключ к успеху
Чтобы создать для себя соответствующую мотивацию и удержать ее на протяжении всего времени обучения, воспользуйтесь такими рекомендациями:
- Поставьте перед собой цель, сформулируйте ее, четко осознавая, какого результата вы хотите добиться.
- Помните, что не следует пытаться выучить большой объем информации за короткое время. Она не задержится в ваших мыслях надолго, а все формулы сольются воедино.
- Теоретический материал не будет понятым вами до конца, если вы его не закрепите, решая практические задания. К тому же ваша самооценка значительно повысится, если вы будете уметь решать задачи.
- Устраивайте для себя зачеты, на которых вы будете проверять степень освоенности материала.
Химия - это всего лишь наука. Человеческий мозг устроен таким образом, что мы можем запомнить и понять абсолютно любую информацию. Поэтому перестаньте внушать себе, что химия - это не ваше, тогда у вас все получится.
Побудьте педагогом
Как бы странно это ни звучало, лучше всего вы усвоите материал, если объясните его кому-то. Выучили новую тему, но не уверены, что поняли ее до конца? Найдите человека, который совсем не разбирается в ней, и объясните ему суть материала. Поверьте, после этого урока, на котором вы будете выступать в роли педагога, знаний прибавится не только у вашего «ученика», но и у вас.
Почему химия является проблемным предметом
Обычно химия изначально не вызывает восторга у школьников. Уже после первого урока большинство детей ставят крест на изучении этой науки, считая, что способностей у них нет. Это происходит из-за того, что с детства нам внушают, что химия - это наука, которая подарила человечеству массу интересных экспериментов, удивительных зрелищ и потрясающих нововведений. Когда ученики средней школы приходят на первый урок, они готовятся получить незабываемые впечатления и поучаствовать в проведении интересных опытов. Вместо этого школьники видят только сухую теорию и множество непонятных задач. Они разочаровываются в предмете, а когда наступает время сдачи экзамена, понимают, что знаний у них нет.
В этом присутствует вина взрослых людей. Ребенок должен понимать, что зрелища в химии формируются через упорную работу, только приложив определенные усилия, можно проводить интересные эксперименты.
Сдача ЕГЭ
Выпускники часто задумываются о том, как выучить химию самостоятельно с нуля, чтобы сдать ЕГЭ. Ответ на этот вопрос очень простой. Нужно всего лишь учить химию, не задумываясь об экзаменах. Ваши знания будут гораздо качественнее и глубже, если вы будете осваивать предмет для себя, а не для поступления в университет. Вникнув в суть науки, следуя вышеперечисленным советам, вы без труда сможете написать тесты на
Е.Н.ФРЕНКЕЛЬ
Самоучитель по химии
Пособие для тех, кто не знает, но хочет узнать и понять химию
Часть I. Элементы общей химии
(первый уровень сложности)
Я, Френкель Евгения Николаевна, заслуженный работник высшей школы РФ, выпускница химического факультета МГУ 1972 г., педагогический стаж 34 года. Кроме того, я мать троих детей и бабушка четырех внуков, старший из которых школьник.
Меня волнует проблема школьных учебников. Главная беда многих из них – тяжелый язык, который требует дополнительного «перевода» на понятный школьнику язык изложения учебного материала. Ко мне часто обращаются ученики средней школы с такой просьбой: «Переведите текст учебника, чтобы понятно было». Поэтому я написала «Самоучитель по химии», в котором многие сложные вопросы изложены вполне доступно и в то же время научно. На основе этого «Самоучителя», который был написан в 1991 г., я разработала программу и содержание подготовительных курсов. На них обучались сотни школьников. Многие из них начинали с нуля и за 40 занятий понимали предмет настолько, что сдавали экзамены на «4» и «5». Поэтому в нашем городе мои пособия-самоучители расходятся как горячие пирожки.
Может, и другим пригодятся мои наработки?
Статья подготовлена при поддержке учебного центра «МакарОФФ». Учебный центр предлагает Вам пройти курсы маникюра в Москве недорого . Профессиональная школа маникюра проводит обучение по маникюру, педикюру, наращиванию и дизайну ногтей, а также курсы мастеров-универсалов ногтевого сервиса, наращивание ресниц, микроблейдинг, шугаринг и эпиляция воском. Центр выдаёт дипломы после обучения и гарантированное трудоустройство. Подробная информация обо всех программах обучения, цены, расписание, акции и скидки, контакты на сайте: www.akademiyauspeha.ru .
