Chemie: základní pojmy, definice, termíny a zákony

Chemie, jejíž základní pojmy budeme považovat, je věda, která studuje látky a jejich transformace, ke kterým dochází se změnou struktury a složení a tím i vlastností. Především je třeba určit, co znamená pojem "látka". Mluvit o tom v širším smyslu je to forma hmoty, která má spoustu odpočinku. Látkou jsou libovolné elementární částice, například neutron. V chemii se tento pojem používá v užším smyslu.

Za prvé stručně popíšeme hlavní pojmy a koncepty chemie, atomové molekulární teorie. Potom je vysvětlíme a načrtneme i některé důležité zákony této vědy.

Základní pojmy chemie (hmoty, atom, molekula) jsou každému z nás známy ze školy. Níže je jejich stručný popis, stejně jako další, méně zřejmé pojmy a jevy.

Atomy

Za prvé, všechny látky, které jsou studovány v chemii, jsou složeny z malých částic nazývaných atomy. Neutrony nejsou předmětem studia této vědy. Dále je třeba říci, že atomy mohou být navzájem propojeny, což vede k tvorbě chemických vazeb. Aby byl tento vztah přerušen, je zapotřebí energie. V důsledku toho atomy v běžných podmínkách neexistují samy (s výjimkou "vzácných plynů"). Spojují se navzájem alespoň ve dvojicích.

Trvalý tepelný pohyb

Neustálý tepelný pohyb charakterizuje všechny částice, které zkoumají chemie. Základní koncepce této vědy nelze říci bez toho, aby o ní mluvily. S kontinuálním pohybem průměrná kinetická energie částice jsou úměrné teplotě (ale je třeba poznamenat, že energie jednotlivých částic jsou různé). Ekin = kT / 2, kde k je Boltzmannova konstanta. Tento vzorec platí pro jakýkoli druh pohybu. Protože Ekin = mV² / 2, pohyb masivních částic je pomalejší. Například pokud je teplota stejná, molekuly kyslíku se v průměru pohybují čtyřikrát pomaleji než molekuly uhlíku. Je to proto, že jejich hmotnost je více než 16krát. Pohyb je vibrační, translační a rotační. Vibrace jsou pozorovány v tekutině, v tuhých látkách a v plynných látkách. Translační a rotační je však nejsnadněji dosaženo plyny. V kapalinách je to obtížnější a u tuhých látek je to ještě obtížnější.

Molekuly

Budeme i nadále popisovat základní pojmy a definice chemie. Pokud se atomy skládají z malých skupin (nazývají se molekuly), takové skupiny se účastní tepelného pohybu a působí jako jediný celek. V typických molekulách je přítomno až 100 atomů a jejich počet v tzv. Vysokomolekulárních sloučeninách může dosáhnout 105.

Nemolekulární látky

Nicméně, atomy jsou často kombinovány v obrovském množství skupin od 107 do 1027. V této formě jsou prakticky již podílejí na tepelné pohybu. Tato spojení nejsou příliš podobné molekulám. Jsou spíše jako kusy pevného těla. Tyto látky se obvykle nazývají nemolekulární. V tomto případě se tepelný pohyb provádí uvnitř kusu a neletí jako molekula. K dispozici je přechodová oblast a velikosti, která zahrnuje sdružení složené z atomů v množství od 105 do 107. Tyto částice jsou buď velmi velké molekuly, nebo jsou malé zrnka prášku.

Ions

Je třeba poznamenat, že atomy a jejich skupiny mohou mít elektrický náboj. V tomto případě jsou nazývány ionty v takové vědě jako chemie, základní pojmy, které studujeme. Vzhledem k tomu, že poplatky se navzájem vždy odpuzují, látka, u níž existuje značný přebytek některých poplatků, nemůže být stabilní. Negativní a kladné náboje v prostoru vždy střídají. A látka jako celek zůstává elektricky neutrální. Všimněte si, že poplatky, které jsou považovány za velké v elektrostatiky, z hlediska chemie jsou zanedbatelné (na 105-1015 atomy - 1e).

Předměty studia v chemii

Je třeba vyjasnit, že předměty studia v chemii obhajuje jevy, které nevyplývají, a ne rozebrat atomy, ale pouze uspořádání, který je připojen v nové cestě. Některá spojení jsou porušena, což vede ke vzniku dalších. Jinými slovy, nové látky se objevují z atomů, které byly ve složení původních látek. Pokud jsou uloženy atomy, a stávající vazby mezi nimi (např. Odpařování molekulárních látek), tyto postupy se vztahují ke studiu delší chemie a molekulární fyziky. V případě, kdy jsou vytvořeny nebo zlomené atomy, jedná se o studium předmětu jaderné nebo atomové fyziky. Avšak hranice mezi chemickými a fyzikálními jevy jsou rozmazané. Koneckonců rozdělení na samostatné vědy je podmíněné, zatímco příroda je nedělitelná. Proto jsou chemici velmi užitečnou znalostí fyziky.

