Молочко химия. Неорганическая химия: понятие, вопросы и задачи

В неорганической химии химические реакции классифицируются по разным признакам.

1. По изменению степени окисления на окислительно-восстановительные, идущие с изменением степени окисления элементов и кислотно-основные, которые протекают без изменения степеней окисления.

2. По характеру процесса.

Реакции разложения называют химические реакции, в которых простые молекулы получаются из более сложных.

Реакции соединения называются химические реакции, в которых сложные соединения получаются из нескольких более простых.

Реакции замещения называются химические реакции, в которых атом или группа атомов в молекуле замещаются на другой атом или группу атомов.

Реакции обмена называют химические реакции, протекающие без изменения степени окисления элементов и приводящие к обмену составных частей реагентов.

3. По возможности протекать в обратном направлении на обратимые и необратимые.

Некоторые реакции, как например реакция горения этанола практически необратима, т.е. нельзя создать условия, чтобы она протекала в обратном направлении.

Однако, существует много реакций, которые в зависимости от условий протекания процесса могут протекать как в прямом, так и в обратном направлениях. Реакции способные протекать как в прямом, так и в обратном направлении называются обратимые .

4. По типу разрыва связи – гомолитические (равный разрыв, каждый атом получает по одному электрону)и гетеролитические (неравный разрыв – одному достается пара электронов).

5. По тепловому эффекту экзотермические (выделение тепла) и эндотермические (поглощение тепла).

Реакции соединения, как правило, будут экзотермическими реакциями, а реакции разложения – эндотермическими. Редкое исключение – реакция азота с кислородом эндотермическая N 2 + O 2 = 2NO – Q.

6. По агрегатному состоянию фаз.

Гомогенные (реакция проходит в одной фазе, без границ раздела; реакции в газах или в растворах).

Гетерогенные (реакции, проходящие на границе раздела фаз).

7. По использованию катализатора.

Катализатор – вещество, ускоряющее химическую реакцию, но остающееся химически неизменным.

Каталитические без использования катализатора практически не идут и некаталитические.

Классификация органических реакций

Электрофильными называют гетеролитические реакции органических соединений с электрофилами – частицами, несущими целый или дробный положительный заряд. Они подразделяются на реакции электрофильного замещения и электрофильного присоединения. Например,

Н 2 С=СН 2 + Вr 2  BrCH 2 – CH 2 Br

Нуклеофильными называют гетеролитические реакции органических соединений с нуклеофилами – частицами, несущими целый или дробный отрицательный заряд. Они подразделяются на реакции нуклеофильного замещения и нуклеофильного присоединения. Например,

CH 3 Br + NaOH  CH 3 OH + NaBr

Радикальными (цепными) называют химические реакции с участием радикалов, например

Химия - наука о веществах, закономерностях их превращений (физических и химических свойствах) и применении.

В настоящее время известно более 100 тыс. неорганических и более 4 млн. органических соединений.

Химические явления: одни вещества превращаются в другие, отличающиеся от исходных составом и свойствами, при этом состав ядер атомов не изменяется.

Физические явления: меняется физическое состояние веществ (парообразование, плавление, электропроводность, излучение тепла и света, ковкость и др.) или образуются новые вещества с изменением состава ядер атомов.

Атомно - молекулярное учение.

1. Все вещества состоят из молекул.

Молекула - наименьшая частица вещества, обладающая его химическими свойствами.

2. Молекулы состоят из атомов.

Атом - наименьшая частица химического элемента, сохраняющая все его химические свойства. Различным элементам соответствуют различные атомы.

3. Молекулы и атомы находятся в непрерывном движении; между ними существуют силы притяжения и отталкивания.

Химический элемент - это вид атомов, характеризующийся определенными зарядами ядер и строением электронных оболочек. В настоящее время известно 118 элементов: 89 из них найдены в природе (на Земле), остальные получены искусственным путем. Атомы существуют в свободном состоянии, в соединениях с атомами того же или других элементов, образуя молекулы. Способность атомов вступать во взаимодействие с другими атомами и образовывать химические соединения определяется его строением. Атомы состоят из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов, движущихся вокруг него, образуя электронейтральную систему, которая подчиняется законам, характерным для микросистем.

Атомное ядро - центральная часть атома, состоящая из Zпротонов и Nнейтронов, в которой сосредоточена основная масса атомов.

Заряд ядра - положительный, по величине равен количеству протонов в ядре или электронов в нейтральном атоме и совпадает с порядковым номером элемента в периодической системе.

Сумма протонов и нейтронов атомного ядра называется массовым числом A= Z+ N .

Изотопы - химические элементы с одинаковыми зарядами ядер, но различными массовыми числами за счет разного числа нейтронов в ядре.

Химическая формула - это условная запись состава вещества с помощью химических знаков (предложены в 1814 г. Й. Берцелиусом) и индексов (индекс - цифра, стоящая справа внизу от символа. Обозначает число атомов в молекуле). Химическая формула показывает, атомы каких элементов и в каком отношении соединены между собой в молекуле.

Аллотропия - явление образования химическим элементом нескольких простых веществ, различающихся по строению и свойствам. Простые вещества - молекулы, состоят из атомов одного и того же элемента.

C ложные вещества - молекулы, состоят из атомов различных химических элементов.

Постоянная атомной массы равна 1 / 12 массы изотопа 12 C - основного изотопа природного углерода.

m u = 1 / 12 m (12 C ) =1 а.е.м = 1,66057 10 -24 г

Относительная атомная масса (A r ) - безразмерная величина, равная отношению средней массы атома элемента (с учетом процентного содержания изотопов в природе) к 1 / 12 массы атома 12 C .

Средняя абсолютная масса атома (m ) равна относительной атомной массе, умноженной на а.е.м.

A r (Mg ) = 24,312

m (Mg ) = 24,312 1,66057 10 -24 = 4,037 10 -23 г

Относительная молекулярная масса (M r ) - безразмерная величина, показывающая, во сколько раз масса молекулы данного вещества больше 1 / 12 массы атома углерода 12 C .

M г = m г / (1 / 12 m а (12 C ))

m r - масса молекулы данного вещества;

m а (12 C ) - масса атома углерода 12 C .

M г = S A г (э). Относительная молекулярная масса вещества равна сумме относительных атомных масс всех элементов с учетом индексов.

Примеры.

M г (B 2 O 3 ) = 2 A r (B ) + 3 A r (O ) = 2 11 + 3 16 = 70

M г (KAl(SO 4) 2) = 1 A r (K) + 1 A r (Al) + 1 2 A r (S) + 2 4 A r (O) =
= 1 39 + 1 27 + 1 2 32 + 2 4 16 = 258

Абсолютная масса молекулы равна относительной молекулярной массе, умноженной на а.е.м. Число атомов и молекул в обычных образцах веществ очень велико, поэтому при характеристике количества вещества используют специальную единицу измерения - моль.

