Каково значение атомно молекулярной теории. Атомно молекулярное учение

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:

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

2. Молекулы находятся в постоянном, самопроизвольном движении.

3. Молекулы состоят из атомов (Ломоносов назвал их элементами).

4. Атомы характеризуются определенным размером и массой.

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

Молекула — это наименьшая частица вещества, сохраняющая его состав и химические свойства. Молекула не может дробиться дальше без изменения химических свойств вещества. Между молекулами вещества существует взаимное притяжение, различное у разных веществ. Молекулы в газах притягиваются друг к другу очень слабо, тогда как между молекулами жидких и твердых веществ силы притяжения относительно велики. Молекулы любого вещества находятся в непрерывном движении. Этим явлением объясняется, например, изменение объема веществ при нагревании.

Атомами называются мельчайшие, химически неделимые частицы, из которых состоят молекулы. Атом — это наименьшая частица элемента, сохраняющая его химические свойства. Атомы различаются зарядами ядер, массой и размерами. При химических реакциях атомы не возникают и не исчезают, а образуют молекулы новых веществ. Элемент следует рассматривать как вид атомов с одинаковым зарядом ядра.

Химические свойства атомов одного и того же химического элемента одинаковы, такие атомы могут отличаться только массой. Разновидности атомов одного и того же элемента с различной массой, называются изотопами. Поэтому, разновидностей атомов больше, чем химических элементов.

Необходимо различать понятия «химический элемент» и «простое вещество».

Вещество — это определенная совокупность атомных и молекулярных частиц в любом из трех агрегатных состояний.

Агрегатные состояния вещества — состояние вещества, характеризующееся определенными свойствами (способность сохранять форму, объем).

Выделяют три основных агрегатных состояния: твёрдое тело, жидкость и газ. Иногда не совсем корректно к агрегатным состояниям причисляют плазму. Существуют и другие агрегатные состояния, например, жидкие кристаллы или конденсат Бозе — Эйнштейна.

Химический элемент — это общее понятие об атомах с одинаковым зарядом ядра и химическими свойствами.

Физических свойств, характерных для простого вещества, химическому элементу приписать нельзя.

Простые вещества — это вещества, состоящие из атомов одного и того же химического элемента. Один и тот же элемент может образовывать несколько простых веществ.

1. Все вещества состоят из атомов.

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

Исключительное значение для развития химии имело атомно-молекулярное учение, колыбелью которого является Древняя Греция. Атомистика древнегреческих материалистов отделена от нас 25-ве-ковым периодом, однако, логика греков поражает настолько, что философское учение о дискретном строении материи, развитое ими, невольно сливается в сознании с нашими сегодняшними представлениями. Как же зародилась атомистика? Основным научным методом древнегреческих философов являлись дискуссия, спор. Для поиска “первопричин” в спорах обсуждались многие логические задачи, одной из которых являлась задача о камне: что произойдет, если начать его дробить?

Большинство философов считало, что этот процесс можно продолжать бесконечно. И только Левкип (500—440 до н.э.) и его школа утверждали, что этот процесс не бесконечен: при дроблении, в конце концов, получится такая частица, дальнейшее деление которой будет просто невозможно. Основываясь на этой концепции, Левкипп утверждал: материальный мир дискретен, он состоит из мельчайших частиц и пустоты. Ученик Левкиппа Демокрит (460—370 до н. э.) назвал мельчайшие частицы “неделимые”, что по-гречески значит “атом”. Это название мы используем и сегодня. Демокрит, развил новое учение — “атомистику”, приписал атомам такие “современные” свойства, как размер и форму, способность к движению.

Последователь Демокрита Эпикур (342—270 до н. э.) придал древнегреческой атомистике завершенность, предположив, что у атомов существует внутренний источник движения, и они сами способны взаимодействовать друг с другом. Все положения древнегреческой атомистики выглядят удивительно современно, и нам они, естественно, понятны. Ведь любой из нас, ссылаясь на опыт науки, может описать множество интересных экспериментов, подтверждающих справедливость любой из выдвинутых концепций. Но совершенно непонятны они были 20—25 веков назад, поскольку никаких экспериментальных доказательств, подтверждающих справедливость своих идей, древнегреческие атомисты представить не могли. Итак, хотя атомистика древних греков и выглядит удивительно современно, ни одно из ее положений в то время не было доказано. Следовательно ”атомистика, развитая Левкиппом, Демокритом и Эпикуром, была и остается просто догадкой, смелым предположением, философской концепцией, но подкрепленной практикой. Это привело к тому, что одна из гениальных догадок человеческого разума постепенно была предана забвению.

Были и другие причины, из-за которых учение атомистов было надолго забыто. К сожалению, атомисты не оставили после себя систематических трудов, а отдельные записи споров и дискуссий, которые были сделаны, лишь с трудом позволяли составить правильное представление об учении в целом. Главное же заключается е том, что многие концепции атомистики были еретичны и официальная церковь не могла их поддерживать.

