Негизги түшүнүктөрүн биз карап чыга турган химия – структурасынын жана курамынын, демек, касиеттеринин өзгөрүшү менен болгон заттарды жана алардын өзгөрүшүн изилдөөчү илим. Биринчиден, "зат" деген термин эмнени билдирерин аныктоо керек. Кеңири мааниде айтсак, бул эс массасы бар материянын формасы. Зат - бул кандайдыр бир элементардык бөлүкчө, мисалы, нейтрон. Химияда бул түшүнүк тар мааниде колдонулат.
Баштоо үчүн химиянын, атомдун жана молекулярдык илимдин негизги терминдерин жана түшүнүктөрүн кыскача баяндап берели. Андан кийин биз аларды түшүндүрүп, ошондой эле бул илимдин кээ бир маанилүү мыйзамдарын айтабыз.
Химиянын негизги түшүнүктөрү (зат, атом, молекула) ар бирибизге мектептен бери тааныш. Төмөндө алардын, ошондой эле башка анчалык ачык эмес терминдер менен кубулуштардын кыскача баяндамасы келтирилген.
Атомдор
Биринчиден, химияда изилденген бардык заттар атом деп аталган майда бөлүкчөлөрдөн турат. Нейтрондор бул илимдин изилдөө объектиси эмес. Ошондой эле атомдор бири-бири менен биригип, химиялык байланыштардын пайда болушуна алып келерин айтыш керек. үчүнбул байланышты үзүү үчүн энергия талап кылынат. Демек, атомдор кадимки шарттарда ("асыл газдарды" кошпогондо) жекече жашабайт. Алар бири-бири менен жок дегенде жупташат.
Үзгүлтүксүз жылуулук кыймылы
Үзгүлтүксүз жылуулук кыймылы химия тарабынан изилденген бардык бөлүкчөлөрдү мүнөздөйт. Бул илимдин негизги түшүнүктөрүн ал жөнүндө айтпай эле айтууга болбойт. Үзгүлтүксүз кыймылда бөлүкчөлөрдүн орточо кинетикалык энергиясы температурага пропорционалдуу (бирок, айрым бөлүкчөлөрдүн энергиялары ар кандай экенин белгилей кетүү керек). Экин=кТ/2, мында k - Больцман константасы. Бул формула кыймылдын бардык түрү үчүн жарактуу. Ekin=mV2 / 2 болгондуктан, массалык бөлүкчөлөрдүн кыймылы жайыраак. Мисалы, температура бирдей болсо, кычкылтек молекулалары көмүртек молекулаларына караганда орто эсеп менен 4 эсе жайыраак кыймылдашат. Себеби алардын массасы 16 эсе көп. Кыймыл термелүү, которуу жана айлануу болуп саналат. Термелүү суюктукта, катуу жана газ түрүндөгү заттарда байкалат. Бирок которуу жана айлануу газдарда эң оңой ишке ашат. Бул суюктуктарда кыйыныраак, ал эми катуу заттарда андан да кыйын.
Молекулалар
Келгиле, химиянын негизги түшүнүктөрүн жана аныктамаларын сүрөттөөнү уланталы. Эгерде атомдор бири-бири менен биригип, чакан топторду түзүшсө (аларды молекулалар деп аташат), мындай топтор жылуулук кыймылына катышып, бир бүтүн катары аракеттенишет. Типтүү молекулаларда 100гө чейин атом бар жана алардын саны ушундаймакромолекулярдык бирикмелер 105ке жетиши мүмкүн.
Молекулярдык эмес заттар
Бирок атомдор көбүнчө 107ден 1027ге чейинки чоң жамааттарга биригет. Бул формада алар жылуулук кыймылына дээрлик катышпайт. Бул бирикмелер молекулаларга анча окшошпойт. Алар катуу дененин бөлүктөрүнө окшош. Бул заттар адатта молекулалык эмес деп аталат. Бул учурда жылуулук кыймылы кесимдин ичинде ишке ашат жана ал молекула сыяктуу учуп кетпейт. 105тен 107ге чейинки өлчөмдөгү атомдордон турган бирикмелерди камтыган өткөөл өлчөмдөрдүн диапазону да бар. Бул бөлүкчөлөр же өтө чоң молекулалар, же алар майда порошок бүртүкчөлөрү.