Количество вещества, моль . Означает определенное число структурных элементов (молекул, атомов, ионов). Обозначается n , измеряется в моль. Моль - количество вещества, содержащее столько же частиц, сколько содержится атомов в 12 г углерода.

Число Авогадро (N A ). Количество частиц в 1 моль любого вещества одно и то же и равно 6,02 10 23 . (Постоянная Авогадро имеет размерность - моль -1).

Пример.

Сколько молекул содержится в 6,4 г серы?

Молекулярная масса серы равна 32 г /моль. Определяем количество г/моль вещества в 6,4 г серы:

n (s ) = m (s ) / M (s ) = 6,4г / 32 г/моль = 0,2 моль

Определим число структурных единиц (молекул), используя постоянную Авогадро N A

N(s) = n (s) N A = 0,2 6,02 10 23 = 1,2 10 23

Молярная масса показывает массу 1 моля вещества (обозначается M ).

M = m / n

Молярная масса вещества равна отношению массы вещества к соответствующему количеству вещества.

Молярная масса вещества численно равна его относительной молекулярной массе, однако первая величина имеет размерность г/моль, а вторая - безразмерная.

M = N A m (1 молекула) = N A M г 1 а.е.м. = (N A 1 а.е.м.) M г = M г

Это означает, что если масса некоторой молекулы равна, например, 80 а.е.м. (SO 3 ), то масса одного моля молекул равна 80 г. Постоянная Авогадро является коэффициентом пропорциональности, обеспечивающим переход от молекулярных соотношений к молярным. Все утверждения относительно молекул остаются справедливыми для молей (при замене, в случае необходимости, а.е.м. на г) Например, уравнение реакции: 2 Na + Cl 2 2 NaCl , означает, что два атома натрия реагируют с одной молекулой хлора или, что одно и то же, два моль натрия реагируют с одним молем хлора.

Занятие 2

Классификация химических реакций в неорганической химии

Химические реакции классифицируют по различным признакам.

По числу исходных веществ и продуктов реакции

Разложение – реакция, в которой из одного сложного вещества образуются два и более простых или сложных веществ

2KMnO 4 → K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2

Соединение – реакция, в результате которой из двух и более простых или сложных веществ, образуется одно более сложное

NH 3 + HCl → NH 4 Cl

Замещение – реакция, протекающая между простыми и сложными веществами, при которой атомы простого вещества замещаются на атомы одного из элементов в сложном веществе.

Fe + CuCl 2 → Cu + FeCl 2

Обмен – реакция, при которой два сложных вещества обмениваются своими составными частями

Al 2 O 3 + 3H 2 SO 4 → Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2 O

Одна из реакций обмена реакция нейтрализации – это реакция между кислотой и основанием, в результате которой получается соль и вода.

NaOH + HCl → NaCl + H 2 O

По тепловому эффекту

Реакции, протекающие с выделением тепла, называются экзотермическими реакциями.

С + О 2 → СО 2 + Q

2) Реакции, протекающие с поглощением тепла, называются эндотермическими реакциями.

N 2 + O 2 → 2NO – Q

По признаку обратимости

Обратимые – реакции, проходящие при одних и тех условиях в двух взаимопротивоположных направлениях.

Реакции, которые протекают только в одном направлении и завершаются полным превращением исходных веществ в конечные, называются необратимыми, при этом должен выделяться газ, осадок, или малодиссоциирующее вещество- вода.

BaCl 2 + H 2 SO 4 → BaSO 4 ↓ + 2HCl

Na 2 CO 3 +2HCl → 2NaCl + CO 2 + H 2 O

Окислительно-восстановительные реакции – реакции, протекающие с изменением степени окисления.

Са + 4HNO 3 → Ca(NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O

И реакции, протекающие без изменения степени окисления.

HNO 3 + KOH → KNO 3 + H 2 O

5.Гомомгенные реакции, если исходные вещества и продукты реакции находятся в одном агрегатном состоянии. И гетерогенные реакции, если продукты реакции и исходные вещества находятся в разных агрегатных состояниях.

Например: синтез аммиака.

Окислительно-восстановительные реакции.

Различают два процесса:

Окисление – это отдача электронов, в результате степень окисления увеличивается. Атом молекула или ион, отдающий электрон называется восстановителем .

Mg 0 - 2e → Mg +2

Восстановление – процесс присоединения электронов, в результате степень окисления уменьшается. Атом молекула или ион, присоединяющий электрон называется окислителем .

S 0 +2e → S -2

O 2 0 +4e → 2O -2

В окислительно–восстановительных реакциях должно соблюдаться правило электронного баланса (число присоединенных электронов должно быть равно числу отданных, свободных электронов быть не должно). А так же должен соблюдаться атомный баланс (число одноименных атомов в левой части должно быть равно числу атомов в правой части)

Правило написание окислительно-восстановительных реакций.

Написать уравнение реакции

Поставить степени окисления

Найти элементы, у которых изменяется степень окисления

Выписать попарно их.

Найти окислитель и восстановитель

Написать процесс окисление или восстановления

Уравнять электроны, пользуясь правилом электронного баланса (найти н.о.к.), расставив коэффициенты

Написать суммарное уравнение

Поставить коэффициенты в уравнение химической реакции

KClO 3 → KClO 4 + KCl; N 2 + H 2 → NH 3 ; H 2 S + O 2 → SO 2 + H 2 O; Al + O 2 = Al 2 O 3 ;

Сu + HNO 3 → Cu(NO 3) 2 + NO + H 2 O; KClO 3 → KCl + O 2 ; P + N 2 O = N 2 + P 2 O 5 ;

NO 2 + H 2 O = HNO 3 + NO

. Скорость химических реакций. Зависимость скорости химических реакций от концентрации, температуры и природы реагирующих веществ.

Химические реакции протекают с разными скоростями. Изучением скорости химической реакции, а также выявлением её зависимости от условий проведения процесса занимается наука - химическая кинетика.

υ гомогенной реакции определяется изменением количества вещества в единице объёма:

υ =Δ n / Δt ∙V

где Δ n – изменение числа молей одного из веществ (чаще всего исходного, но может быть и продукта реакции), (моль);

V – объем газа или раствора (л)

Поскольку Δ n / V = ΔC (изменение концентрации), то

υ =Δ С / Δt (моль/л∙ с)

υ гетерогенной реакции определяется изменением количества вещества в единицу времени на единице поверхности соприкосновения веществ.

υ =Δ n / Δt ∙ S

где Δ n – изменение количества вещества (реагента или продукта), (моль);

Δt – интервал времени (с, мин);

S – площадь поверхности соприкосновения веществ (см 2 , м 2)

Почему скорость разных реакций не одинакова?