Об учении атомистов не вспоминали почти 20 веков. И лишь в XVII в. Идеи древнегреческих атомистов были возрождены благодаря работам французского философа Пьера Гассенди (1592—1655 гг.). Почти 20 лет он потратил; чтобы восстановить и собрать воедино забытые концепции древнегреческих философов, которые он подробно изложил в своих трудах “С) жизни, нравах и учении Эпикура” и “Свод философии Эпикура”. Эти две книги, в которых воззрения древнегреческих материалистов впервые были изложены систематически, стали “учебником” для европейских ученых и философов. До этого единственным источником, дававшим информацию о воззрениях Демокрита — Эпикура, была поэма римского поэта Лукреция “О природе вещей”. История науки знает немало удивительных совпадений. Вот одно из них: возрождение древнегреческой атомистики совпадает по времени с установлением Р. Бойлем (1627—1691 гг.) фундаментальной закономерности, описывающей изменения объема газа от его давления. Качественное объяснение фактом, наблюдаемых Бойлем, может дать только атомистика: если газ имеет дискретное строение, т. е. состоит из атомов и пустоты, то легкость его сжатия обусловлена сближением атомов в результате уменьшения свободного пространства между ними. Первая робкая попытка применения атомистики для объяснения количественно наблюдаемых явлений природы позволяет сделать два очень важных вывода:

• 1. Превратившись из философской гипотезы в научную концепцию, атомистика может стать мощным инструментом, позволяющим давать единственно правильную трактовку самым разнообразным явлениям природы.
• 2. Для скорейшего превращения атомистики из философской гипотезы в научную концепцию доказательство существования атомов необходимо, прежде всего, искать при изучении газов, а не жидких и твердых веществ, которыми до этого занимались химики. Однако пройдет еще около 100 лет, прежде чем химики вплотную займутся исследованием газов. Тогда-то и последует каскад открытий простых веществ: водород, кислород, азот, хлор. А несколько позже газы помогут установить те законы, которые принято называть основными законами химии. Они и позволят сформулировать основные положения атомно-молекулярного учения.

§ 1 М.В. Ломоносов, как основоположник атомно-молекулярного учения

Начиная с XVII века, в науке существовало молекулярное учение, которое использовалось для объяснения физических явлений. Практическое применение молекулярной теории в химии было ограничено тем, что ее положения не могли объяснить сущность протекания химических реакций, ответить на вопрос, как из одних веществ в ходе химического процесса образуются новые.

Решение этого вопроса оказалось возможным на основе атомно-молекулярного учения. В 1741 г. в книге «Элементы математической химии» Михаил Васильевич Ломоносов фактически сформулировал основы атомно-молекулярного учения. Русский учёный-энциклопедист рассматривал строение вещества не как определенную комбинацию атомов, но как сочетание более крупных частиц — корпускул, которые, в свою очередь, состоят из более мелких частиц — элементов.

Терминология Ломоносова со временем претерпела изменения: то, что он называл корп

Атомно-молекулярная теория строения веществ — Справочник химика 21

    Другой существенный вКлад М. В. Ломоносова в химию — это создание так называемой корпускулярной теории строения вещества (1741 г.), в которой он высказал основные положения атомно-молекулярной теории. Корпускулами он называл частицы, имеющие тот же состав, что и все вещество, причем корпускулы в свою очередь составлены из отдельных, более мелких частичек, По современной терминологии, эти мелкие частички соответствуют атомам, а корпускулы — молекулам. Кор- 

[c.3]
    После утверждения атомно-молекулярной теории важнейшим событием в химии было открытие периодического закона. Это открытие, сделанное в 1869 г. гениальным русским ученым Д. И. Менделеевым, создало новую эпоху в Х1 мии, определив пути ее развития на много десятков лет вперед. Опирающаяся на периодический закон классификация химических элементов, которую Менделеев выразил в форме периодической системы, сыграла очень важную роль в изучении свойств химических элементов и дальнейше развитии учения о строении вещества. [c.47]

    Основы атомно-молекулярного учения (Ломоносов, Дальтон), утвердившиеся на базе этих законов, позволили связать воедино состав, свойства и строение вещества. Тем не менее основоположники атомно-молекулярной теории (Гей-Люссак, Авогадро, Берцелиус, Либих, Бутлеров, Менделеев), считая, что дискретность в химии играет определяющую роль, тем не менее стремились устранить противоречия в точках зрения Пруста и Бертолле, интуитивно понимая прогрессивность взглядов последнего. Подход Бертолле к изучению химических явлений позволил рассматривать химическое взаимодействие в развитии, изменение свойств в процессе превращения, а не только конечный результат этого превращения, т. е. свойства образовавшегося объекта. 