Иондор
Атомдор жана алардын топтору электрдик зарядга ээ боло аларын белгилей кетүү керек. Бул учурда алар химия сыяктуу илимде иондор деп аталат, анын негизги түшүнүктөрү биз изилдейт. Бир эле аталыштагы заряддар дайыма бири-бирин түртүп тургандыктан, кээ бир заряддардын олуттуу ашыкча заты туруктуу боло албайт. Космостогу терс жана оң заряддар дайыма алмашып турат. Ал эми зат жалпысынан электрдик нейтралдуу бойдон калат. Электростатикада чоң деп эсептелген заряддар химиянын көз карашынан алганда анча деле маанилүү эмес экенине көңүл буруңуз (105-1015 атомдор үчүн - 1e).
Химия боюнча изилдөө объекттери
Түшүндүрүү керек, химиянын изилдөө объектилери болуп эч кандай химиялык заттар жок кубулуштар саналат.атомдор жок кылынат, бирок бир гана кайра топтолот, башкача айтканда, алар жаңы жол менен бириктирилет. Кээ бир шилтемелер бузулуп, натыйжада башкалары пайда болот. Башкача айтканда, баштапкы заттардын курамына кирген атомдордон жаңы заттар пайда болот. Бирок, атомдор да, алардын ортосундагы байланыштар да сакталып калса (мисалы, молекулалык заттардын буулануусу учурунда), анда бул процесстер мындан ары химиянын эмес, молекулярдык физиканын изилдөө тармагы болуп калат. Атомдор пайда болгон же жок кылынган учурда, биз ядролук же атомдук физиканы изилдөөнүн предметтери жөнүндө болуп жатат. Бирок, химиялык жана физикалык кубулуштардын ортосундагы чек бүдөмүк. Анткени, өзүнчө илимдерге бөлүнүү шарттуу, ал эми табият бөлүнбөйт. Ошондуктан, химиктер үчүн физиканы билүү абдан пайдалуу.
Химиянын негизги түшүнүктөрүн биз кыскача айтып бердик. Эми аларды кененирээк карап чыгууга чакырабыз.
Атомдор жөнүндө көбүрөөк
Атомдор жана молекулалар химияны көптөр менен байланыштырышат. Бул негизги түшүнүктөр так аныкталышы керек. Атомдордун бар экени эки миң жыл мурун эң сонун божомолдонгон. Андан кийин, буга чейин 19-кылымда, илимпоздор эксперименталдык маалыматтар (дагы кыйыр) болгон. Кеп Авогадронун көп катышы, составдын туруктуулук мыйзамдары (төмөндө химиянын бул негизги түшүнүктөрүн карап чыгабыз). Атом 20-кылымда изилдөөнү улантып, көптөгөн түз эксперименталдык ырастоолор пайда болгон. Алар спектроскопиялык маалыматтарга, рентген нурларынын, альфа бөлүкчөлөрүнүн, нейтрондордун, электрондордун ж.1о-10м. Алардын массасы болжол менен 10-27 - 10-25 кг. Бул бөлүкчөлөрдүн борборунда оң заряддуу ядро бар, анын айланасында терс заряддуу электрондор кыймылдашат. Ядронун өлчөмү болжол менен 10-15 м. Көрсө, электрондук кабык атомдун өлчөмүн аныктайт, бирок анын массасы дээрлик толугу менен ядродо топтолгон. Химиянын негизги түшүнүктөрүн эске алуу менен дагы бир аныктама киргизүү керек. Химиялык элемент - ядро заряды бирдей болгон атомдун бир түрү.