Предисловие
Уважаемые читатели! Предлагаемый вашему вниманию «Самоучитель по химии» – не обычный учебник. В нем не просто излагаются какие-то факты или описываются свойства веществ. «Самоучитель» объясняет и учит даже в том случае, если вы, к сожалению, не знаете и не понимаете химии, а к учителю обратиться за разъяснениями не можете или стесняетесь. В виде рукописи эта книга используется школьниками с 1991 г., и не было ни одного ученика, который бы провалился на экзамене по химии и в школе, и в вузах. Причем многие из них совсем не знали химии.
«Самоучитель» рассчитан на самостоятельную работу ученика. Главное – отвечать по ходу чтения на те вопросы, которые встречаются в тексте. Если вы не смогли ответить на вопрос, то читайте внимательнее текст еще раз – все ответы имеются рядом. Желательно также выполнять все упражнения, которые встречаются по ходу объяснения нового материала. В этом помогут многочисленные обучающие алгоритмы, которые практически не встречаются в других учебниках. С их помощью вы научитесь:
Составлять химические формулы по валентности;
Составлять уравнения химических реакций, расставлять в них коэффициенты, в том числе в уравнениях окислительно-восстановительных процессов;
Составлять электронные формулы (в том числе краткие электронные формулы) атомов и определять свойства соответствующих химических элементов;
Предсказывать свойства некоторых соединений и определять, возможен данный процесс или нет.
В пособии два уровня сложности. Самоучитель первого уровня сложности состоит из трех частей.
I часть. Элементы общей химии (публикуемая ).
II часть. Элементы неорганической химии.
III часть. Элементы органической химии.
Книг второго уровня сложности тоже три.
Теоретические основы общей химии.
Теоретические основы неорганической химии.
Теоретические основы органической химии.
|
Глава 1. Основные понятия химии.
Глава 2. Важнейшие классы неорганических соединений.
Глава 3. Элементарные сведения о строении атома. Периодический закон Д.И.Менделеева.
Глава 4. Понятие о химической связи. Глава 5. Растворы. Глава 6. Электролитическая диссоциация.
Глава 7. Понятие об окислительно-восстановительных реакциях. Глава 8. Расчеты по химическим формулам и уравнениям.
Приложение. |
Глава 1. Основные понятия химии
Что такое химия? Где мы встречаемся с химическими явлениями?
Химия – везде. Сама жизнь – это бесчисленное множество разнообразных химических реакций, благодаря которым мы дышим, видим голубое небо, ощущаем изумительный запах цветов.
Что изучает химия?
Химия изучает вещества, а также химические процессы, в которых участвуют эти вещества.
Что такое вещество?
Вещество – это то, из чего состоит окружающий нас мир и мы сами.
Что такое химический процесс (явление)?
К химическим явлениям относятся процессы, в результате которых изменяется состав или строение молекул, образующих данное вещество*. Изменились молекулы – изменилось вещество (оно стало другим), изменились его свойства. Например, свежее молоко стало кислым, зеленые листья стали желтыми, сырое мясо при обжаривании изменило запах.
Все эти изменения – следствие сложных и многообразных химических процессов. Однако признаки простых химических реакций, в результате которых изменяется состав и строение молекул, такие же: изменение цвета, вкуса или запаха, выделение газа, света или тепла, появление осадка.
Что же такое молекулы, изменение которых влечет за собой столь разнообразные проявления?
Молекулы – это мельчайшие частицы вещества, отражающие его качественный и количественный состав и его химические свойства.
Изучая состав и строение одной молекулы, можно предсказать многие свойства данного вещества в целом. Такие исследования – одна из главных задач химии.
Как устроены молекулы? Из чего они состоят?
Молекулы состоят из атомов. Атомы в молекуле соединены при помощи химических связей. Каждый атом обозначается при помощи символа (химического знака). Например, Н – атом водорода, О – атом кислорода.
Число атомов в молекуле обозначают при помощи индекса – цифры внизу справа после символа.