[c.322]

    Ломоносов — один из основоположников химий он первый определил задачи этой науки. Разработанная Михаилом Васильевичем атомно-молекулярная теория строения вещества является основой физики и химии. Им открыт основной закон химии — закон сохранения веса. Все перемены, в натуре случающиеся, — писал он в 1748 г.,— такого суть состояния, что сколько чего у одного отнимается, столько и присовокупится к другому. Так, ежели где убудет несколько материи, то столько же умножится ее в другом месте . [c.28]

    В своих теоретических представлениях Ломоносов исходил из следующих главных концепций, которые принимал в качестве бесспорных 1) атомно-молекулярной теории строения вещества, 2) кинетической теории материи и 3) принципа сохранения вещества и движения. [c.262]

    В 60-х годах XIX в. атомно-молекулярная теория строения веществ была дополнена кинетическими представлениями. Основные положения кинетической теории заключаются в следующем  [c.25]

    Наряду с той положительной ролью, которую сыграла классическая атомно-молекулярная теория строения вещества в успешном развитии химии, необходимо отметить и недостатки, ограничивающие ее возможности в объяснении открытий, сделанных в области физики и химии в конце XIX в. Эти недостатки связаны с метафизическим характером основных положений классической атомно-молекулярной теории  [c.34]

    В XIX в. атомистика утвердилась и в физике в середине века была разработана атомно-молекулярная теория строения вещества, а в конце века открыты электрон и радиоактивность. Атом оказался вполне реальной и к тому же сложной системой, изучение которой привело в начале XX в. к революции в физике, а в его середине — к новой научно-технической революции. Так, на примере физики и химии было доказано, что атомистика, т. е. изучение природных процессов с точки зрения судьбы атомов в них, является мощным средством познания природы. [c.7]

    С начала XIX в. атомно-молекулярная теория строения материи прочно укрепилась в науке. Измерения относительных количеств, в которых различные элементы соединяются между собой, привели к установлению понятия химического эквивалента и открытию простых закономерностей, управляющих химическими процессами 1) закон постоянства состава 2) закон кратных отношений 3) закон Авогадро 4) закон кратных объемов. Большая роль в этом принадлежит Дальтону, работы которого дали возможность количественно характеризовать состав различных веществ и выражать его химическими формулами. [c.9]

    Вторая система — структурных теорий — возникает с появлением атомно-молекулярной концепции строения вещества. Проблема реакционноспособности решается теперь на основе не только знания химического состава вещества, но и его строения. В современной химии — это квантово-механические теории строения атома, химической связи и строения вещества (гл. 4, 6, 7, 11-12, 16). [c.28]

    Атомно-молекулярная теория определила не только круг основных понятий, но и ряд важных законов. Правда, необходимо отметить, что все представления этой теории были сформулированы по отношению к веществам, имеющим молекулярное строение. В настоящее время известно громадное число веществ немолекулярного строения. Это, как правило, твердые тугоплавкие неорганические вещества, к которым законы стехиометрии либо вообще неприменимы, либо применимы только как существенно приближенные. Но все-таки подавляющее большинство известных человечеству веществ состоит из молекул, и поэтому законы стехиометрии до сих пор сохраняют свое значение. [c.17]

    Таким образом, мы видим, что исследования свойств газов обеспечивают надежную основу для развития атомно-молекулярной теории. В большинстве случаев вещество в газообразном состоянии наиболее удобно для исследования. Обнаруженные закономерности легко поддаются математической обработке. В этой главе мы подвергнем проверке эти закономерности. Мы увидим, что их математическая интерпретация, называемая кинетической теорией, позволяет представить физический смысл температуры с точки зрения молекулярной теории строения вещества. [c.74]

    Структура системы теоретических знаний о строении вещества в курсе неорганической и органической химии и их методическое обоснование. Последовательность введения понятий о строении вещества в курсе химии средней школы. Понятия о строении вещества на этапе изучения атомно-молекулярной теории в 8 классе. Развитие понятий о строении вещества на основе электронной теории.

Основные законы атомно-молекулярной теории

Вопрос 1

Основные законы атомно-молекулярной теории

 

Атом – это система взаимодействующих элементарных частиц, состоящих из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных нейтронов. Также атом – это наименьшее химически неделимая частица вещества.

Химический элемент – это определенный вид атомов, имеющий одинаковый заряд ядра.

Изотопы – это атомы одного и того же элемента, имеющие разное число электронов в ядре.

Молекула – это наименьшая частица веществ, обладающая его свойствами.

 

Вопрос 2

Агрегатное состояние вещества

Твёрдое состояние вещества.E_{взаимодействия} > E_{кинетич. движ-я}

Свойство состояний

1) Твёрдое кристаллическое. Вещества обладают кристаллической структурой. Кристаллическая структура обладает определённой симметрией.

2) Твёрдое аморфное. В отличие от кристаллов, стабильно-аморфные вещества не затвердевают с образованием кристаллических граней. состояние твердого тела, характеризующееся изотропией физических свойств, обусловленной неупорядоченным расположением атомов и молекул.

Кристаллическая решётка. Показывает пространственное расположение атомов или молекул. Узлы кристаллической решетки – это то место в пространстве, где находятся частицы. В межузлиях находятся другие элементы.

Особенности кристаллического состояние:

1)Высокая степень упорядоченности

2)Симметрия

3)Анизотропия

Анизотропия – наличие разных свойств в разных направлениях.

Типы кристаллических решеток:

1) Атомная (в узлах находится ковалентная сильная связь) Алмаз, кремень.

2) Молекулярная (в узлах молекулы, связь межмолекулярная слабая) Неметаллы

3) Ионная (в узлах ионы, связь ионная, очень прочная) Оксиды и соли

4) Металлическая (в узлах атомы металлов, в мужузлие электронный газ, связь металлическая.