Для того чтобы началась химическая реакция, молекулы реагирующих веществ должны столкнуться. Но не каждое их столкновение приводит к химической реакции. Для того чтобы столкновение привело к химической реакции, молекулы должны иметь достаточно высокую энергию. Частицы, способные при столкновении, вступать в химическую реакцию, называются активными. Они обладают избыточной энергией по сравнению со средней энергией большинства частиц – энергией активации Е акт . Активных частиц в веществе намного меньше, чем со средней энергией, поэтому для начала многих реакций системе необходимо сообщить некоторую энергию (вспышка света, нагревание, механический удар).

Энергетический барьер (величина Е акт ) разных реакций различен, чем он ниже, тем легче и быстрее протекает реакция.

2. Факторы, влияющие на υ (количество соударений частиц и их эффективность).

1) Природа реагирующих веществ: их состав, строение => энергия активации

▪ чем меньше Е акт , тем больше υ;

2) Температура : при t на каждые 10 0 С, υ в 2-4 раза (правило Вант-Гоффа).

υ 2 = υ 1 ∙ γ Δt/10

Задача 1. Скорость некоторой реакции при 0 0 С равна 1 моль/л ∙ ч, температурный коэффициент реакции равен 3. Какой будет скорость данной реакции при 30 0 С?

υ 2 = υ 1 ∙ γ Δt/10

υ 2 =1∙3 30-0/10 = 3 3 =27 моль/л∙ч

3) Концентрация: чем больше, тем чаще происходят соударения и υ . При постоянной температуре для реакции mA + nB = C по закону действующих масс:

υ = k ∙ С A m ∙ C B n

где k – константа скорости;

С – концентрация (моль/л)

Закон действующих масс:

Скорость химической реакции пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ, взятых в степенях, равных их коэффициентам в уравнении реакции.

Задача 2. Реакция идет по уравнению А +2В → С. Во сколько раз и как изменится скорость реакции, при увеличении концентрации вещества В в 3 раза?

Решение:υ = k ∙ С A m ∙ C B n

υ = k ∙ С A ∙ C B 2

υ 1 = k ∙ а ∙ в 2

υ 2 = k ∙ а ∙ 3 в 2

υ 1 / υ 2 = а ∙ в 2 / а ∙ 9 в 2 = 1/9

Ответ: увеличится в 9 раз

Для газообразных веществ скорость реакции зависит от давления

Чем больше давление, тем выше скорость.

4) Катализаторы – вещества, которые изменяют механизм реакции, уменьшают Е акт => υ .

▪ Катализаторы остаются неизменными по окончании реакции

▪ Ферменты – биологические катализаторы, по природе белки.

▪ Ингибиторы – вещества, которые ↓ υ

1. При протекании реакции концентрация реагентов:

1) увеличивается

2) не изменяется

3) уменьшается

4) не знаю

2. При протекании реакции концентрация продуктов:

1) увеличивается

2) не изменяется

3) уменьшается

4) не знаю

3. Для гомогенной реакции А+В → … при одновременном увеличении молярной концентрации исходных веществ в 3 раза скорость реакции возрастает:

1) в 2 раза

2) в 3 раза

4) в 9 раз

4. Скорость реакции H 2 + J 2 →2HJ понизится в 16 раз при одновременном уменьшении молярных концентраций реагентов:

1) в 2 раза

2) в 4 раза

5. Скорость реакции CO 2 + H 2 → CO + H 2 O при увеличении молярных концентраций в 3 раза (CO 2) и в 2 раза (H 2) возрастает:

1) в 2 раза

2) в 3 раза

4) в 6 раз

6. Скорость реакции C (T) + O 2 → CO 2 при V-const и увеличении количеств реагентов в 4 раза возрастает:

1) в 4 раза

4) в 32 раза

10. Скорость реакции А+В → … увеличится при:

1) понижении концентрации А

2) повышении концентрации В

3) охлаждении

4) понижении давления

7. Скорость реакции Fe + H 2 SO 4 → FeSO 4 + H 2 выше при использовании:

1) порошка железа, а не стружек

2) железных стружек, а не порошка

3) концентрированной H 2 SO 4 , а не разбавленной H 2 SO 4

4) не знаю

8. Скорость реакции 2H 2 O 2 2H 2 O + O 2 будет выше, если использовать:

1) 3%-й раствор H 2 O 2 и катализатор

2) 30%-й раствор H 2 O 2 и катализатор

3) 3%-й раствор H 2 O 2 (без катализатора)

4) 30%-й раствор H 2 O 2 (без катализатора)

Химическое равновесие. Факторы, влияющие на смещение равновесие. Принцип Ле-Шателье.

Химические реакции по направлению их протекания можно разделить

▪ Необратимые реакции протекают только в одном направлении (реакции ионного обмена с , ↓, мдс, горения и некоторые др.)

Например, AgNO 3 + HCl → AgCl↓ + HNO 3

▪ Обратимые реакции при одних и тех же условиях протекают в противоположных направлениях (↔).

Например, N 2 + 3H 2 ↔ 2NH 3

Состояние обратимой реакции, при котором υ → = υ ← называется химическим равновесием.

Чтобы реакция на химических производствах проходила как можно полнее, необходимо сместить равновесие в сторону продукта. Для того, чтобы определить, как тот или иной фактор изменит равновесие в системе, используют принцип Ле Шателье (1844 г.):

Принцип Ле Шателье: Если на систему, находящуюся в состоянии равновесия, оказать внешнее воздействие (изменить t, р, С), то равновесие сместится в ту сторону, которая ослабит это воздействие .

Равновесие смещается:

1) при С реаг →,

при С прод ← ;

2) при p (для газов) - в сторону уменьшения объема,

при ↓ р – в сторону увеличения V;

если реакция протекает без изменения числа молекул газообразных веществ, то давление не влияет на равновесие в данной системе.

3) при t – в сторону эндотермической реакции (- Q),

при ↓ t – в сторону экзотермической реакции (+ Q).

Задача 3. Как надо изменить концентрации веществ, давление и температуру гомогенной системы PCl 5 ↔ PCl 3 + Cl 2 – Q , чтобы сместить равновесие в сторону разложения PCl 5 (→)

↓ С (PCl 3) и С (Cl 2)

Задача 4. Как сместиться химическое равновесие реакции 2СО + О 2 ↔ 2СО 2 + Q при

а) повышении температуры;

б) повышении давлении

1. Способ, смещающий равновесие реакции 2CuO(T) + CO Cu 2 O(T) + CO 2 вправо (→), - это:

1) увеличение концентрации угарного газа

2) увеличение концентрации углекислого газа

3) уменьшение концентрации оксида мели (I)

4) уменьшение концентрации оксида меди (II)

2. В гомогенной реакции 4HCl + O 2 2Cl 2 + 2H 2 O при повышении давления равновесие сместится:

2) вправо

3) не сместится

4) не знаю

8. При нагревании равновесие реакции N 2 + O 2 2NO – Q:

1) сместится вправо

2) сместится влево

3) не сместится

4) не знаю

9. При охлаждении равновесие реакции H 2 + S H 2 S + Q:

1) сместится влево

2) сместится вправо

3) не сместится

4) не знаю

1. Классификация химических реакций в неорганической и органической химии

   Документ

   Задания А 19 (ЕГЭ 2012 г) Классификация химических реакций в неорганической и органической химии . К реакциям замещения относится взаимодействие: 1) пропена и воды, 2) ...