Например:
Примеры молекул:
О 2 – это молекула вещества кислорода, состоящая из двух атомов кислорода;
Н 2 О – это молекула вещества воды, состоящая из двух атомов водорода и одного атома кислорода.
Если атомы не связаны химической связью, то их число обозначают при помощи коэффициента – цифры перед символом:
Аналогично изображают число молекул:
2Н 2 – две молекулы водорода;
3Н 2 О – три молекулы воды.
Почему атомы водорода и кислорода имеют разные названия и разные символы? Потому что это атомы разных химических элементов.
Химический элемент – это вид атомов с одинаковым зарядом ядер.
Что такое ядро атома? Почему заряд ядра является признаком принадлежности атома к данному химическому элементу? Чтобы ответить на эти вопросы, следует уточнить: изменяются ли атомы в химических реакциях, из чего состоит атом?
Нейтральный атом не имеет заряда, хотя и состоит из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов:
В ходе химических реакций число электронов любого атома может изменяться, а вот заряд ядра атома не меняется . Поэтому заряд ядра атома – своеобразный «паспорт» химического элемента. Все атомы с зарядом ядра +1 принадлежат химическому элементу под названием водород. Атомы с зарядом ядра +8 относятся к химическому элементу кислороду.
Каждому химическому элементу присвоен химический символ (знак), порядковый номер в таблице Д.И.Менделеева (порядковый номер равен заряду ядра атома), определенное название, а для некоторых химических элементов – особое прочтение символа в химической формуле (табл. 1).
Таблица 1
Символы (знаки) химических элементов
| № п/п | № в таблице Д.И.Менделеева | Символ | Прочтение в формуле | Название |
| 1 | 1 | H | аш | Водород |
| 2 | 6 | C | це | Углерод |
| 3 | 7 | N | эн | Азот |
| 4 | 8 | O | о | Кислород |
| 5 | 9 | F | фтор | Фтор |
| 6 | 11 | Na | натрий | Натрий |
| 7 | 12 | Mg | магний | Магний |
| 8 | 13 | Al | алюминий | Алюминий |
| 9 | 14 | Si | силициум | Кремний |
| 10 | 15 | P | пэ | Фосфор |
| 11 | 16 | S | эс | Сера |
| 12 | 17 | Cl | хлор | Хлор |
| 13 | 19 | K | калий | Калий |
| 14 | 20 | Ca | кальций | Кальций |
| 15 | 23 | V | ванадий | Ванадий |
| 16 | 24 | Cr | хром | Хром |
| 17 | 25 | Mn | марганец | Марганец |
| 18 | 26 | Fe | феррум | Железо |
| 19 | 29 | Cu | купрум | Медь |
| 20 | 30 | Zn | цинк | Цинк |
| 21 | 35 | Br | бром | Бром |
| 22 | 47 | Ag | аргентум | Серебро |
| 23 | 50 | Sn | станнум | Олово |
| 24 | 53 | I | йод | Йод |
| 25 | 56 | Ba | барий | Барий |
| 26 | 79 | Au | аурум | Золото |
| 27 | 80 | Hg | гидраргирум | Ртуть |
| 28 | 82 | Pb | плюмбум | Cвинец |
Вещества бывают простые и сложные . Если молекула состоит из атомов одного химического элемента, это простое вещество. Простые вещества – Са, Сl 2 , О 3 , S 8 и т. д.
Молекулы сложных веществ состоят из атомов разных химических элементов. Сложные вещества – H 2 O, NO, H 3 PO 4, C 12 H 22 O 11 и т. д.
Задание 1.1. Укажите число атомов в молекулах сложных веществ H 2 O, NO, H 3 PO 4 , C 12 H 22 O 11 , назовите эти атомы.
Возникает вопрос: почему для воды всегда записывается формула Н 2 О, а не НО или НО 2 ? Опыт доказывает, что состав воды, полученной любым способом или взятой из любого источника, всегда соответствует формуле Н 2 О (речь идет о чистой воде).
Дело в том, что атомы в молекуле воды и в молекуле любого другого вещества соединены при помощи химических связей. Химическая связь соединяет как минимум два атома. Поэтому, если молекула состоит из двух атомов и один из них образует три химические связи, то другой также образует три химические связи.
Число химических связей , образуемых атомом, называют его валентностью .