Особенности аморфного состояния (расплавленное): (смолы, стекло)

1)Тягучесть

2)Плавка в интервале температур

3)Ближний порядок

4)Менее устойчивое состояние.

Жидкое состояние: E_вз. ≈ E_{кин. движ}

Особенности:

1)Тягучесть

2)Изотропность

3)Ближний порядок

4)Высокая плотность

5)Малая сжимаемость

Газообразное состояние: E_кин.> E_вз.

Особенности:

1)Слабое межмолекулярное взаимодействие

2)Отсутствие порядка

3)Высокая сжимаемость

4)Малая плотность

5)Газ занимает весь предоставленный объём

Плазма: E_кин. > E_{ионизации} (ионизированный газ)

Протекают процессы ионизации или комбинации.

Плазма – это такое состояние вещества в котором одновременно протекают процессы ионизации и рекомбинации

Свойства:

1)Высокая электропроводность

2)Может взаимодействовать с электромагнитным полем

3)Квазинейтральна

4)Динамическое состояние

Вида плазмы

1)Низкотемпературная

2)Высокотемпературная

Промежуточное состояние вещества

1)Жидкокристаллическое состояние

2)Нанокристаллическое (между твердым кристаллическим и аморфным состоянием)

Вопрос 3

Строение атома. Квантовые числа. Принцип Паули, правила Хунда и Клечковского.

Модель Резерфорда (планетарная)

Свойства электронов и их соединений находятся в период зависимости от зарядов ядер атомов.

Спектр испускания – это совокупность частот электромагнитного излучения, испускаемого вещества.

Спектр поглощения – это совокупность частот электромагнитного излучения поглощаемого вещества.

Квантовые числа.

Квантовое число – это решение уравнения Шредингера. Решением уравнения Шр. Являются 4 квантовых числа, которые характеризуют состояние энергии электрона в атоме.

1) n – главное квантовое число, характеризующее энергию элементов в атоме и меняется от 1 до 7

Если n=1, то электрон на 1-м энергетическом уровне

Главное квантовое число – номер периода.

2) L – побочное, орбитальное квантовое число, которое показывает формулу электронного облака.

Принимает значения L=0, 1 …, (n-1)

3) m_i — магнитное квантовое число, характеризующее ориентацию электронного облака в пространстве.

m_{i =} -L, …-1,0,1…+L

4)Спиновое квантовое число (m_s) – характеризует момент вращения электрона вокруг своей оси.

M_s = +1/2 ; -1/2 Cпин

Принцип Паули.

В атоме не может быть электронов со всеми четырьмя квантовыми числами.

Правило Клечковского

1.Электрон обладает наименьшей энергией на тех подуровнях, где

n + L= min

2.Если n+L – одинакова, то электрон обладает наименьшей энергией на том подуровне, где n – квантовое число минимально

Правило Гунда

В наиболее устойчивом состоянии атома, электроны в пределах одного подуровня, распадаются так, чтобы суммарный спин был максимальным.

+Энергия электрона в атоме (вопрос 25)

Состояние электрона в атоме описываем с помощью ᴪ. Она показывает состояние электрона в пространстве.

ᴪ∆V – вероятность обнаружить электрон в ∆V

Нельзя одновременно и достаточно точно определить импульс и координату электрона в атоме.

Вопрос 4 и 26

Типы химических реакций. Примеры.

Соединения — Реакции между двумя простыми веществами, или между несколькими сложными, при этом образуется одно сложное или более сложное вещество.

Обмена — Реакции между двумя сложными веществами, при которых они обмениваются своими составными частями.

Разложения — Реакции, при которых из одного вещества образуется несколько простых или сложных веществ.

Замещения — Реакции между сложным и простым веществами, при которых атомы простого вещества замещают один из атомов сложного.

1) Cоединения: N₂+3H₂=2NH₃
2) Обмена: NaCl+AgNO₃=AgCl+NaNO₃

3) Разложения: 2NaNO₃=2NaNO₂+O₂
4) Замещения: 2NaOH+CO₂=Na2CO₃+H₂O

Вопрос 5

Кислотно основные свойства.

При движении к 1-й группе свойства кислот будут убывать.

Вопрос 6

Вопрос 7

Вопрос 8

Основные классы неорганических соединений. Примеры и свойства.

Простые вещества

1) Металлы

Na, Mg, Al.

2) Неметаллы

Si, P, S, Cl2.

Сложные вещества

1) Оксиды

I. Несолеобразующие (CO, SO, NO)

II. Солеобразующие

А) основные (Na₂O, MgO)

Б) амфотерные (Al₂O₃)

В) кислотные (SiO₂, P₂O₅, SO₃, Cl₂O₇)

2) Гидроксиды

А) основания (NaOH, Mg(OH)₂)

Б) амфотерные (Al(OH)₃)

В) кислотные (H₂SiO₃, H₂SO₄,HClO₄, HPO₃)

Соли

А) основания (AlOH)

Б) средние (AlPO₄)

В) кислые (Al₂(HPO₄)₃, Al(H₂PO₄)₃)

Определения

Гидроксиды— это электролит при диссоциации которого в водных растворах образуется катион металла и отрицательно заряженный гидроксид анион.