2. Тематическое планирование уроков химии в 8-11 классах 6

   Тематическое планирование

   1 Химические реакции 11 11 Классификация химических реакций в неорганической химии . (С) 1 Классификация химических реакций в органической химии . (С) 1 Скорость химических реакций . Энергия активации. 1 Факторы, влияющие на скорость химических реакций ...

3. Вопросы к экзаменам по химии для студентов 1 го курса ну(К)орк фо

   Документ

   Метана, применение метана. Классификация химических реакций в неорганической химии . Физические и химические свойства и применение этилена. Химическое равновесие и условия его...

4. Лекция: Классификация химических реакций в неорганической и органической химии

   Виды химических реакций в неорганической химии

   
   

   А) Классификация по количеству начальных веществ:

   Разложение – вследствие данной реакции, из одного имеющегося сложного вещества, образуются два или несколько простых, а так же сложных веществ.

   Пример: 2Н 2 O 2 → 2Н 2 O + O 2
   

   Соединение – это такая реакция, при которой из двух и более простых, а также сложных веществ, образуется одно, но более сложное.

   Пример: 4Al+3O 2 → 2Al 2 O 3

   Замещение – это определенная химическая реакция, которая проходит между некоторыми простыми, а так же сложными веществами. Атомы простого вещества, в данной реакции, замещаются на атомы одного из элементов, находящегося в сложном веществе.
   

   Пример: 2КI + Cl2 → 2КCl + I 2

   Обмен – это такая реакция, при которой два сложных по строению вещества обмениваются своими частями.
   

   Пример: HCl + KNO 2 → KCl + HNO 2

   Б) Классификация по тепловому эффекту:

   Экзотермические реакции – это определенные химические реакции, при которых происходит выделение тепла.
   Примеры:

   S +O 2 → SO 2 + Q

   2C 2 H 6 + 7O 2 → 4CO 2 +6H 2 O + Q

   
   

   Эндотермические реакции – это определенные химические реакции, при которых происходит поглощение тепла. Как правило, это реакции разложения.
   

   Примеры:

   CaCO 3 → CaO + CO 2 – Q
   2KClO 3 → 2KCl + 3O 2 – Q
   

   Теплота, которая выделяется или поглощается в результате химической реакции, называется тепловым эффектом.

   
   

   Химические уравнения, в которых указан тепловой эффект реакции, называют термохимическими .

   
   

   В) Классификация по обратимости:

   Обратимые реакции – это реакции, которые протекают при одинаковых условиях во взаимопротивоположных направлениях.
   

   Пример: 3H 2 + N 2 ⇌ 2NH 3

   Необратимые реакции – это реакции, которые протекают только в одном направлении, а так же завершающиеся полным расходом всех исходных веществ. При этих реакциях выделяе тся газ, осадок, вода.
   Пример: 2KClO 3 → 2KCl + 3O 2
   

   Г) Классификация по изменению степени окисления:

   Окислительно - восстановительные реакции – в процессе данных реакций происходит изменение степени окисления.
   

   Пример: Сu + 4HNO 3 → Cu(NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O.

   Не окислительно - восстановительные – реакции без изменения степени окисления.
   

   Пример: HNO 3 + KOH → KNO 3 + H 2 O.

   Д) Классификация по фазе:

   Гомогенные реакции – реакции, протекающие в одной фазе, когда исходные вещества и продукты реакции имеют одно агрегатное состояние.
   

   Пример: Н 2 (газ) + Cl 2 (газ) → 2HCL

   Гетерогенные реакции – реакции, протекающие на поверхности раздела фаз, при которых продукты реакции и исходные вещества имеют разное агрегатное состояние.
   Пример: CuO+ H 2 → Cu+H 2 O
   

   Классификация по использованию катализатора:

   Катализатор – вещество, которое ускоряет реакцию. Каталитическая реакция протекает в присутствии катализатора, некаталитическая – без катализатора.
   Пример: 2H 2 0 2 MnO 2 → 2H 2 O + O 2 катализатор MnO 2

   Взаимодействие щелочи с кислотой протекает без катализатора.
   Пример: КOH + HCl → КCl + H 2 O

   Ингибиторы – вещества, замедляющие реакцию.
   Катализаторы и ингибиторы сами в ходе реакции не расходуются.

   Виды химических реакций в органической химии

   
   Замещение – это реакция, в процессе которой происходит замена одного атома/группы атомов, в исходной молекуле, на иные атомы/группы атомов.
   Пример: СН 4 + Сl 2 → СН 3 Сl + НСl

   Присоединение – это реакции, при которых несколько молекул вещества соединяются в одну. К реакциям присоединения относятся:

   • Гидрирование – реакция, в процессе которой происходит присоединение водорода по кратной связи.

   Пример: СН 3 -СН = СН 2 (пропен) + Н 2 → СН 3 -СН 2 -СН 3 (пропан)

   Гидрогалогенирование – реакция, присоединяющая галогенводород.

   Пример: СН 2 = СН 2 (этен) + НСl → СН 3 -СН 2 -Сl (хлорэтан)
   

   Алкины реагируют с галогеноводородами (хлороводородом, бромоводородом) так же, как и алкены. Присоединение в химической реакции проходит в 2 стадии, и определяется правилом Марковникова:

   
   

   При присоединении протонных кислот и воды к несимметричным алкенам и алкинам атом водорода присоединяется к наиболее гидрогенизированному атому углерода.

   Механизм данной химической реакции. Образующийся в 1 - ой, быстрой стадии, p- комплекс во 2 - ой медленной стадии постепенно превращается в s-комплекс - карбокатион. В 3 - ей стадии происходит стабилизация карбокатиона – то есть взаимодействие с анионом брома:

   

   И1, И2 - карбокатионы. П1, П2 - бромиды.

   
   Галогенирование – реакция, при которой присоединяется галоген. Галогенированием так же, называют все процессы, в результате которых в органические соединения вводятся атомы галогена. Данное понятие употребляется в "широком смысле". В соответствии с данным понятием, различают следующие химические реакции на основе галогенирования: фторирование, хлорирование, бромирование, йодирование.
   

