Атомно-молекулярное учение в химии.

Атомно-молекулярное учение в химии.

В развитие атомно-молекулярного учения большой вклад внесли М. В. Ломоносов, Дж. Дальтон, А. Лавуазье, Ж. Пруст, А. Авогадро, Й. Берцелиус, Д. И. Менделеев, А. М. Бутлеров. Первый определил химию как науку М. В. Ломоносов. Ломоносов создал учение о строении вещества, заложил основу атомно-молекулярной теории. Оно сводится к следующим положениям:

Каждое вещество состоит из мельчайших, далее физически неделимых частиц (Ломоносов называл их корпускулами, впоследствии они были названы молекулами).

Молекулы находятся в постоянном, самопроизвольном движении.

Молекулы состоят из атомов (Ломоносов назвал их элементами).

Атомы характеризуются определенным размером и массой.

Молекулы могут состоять как из одинаковых, так и различных атомов.

Молекула - это наименьшая частица вещества, сохраняющая его состав и химические свойства. Атомами называются мельчайшие, химически неделимые частицы, из которых состоят молекулы.

Современные положения

Все вещества состоят из атомов.
Атомы каждого вида (элемента) одинаковы между собой, но отличаются от атомов любого другого вида (элемента).
При взаимодействии атомов образуются молекулы: гомоядерные (при взаимодействии атомов одного элемента) или гетероядерные (при взаимодействии атомов разных элементов).
При физических явлениях молекулы сохраняются, при химических - разрушаются; при химических реакциях атомы в отличие от молекул сохраняются.
Химические реакции заключаются в образовании новых веществ из тех же самых атомов, из которых состоят первоначальные вещества.

Закон сохранения массы веществ.

В 1756 г. на основе проводимых исследований М.В. Ломоносов пришел к выводу о неизменности веса веществ при химических превращениях и вывел закон сохранения вещества при протекании химических реакций: вес всех веществ, вступающих в химическую реакцию, равен весу всех продуктов реакции. Например: в химической реакции: С+О2=СО2 масса веществ, вступивших в реакцию, равна М(С) + М(О2)=12 г/моль+2×16=32 г/моль=44 г/моль,
а масса продукта реакции равна М(СО2)=12+2×16=44 г/моль.
Закон сохранения массы подтвердил, что атомы являются неделимыми и при химических реакциях не изменяются. Молекулы при реакциях обмениваются атомами, но общее число атомов каждого вида не изменяется, и поэтому общая масса веществ в процессе реакции сохраняется.

Закон постоянства состава веществ.

Основным законом химии является закон постоянства состава, открытый Прустом в 1801 году. Он формулируется следующим образом: Все индивидуальные химические вещества имеют постоянный качественный и количественный состав и определенное химическое строение, независимо от способа получения.Из закона постоянства состава следует, что при образовании сложного вещества элементы соединяются друг с другом в определенных массовых соотношениях.

Основные понятия термодинамики: система, фаза, виды систем, параметры состояния систем, виды процессов.

Термодинамика – наука, изучающая взаимные переходы теплоты и работы в равновесных системах и при переходе к равновесию. Термодинамика изучает: 1. Переходы энергии из одной формы в другую, от одной части системы к другой; 2. Энергетические эффекты, сопровождающие различные физические и химические процессы и зависимость их от условий протекания данных процессов; 3. Возможность, направление и пределы самопроизвольного протекания процессов в рассматриваемых условиях. Объект изучения термодинамики – термодинамическая система - группа тел, находящихся во взаимодействии, мысленно или реально обособленные от окружающей среды. Системы бывают: Изолированная система - система, которая не обменивается с окружающей средой ни веществом, ни энергией. Закрытая система - система, которая обменивается с окружающей средой энергией, но не обменивается веществом. Открытая система - система, которая обменивается с окружающей средой и веществом, и энергией. Гомогенная система - система, внутри которой нет поверхностей, разделяющих отличающиеся по свойствам части системы (фазы). Гетерогенная система - система, внутри которой присутствуют поверхности, разделяющие отличающиеся по свойствам части системы. Фаза - совокупность гомогенных частей гетерогенной системы, одинаковых по физическим и химическим свойствам, отделённая от других частей системы видимыми поверхностями раздела. Совокупность всех физических и химических свойств системы характеризует её термодинамическое состояние. Все величины, характеризующие какое-либо макроскопическое свойство рассматриваемой системы – термодинамические параметры. Опытным путем установлено, что для однозначной характеристики данной системы необходимо использовать некоторое число параметров, называемых независимыми; все остальные параметры рассматриваются как функции независимых параметров. В качестве независимых параметров состояния обычно выбирают параметры, поддающиеся непосредственному измерению, например температуру, давление, концентрацию и т.д. Всякое изменение термодинамического состояния системы (изменения хотя бы одного параметра состояния) есть термодинамический процесс.Обратимый процесс - процесс, допускающий возможность возвращения системы в исходное состояние без того, чтобы в окружающей среде остались какие-либо изменения. Равновесный процесс - процесс, при котором система проходит через непрерывный ряд равновесных состояний.