Кислоты —сложные вещества, молекулы которых в результате

электролитической диссоциации образуют катион водорода H⁺

и анион кислотного остатка

Основание —сложные вещества, молекулы которых в результа-

те электролитической диссоциации образуют ион металла, либо

ион аммония

Соли —сложные вещества, молекулы которых в результате

электролитической диссоциации в большинстве случаев образуют

катион металла Meⁿ⁺ и анион кислотного остатка Ac^m–

Вопрос 9

Вопрос 10

Правило фаз Гиббса

П.Ф Гиббса показывает сколько параметров можно менять независимым образом, так, чтобы число и природа сосуществовавших фаз оставались неизменными

f = K +2 – (сигма)

К –число компонентов

Сигма –число фаз

f_min=0

сигма_max = K+2

Вопрос 11

Кислоты и их свойства

Кислота –это электролит, при диссоциации которого в водном растворе образуется катион водорода и анион кислотного остатка

Классификация кислот

1) Все кислоты делятся на бескислородные и кислородоодержащие (HCl, H₂S)

2) Все кислоты делятся по основности

Основность кислот

n=1 HBr, HNO

n=2 H₂CO₃

n=3 H₃PO₄

Кислотность оснований

n=1 NaOH

n=2 Ca(OH)₂

n=3 Fe(OH)₃

Свойства кислот

1) Кислоты реагируют с основаниями образуя соль и воду

H₂SO₄+KOH=K₂SO₄+2H₂O

2) Кислоты реагируют с основными оксидами

H₂SO₄+CuO=CuSO₄+H₂0

3) Кислоты реагируют с кислотами солей

H₂SO₄+K₂SiO₃=K₂SO₄=H₂SiO₃

4) Реакция с металлами

Fe+2HCl=FeCl₂+H₂

Вопрос 12

Вопрос 13

Закон Гесса.

Тепловой эффект хим. Реакции при постоянстве давления или при постоянстве объёма и при приведении всех участников реакции к одной температуре, не зависят от пути процесса, а определяются только начальное и конечное состоянием процесса.

Q_p=∆H_{p =} H_кон – H_нач.

 

Вопрос 14

G – энергия Гиббса

Определение направленности реакций.

∆G_T,p < 0, то реакция протекает самопроизвольно

∆G_T,p = 0, — равновесие

∆G_T,p > 0 – реакция невозможна.

∆G_T,p = ∆H_T,p — T∆S_T,p —3-й закон Гесса Н — энтальпия

dS_p = CpdT/T

Е начало термодинамики.

Постулат Планка.

Энтропия простого вещества при T=0, равна 0

S_(T=0)=0

Энтропия — функция состояния системы которая показывает направление протекания процессов в природе. Мера хаотичности и неупорядоченности системы.

Энтальпия является мерой энергии, накапливпемой веществом при его образовании

Когда энтропия максимальна, энтальпия минимальна и наоборот.

Вопрос 15

Основные оксиды.

Оксиды, гидратами которых являются основания, называются основными оксидами.

Основные оксиды образуют металлы в степени окисления +1, +2, иногда +3.

Хим. связь основного оксида, как правило ионная.

Хим. свойства.

1)Оксиды щелочных и щелочно-земельных металлов реагируют с водой образуя основания. BaO + H₂O = Ba(OH)₂

2)Все основные оксиды реагируют с кислотами.

Fe₂O₃+3H₂(SO₄) = Fe₂(SO₄)₃+3H₂O

3)Основные оксиды реагируют с кислотами

FeO+SiO₂ =^t FeSiO₃

Кислотные оксиды.

Оксиды, гидратами которых являются кислоты, называются кислотными. Кислотные оксиды образуют все неметаллы и металлы в степенях (+4, +5, +6, +7) CO₂, Mn₂O₇, SO₃

Хим. связь: полярная ковалентная или ионная.

Амфотерные оксиды

Оксиды которые могут реагировать как с кислотами, так и с основаниями, называются амфотерными. (с водой не взаимодействуют)

 

Вопрос 16

Вопрос 17

Вопрос 18

Вопрос 19 (см. 11 вопрос!!)

Вопрос 20

Понятие функции состояния. Примеры.

Функция состояния системы –некая аналитическая функция, которая зависит от термодинамических параметров системы в данном состоянии. Значение не зависит от предыстории системы, а при переходе из одного состояния в другое не зависит от пути процесса. Определяется лишь начальным и конечным состоянием системы.

∆U_1,2=U₂-U₁

Вопрос 21

Вопрос 22

Энтальпия и энтропия образования химических веществ.

Энтропия — функция состояния системы которая показывает направление протекания процессов в природе. Мера хаотичности и неупорядоченности системы.

Энтальпия является мерой энергии, накапливпемой веществом при его образовании

Когда энтропия максимальна, энтальпия минимальна и наоборот.

 

Вопрос 23

Типы хим. связей.

 

Электроотрицательность –способность атомов оттягивать на себя электронную плотность.

Ковалентная связь –двухатомная связь, 2 атома и 2 электрона обазательных. (сильная связь, локализованная)

Ионная связь –предельный случай ковалентной полярной связи; электростатическое взаимодействие которое возникает между катионами и анионами.