Základní pojmy chemie jsme krátce popsali. Nyní vám navrhujeme, abyste je podrobněji zvážili.

Více o atomech

Atomy a molekuly jsou to, co mnoho lidí spojuje s chemií. Základní pojmy musí být jasně definovány. Skutečnost, že atomy existují, před dvěma tisíci lety byla skvěle uhádnuta. Teprve v 19. století měli vědci experimentální data (dosud nepřímá). Mluvíme o Avogadrova vícenásobných vztazích, o zákonech stálosti kompozice (níže budeme uvažovat o těchto základních pojmech chemie). Tento atom byl dále zkoumán ve 20. století, kdy vzniklo mnoho přímých experimentálních potvrzení. Vycházejí z údajů spektroskopie, rozptýlení rentgenových paprsků, alfa částic, neutronů, elektronů atd. Velikost těchto částic je přibližně 1 E = 10^-10m. Jejich hmotnost je asi 10^-27 - 10^-25 kg. Ve středu těchto částic je kladně nabité jádro, kolem něhož se pohybují elektrony s negativním nábojem. Velikost jádra je asi 10^-15 m. Ukazuje se, že elektronová skořepina určuje velikost atomu, ale její hmotnost je téměř úplně koncentrovaná v jádru. Další definice by měla být zavedena s ohledem na základní pojmy chemie. Chemický prvek - To je druh atomů, jejichž jaderný náboj je stejný.

Často existuje definice atomu jako nejmenší částice hmoty, chemicky nedělitelná. Jak rozumět "chemicky"? Jak jsme již poznamenali, rozdělení jevů na fyzické a chemické podmíněnosti. Ale existence atomů je bezpodmínečná. Proto je chemie lépe definována skrze ně a nikoli naopak atomy přes chemii.

Chemická vazba

To je důvod, proč jsou atomy drženy pohromadě. Neumožňuje jim létat od sebe pod vlivem tepelného pohybu. Uvědomme si hlavní charakteristiky spojení: mezikruhová vzdálenost a energie. To jsou také základní pojmy chemie. Délka spojení je experimentálně stanovena s dostatečně vysokou přesností. Energie - také, ale ne vždy. Například je nemožné objektivně určit, co se jedná o jednoduchou vazbu v komplexní molekule. Nicméně energie atomizace hmoty, která je nezbytná pro přerušení všech dostupných vazeb, je vždy určena. Znát délku spojení je možné určit, které atomy jsou vázány (mají krátkou vzdálenost) a které nejsou (dlouhé vzdálenosti).

Koordinační číslo a koordinace

Základní pojmy analytické chemie zahrnují tyto dva pojmy. Co to znamenají? Zjistíme to.

Koordinační číslo je počet nejbližších sousedů určitého atomu. Jinými slovy, je to počet těch, s nimiž je chemicky vázán. Koordinace je relativní postavení, typ a počet sousedů. Jinými slovy, tento koncept je smysluplnější. Například koordinační počet dusičnanů obsažených v molekulách amoniaku a kyseliny dusičné je stejný - 3. Jejich koordinace je však odlišná - nikoliv rovinná a plochá. Určuje se nezávisle na pojetí povahy vazby, zatímco stupeň oxidace a valence jsou podmíněné koncepty, které jsou vytvořeny s cílem předem předpovědět koordinaci a složení.

Stanovení molekuly

Již jsme se na tuto koncepci dotýkali, stručně zvážili základní pojmy a zákony chemie. Teď se na to podívejme podrobněji. V učebnicích časté stanovení molekuly jako částic nižší neutrální látku, která má své chemické vlastnosti, a může existovat nezávisle na sobě. Je třeba poznamenat, že tato definice je nyní zastaralá. Za prvé, co všichni fyzici a chemici nazývají molekulu, vlastnosti hmoty se nezachovávají. Voda se disociuje, ale vyžaduje to minimálně 2 molekuly. Stupeň disociace vody je 10^-7.. Jinými slovy, může být tento proces podroben pouze jedné molekule 10 milionů. Pokud máte jednu molekulu nebo dokonce sto, nemůžete si představit její rozdělení. Faktem je, že tepelné účinky reakcí v chemii obvykle zahrnují energii interakce mezi molekulami. Proto je nemůže najít jeden z nich. Chemické i fyzikální vlastnosti molekulární látky mohou být určeny pouze velkou skupinou molekul. Kromě toho existují látky, u kterých je "nejmenší" částečně schopná nezávisle existovat, je vágně velká a velmi odlišná od obvyklých molekul. Molekula je vlastně skupina atomů, která není elektricky nabitá. Ve zvláštním případě může být jeden atom, například Ne. Tato skupina by měla být schopna podílet se na difúzi, stejně jako v jiných druzích tepelného pohybu, působící jako celek.