 

 

Внутренняя энергия системы, теплота, работа

В каждом теле, в каждом веществе в скрытом виде заключена внутренняя энергия, которая складывается из энергии движения и взаимодействия атомов, молекул, ядер и других частиц, внутриядерную и другие виды энергии, кроме кинетической энергии движения системы, и потенциальной энергии ее положения. Абсолютную величину внутренней энергии определить невозможно. Она представляет собой способность системы к совершению работы или передаче теплоты. Однако можно определить ее изменение U при переходе из одного состояния в другое: ΔU = U2 - U1, где U2 и U1- внутренняя энергия системы в конечном и начальном состояниях. Если ΔU > 0 –внутренняя энергия системы возрастает, если ΔU < 0 – внутренняя энергия системы убывает. U – термодинамическая функция состояния, так как ее количество не будет зависеть от пути и способа перехода системы, а будет определяться лишь разностью в этих состояниях. При переходе из одного состояния в другое система может обмениваться с окружающей средой веществом или энергией в форме теплоты и работы. Теплота Q представляет собой количественную меру хаотического движения частиц данной системы или тела. Энергия более нагретого тела в форме теплоты передается менее нагретому телу. При этом не происходит переноса вещества. Работа А является количественной мерой направленного движения частиц, мерой энергии, передаваемой от одной системы к другой за счет перемещения вещества от одной системы к другой под действием тех или иных сил, например гравитационных. Теплоту и работу измеряют в джоулях (Дж), килоджоулях (кДж) и мегаджоулях (МДж). Положительной считается работа, совершаемая системой против внешних сил (А > 0) и теплота, подводимая к системе (Q > 0). Теплота и работа зависят от способа проведения процесса, т.е. они являются функциями пути. Количественное соотношение между изменением внутренней энергии, теплотой и работой устанавливает первый закон термодинамики: Q = ΔU + А. Если к системе подводится теплота Q, то она расходуется на изменение внутренней энергии системы ΔU и на совершение системой работы А над окружающей средой. Теплоту и работу можно измерить, отсюда, ΔU = Q – А. Первый закон термодинамики является формой выражения закона сохранения энергии. Согласно этому закону, энергия не может ни создаваться, ни исчезать, но может превращаться из одной формы в другую. Его справедливость доказана многовековым опытом человечества.

Энтальпия растворения.

Изменение энтальпии, происходящее при растворении одного моля вещества в определенном растворителе с образованием бесконечно разбавленного раствора, называется энтальпией растворения или теплотой растворения. Энтальпию растворения нетрудно измерить экспериментально. Энтальпия гидратации хлорида натрия представляет собой сумму энтальпий

10. Основные законы термохимии: закон Лавуазье – Лапласа. Закон Гесса и следствие из него. Закон Лавуазье и Лапласа: |∆Hразложения |=|-∆Hобразования|; Закон Гесса: Тепловой эффект химической реакции, проводимой в изобарно-изотермических или изохорно-изотермических условиях, зависит только от вида и состояния исходных веществ и продуктов реакции и не зависит от пути её протекания. Следствие: тепловой эффект реакции равен разности между суммой теплот образования продуктов реакции и суммой теплот образования исходных веществ с учетом коэффециентов.