Универсальная связь –вандервальсовыемежмолекулярные

Специфические

1) Металлическая.Все электроны образуют электронный газ

2) Водородная связь.Основана на свойстве атомов H, связанного сильно электроотрицательным элементом.

Вопрос 24.

Вопрос 25 (см. вопрос 3)

ВОПРОС (СМ.4 ВОПРОС)

ВОПРОС 28

Термическое равновесие

2. р₁=р₂=…=р_α= р_Ϭ

Механическое равновесие

ϻ1(1) = ϻ1(2) = ϻ1(3) = ϻ1(α) = ϻ1(Ϭ) . . . ϻк(1) = ϻк(2) = ϻк(3) = ϻк(α) = ϻк(Ϭ)

 

Химическое равновесие

 

Вопрос 29

Вопрос 30

Молярная масса эквивалента

Это масса одного моля эквивалента вещества

Mэ=M/Z

Кол-во в-ва эквивалента или число эквивалентов в-ва

nэ=m/Mэ

nэ=m/Mэ=m/M/z=z*m/M=Z*n

nэ=z*n

Закон эквивалента

Числа эквивалента взаимодействующих в-в равны

n_э1=n_э2

m1/m2=M_э1/М_э2

 

+Моль и эквивалент в-ва. Закон эквивалентов

Моль — кол-во в-ва, в котором содержится 6.02*10²³ молекул

1 моль любого газообразного в-ва при н.у занимает объем 22.4 л

Н.у это p=a*m*M

(1.013*10^a)

Число моль: n=m/M

 

Принцип Ле-Шателье

Если на систему, находящуюся в равновесии оказать какое-либо воздействие ,то равновесие сместиться в сторону уменьшения оказанного воздействия

Химическое равновесие с точки зрения кинетики — это такое состояние изолированной системы, в которой заканчиваются хим. Превращения, то есть не происходят изменения числа моль в-ва участников реакции.

Состояние равновесия — это конечное состояние системы.

Это такое состояние, в котором скорость прямой и обратной реакции равны.

Влияние концентрации

Увеличение концентрации в-ва приводит к смещению равновесия в сторону расхода этого в-ва. При уменьшении концентрации в-ва равновесие смещается в сторону образования этого в-ва.

Давление

Изменение давления учитываем только с газообразными в-вами.

Если в твердой или жидкой фазе влияние смещения равновесия пренебрегает при увеличении давления, равновесие смещается в сторону меньшего образования молекул газа

При уменьшении давления, равновесия смещается в сторону большего образования молекул газа

Температура

При увеличении температуры равновесие смещается в сторону протекания эндотермической реакции.

При уменьшении температуры равновесия смещается в сторону протекания экзотермической реакции.

 

 

41. Катализ. Механизм действия катализатора

Катализ — химическое явление, суть которого заключается в изменении скоростей химических реакций при действии некоторых веществ (их называют катализаторами).

Катализатор-химическое в-во, которое увеличивает скорость реакции, при этом само участие не принимает

Гомогенный катализ — катализ, когда катализатор находится в той же фазе, что и в-во

Гетерогенный катализ — катализ, когда находится в другой фазе, обычно твердой, катализатор легко отдаляется

Механизм действия катализатора

ОВР. Степень окисления.

ОВР –реакции, проходящие с изменением степени окисления

Степень окисления –число электронов принятых атомом (-), или отданных (+)

Номер группы – число электронов на внешнем уровне

Максимальная степень окисления = № группы

Минимальная степень окисления = № группы – 8

Типы ОВР:

1)Межмолекулярные

2)Внутримолекулярные (реакции, в которых разные атомы находятся в одной степени окисления)

3)Самоокисляющиеся, самовосстанавливающиеся

4)Диспропорционирование (реакции в которых окислитель и восстановитель являются одним и тем же в промежуточной степени окисления.

Окислитель— принимающий электроны.
Восстановитель — отдающий электроны.
Окисление — процесс отдачи электронов атому.(восстановитель окисляется)
Восстановление — процесс приема атома.(окислитель восстанавливается)
Правила:
1)Степень окисления простых веществ равна 0
2)Степень окисления кислорода во всех соединениях -2
3)Степень окисления водорода +1
4)Молекула нейтральна, сумма окисления всех атомов молекул равна 0
5)Атом в своей высшей степени окисления, может быть только окислителем
6)Атом в своей низшей степени окисления,только восстановитель.

 

Основные понятия термодинамики: термодинам. Система, её начальное и конечное состояние, параметры системы, состояние равновесия. Классификация термодинам. Систем (изолированная, закрытая, открытая)

Термодинамическая система –совокупность материальных предметов тем или иным способом выделенная из окружающего нас мира.

Классификация

1) Простая система –это система, для описания свойств которой необходимо 2 параметра. Взаимодействует с окружением только за счёт механической работы и теплообмена

2) Изолированная система –не обменивается с окружением ни энергией, ни веществами

3) Открытая система –может обмениваться с окруж. Веществами

4) Закрытая –не может обмениваться.