Если обозначить каждую химическую связь черточкой, то для молекулы из двух атомов АБ получим АБ, где тремя черточками показаны три связи, образуемые элементами А и Б между собой.
В данной молекуле атомы А и Б трехвалентны.
Известно, что атом кислорода двухвалентен, атом водорода одновалентен.
В о п р о с. Сколько атомов водорода может присоединиться к одному атому кислорода?
О т в е т. Два атома. Состав воды описывают формулой Н–О–Н, или Н 2 О.
П о м н и т е! В устойчивой молекуле не может быть «свободных», «лишних» валентностей. Поэтому для двухэлементной молекулы число химических связей (валентностей) атомов одного элемента равно общему числу химических связей атомов другого элемента.
Валентность атомов некоторых химических элементов постоянна (табл. 2).
Таблица 2
Значение постоянных валентностей некоторых элементов
Для других атомов валентность** можно определить (вычислить) из химической формулы вещества. При этом нужно учитывать изложенное выше правило о химической связи. Например, определим валентность x марганца Mn по формуле вещества MnO 2:
Общее число химических связей, образуемых
одним и другим элементом (Mn и О), одинаково:
x
· 1 = 4; II · 2 = 4. Отсюда х
= 4, т.е. в этой
химической формуле марганец четырехвалентен.
П р а к т и ч е с к и е в ы в о д ы
1. Если один из атомов в молекуле одновалентен, то валентность второго атома равна числу атомов первого элемента (см. на индекс!):
2. Если число атомов в молекуле одинаково, то валентность первого атома равна валентности второго атома:
3. Если у одного из атомов индекс отсутствует, то его валентность равна произведению валентности второго атома на его индекс:
4. В остальных случаях ставьте валентности «крест-накрест», т.е. валентность одного элемента равна индексу другого элемента:
Задание 1.2. Определите валентности элементов в соединениях:
CO 2 , CO, Mn 2 O 7 , Cl 2 O, P 2 O 3 , AlP, Na 2 S, NH 3 , Mg 3 N 2 .
П о д с к а з к а. Сначала укажите валентность атомов, у которых она постоянная. Аналогично определяется валентность атомных групп ОН, РО 4 , SО 4 и др.
Задание 1.3. Определите валентности атомных групп (в формулах подчеркнуты):
H 3 PO 4 , Ca(OH ) 2 , Ca 3 (PO 4) 2 , H 2 SO 4 , CuSO 4 .
(Обратите внимание! Одинаковые группы атомов имеют одинаковые валентности во всех соединениях.)
Зная валентности атома или группы атомов, можно составить формулу соединения. Для этого пользуются следующими правилами.
Если валентности атомов одинаковы, то и число атомов одинаково, т.е. индексы не ставим:
Если валентности кратны (обе делятся на одно и то же число), то число атомов элемента с меньшей валентностью определяем делением:
В остальных случаях индексы определяют «крест-накрест»:
Задание 1.4. Составьте химические формулы соединений:
Вещества, состав которых отражают химические формулы, могут участвовать в химических процессах (реакциях). Графическая запись, соответствующая данной химической реакции, называется уравнением реакции . Например, при сгорании (взаимодействии с кислородом) угля происходит химическая реакция:
С + O 2 = CO 2 .
Запись показывает, что один атом углерода С, соединяясь с одной молекулой кислорода O 2 , образует одну молекулу углекислого газа СО 2 . Число атомов каждого химического элемента до и после реакции должно быть одинаково . Это правило – следствие закона сохранения массы вещества. Закон сохранения массы: масса исходных веществ равна массе продуктов реакции.
Закон был открыт в XVIII в. М.В.Ломоносовым и, независимо от него, А.Л.Лавуазье.
Выполняя этот закон, необходимо в уравнениях химических реакций расставлять коэффициенты так, чтобы число атомов каждого химического элемента не изменялось в результате реакции. Например, при разложении бертолетовой соли KClO 3 получается соль KСl и кислород О 2:
KClO 3 KСl + О 2 .
Число атомов калия и хлора одинаково, а кислорода – разное. Уравняем их:
Теперь изменилось число атомов калия и хлора до реакции. Уравняем их:
Наконец, между правой и левой частями уравнения можно поставить знак равенства:
2KClO 3 = 2KСl + 3О 2 .