Свойства разбавленных растворов. Диффузия. Зависимость скорости диффузии от температуры, размера частиц, вязкости среды, степени неравномерности концентрации. Значение диффузии в технологических процессах и физиологии питания.

Коллигативные свойства растворов — это свойства растворов, обусловленные только самопроизвольным движением молекул, то есть они определяются не химическим составом, а числом кинетических единиц — молекул в единице объёма или массы. К таким коллигативным свойствам относятся: Понижение давления насыщенного пара, Повышение температуры кипения растворов, Понижение температуры замерзания растворов, Возникновение осмотического давления. Диффузия Проникновение одного вещества в другое при их соприкосновении. Следуя закону Броуновского движения которые гласят что все молекулы постоянно в хаотичном движении и с повышением температуры расстояние между ними увеличивается, можно сделать вывод что процесс диффузии (расстворение одного вешества в другом (перемешивание молекул) происходит быстрее. Сущность метода заключается в определении коэффициента диффузии коллоидных частиц путем измерения спектрального состава рассеянного света. Результаты прямых измерений размеров асфальтеновых ассоциатов в модельных растворах углеводородов описаны в работе [64]. В качестве объектов исследования были выбраны первичные асфальтены, выделенные из гудрона смеси западно-сибирских нефтей и индивидуальные углеводороды толуол, циклогексан, н-пентан. Показано, что размеры асфальтеновых ассоциатов в зависимости от их концентрации в растворе (до 10% мае.) и растворителя варьируются от 2,0 до 13,5 нм. Чем среда плотнее тем диффузии меньше. К примеру диффузия в воздухе быстрее чем в воде.

29. Осмос и осмотическое давление. Закон Вант – Гоффа. Осмос — процесс односторонней диффузии через полупроницаемую мембрану молекул растворителя в сторону бо́льшей концентрации растворённого вещества из объёма с меньшей концентрацией растворенного вещества. Осмотическое давление (обозначается π) — избыточное гидростатическое давление на раствор, отделённый от чистого растворителя полупроницаемой мембраной, при котором прекращается диффузия растворителя через мембрану. Правило Вант-Гоффа — эмпирическое правило, позволяющее в первом приближении оценить влияние температуры на скорость химической реакции в небольшом температурном интервале (обычно от 0 °C до 100 °C). Я. Х. Вант-Гофф на основании множества экспериментов сформулировал следующее правило

30. Плазмолиз, плазмоптис и тургор в живых клетках. Плазмолиз (plasmolysis) - Отделение пристеночного слоя цитоплазмы от твердой оболочки растительнойклетки в гипертоническом по отношению к клеточному соку растворе. При возвращении нормальных осмотических условий тургор клетки обычно восстанавливается (при резком плазмолизе клетки погибают). Слой протоплазмы живой клетки, граничащий с оболочкой, обладает свойством полупроницаемости. Он пропускает воду, но задерживает большую часть растворенных в воде веществ. Таким образом, данный слой, служащий мембраной, препятствует выравниванию концентраций в клетке и в межклеточном пространстве. В связи с этим растворенные в клеточном соке вещества оказывают ка протоплазму осмотическое давление. Благодаря осмотическому давлению протоплазма плотно прижата к оболочке клетки, которая растягивается во все стороны. Это напряженное состояние клетки носит название тургора.