Көбүнчө атомдун химиялык жактан бөлүнбөй турган заттын эң кичинекей бөлүкчөсү катары аныктамасы бар. "Химиялык" дегенди кантип түшүнсө болот? Жогоруда белгилегендей, кубулуштардын физикалык жана химиялык болуп бөлүнүшү шарттуу. Бирок атомдордун бар болушу шартсыз. Демек, химияны алар аркылуу эмес, атомдорду химия аркылуу аныктаган жакшы.
Химиялык байланыш
Атомдорду чогуу кармап турган нерсе ушул. Бул алардын жылуулук кыймылынын таасири астында чачырап кетүүсүнө жол бербейт. Биз байланыштардын негизги мүнөздөмөлөрүн белгилейбиз - бул ядро аралык аралык жана энергия. Булар дагы химиянын негизги түшүнүктөрү. Байланыш узундугу жетиштүү жогорку тактык менен эксперименталдык түрдө аныкталат. Энергия - да, бирок дайыма эмес. Мисалы, комплекстүү бир молекуладагы бир байланышка карата анын эмне экенин объективдүү аныктоо мүмкүн эмес. Бирок, бардык болгон байланыштарды үзүү үчүн зарыл болгон заттын атомдошуу энергиясы дайыма аныкталат. Байланыш узундугун билүү менен, кайсы атомдор байланышта экенин (алар кыска аралыкка ээ) жана кайсынысы байланышпаганын (узак аралыкка ээ) аныктоого болот.аралык).
Координациялык номер жана координация
Аналитикалык химиянын негизги түшүнүктөрүнө бул эки термин кирет. Алар эмнени жакташат? Келгиле билип алалы.
Координациялык сан – бул белгилүү бир атомдун эң жакын коңшуларынын саны. Башкача айтканда, бул химиялык байланышта болгондордун саны. Координация – кошуналардын салыштырмалуу абалы, түрү жана саны. Башкача айтканда, бул түшүнүк көбүрөөк мааниге ээ. Мисалы, аммиак менен азот кислотасынын молекулаларына мүнөздүү болгон азоттун координациялык саны бирдей – 3. Бирок алардын координациясы башка – тегиздик эмес жана тегиздик. Ал байланыштын табияты жөнүндөгү ойлордон көз карандысыз аныкталат, ал эми кычкылдануу даражасы жана валенттүүлүк координацияны жана составды алдын ала болжолдоо үчүн түзүлгөн шарттуу түшүнүктөр.
Молекуланын аныктамасы
Биз химиянын негизги түшүнүктөрүн жана мыйзамдарын кыскача карап, бул түшүнүккө токтолгонбуз. Эми ага кененирээк токтоло кетели. Окуу китептеринде көбүнчө химиялык касиетке ээ болгон жана өз алдынча жашоого жөндөмдүү болгон заттын эң кичинекей нейтралдуу бөлүкчөлөрү молекула деп аныкталат. Белгилей кетсек, бул аныктама азыр эскирген. Биринчиден, бүт физиктер жана химиктер молекула деп атаган нерсе заттын касиеттерин сактабайт. Суу диссоциацияланат, бирок бул үчүн эң аз дегенде 2 молекула керек. Суунун диссоциациялануу даражасы 10-7. Башкача айтканда, бул процессти бир гана молекула өткөрө алат.10 миллиондон. Эгер сизде бир, ал тургай жүз молекула болсо, анын диссоциацияланышы жөнүндө түшүнүк ала албайсыз. Чындыгында химиядагы реакциялардын жылуулук эффектилерине көбүнчө молекулалар ортосундагы өз ара аракеттенүү энергиясы кирет. Ошондуктан, алардын бири таба албайт. Молекулярдык заттын химиялык жана физикалык касиеттерин молекулалардын чоң тобунан гана аныктоого болот. Мындан тышкары, өз алдынча жашоого жөндөмдүү «эң кичинекей» бөлүкчө чексиз чоң жана кадимки молекулалардан абдан айырмаланган заттар бар. Молекула чындыгында электрдик заряды жок атомдордун тобу. Белгилүү бир учурда, бул бир атом болушу мүмкүн, мисалы, Ne. Бул топ диффузияга жана жалпы жылуулук кыймылынын башка түрлөрүнө катыша алышы керек.