Полученная запись показывает, что при разложении сложного вещества KClO 3 получаются два новых вещества – сложное KСl и простое – кислород O 2 . Числа перед формулами веществ в уравнениях химических реакций называют коэффициентами .
При подборе коэффициентов необязательно считать отдельные атомы. Если в ходе реакции не изменился состав некоторых атомных групп, то можно учитывать число этих групп, считая их единым целым. Составим уравнение реакции веществ CaCl 2 и Na 3 PO 4:
CaCl 2 + Na 3 PO 4 ……………… .
П о с л е д о в а т е л ь н о с т ь д е й с т в и й
1) Определим валентность исходных атомов и группы PO 4:
2) Напишем правую часть уравнения (пока без индексов, формулы веществ в скобках надо уточнить):
3) Составим химические формулы полученных веществ по валентностям составных частей:
4) Обратим внимание на состав самого сложного соединения Ca 3 (PO 4) 2 и уравняем число атомов кальция (их три) и число групп РО 4 (их две):
5) Число атомов натрия и хлора до реакции теперь стало равным шести. Поставим соответствующий коэффициент в правую часть схемы перед формулой NaCl:
3CaCl 2 + 2Na 3 PO 4 = Ca 3 (PO 4) 2 + 6NaCl.
Пользуясь такой последовательностью, можно уравнять схемы многих химических реакций (за исключением более сложных окислительно-восстановительных реакций, см. главу 7).
Типы химических реакций. Химические реакции бывают разных типов. Основными являются четыре типа – соединение, разложение, замещение и обмен.
1. Реакции соединения – из двух и более веществ образуется одно вещество:
Например:
Са + Сl 2 = CaCl 2 .
2. Реакции разложения – из одного вещества получаются два вещества или более:
Например:
Ca(HCO 3) 2 CaCO 3 + CO 2 + H 2 O.
3. Реакции замещения – реагируют простое и сложное вещества, образуются также простое и сложное вещества, причем простое вещество замещает часть атомов сложного вещества:
А + ВХ АХ + В.
Например:
Fe + CuSO 4 = Cu + FeSO 4 .
4. Реакции обмена – здесь реагируют два сложных вещества и получаются два сложных вещества. В ходе реакции сложные вещества обмениваются своими составными частями:
Упражнения к главе 1
1. Выучите табл. 1. Проверьте себя, напишите химические символы: серы, цинка, олова, магния, марганца, калия, кальция, свинца, железа и фтора.
2. Напишите символы химических элементов, которые в формулах произносятся как: «аш», «о», «купрум», «эс», «пэ», «гидраргирум», «станнум», «плюмбум», «эн», «феррум», «це», «аргентум». Назовите эти элементы.
3. Укажите число атомов каждого химического элемента в формулах соединений:
Al 2 S 3 , СаS, МnО 2 , NH 3 , Mg 3 P 2 , SO 3 .
4. Определите, какие из веществ – простые, а какие – сложные:
Na 2 O, Na, O 2 , CaCl 2 , Cl 2 .
Прочитайте формулы этих веществ.
5. Выучите табл. 2. Составьте химические формулы веществ по известной валентности элементов и атомных групп:
6. Определите валентность химических элементов в соединениях:
N 2 O, Fe 2 O 3 , PbO 2 , N 2 O 5, HBr, SiH 4 , H 2 S, MnO, Al 2 S 3 .
7. Расставьте коэффициенты и укажите типы химических реакций:
а) Mg + O 2 MgO;
б) Al + CuCl 2 AlCl 3 + Cu;
в) NaNO 3 NaNO 2 + O 2 ;
г) AgNO 3 + BaCl 2 AgCl + Ba(NO 3) 2 ;
д) Al + HCl AlCl 3 + H 2 ;
е) KOH + H 3 PO 4 K 3 PO 4 + H 2 O;
ж) CH 4 C 2 H 2 + H 2 .
* Существуют вещества, построенные не из молекул. Но об этих веществах речь пойдет позже (см. главу 4).
** Строго говоря, по нижеизложенным правилам определяют не валентность, а степень окисления (см. главу 7). Однако во многих соединениях числовые значения этих понятий совпадают, поэтому по формуле вещества можно определять и валентность.
Печатается с продолжением