Параметры

Термодинамический параметр –это физическое свойство системы, которое можно измерить либо вычислить.

Все термодинамические параметры делятся на интенсивныеи экстенсивные

Экстенсивный параметрзависит от массы системы (при удвоении системы удваивается)

Интенсивный параметрне зависит от массы, принимает одинаковое значение при конкретном равновесии. Имеет значение в точке.

Вопрос 1

Основные законы атомно-молекулярной теории

 

Атом – это система взаимодействующих элементарных частиц, состоящих из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных нейтронов. Также атом – это наименьшее химически неделимая частица вещества.

Химический элемент – это определенный вид атомов, имеющий одинаковый заряд ядра.

Изотопы – это атомы одного и того же элемента, имеющие разное число электронов в ядре.

Молекула – это наименьшая частица веществ, обладающая его свойствами.

 

Вопрос 2



Урок 05. Лекция 04. Атомистическая теория строения вещества. Массы и размеры молекул.

Молекулярная физика – раздел физики, в котором изучаются физические свойства тел в различных агрегатных состояниях на основе рассмотрения их молекулярного строения, силы взаимодействия между частицами, образующими тела и характеры теплового движения этих частиц.

Молекулярная физика исходит из того, что любое тело – твердое, жидкое или газообразное – состоит из громадного числа молекул, которые находятся в беспорядочном движении, интенсивность которого зависит от температуры. При изучении молекулярной физики Вы познакомитесь со строением, структурой и свойствами некоторых материалов, с особенностями агрегатных изменений, рассмотрите зависимости количественных характеристик от физико-механических свойств веществ и их строения.

Молекулярная физика служит научной основой современного материаловедения, вакуумной технологии, порошковой металлургии, холодильной техники.

Представления о том, что все вещества состоят из мельчайших частиц — атомов, впервые появились в трудах древнегреческих ученых философов Левклиппа, Демокрита и Эпикура, живших V-III веках до нашей эры. Все явления природы они пытались объяснить движением этих невидимых частиц.

Учение о том, что все тела состоят из отдельных частиц – атомов, возникло в Древней Греции в IV в. до н.э. Основоположником атомистической теории был философ Демокрит.

Греческий философ Демокрит предположил, что все вещества состоят из невидимых человеческим глазом малых частиц — атомов. Он описал мир как систему атомов в пустоте, отвергая бесконечную делимость материи, постулируя не только бесконечность числа атомов во Вселенной, но и бесконечность их форм

Атомизм — учение о прерывистом, дискретном строение материи. До конца 19 века атомизм утверждал, что материя состоит из отдельных невидимых частиц — атомов.

Атомистическая теория (по-гречески atomos – неделимый) – вещество имеет дискретное строение, состоит из отдельных, разделенных пространственными промежутками частиц

Греческая форма атомизма плодотворно повлияла на развитие науки. Наиболее полно и в ясном изложении дошли до нас изустные и письменные работы древних греков.

Атомистика философов Древней Греции и Рима.

Характерные черты естествознания того времени – это накопление эмпирического материала, попытки объяснить мир с помощью общих умозрительных гипотез и теорий, в которых предсказывалось, предвосхищалось немало позднейших научных открытий. К примеру, в ту эпоху зародились идеи об атомарном, дискретном строении материи.

Древние греки создали учение о материальной первооснове всех вещей, родоначальниками которого были Фалес Милетский (625-547 до н. э.), Анаксимандр (610-547 до н. э.), Анаксимен (585-525 до н. э.) и другие античные философы.

Непосредственными предшественниками атомистов были Эмпедокл (490-430 до н. э.) и Анаксагор (500-428 до н. э.), они выдвинули концепцию элементов, из которых построена Вселенная.

По учению Эмпедокла такими материальными элементами являются огонь, воздух, вода и земля. Они вечны, неразрушимы, хотя и изменяются по числу и величине путем соединения и разделения. Эмпедокл утверждал: «Ничто не может произойти из ничего, и никак не может то, что есть, уничтожиться».

Анаксагор считал, что мир состоит из бесконечного множества частиц («семян») веществ и в результате их совокупного движения темный холодный воздух отделяется от светлого горячего эфира, а частицы соединяются с себе подобными. Так образуются материальные тела.

Философы Левкипп и его ученик Демокрит (460-370 до н. э.) стали основателями атомистической теории. По учению Левкиппа материя состоит из отдельных частиц – атомов, находящихся в пустом пространстве, и слишком мелких, чтобы их можно было увидеть в отдельности. Атомы непрерывно движутся в пространстве и воздействуют друг на друга при помощи толчков и давления.

Более полно и стройно атомистическая теория была изложена великим древнегреческим философом-материалистом Демокритом.

Приведем некоторые принципиальные положения Демокрита, имеющие отношение к атомистической теории:

1. Ничто не возникает из ничего и ничего не переходит в ничто.
2. Материя состоит из бесконечного числа мельчайших, неделимых частиц – атомов.
3. Атомы вечны и неизменны, а все сложные тела, из них состоящие, изменчивы и преходящи.
4. Не существует ничего, кроме атомов и «чистого» пространства.
5. Атомы вечно движутся. Движение всегда присуще атомам и происходит в силу господства во Вселенной закона универсальной необходимости.
6. Атомы бесконечны по числу и бесконечно разнообразны по форме.
7. Во Вселенной существует бесконечное множество миров. Наш мир один из них.
8. Различие между вещами связано с различием их атомов по числу, величине, форме.