Көрүп тургандай, химиянын негизги түшүнүктөрү анчалык деле жөнөкөй эмес. Молекула кылдат изилдениши керек болгон нерсе. Анын молекулярдык салмагы сыяктуу эле өзүнүн касиеттери бар. Акыркысы тууралуу азыр сүйлөшөбүз.
Молекулярдык салмагы
Молекулярдык салмакты тажрыйба менен кантип аныктоого болот? Бир жолу бууга салыштырмалуу тыгыздыгы боюнча, Авогадро мыйзамына негизделген. Эң так метод масс-спектрометрдик. Молекуладан электрон чыгып кетет. Пайда болгон ион адегенде электр талаасында ылдамдалат, андан кийин магниттик жактан бурулат. Заряддын массага катышы четтөөнүн чоңдугу менен так аныкталат. Эритмелерге ээ болгон касиеттерге негизделген ыкмалар да бар. Бирок бул жагдайлардын баарында молекулалар сөзсүз болоткыймылда болушу керек - эритмеде, вакуумда, газда. Эгерде алар кыймылдабаса, алардын массасын объективдүү эсептөө мүмкүн эмес. Бул учурда алардын бар экенин аныктоо кыйын.
Молекулярдык эмес заттардын өзгөчөлүктөрү
Алар жөнүндө сөз кылып жатып, алар молекулалардан эмес, атомдордон тураарын белгилешет. Бирок, асыл газдар үчүн да ушундай. Бул атомдор эркин кыймылдашат, ошондуктан аларды моноатомдук молекулалар катары кабыл алуу жакшы. Бирок, бул негизги нерсе эмес. Андан да маанилүүсү, молекулалык эмес заттарда бири-бирине байланышкан көптөгөн атомдор бар. Баардык заттарды молекулалык эмес жана молекулярдык деп бөлүү жетишсиз экендигин белгилей кетүү керек. Байланыш боюнча бөлүү көбүрөөк мааниге ээ. Мисалы, графит менен алмаздын касиеттериндеги айырманы карап көрөлү. Экөө тең көмүртек, бирок биринчиси жумшак, экинчиси катуу. Алар бири-биринен эмнеси менен айырмаланат? Айырмачылык так алардын байланышында. Графиттин түзүлүшүн карай турган болсок, күчтүү байланыштар эки өлчөмдө гана бар экенин көрөбүз. Бирок үчүнчүдө, атом аралык аралыктар абдан маанилүү, ошондуктан, күчтүү байланыш жок. Графит бул катмарларда оңой жылып, бөлүнөт.
Түзүмдүк туташуу
Болбосо ал мейкиндиктик өлчөм деп аталат. Ал мейкиндиктин өлчөмдөрүнүн санын билдирет, алар үзгүлтүксүз (дээрлик чексиз) өзөктөрдүн системасына (күчтүү байланыштар) ээ экендиги менен мүнөздөлөт. Ал ала турган маанилер 0, 1, 2 жана 3. Ошондуктан үч өлчөмдүү туташкан, катмарлуу, чынжырлуу жана аралдык (молекулярдык) структураларды айырмалоо керек.
Мыйзамкомпозициянын ырааттуулугу
Биз химиянын негизги түшүнүктөрүн үйрөндүк. затты биз кыскача карап чыктык. Эми ага тиешелүү мыйзамга кайрылалы. Адатта, ал төмөнкүдөй формулировкаланат: кандайча алынганына карабастан, ар кандай жеке зат (башкача айтканда, таза) бирдей сандык жана сапаттык курамга ээ. Бирок "таза зат" деген термин эмнени билдирет? Келгиле билип алалы.