   Галогенсодержащие органические производные считаются важнейшими соединениями, которые применяются как в органическом синтезе, так и в качестве целевых продуктов. Галогенпроизводные углеводородов, считаются исходными продуктами в большом количестве реакций нуклеофильного замещения. Что касается практического использования соединений, содержащих галоген, то они применяются в виде растворителей, например хлорсодержащие соединения, холодильных агентов - хлорфторпроизводные, фреоны, пестицидов, фармацевтических препаратов, пластификаторов, мономеров для получения пластмасс.

   
   Гидратация – реакции присоединения молекулы воды по кратной связи.

   Полимеризация – это особый вид реакции, при которой молекулы вещества, имеющие относительную невеликую молекулярную массу, присоединяются друг к другу, впоследствии образовывая молекулы вещества с высокой молекулярной массой.

   УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

   По дисциплине «Общая и неорганическая химия»

   Сборник лекций по общей и неорганической химии

   Общая и неорганическая химия: учебное пособие/ автор Е.Н.Мозжухина;

   ГБПОУ «Курганский базовый медицинский колледж». - Курган: КБМК, 2014. - 340 с.

   Печатается по решению редакционно-издательского совета ГАОУ ДПО «Институт развития образования и социальных технологий»

   Рецензент: Н.Е. Горшкова- кандидат биологических наук, заместитель директора по ИМР ГБПОУ «Курганский базовый медицинский колледж»

   Введение.
   РАЗДЕЛ 1. Теоретические основы химии	8-157
   1.1. Периодический закон и периодическая система элементом Д.И. Менделеева. Теория строения веществ.
   1.2.Электронное строение атомов элементов.
   1.3. Виды химической связи.
   1..4 Строение веществ неорганической природы
   1 ..5 Классы неорганических соединений.
   1.5.1. Классификация, состав, номенклатура оксидов, кислот, оснований Способы получения и их химические свойства.
   1.5.2 Классификация, состав, номенклатура солей. Способы получения и их химические свойства
   1.5.3. Амфотерность. Химические свойства амфотерных йксидов и гидроксидов. Генетическая связь между классами неорганических соединений.
   1..6 Комплексные соединения.
   1..7 Растворы.
   1.8. Теория электролитической диссоциации.
   1.8.1. Электролитическая диссоциация. Основные положения. ТЭД. Механизм диссоциации.
   1.8.2. Ионные реакции обмена. Гидролиз солей.
   1.9. Химические реакции.
   1.9.1. Классификация химический реакций. Химическое равновесие и смещение.
   1.9.2. Окислительно-восстановитьельные реакции. Их электронная сущность. Классификация и составление уравнений ОВР.
   1.9.3. Важнейшие окислители и восстановители. ОВР с участием дихромата, перманганата калия и разбавленных кислот.
   1.9.4 Методы расстановки коэффициентов в ОВР
   РАЗДЕЛ 2. Химия элементов и их соединений.
   2.1. Р -элементы.
   2.1.1. Общая характеристика элементов VII группы периодической системы. Галогены. Хлор, его физические и химические свойства.
   2.1.2. Галогениды. Биологическая роль галогенов.
   2.1.3. Халькогены. Общая характеристика элементов VI группы ПС Д.И. Менделеева. Соединения кислорода.
   2.1.4. Важнейшие соединения серы.
   2.1.5. Главная подгруппа V группы. Общая характеристика. Строение атома, физические и химические свойства азота. Важнейшие соединения азота.
   2.1.6. Строение атома фосфора, его физические и химические свойства. Аллотропия. Важнейшие соединения фосфора.
   2.1.7. Общая характеристика элементов IV группы главной подгруппы периодической системы Д.И. Менделеева. Углерод и кремний.
   2.1.8. Главная подгруппа III группы периодической системы Д.И. Менделеева. Бор. Алюминий.
   2.2. s - элементы.
   2.2.1. Общая характеристика металлов II группы главной подгруппы периодической системы Д.И. Менделеева. Щелочно­земельные металлы.
   2.2.2. Общая характеристика элементов I группы главной подгруппы периодический системы Д.И. Менделеева. Щелочные металлы.
   2.3. d-элементы.
   2.3.1. Побочная подгруппа I группы.
   2.3.2.. Побочная подгруппа II группы.
   2.3.3. Побочная подгруппа VI группы
   2.3.4. Побочная подгруппа VII группы
   2.3.5. Побочная подгруппа VIII группы

   Пояснительная записка

   На современном этапе развития общества первостепенной задачей является забота о здоровье человека. Лечение многих заболеваний стало возможным благодаря достижениям химии в области создания новых веществ и материалов.

   Не имея глубоких и разносторонних знаний в области химии, не зная значения положительного или отрицательного влияния химических факторов на окружающую среду, не сможешь быть грамотным медицинским работником. Студенты медицинского колледжа должны иметь необходимый минимум знаний по химии.

   Данный курс лекционного материала предназначен для студентов, изучающих основы общей и неорганической химии.

   Целью данного курса является изучение положений неорганической химии, изложенных на современном уровне знаний; расширение объема знаний с учетом профессиональной направленности. Важным направлением является создание прочной базы, на которой строится преподавание других химических специальных дисциплин (органической и аналитической химии, фармакологии, технологии лекарств).

   Предлагаемый материал предусматривает профессиональную ориентацию студентов на связь теоретической неорганической химии со специальными и медицинскими дисциплинами.

   Основные задачи учебного курса данной дисциплины заключается в усвоении фундаментальных основ общей химии; в усвоении студентами содержания неорганической химии как науки, объясняющей связь свойств неорганических соединений с их строением; в формировании представлений о неорганической химии как фундаментальной дисциплине, на которой базируются профессиональные знания.

   Курс лекций по дисциплине «Общая и неорганическая химия» построен в соответствии с требованиями Государственного образовательного стандарта (ФГОС-4) к минимуму уровня подготовки выпускников по специальности 060301 «Фармация» и разработан на основе учебного плана данной специальности.

   Курс лекций включает в себя два раздела;

   1. Теоретические основы химии.

   2. Химия элементов и их соединений: (р- элементы, s- элементы, d-элементы).

   Изложение учебного материала представлено в развитии: от наиболее простых понятий к сложным, целостным, обобщающим.

   В разделе «Теоретические основы химии» освещены следующие вопросы:

   1. Периодический закон и Периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева и теория строения веществ.

   2. Классы неорганических веществ, взаимосвязь между всеми классами неорганических веществ.

   3. Комплексные соединения, их использование в качественном анализе.

   4. Растворы.

   5. Теория электролитической диссоциации.

   6. Химические реакции.

   При изучении раздела «Химия элементов и их соединений» рассматриваются вопросы:

   1. Характеристика группы и подгруппы, в которой находится данный элемент.