Jak můžete vidět, základní pojmy chemie nejsou tak jednoduché. Molekula je něco, co musí být pečlivě prozkoumáno. Má své vlastní vlastnosti, stejně jako molekulovou hmotnost. Teď už o tom mluvíme.

Molekulová hmotnost

Jak zjistit molekulovou hmotnost zkušeností? Jeden způsob - založený na Avogadrově zákoně, na relativní hustotě páry. Nejpřesnější metodou je hmotnostní spektrometrie. Elektron je vyřazen z molekuly. Výsledný iont je nejdříve rozptýlen v elektrickém poli a pak odkloněn magnetickou cestou. Poměr zatížení k hmotnosti je přesně určen velikostí odchylky. Existují také metody založené na vlastnostech, která mají řešení. Avšak ve všech těchto případech musí být molekuly nutně v pohybu ve formě roztoku ve vakuu v plynu. Pokud se nepohybují, není možné objektivně vypočítat jejich hmotnost. A jejich samotná existence v tomto případě je obtížné zjistit.

Vlastnosti nemolekulárních látek

Mluvíme o tom, že se skládají z atomů, nikoliv z molekul. To platí i pro vzácné plyny. Tyto atomy se pohybují volně, proto je lepší je považovat za monatomické molekuly. To však není hlavní věc. Ještě důležitější je, že u nemolekulárních látek existuje mnoho atomů, které jsou navzájem spojené. Je třeba poznamenat, že rozdělení všech látek do molekulárních a molekulárních je nedostatečné. Rozdělení podle konečnosti je smysluplnější. Zvažte například rozdíl v vlastnostech grafitu a diamantu. Oba jsou uhlíkové, ale první je měkké a druhé je tvrdé. Co se liší od sebe? Rozdíl spočívá právě v jejich soudržnosti. Pokud uvážíme strukturu grafitu, vidíme, že existují silné vazby pouze ve dvou dimenzích. Ale ve třetí, mezatomické vzdálenosti jsou velmi významné, proto neexistuje silné spojení. Grafit snadno klouže a prolomí tyto vrstvy.

Struktura připojení

Jinak se nazývá prostorová dimenze. To představuje počet rozměru prostoru, vyznačující se tím, že tyto kontinuální (téměř nekonečná) kostra systému (silné vazby). Hodnoty, které může trvat, - 0, 1, 2 a 3. Z tohoto důvodu je nutno rozlišovat mezi trojrozměrně připojen, laminátů a ostrov řetězce (molekulární) strukturu.

Právo stálosti složení

Již jsme studovali základní pojmy chemie. Tato látka byla pro nás krátce zvážena. Nyní promluvme o zákonu, který se na něj vztahuje. Obvykle je formulován následovně: všechna jednotlivá složka (tj., Čistý), bez ohledu na způsob, v němž byl získán, má stejnou kvalitativní a kvantitativní složení. Ale co znamená pojem "čistá látka"? Zjistíme to.

Před dvěma tisíci lety, kdy struktura látek ještě nebyla zkoumána přímými metodami, kdy ani základní chemické pojmy a zákony chemie, které jsme zvyklí, ani neexistovaly, byla definována popisně. Například voda je tekutina, která tvoří základ moří a řek. Nemá vůni, barvu, chuť. Má teplotu zmrazení a tání, změní se na modrou síran měďnatý. Slaná mořská voda je proto, že není čistá. Soli však mohou být odděleny destilací. Přibližně byly základní chemické pojmy a zákony chemie definovány popisnou metodou.

Pro vědce té doby nebylo zřejmé, že kapalina, která je izolována různými způsoby (spalování vodíku, dehydratace vitriolu, destilace mořské vody), má stejné složení. Velkým objevem ve vědě byl důkazem této skutečnosti. Je zřejmé, že poměr kyslíku a vodíku se nemůže plynule měnit. To znamená, že prvky se skládají z atomů - nedělitelných částí. Takže byly získány vzorce látek a je také oprávněné zastoupení vědců o molekulách.

V naší době je každá látka, ať už výslovně nebo implicitně, určena primárně vzorec, nikoliv bod tání, chuť nebo barva. Voda - H₂A. Pokud jsou přítomny jiné molekuly, nebudou již čisté. V důsledku toho je čistá molekulární látka složena z molekul jediného druhu.

Nicméně, jak v tomto případě být s elektrolyty? Koneckonců obsahují ionty, nejen molekuly. Je třeba přísnější definice. Čistá molekulární látka je složena z molekul jednoho druhu a možná i produktů jejich reverzibilní rychlé transformace (izomerizace, asociace, disociace). Slovo "rychlé" v tomto kontextu znamená, že se tyto produkty nemůžeme zbavit, okamžitě se objeví znovu. Slovo "reverzibilní" označuje, že transformace není kompletní. Pokud ano, pak je lepší říci, že je nestabilní. V tomto případě to není čistá látka.