Мындан эки миң жыл мурун, заттардын түзүлүшү тике методдор менен изилденбей турганда, химиянын бизге тааныш болгон негизги химиялык түшүнүктөрү жана мыйзамдары да жок болуп турганда, ал сүрөттөмө жолу менен аныкталган. Мисалы, суу деңиздердин жана дарыялардын негизин түзгөн суюктук. Анын жыты, өңү, даамы жок. Анын мындай тоңуу жана эрүү чекиттери бар, жез сульфаты андан көк түскө айланат. Туздуу деңиз суусу таза эмес болгондуктан. Бирок, туздарды дистилляция жолу менен ажыратса болот. Болжол менен сыпаттоо ыкмасы менен химиянын негизги химиялык түшүнүктөрү жана мыйзамдары аныкталды.
Ошол кездеги илимпоздор үчүн ар кандай жолдор менен бөлүнүп алынган суюктуктун (водородду күйгүзүү, витриолду кургатуу, деңиз суусун дистилляциялоо) курамы бирдей экени байкалган эмес. Илимдеги чоң ачылыш бул чындыктын далили болду. Кычкылтек менен суутектин катышы бир калыпта өзгөрө албасы анык болду. Бул элементтер атомдордон турат дегенди билдирет - бөлүнгүс бөлүктөр. Мына ушинтип заттардын формулалары алынган жана илимпоздордун молекулалар жөнүндөгү идеясы далилденген.
ББүгүнкү күндө ар кандай зат ачык же кыйыр түрдө эрүү температурасы, даамы же түсү менен эмес, биринчи кезекте формула менен аныкталат. Суу - H2O. Эгерде башка молекулалар болсо, анда ал таза болбой калат. Демек, таза молекулалык зат бир гана түрдөгү молекулалардан турган зат болуп саналат.
Бирок, бул учурда электролиттер жөнүндө эмне айтууга болот? Анткени, алар молекулаларды эле эмес, иондорду камтыйт. Дагы катаал аныктама керек. Таза молекулярдык зат – бир типтеги молекулалардан, ошондой эле, мүмкүн, алардын кайра тез өзгөрүү продуктыларынан (изомеризация, ассоциация, диссоциация) турган зат. Бул контексттеги "тез" деген сөз биз бул азыктардан арыла албайбыз, алар дароо кайра пайда болот. "Кайрылуу" деген сөз трансформация бүтө электигин көрсөтүп турат. Алып келген болсо, анда туруксуз деп айтуу жакшы. Бул учурда, ал таза зат эмес.
Заттын массасынын сакталуу мыйзамы
Бул мыйзам байыркы замандан бери эле метафоралык түрдө белгилүү. Ал материя жаралгыс жана бузулбас экенин айтты. Андан кийин анын сандык формуласы келди. Ага ылайык, салмак (жана 17-кылымдын аягынан тартып масса) заттын көлөмүнүн өлчөмү болуп саналат.
Бул мыйзам кадимки формада 1748-жылы Ломоносов тарабынан ачылган. 1789-жылы француз окумуштуусу А. Лавуазье тарабынан толукталган. Анын заманбап формуласы мындай угулат: химиялык реакцияга кирген заттардын массасы анын натыйжасында алынган заттардын массасына барабар.анын.
Авогадро мыйзамы, газдардын көлөмдүк катышынын мыйзамы
Булардын акыркысы 1808-жылы француз окумуштуусу Ж. Л. Гей-Люссак тарабынан түзүлгөн. Бул мыйзам азыр Гей-Люссак мыйзамы деп аталат. Анын айтымында, реакцияга кирүүчү газдардын көлөмдөрү бири-бирине, ошондой эле пайда болгон газ түрүндөгү продуктылардын көлөмүнө кичине бүтүн сандар менен байланыштуу.
Гей-Люссак ачкан үлгү бир аз кийинчерээк, 1811-жылы италиялык окумуштуу Амедео Авогадро тарабынан ачылган мыйзамды түшүндүрөт. Анда бирдей шарттарда (басым жана температура) көлөмү бирдей болгон газдарда молекулалардын саны бирдей болору айтылат.