31. Растворы изотонические, гипертонические, гипотонические. Значение осмоса в усвоении пищи. Изотония — равенство осмотического давления в жидких средах и тканях организма, которое обеспечивается поддержанием осмотически эквивалентных концентраций содержащихся в них веществ. Изотония — одна из важнейших физиологических констант организма, обеспечиваемых механизмами саморегуляции. Изотонический раствор — раствор, имеющий осмотическое давление, равное внутриклеточному. Клетка, погружённая в изотонический раствор, находится в равновесном состоянии —молекулы воды диффундируют через клеточную мембрану в равном количестве внутрь и наружу, не накапливаясь и не теряясь клеткой. Отклонение осмотического давления от нормального физиологического уровня влечёт за собой нарушение обменных процессов между кровью, тканевой жидкостью и клетками организма. Сильное отклонение может нарушить структуру и целостность клеточных мембран. Гипертонический раствор — раствор, имеющий бо́льшую концентрацию вещества по отношению к внутриклеточной. При погружении клетки в гипертонический раствор, происходит её дегидратация — внутриклеточная вода выходит наружу, что приводит к высыханию и сморщиванию клетки. Гипертонические растворы применяются при осмотерапии для лечения внутримозгового кровоизлияния. Гипотонический раствор — раствор, имеющий меньшее осмотическое давление по отношению к другому, то есть обладающий меньшей концентрацией вещества, не проникающего через мембрану. При погружении клетки в гипотонический раствор, происходит осмотическое проникновение воды внутрь клетки с развитием её гипергидратации — набухания с последующим цитолизом. Растительные клетки в данной ситуации повреждаются не всегда; при погружении в гипотонический раствор, клетка будет повышать тургорное давление, возобновляя своё нормальное функционирование. Явление осмоса имеет огромное значение в жизни растений и животных. Благодаря наличию осмотического давления в растительных клетках растения через корневую систему всасывают большое количествоводы, с которой проникают и питательные вещества. Вода, а с нею и растворенные питательные вещества поступают из корней в проводящие сосуды и направляются к точкам роста, которые у некоторых видоврастений расположены на расстоянии нескольких десятков метров от корневой системы

 

Реакции присоединения

В реакциях присоединения молекула органического соединения и молекула простого или сложного вещества соединяются в новую молекулу, при этом другие продукты реакции не образуются:

А + В→С

Примеры:

CH₂=CH-CH₃ + Br₂ →CH₂Br-CHBr-CH₃ бромирование пропена

CH₂=CH₂ + H₂O→CH₃CH₂OH гидратация этилена

К реакциям присоединения относятся также реакции полимеризации:

n A → A_n

Например, образование полиэтилена: n CH₂=CH₂→(-CH₂-CH₂-) _n

 

Реакции отщепления

В реакции отщепления (элиминирования) происходит отрыв атомов или атомных групп от молекулы исходного вещества при сохранении ее углеродного скелета.

А→ В + С

Реакции разложения

В результате реакции разложения из молекулы сложного органического вещества образуется несколько менее сложных или простых веществ:

А→ В + С +...

К этому типу реакций относится процесс крекинга – расщепление углеродного скелета крупных молекул при нагревании и в присутствии катализаторов:

C_nH_2n+2→ C_mH_2m+2 + C_pH_2p (n = m + p)

Например

C₁₀H₂₂→ C₅H₁₂ + C₅H₁₀

Реакции разложения при высокой температуре называют пиролизом, например:

СН₄ → C + 2H₂ пиролиз метана (1000 ^oC)

Понятие о дисперсных системах. Степень дисперсности и удельная поверхность. Классификация по степени дисперсности: грубодисперсные системы, коллоидные растворы (золи), истинные растворы, растворы полимеров. Общая характеристика классов.

Если одно вещество, находящееся в раздробленном (диспергированном) состоянии, равномерно распределено в массе другого вещества, то такую систему называют дисперсной.В таких системах раздробленное вещество принято называть дисперсной фазой, а среду, в которой она распределена, - дисперсионной средой.Дисперсные (раздробленные) системы являются гетерогенными. Все дисперсные системы по величине частиц дисперсной фазы можно разделить на следующие группы: микроскопическая дисперсность 10-2-10-4, Суспензиями называют системы, в которых твёрдое вещество находится в жидкой дисперсионной среде, например, взвесь крахмала, глины и др. в воде.Эмульсиями называют дисперсионные системы двух несмешивающихся жидкостей, где капельки одной жидкости во взвешенном состоянии распределены в объёме другой жидкости. Например, масло, бензол, толуол в воде или капельки жира (диаметром от 0,1 до 22 мк) в молоке и др., каллоидная: 10-5-10-7,Они имеют размеры частиц дисперсной фазы от 0,1 мк до 1 ммк (или от 10-5 до 10-7 см). Такие частицы могут проходить через поры фильтровальной бумаги, но не проникают через поры животных и растительных мембран Коллоидные частицы при наличии у них электрического заряда и сольватно-ионных оболочек остаются во взвешенном состоянии и без изменения условий очень долго могут не выпадать в осадок.,молекулярная: 10-8-10-9Такие системы имеют размеры частиц, не превышающие 1ммк. К молекулярно-дисперсным системам относятся истинные растворы неэлектролитов, ионная: 10-10, Это растворы различных электролитов, как, например, солей, оснований и т.д., распадающихся на соответствующие ионы, размеры которых весьма малы и выходят далеко за пределы 10-8 см.Пены – это дисперсия газа в жидкости, причём в пенах жидкость вырождается до тонких плёнок, разделяющих отдельные пузырьки газа.