   2. Характеристика элемента, исходя из его положения в периодической системе, с точки зрения теории строения атома.

   3. Физические свойства и распространение в природе.

   4. Способы получения.

   5. Химические свойства.

   6. Важнейшие соединения.

   7. Биологическая роль элемента и его применение в медицине.

   Особое внимание уделяется лекарственным средствам неорганической природы.

   В результате изучения данной дисциплины студент должен знать:

   1. Периодический закон и характеристику элементов периодической системы Д.И. Менделеева.

   2. Основы теории химических процессов.

   3. Строение и реакционную способность веществ неорганической природы.

   4. Классификацию и номенклатуру неорганических веществ.

   5. Получение и свойства неорганических веществ.

   6. Применение в медицине.

   1. Классифицировать неорганические соединения.

   2. Составлять названия соединений.

   3. Устанавливать генетическую связь между неорганическими соединениями.

   4. С помощью химических реакций доказывать химические свойства веществ неорганической природы, в том числе лекарственных.

   Лекция №1

   Тема: Введение.

   1. Предмет и задачи химии

   2. Методы общей и неорганической химии

   3. Фундаментальные теории и законы химии:

   а) атомно-молекулярная теория.

   б) закон сохранения массы и энергии;

   в) периодический закон;

   г) теория химического строения.

   
   неорганической химии.

   1. Предмет и задачи химии

   Современная химия является одной из естественных наук и представляет собой систему отдельных дисциплин: общей и неорганической химии, аналитической химии, органической химии, физической и коллоидной химии, геохимии, космохимии и т.п.

   Химия - наука, изучающая процессы превращения веществ, сопровождающиеся изменением состава и структуры, а также взаимные переходы между этими процессами и другими формами движения материи.

   Таким образом, главным объектом химии как науки является вещества и их превращения.

   На современном этапе развития нашего общества забота о здоровье человека является задачей первостепенной важности. Лечение многих заболеваний стало возможным благодаря достижениям химии в области создания новых веществ и материалов: лекарственных средств, заменителей крови, полимеров и полимерных материалов.

   Не имея глубоких и разносторонних знаний в области химии, не понимая значения положительного или отрицательного влияния различных химических факторов на здоровье человека и окружающую его среду, нельзя стать грамотным медицинским работником.

   Общая химия. Неорганическая химия.

   Неорганическая химия - это наука элементов периодической системы и образованных ими простых и сложных веществ.

   Неорганическая химия неотделима от общей химии. Исторически при изучении химического взаимодействия элементов друг с другом были сформулированы основные законы химии, общие закономерности протекания химических реакций, теория химической связи, учение о растворах и многое другое, что составляет предмет общей химии.

   Таким образом, общая химия изучает теоретические представления и концепции, составляющие фундамент всей системы химических знаний.

   Неорганическая химия давно перешагнула стадию описательной науки и в настоящее время переживает свое «второе рождение» в результате широкого привлечения квантово-химических методов, зонной модели энергетического спектра электронов, открытия валентно-химических соединений благородных газов, целенаправленного синтеза материалов с особыми физическими и химическими свойствами. На основе глубокого изучения зависимости между химическим строением и свойствами она успешно решает главную задачу - создание новых неорганических веществ с заданными свойствами.

   2. Методы общей и неорганической химии.

   Из экспериментальных методов химии важнейшим является метод химических реакций. Химическая реакция - превращение одних веществ в другие путем изменения состава и химического строения. Химические реакции дают возможность исследовать химические свойства веществ. По химическим реакциям исследуемого вещества можно косвенно судить о его химическом строении. Прямые же методы установления химического строения в большинстве своем основаны на использовании физических явлений.

   Также на основе химических реакций осуществляется и неорганический синтез, который за последнее время достиг большого успеха, особенно в получении особо чистых соединений в виде монокристаллов. Этому способствовали применение высоких температур и давлений, глубокого вакуума, внедрение бесконтейнерных способов очистки и т.п.

   При проведении химических реакций, а также при выделении веществ из смеси в чистом виде важную роль играют препаративные методы: осаждение, кристаллизация, фильтрование, сублимация, перегонка и т.п. В настоящее время многие из этих классических препаративных методов получили дальнейшее развитие и являются ведущими в технологии получения особо чистых веществ и монокристаллов. Это методы направленной кристаллизации, зонной перекристаллизации, вакуумной сублимации, фракционной перегонки. Одна из особенностей современной неорганической химии это синтез и исследование особо чистых веществ на монокристаллах.

   Методы физико-химического анализа широко применяются при изучении растворов и сплавов, когда образующиеся в них соединения трудно или практически невозможно выделить в индивидуальном состоянии. Тогда исследуют физические свойства систем в зависимости от изменения состава. В результате строят диаграмму состав - свойства, анализ который позволяет делать заключение о характере химического взаимодействия компонентов, образование соединений и их свойствах.

   Для познания сущности явления одних экспериментальных методов недостаточно, поэтому Ломоносов говорил, что истинный химик должен быть теоретиком. Только через мышление, научную абстракцию и обобщение познаются законы природы, создаются гипотезы и теории.

   Теоретическое осмысление опытного материала и создание стройной системы химических знаний в современной общей и неорганической химии базируется на: 1) квантово-механической теории строения атомов и периодической системе элементов Д.И. Менделеева; 2) квантово-химической теории химического строения и учении о зависимости свойств вещества от «его химического строения; 3) учении о химическом равновесии, основанной на понятиях химической термодинамики.

   3. Фундаментальные теории и законы химии.

   К числу основополагающих обобщений химии и естествознания относятся атомно-молекулярная теория, закон сохранения массы и энергии,

   Периодическая система и теория химического строения.

   а) Атомно-молекулярная теория.

   Создатель атомно-молекулярного изучения и первооткрыватель закона сохранения массы веществ М.В. Ломоносов по праву считается основателем научной химии. Ломоносов четко различал две ступени в строении вещества: элементы (в нашем понимании - атомы) и корпускулы (молекулы). Согласно Ломоносову, молекулы простых веществ состоят из одинаковых атомов, а молекулы сложных веществ - из разных атомов. Всеобщее признание атомно-молекулярная теория получила в начале XIX века после утверждения в химии атомистики Дальтона. С тех пор главным объектом исследования химии стали молекулы.

   б) Закон сохранения массы и энергии.

   В 1760 г. Ломоносов сформулировал единый закон массы и энергии. Но до начала XX в. эти законы рассматривались независимо друг от друга. Химия в основном имела дело с законом сохранения массы вещества (масса веществ, вступивших в химическую реакцию, равна массе веществ, образующихся в результате реакции).