Авогадро мыйзамынан эки маанилүү натыйжа чыгат. Биринчиси, бирдей шарттарда кандайдыр бир газдын бир моль бирдей көлөмдү ээлейт. Кадимки шарттарда алардын кайсы биринин көлөмү (ал 0°С температура, ошондой эле басымы 101,325 кПа) 22,4 литрди түзөт. Бул мыйзамдын экинчи натыйжасы төмөнкүдөй: бирдей шарттарда көлөмү бирдей болгон газдардын массаларынын катышы алардын молярдык массаларынын катышына барабар.
Айта кетүүчү дагы бир мыйзам бар. Бул тууралуу кыскача сүйлөшөлү.
Мезгилдик мыйзам жана таблица
D. И. Менделеев элементтердин химиялык касиеттерине жана атомдук-молекулалык теорияга таянып, бул мыйзамды ачкан. Бул окуя 1869-жылдын 1-мартында болгон. Мезгилдик мыйзам табияттагы эң маанилүү мыйзамдардын бири. Аны төмөнкүчө формулировкалоого болот: элементтердин касиеттери жана түзүлөталардын татаал жана жөнөкөй заттар атомдорунун ядролорунун заряддарынан мезгил-мезгили менен көз каранды.
Менделеев түзгөн мезгилдик таблица жети мезгил жана сегиз тайпадан турат. Топтор анын вертикалдуу мамычалары. Алардын ар биринин ичиндеги элементтер окшош физикалык жана химиялык касиеттерге ээ. Топ өз кезегинде подгруппаларга (негизги жана кошумча) бөлүнөт.
Бул таблицанын горизонталдык саптары чекиттер деп аталат. Аларда турган элементтер бири-биринен айырмаланат, бирок алардын жалпылыгы да бар - алардын акыркы электрондору бир энергетикалык деңгээлде жайгашкан. Биринчи мезгилде эки гана элемент бар. Бул суутек Н жана гелий He. Экинчи мезгилде сегиз элемент бар. Төртүнчүсүндө алардын саны 18. Менделеев бул мезгилди биринчи чоң деп белгилеген. Бешинчисинде да 18 элемент бар, анын түзүлүшү төртүнчүгө окшош. Алтынчы 32 элементти камтыйт. Жетинчиси бүтө элек. Бул мезгил францийден (Fr) башталат. Ал алтынчы сыяктуу 32 элементти камтыйт деп болжолдоого болот. Бирок азырынча 24ү гана табылды.
Кайра кайтаруу эрежеси
Артка кайтаруу эрежесине ылайык, бардык элементтер эң жакын асыл газдын 8-электрондук конфигурациясына ээ болуу үчүн электрон алууга же жоготууга ыкташат. Иондошуу энергиясы – электронду атомдон бөлүү үчүн зарыл болгон энергиянын көлөмү. Кайтаруу эрежеси, мезгилдик таблица боюнча солдон оңго жылган сайын электронду тепкичке көбүрөөк энергия талап кылынат деп айтылат. Ошондуктан, сол жагындагы элементтер электрон жоготууга жакын. каршы,оң жактагылар аны алууга дилгир.
Биз химиянын мыйзамдарын жана негизги түшүнүктөрүн кыскача баяндап бердик. Албетте, бул жалпы маалымат. Бир макаланын алкагында мындай олуттуу илим жөнүндө кеңири сөз кылуу мүмкүн эмес. Биздин макалада жалпыланган химиянын негизги түшүнүктөрү жана мыйзамдары кийинки изилдөө үчүн башталгыч чекит гана болуп саналат. Чынында эле, бул илимде көптөгөн бөлүмдөр бар. Мисалы, органикалык жана органикалык эмес химия бар. Бул илимдин ар бир бөлүмдөрүнүн негизги түшүнүктөрүн өтө узак убакыт бою изилдөөгө болот. Бирок жогоруда айтылгандар жалпы суроолор. Демек, бул органикалык химиянын негизги түшүнүктөрү, ошондой эле органикалык эмес деп айта алабыз.
