2.1.1. Atomic-moleculare de predare
1. Toate substanțele sunt compuse din molecule. O moleculă este cea mai mică particulă a unei substanțe care are proprietățile sale chimice.
2. Moleculele constau din atomi. Un atom este cea mai mică particulă a unui element chimic care își păstrează proprietățile chimice. Diferitele atomi corespund diferitelor elemente.
3. moleculele și atomii sunt în mișcare continuă; între ele există forțe de atracție și repulsie.
Un element chimic este un fel de atomi, caracterizat de anumite încărcări ale nucleelor și structura cochililor electronici. În prezent, sunt cunoscute 110 elemente: 89 dintre ele se găsesc în natură (pe Pământ), restul fiind obținute prin mijloace artificiale. Atomii există într-o stare liberă, în compuși cu atomi ai aceluiași sau alți elemente, formând molecule. Abilitatea atomilor de a interacționa cu alți atomi și de a forma compuși chimici este determinată de structura sa. Atomii constau dintr-un nucleu încărcat pozitiv și un electron încărcat negativ care se mișcă în jurul acestuia.
Nucleul atomic este partea centrală a atomului, constând din protoni Z și neutroni N, în care concentrația atomului este concentrată.
Încărcarea nucleului este o sarcină pozitivă, egală în mărime cu numărul de protoni din nucleu sau electroni din atomul neutru și coincide cu numărul atomic al elementului din sistemul periodic. Suma protonilor și a neutronilor nucleului atomic se numește numărul de masă A = Z + N. Unde: A este numărul de masă, Z este suma protonilor și N este suma neutronilor.
Izotopii sunt elemente chimice cu încărcături identice de nuclei, dar numere de masă diferite datorită numărului diferit de neutroni din nucleu.
Element încărcare nucleu (Z) număr de masă (A)
Formula chimică - o compoziție de material de înregistrare condiționată prin simbolurile chimice (propuse în 1814 de J. Berzelius) și indici (index. - o cifră în picioare la dreapta jos a simbolului indică numărul atomilor din moleculă). Formula chimică arată atomii a căror elemente și în ce legătură sunt interconectați într-o moleculă.
Allotropia - capacitatea unor elemente chimice de a forma câteva substanțe simple care diferă în structură și proprietăți. (C - diamant, grafit, carbyne O -. Oxigen, ozon S - .. ortorombic, monoclinic, plastic P - alb, rosu, negru).
Fenomenul alotropiei este cauzat de două cauze:
1) numărul diferit de atomi din moleculă, de exemplu, oxigenul O2 și ozonul O3
2) formarea diferitelor forme cristaline, de exemplu, diamant și grafit.
Substanțe simple - moleculele constau din atomi ai aceluiași element (O 2, O 3 CI 2 S. P 4).
Substanțele complexe - moleculele constau din atomi de diferite elemente chimice (H 2 SO 4 P 2 O 5 KClO 3).
Unitatea internațională de masă atomică este egală cu 1/12 din masa izotopului 12 C, principalul izotop al carbonului natural.
1 amu = 1/12 x m (12 C) = 1,66057 x 10 - 24 g
Masa atomică relativă (Ar) - cantitatea adimensională egală cu raportul dintre elementul de masă mediu atom (considerând procentul izotopului în natură) la 1/12 din masa atomului 12 C.
Masa medie absolută a atomului (m) este egală cu masa atomică relativă înmulțită cu amu.
m (Mg) = 24,312 x 1,66057 x 10-24 = 4,037 x 10-23 g
Masa moleculară relativă (Mr) este o cantitate fără dimensiuni care arată de câte ori masa unei molecule dintr-o substanță dată este mai mare decât 1/12 din masa unui atom de carbon 12C.
M r = m r / (1/12 m a (12 C))
m r este masa unei molecule a unei substanțe date;
m a (12 C) este masa atomului de carbon 12 C.
Mr = S Ar (e). Masa moleculară relativă a unei substanțe este egală cu suma masei atomice relative a tuturor elementelor, ținând cont de indicii.
M (B 2 O 3) = 2 x Ar (B) + 3 x Ar (O) = 2 x 11 + 3 x 16 = 70
Dl (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
Masa absolută a moleculei este egală cu masa moleculară relativă înmulțită cu amu. Numărul de atomi și molecule din eșantioanele obișnuite de substanțe este foarte mare, prin urmare, atunci când se măsoară cantitatea unei substanțe, se utilizează o unitate specială de măsură - o molie.
Cantitatea de substanță, mol. Aceasta înseamnă un anumit număr de elemente structurale (molecule, atomi, ioni). Notată cu n sau. măsurată în moli. Mole este cantitatea unei substanțe care conține mai multe particule ca și atomii în 12 g de carbon.
Numărul Avogadro (NA). Numărul de particule în 1 mol de substanță este același și este egal cu 6,02 x 10 23 (constanta lui Avogadro are dimensiunea - mol -1).
Câte molecule sunt conținute în 6,4 g de sulf?
Greutatea moleculară a sulfului este de 32 g / mol. Se determină cantitatea de g / mol din substanță în 6,4 g de sulf:
n (S) = m (S) / M (S) = 6,4 g / 32 g / mol = 0,2 mol
Definiți numărul de unități structurale (molecule) folosind constanta lui Avogadro N A
N (S) = n (S) x N A = 0,2 x 6,02 x 10 23 = 1,2 x 10 23
Masa molară indică masa de 1 mol de substanță (notată cu M).