Zákon o zachování hmoty hmoty

Od počátku byl tento zákon znám v metaforické podobě. Řekl, že látka je nestvořitelná a nezničitelná. Pak přišel jeho kvantitativní formulace. Podle ní je hmotnost (a od konce 17. století - hmota) mírou míry hmoty.

Tento zákon, ve formě obvyklé pro nás, byl v roce 1748 otevřen Lomonosovem. V roce 1789 ho doplnil A. Lavoisier, francouzský vědec. Jeho moderní formulace zní takto: množství látek, které vstupují do chemické reakce, se rovná hmotnosti látek, které z ní vyplývají.

Avogadroův zákon, zákon vztahů o objemu plynu

Poslední z nich byla formulována v roce 1808 JL Gay-Lussacem, francouzským vědcem. V současné době se tento zákon nazývá zákon Gay-Lussac. Podle něj se vzájemně vztahují objemy reakčních plynů, stejně jako objemy plynných produktů získaných jako celé malé množství.

Zákon, který objevil Gay-Lussac, vysvětluje zákon, který byl objeven o trochu později, v roce 1811, Amedeo Avogadro, italský vědec. Říká se, že za stejných podmínek (tlak a teplota) v plynech, které mají stejné objemy, je přítomen stejný počet molekul.

Z Avogadrova zákona vyplývá dva důležité důsledky. První je, že za stejných podmínek zaujímá jeden mol libovolného plynu stejný objem. Vytěsnění buď za běžných podmínek (které jsou teplota 0 ° C a 101,325 kPa) 22,4 litrů. Druhá Důsledkem tohoto zákona takto: za stejných podmínek, je hmotnostní poměr plynů, které mají stejný objem je roven poměru jejich molární hmotnosti.

Existuje ještě jeden zákon, který je třeba zmínit. Hovoříme o tom stručně.

Pravidelné právo a tabulka

DI Mendelejev, založený na chemických vlastnostech prvků a atomové molekulární teorii, objevil tento zákon. Tato událost nastala 1. března 1869. Pravidelný zákon je jedním z nejdůležitějších přírodních zákonů. Může být formulován následovně: vlastnosti prvků a komplexní a jednoduché látky, které tvoří, mají periodickou závislost na nábojích jader atomů.

Periodická tabulka, kterou vytvořil Mendelejev, se skládá ze sedmi období a osmi skupin. Skupiny se nazývají svislé sloupce. Prvky uvnitř každého z nich mají podobné fyzikální a chemické vlastnosti. Skupina je zase rozdělena na podskupiny (hlavní a boční).

Horizontální řádky této tabulky se nazývají období. Prvky, které jsou v nich, se liší, ale mají společnou věc - že jejich poslední elektrony jsou umístěny na stejné úrovni energie. V prvním období existují pouze dva prvky. Toto je vodík H a helium He. Osm prvků je k dispozici ve druhém období. Ve čtvrté už je 18. Mendeleev označil toto období za první velké. V pátém místě je také 18 prvků, jeho struktura je podobná čtvrté. V šestém - 32 prvcích. Sedmá není dokončena. Toto období začíná Francií (Fr). Můžeme předpokládat, že bude obsahovat 32 prvků, stejně jako šestý. Dosud bylo však nalezeno pouze 24.

Pravidlo zprávy

Podle pravidla otketa ​​všechny prvky mají tendenci nabývat elektron nebo ztratit, aby měl konfiguraci 8-elektronovou vzácného plynu nejblíže. Energie ionizace je množství energie, které je potřebné k oddělení elektronu od atomu. Pravidlo výnosu říká, že když se pohybuje zleva doprava na periodickou tabulku, je zapotřebí více energie k oddělení elektronu. Proto prvky na levé straně mají tendenci ztrácet elektron. Naopak ti, kteří se nacházejí na pravé straně, touží po tom, aby je získali.

Stručně jsme stručně představili zákony a základní pojmy chemie. Samozřejmě, toto jsou pouze obecné informace. V rámci jednoho článku není možné podrobně vyprávět o takové vážné vědě. Základní pojmy a zákony chemie, shrnuté v tomto článku, jsou pouze výchozím bodem pro další studium. Konec konců je v této vědě mnoho částí. Existují například organické a anorganická chemie. Základní pojmy jednotlivých částí této vědy lze studovat po velmi dlouhou dobu. Ty, které jsou uvedeny výše, se však týkají obecných otázek. Proto můžeme říci, že to jsou základní pojmy organické chemie, stejně jako anorganická chemie.