   Например: 2КСlO 3 = 2 КСl + 3O 2

   Слева: 2 атома калия Справа: 2 атома калия

   2 атома хлора 2 атома хлора

   6 атомов кислорода 6 атомов кислорода

   Физика имела дело с законом сохранения энергии. В 1905 г. основоположник современной физики А. Эйнштейн показал, что между массой и энергией существует взаимосвязь, выражаемая уравнением Е = mс 2 , где Е - энергия, m - масса; с - скорость света в вакууме.

   в) Периодический закон.

   Важнейшая задача неорганической химии заключается в изучении свойств элементов, в выявлении общих закономерностей их химического взаимодействия между собой. Самое крупное научное обобщение в решении этой проблемы сделал Д.И. Менделеев, открывший Периодический закон и его графическое выражение - Периодическую систему. Только вследствие этого открытия стало возможным химическое предвидение, предсказание новых фактов. Поэтому Менделеев является основателем современной химии.

   Периодический закон Менделеева является основой естественной
   систематики химических элементов. Химический элемент - совокупность
   атомов с одинаковым зарядом ядра. Закономерности изменения свойств
   химических элементов определяются Периодическим законом. Учение о
   строении атомов объяснило физический смысл Периодического закона.
   Оказалось, что периодичность изменения свойств элементов и их соединений
   зависит от периодически повторяющейся сходной структуры электронной
   оболочки их атомов. Химические и некоторые физические свойства зависят от
   структуры электронной оболочки, особенно ее наружных слоев. Поэтому
   Периодический закон является научной основой изучения важнейших свойств элементов и их соединений: кислотно-основных, окислительно-восстановительных, каталитических, комплексообразовательных, полупроводниковых, металлохимических, кристаллохимических, радиохимических и т.п.

   Периодическая система также сыграла колоссальную роль в учении о естественной и искусственной радиоактивности, освобождении внутриядерной энергии.

   Периодический закон и Периодическая система беспрерывно развиваются и уточняются. Доказательством тому служит современная формулировка Периодического закона: свойства элементов, а также формы и свойства их соединений находятся в периодической зависимости от величины заряда ядра их атомов. Таким образом, положительный заряд ядра, а не атомная масса, оказался более точным аргументом, от которого зависят свойства элементов и их соединений.

   г) Теория химического строения.

   Фундаментальная задача химии - изучение зависимости между химическим строением вещества и его свойствами. Свойства вещества являются функцией его химического строения. До A.M. Бутлерова считали, что свойства вещества определяются его качественным и количественным составом. Он впервые сформулировал основное положение своей теории химического строения. Таким образом: химическая натура сложной частицы определяется натурой элементарных составных частиц, количеством их и химическим строением. В переводе на современный язык это означает, что свойства молекулы определяются природой составляющих ее атомов, их количеством и химическим строением молекулы. Первоначально теория химического строения относилась к химическим соединениям, имеющим молекулярную структуру. В настоящее время теория, созданная Бутлеровым, считается общехимической теорией строения химических соединений и зависимости свойств их от химического строения. Эта теория - продолжение и развитие атомно-молекулярного учения Ломоносова.

   4. Роль отечественных и зарубежных ученых в развитии общей и

   неорганической химии.

   п/п	Ученые	Даты жизни	Важнейшие работы и открытия в области химии
   1.	Авогадро Амедо (Италия) |	1776-1856	Закон Авогадро 1
   2.	Аррениус Сванте (Швеция)	1859-1927	Теория электролитической диссоциации
   3.	Бекетов Н.Н. (Россия)	1827-1911	Ряд активности металлов. Основы алюмотермии.
   4.	Бертолле Клод Луи (Франция)	1748-1822	Условия течения химических реакций. Исследование газов. Бертолетова соль.
   5.	Берцелиус Иене Якоб (Швеция)	1779-1848	Определение атомных весов элементов. Введение буквенных обозначений для химических элементов.
   6.	Бойль Роберт (Англия)	1627-1691	Установление понятия о химическом элементе. Зависимость объемов газов от давления.
   7.	Бор Нильс (Дания)	1887-1962	Теория строения атома. 1
   8.	Вант-Гофф Якоб Гендрик (Голландия)	1852-1911	Исследование растворов; один из основателей физической химии и стереохимии.
   9.	Гей-Люссак Жозеф (Франция)	1778-1850	Газовые законы Гей-Люссака. Исследование бескислородных кислот; технология серной кислоты.
   10.	Гесс Герман Иванов (Россия)	1802-1850	Открытие основного закона термохимии. Разработка русской химической номенклатуры. Анализ минералов.
   11.	Дальтон Джон (Англия)	1766-1844	Закон кратных отношений. Введение химических знаков и формул. Обоснование атомной теории.
   12.	Кюри-Склодовская Мария (Франция, родина Польша)	1867-1934	Открытие полония и радия; изучение свойств радиоактивных веществ. Выделение металлического радия.
   13.	Лавуазье Антуан Лоран (Франция)	1743-1794	Основание научной химии установление кислородной теории горения, природы воды. Создание учебника химии на основе новых взглядов.
   14.	Ле Шателье Лун Анри (Франция)	1850-1936	Общий закон смещения равновесия в зависимости от внешних условий (принцип Ле-Шателье)
   15.	Ломоносов Михаил Васильевич	1741-1765	Закон сохранения массы веществ.
   			Применение количественных методов в химии; развитие основных положений кинетической теории газов. Основание первой русской химической лаборатории. Составление руководства по металлургии и горному делу. Создание мозаичного производства.
   16.	Менделеев Дмитрий Иванович (Россия)	1834-1907	Периодический закон и периодическая система химических элементов (1869 г.). Гидратная теория растворов. «Основы химии». Исследование газов, открытие критической температуры и др.
   17.	Пристли Джозеф (Англия)	1733-1804	Открытие и исследование кислорода, хлористого водорода, аммиака, окиси углерода, окиси азота и др. газов.
   18.	Резерфорд Эрнест (Англия)	1871-1937	Планетарная теория строения атома. Доказательство самопроизвольного радиоактивного распада с выделением альфа-, бета-, гамма -лучей.
   19.	Якоби Борис Семенович (Россия)	1801-1874	Открытие гальванопластики и внедрение ее в практику типографского и монетного дела.
   20.	И другие

   Вопросы для самоконтроля:

   1. Основные задачи общей и неорганической химии.

   2. Методы химических реакций.

   3. Препаративные методы.

   4. Методы физико-химического анализа.

   5. Основные законы.

   6. Основные теории.

   Лекция № 2

   Тема: «Строение атома и периодический закон Д.И. Менделеева»

   План

   1. Строение атома и изотопы.

   2. Квантовые числа. Принцип Паули.

   3. Периодическая система химических элементов в свете теории строения атома.

   4. Зависимость свойств элементов от строения их атомов.

   Периодический закон Д.И. Менделеева вскрыл взаимную связь химических элементов. Изучение периодического закона поставило ряд вопросов:

   1. В чем причина сходства и различия элементов?