Masa molară a substanței este egală cu raportul dintre masa substanței și cantitatea corespunzătoare a substanței.
Masa molară a unei substanțe este numeric egală cu masa moleculară relativă, dar prima cantitate are o dimensiune de g / mol, iar a doua este fără dimensiuni.
M = N A x m (1 moleculă) = N A x M r x 1 amu = (N A x 1 amu) x M r = M r
Aceasta înseamnă că, dacă masa unei molecule este, de exemplu, 80 amu. (SO3), atunci masa unui mol de molecule este de 80 g. Constanta lui Avogadro este un coeficient de proporționalitate care asigură o tranziție de la rapoartele moleculare la cele molare. Toate afirmațiile despre molecule rămân valabile pentru molii (când se înlocuiește, dacă este necesar, un amu pe d).
De exemplu, ecuația reacției: 2Na + Cl2 = 2NaCI, înseamnă că cei doi atomi de sodiu reacționează cu o moleculă de clor sau ceea ce este același, doi moli de sodiu să reacționeze cu un mol de clor.
Substanță echivalentă - o unitate convențională a acestei substanțe, care, în această reacție, se combină cu un atom sau ion de hidrogen sau o înlocuiește. De exemplu, în reacție
2 HCI + Ca (OH) 2 = CaCI2 + 2 H20
doi atomi de hidrogen din HCl corespund unei particule de Ca (OH) 2. În consecință, un echivalent de hidrogen este unitatea convențională, egală cu. Ca (OH) 2. Acesta este echivalentul hidroxidului de calciu. Numărul. se numește un factor de echivalență. care este desemnat de simbolul f eqv (B) (substanța B). În exemplul dat, f eq [Ca (OH) 2] =.
Factorul de echivalență al unor substanțe poate fi calculat prin formule simple. Pentru acid, factorul de echivalență este egal cu reciprocitatea bazicității sale (numărul de ioni H + din molecula de acid care este înlocuit în reacția cu metalul). Factorul de echivalență al bazei este egal cu aciditatea reciprocă (numărul de ioni OH din molecula de bază, care în reacție este înlocuit cu resturi acide):
f eq (acid) = 1 / N (H +)
f eq (bază) = 1 / N (OH-)
Factorul de echivalență al aceleiași substanțe în diferite reacții poate fi diferit. În reacția de neutralizare a acidului fosforic, se procedează conform ecuației
H3P04 + 3 KOH = K3P04 + 3 H20
trei ioni H + sunt înlocuiți cu K +. și anume N (H +) = 3. Prin urmare, factorul de echivalență al acidului fosforic va fi f eqv (H 3 PO 4) = 1 / N (H +) = 1/3. Dacă reacția are loc conform ecuației
H3P04 + 2KON = K2NF04 + 2H2O, apoi N (H +) = 2 și
Masa molară a echivalentului substanței B (în g / mol) este produsul factorului de echivalență pe masa molară a acestei substanțe:
Masa molară a echivalentului poate fi numită și masa echivalentă.
Cantitatea substanței echivalente (în mol) este raportul dintre masa substanței și masa molară a echivalentului acesteia:
n (f eq B) = m (B) / M (f eq B)
Relațiile cantitative dintre echivalentele substanțelor care participă la reacția chimică sunt date de legea echivalenților. Conform acestei legi, pentru reacție
trebuie să fie îndeplinită următoarea relație:
n (f equiv A) = n (f eq B) = n (f eq C) = n (f eq D)
și anume substanțele interacționează și se formează în cantități egale cu cantitățile de substanțe echivalente.
Astfel, pentru interacțiunea substanțelor A și B, putem scrie:
n (fequ A) = n (f eq B)
Folosind formula pentru a găsi cantitatea de substanță echivalentă, obținem
m (A) / M (f eq A) = m (B) / M (f eq B) sau
m (A) / m (B) = M (f eq A) / M (f eq B)
Acest raport este o consecință a legii echivalente.
Acidul sulfuric cu o masă de 4,9 g reacționează cu hidroxid de potasiu, cântărind 2,8 g. Se determină masa molară a acidului sulfuric echivalent și se scrie ecuația de reacție.
Pentru hidroxidul de potasiu, KOH este întotdeauna N (OH -) = 1, prin urmare f eqv (KOH) = 1. Se calculează masa molară a echivalentului KOH:
M (f KOH) = 1. 56 = 56 (g / mol)
Folosind formula din corolarul legii echivalente, găsim masa molară a echivalentului acidului sulfuric:
M (f eq H2S04) = m (H2S04) / m (KOH). M (f KOH);
M (f eq H2S04) = 4,9 / 2,8. 56 = 98 (g / mol)
Factorul de echivalență al acidului sulfuric este:
f eqv (H2S04) = M (f eq H2S04) / M (H2S04);
f eqv (H2SO4) = 98/98 = 1
Prin urmare, în această reacție, un singur atom de hidrogen din molecula de acid sulfuric este înlocuit cu un metal. Reacția se desfășoară conform ecuației:
H 2 SO 4 + KOH = KHSO 4 + H 2 O