Эмульсиями называют дисперсные системы, в которых одна жидкость раздроблена другой, нерастворяющей её жидкостью (например вода в жире).

Суспензиями называют низкодисперсные системы твёрдых частиц в жидкостях.

Сочетания трех видов агрегатного состояния позволяют выделить девять видов дисперсных систем: ГАЗ\ГАЗ:Дисперсная система не образуется, ГАЗ\ЖИД:Газовые эмульсии и пены, ГАЗ\ТВ: Пористые тела: поролон пемза, ЖИД\ГАЗ: Аэрозоли: туманы, облака, ЖИД\ЖИД: Эмульсии: нефть, крем, молоко, маргарин, масло, ЖИД\ТВ: Капилярные системы: Жидкость в пористых телах, грунт, почва, ТВ\ГАЗ: Аэрозоли (пыли, дымы), поршки, ТВ\ЖИД: Суспензии: пульпа, ил, взвесь, паста, ТВ\ТВ: Твёрдые системы: сплавы, бетон

 

70.

Гидролиз солей

80.. Аналитические реакции катионов II аналитической группы (Ag+, Pb2+).

81.. Аналитические реакции катионов III аналитической группы (Са2+, Ва2+).

82. Аналитические реакции катионов IV аналитической группы (Аl3+, Cr3+, Zn2+, Sn2+).

83.. Аналитические реакции катионов V аналитической группы (Fe2+, Fe3+, Bi3+, Mn2+).

84.. Аналитические реакции катионов VI аналитической группы (Co2+, Ni2+, Cu2+).

Методы титрования.

Индикаторы. Основные типы.

Осадительное титрование.

Атомно-молекулярное учение в химии.

В развитие атомно-молекулярного учения большой вклад внесли М. В. Ломоносов, Дж. Дальтон, А. Лавуазье, Ж. Пруст, А. Авогадро, Й. Берцелиус, Д. И. Менделеев, А. М. Бутлеров. Первый определил химию как науку М. В. Ломоносов. Ломоносов создал учение о строении вещества, заложил основу атомно-молекулярной теории. Оно сводится к следующим положениям:

Каждое вещество состоит из мельчайших, далее физически неделимых частиц (Ломоносов называл их корпускулами, впоследствии они были названы молекулами).

Молекулы находятся в постоянном, самопроизвольном движении.

Молекулы состоят из атомов (Ломоносов назвал их элементами).

Атомы характеризуются определенным размером и массой.

Молекулы могут состоять как из одинаковых, так и различных атомов.

Молекула - это наименьшая частица вещества, сохраняющая его состав и химические свойства. Атомами называются мельчайшие, химически неделимые частицы, из которых состоят молекулы.

Современные положения

Все вещества состоят из атомов.
Атомы каждого вида (элемента) одинаковы между собой, но отличаются от атомов любого другого вида (элемента).
При взаимодействии атомов образуются молекулы: гомоядерные (при взаимодействии атомов одного элемента) или гетероядерные (при взаимодействии атомов разных элементов).
При физических явлениях молекулы сохраняются, при химических - разрушаются; при химических реакциях атомы в отличие от молекул сохраняются.
Химические реакции заключаются в образовании новых веществ из тех же самых атомов, из которых состоят первоначальные вещества.