   2. Чем объясняется периодическое изменение свойств элементов?

   3. Почему соседние элементы одного периода значительно отличаются по свойствам, хотя их атомные массы отличаются на небольшую величину, и наоборот, в подгруппах разница в атомных массах соседних элементов большая, а свойства сходные?

   4. Почему расположение элементов в порядке возрастания атомных масс нарушается элементами аргон и калий; кобальт и никель; теллур и йод?

   Большинство ученых признавали реальное существование атомов, но придерживались метафизических взглядов (атом самая мельчайшая неделимая частица вещества).

   В конце XIX было установлено сложное строение атома и возможность превращения при определенных условиях одних атомов в другие. Первыми обнаруженными в атоме частицами были электроны.

   Было известно, что при сильном накаливании и при освещении УФЛ с поверхности металлов отрицательное электронных и металлы заряжаются положительно. В выяснении природы этого электричества большое значение имели работы русского ученого А.Г. Столетова и английского ученого У. Крукса. В 1879 г. Крукс исследовал явления электронных лучей в магнитном и электрическом полях под действием электрического тока высокого напряжения. Свойство катодных лучей приводить в движение тела и испытывать отклонения в магнитном и электрическом полях дало возможность сделать вывод, что это материальные частицы, несущие наименьший отрицательный заряд.

   В 1897 г. Дж. Томсон (Англия) исследовал эти частицы и назвал их электронами. Так как электроны могут быть получены независимо от вещества, из которого состоят электроды, то это доказывает, что электроны входят в состав атомов любого элемента.

   В 1896 г. А. Беккерель (Франция) открыл явление радиоактивности. Он обнаружил, что соединения урана обладают способностью испускать невидимые лучи, действующие на фотографическую пластинку, завернутую в черную бумагу.

   В 1898 г., продолжая исследования Беккереля, М. Кюри-Складовская и П. Кюри открыли в урановой руде два новых элемента – радий и полоний, обладающие очень большой активностью излучения.

   
   
   
   

   радиоактивный элемент

   Свойство атомов различных элементов самопроизвольно превращаться в атомы других элементов, сопровождающееся испусканием альфа -, бета - и гамма – лучей, не видимых невооруженным глазом, называется радиоактивностью.

   Следовательно, явление радиоактивности является прямым доказательством сложного строения атомов.

   Электроны являются составной частью атомов всех элементов. Но электроны заряжены отрицательно, а атом в целом электронейтрален, то, очевидно, внутри атома находится положительно заряженная часть, которая своим зарядом компенсирует отрицательный заряд электронов.

   Экспериментальные данные о наличии положительно заряженного ядра и его расположении в атоме были получены в 1911 г. Э. Резерфордом (Англия), который предложил планетарную модель строения атома. Согласно этой модели атом состоит из положительно заряженного ядра, очень малого по размерам. В ядре сосредоточена почти вся масса атома. Атом в целом электронейтрален, следовательно, суммарный заряд электронов должен быть равен заряду ядра.

   Исследования Г. Мозли (Англия, 1913 г.) показали, что положительный заряд атома численно равен порядковому номеру элемента в периодической системе Д.И. Менделеева.

   Итак, порядковый номер элемента указывает число положительных зарядов ядра атома, а так же число движущихся в поле ядра электронов. В этом заключается физический смысл порядкового номера элемента.

   Согласно ядерной модели наиболее просто устроен атом водорода: ядро несет один элементарный положительный заряд и массу, близкую к единице. Оно называется протоном («простейший»).

   В 1932 г. физик Д.Н. Чедвик (Англия) установил, что лучи, испускаемые при бомбардировке атома альфа-частицами, обладают огромной проницательной способностью и представляют собой поток электронейтральных частиц – нейтронов.

   На основании изучения ядерных реакций Д.Д. Иваненко (физик, СССР, 1932 г.) и одновременно В.Гейзенберг (Германия) сформулировали протонно-нейтронную теорию строения ядер атомов, согласно которой ядра атомов состоят из положительно заряженных частиц-протонов и нейтральных частиц-нейтронов (1 Р) - протон имеет относительную массу 1 и относительный заряд + 1. 1

   (1 n) – нейтрон имеет относительную массу 1 и заряд 0.

   Таким образом, положительный заряд ядра определяется числом протонов в нем и равен порядковому номеру элемента в ПС; массовое число – А(относительная масса ядра) равно сумме протонов (Z) нейтронов (N) :

   A = Z + N; N = A- Z

   Изотопы

   Атомы одного элемента, имеющие одинаковый заряд ядра и разное массовое число – изотопы. У изотопов одного элемента одинаковое число протонов, но разное число нейтронов.

   Изотопы водорода:

   
   

   1 Н 2 Н 3 Н 3 – массовое число

   1 - заряд ядра

   протий дейтерий тритий

   Z = 1 Z = 1 Z =1

   N = 0 N = 1 N = 2

   1протон 1 протон 1 протон

   0 нейтронов 1 нейтрон 2 нейтрона

   Изотопы одного элемента имеют одинаковые химические свойства и обозначаются одним химическим символом, занимают одно место в П.С. Так как масса атома практически равна массе ядра (масса электронов ничтожно мала), то каждый изотоп элемента характеризуется, как и ядро, массовым числом, а элемент атомной массой. Атомная масса элемента – это среднее арифметическое между массовыми числами изотопов элемента с учетом процентного содержания каждого изотопа в природе.

   Предложенная Резерфордом ядерная теория строения атома получила широкое распространение, но в дальнейшем исследователи натолкнулись на ряд принципиальных трудностей. Согласно классической электродинамике электрон должен излучать энергию и двигаться не по окружности, а по спиралевидной кривой и в итоге упасть на ядро.

   В 20 – х годах XX в. ученые установили, что электрон имеет двойственную природу, обладает свойствами волны и частицы.

   Масса электрона равна 1 ___ массы водорода, относительный заряд

   равен (-1) . Число электронов в атоме равно порядковому номеру элемента. Электрон движется по всему объему атома, создавая электронное облако с неравномерной плотностью отрицательного заряда.

   Представление о двойственной природе электрона привело к созданию квантово-механической теории строения атома (1913 г. , датский ученый Н. Бор). Главный тезис квантовой механики – микрочастицы имеют волновую природу, а волны – свойства частиц. Квантовая механика рассматривает вероятность нахождения электрона в пространстве вокруг ядра. Область наиболее вероятного нахождения электрона в атоме (≈ 90%) называется атомной орбиталью.

   
   

   Каждый электрон в атоме занимает определенную орбиталь и образует электронное облако, которое является совокупностью различных положений быстро движущегося электрона.

   Химические свойства элементов определяются строением электронных оболочек их атомов.

   
   

   Похожая информация.