В Древнем Риме поэт и философ Тит Лукреций Кар (99-55 до н. э.) в своей знаменитой поэме «О природе вещей» изложил атомистическое учение греческого философа Эпикура. Представитель афинской школы Эпикур (341-270 до н. э.), а за ним Лукреций пытались существованием атомов объяснить все естественные и социальные явления. Лукреций рисует модель движения атомов, уподобляя его движению пылинок в солнечном луче в темной комнате. Это по существу одно из первых в истории естественных наук описание молекулярного движения.

В эпоху средневековья атомистические представления были полностью забыты и в науке более тысячи лет господствовало мистическое учение Аристотеля, утверждавшего, что основу мира составляли четыре начала — вода, земля, воздух и огонь.

Естественнонаучное мировоззрение древних получило свое развитие в трудах знаменитого философа того времени Аристотеля (384-322 до н. э.). В своем творчестве он охватил почти все существовавшие тогда отрасли знаний. Хотя Аристотель критиковал своего учителя философа-идеалиста Платона (427-347 до н. э.), он не был материалистом. Он признавал объективное существование материального мира и его познаваемость, но противопоставлял земной и небесный миры, верил и учил верить в существование божественных сил. Аристотель резко отвергал атомистическую теорию.

Бытие — живая субстанция, характеризующаяся специальными принципами или четырьмя началами (условиями) бытия:

• Материя — «то, из чего».
• Форма — «то, что». Создает формы разнообразных вещей из материи Бог (или ум-перводвигатель).
• Действующая причина (начало) — «то, откуда». Началом всех начал является Бог.
• Цель — «то, ради чего». Высшей целью является Благо.
• Бог – творец природы, у природы нет закона, закон есть у Бога

Аристотель считал, что все космические тела состоят из эфира, основного элемента природы, в котором изначально заложено совершенное движение по кругу. Естественный путь познания природы, учил Аристотель, идет от менее известного и явного для нас к более явному и известному с точки зрения природы вещей. Он рассматривал такие общие понятия, как материя и движение, пространство и время, конечное и бесконечное. В своей работе «Физика» Аристотель подробно разобрал взгляды своих предшественников – Анаксагора, Левкиппа, Демокрита и др. Он резко критиковал воззрения атомистов, признающих существование бесчисленного множества атомов и миров. По Аристотелю реальный мир конечен, ограничен и построен из «конечного числа» элементов. Понятие пустоты по Аристотелю противоречит действительности. Бесконечное разреженное пустое пространство ведет к бесконечному движению, а это, по мнению Аристотеля, невозможно.

«Канонизированное» учение Аристотеля в средние века надолго задержало развитие атомистических воззрений. И все же учение об атомах, атомистика, пройдя через многие века, выдержало ожесточенную борьбу и дошло до наших дней с более глубокими представлениями об атоме, полученными в результате огромного числа физико-химических экспериментов и исследований по физике атома.

Возвращение атомистических представлений стало возможным с началом эпохи Возрождения, благодаря трудам первых ученых — экспериментаторов. Огромную роль в этом сыграли исследования Роберта Бойля и Исаака Ньютона.

Р.Бойль более 10 лет проводивший различные эксперименты, написал книгу «Химик — Скептик», в которой доказал полную несостоятельность «начал Аристотеля».

В середине XV в. в экономическом, политическом и культурном развитии Европы начинают отчетливо проступать новые, самобытные черты.

Николай Коперник (1473-1543) сломал общепризнанную до того концепцию мироздания, по которой Земля считалась неподвижной по отношению к Солнцу. Коперник отбросил геоцентрическую систему Птолемея и создал гелиоцентрическую систему мироздания. Возникнув в астрономии, она распространилась и на физику, дав новый импульс развитию атомистических идей. Атомы неощутимы, считал Коперник, несколько атомов не составляют видимого тела. И все же число этих частиц можно так умножить, что их будет достаточно для слияния в заметное тело. Коперник вплотную подошел к материалистической атомистике. В эпоху Возрождения физические наблюдения и опыты еще не носили систематического характера, хотя и были достаточно широко развиты.

Началу использования в физике экспериментального метода положил Галилео Галилей (1564-1642), итальянский физик, механик, астроном, один из основателей естествознания. Галилей считал, что мир бесконечен, материя вечна. Материя состоит из абсолютно неделимых атомов, ее движение – единственное, универсальное механическое перемещение. Галилей экспериментально подтвердил ряд гипотез древних философов об атомах. В своих трудах он поддержал гелиоцентрическую систему мироздания, за что жестоко пострадал от католической инквизиции.

В XVIII и XIX вв. классическая физика вступила в период, когда многие ее положения стали подвергаться серьезному переосмыслению.

Михаил Ломоносов – первый русский профессор химии, автор первого русского курса физической химии.

В области физики он оставил нам ряд важных работ по кинетической теории газов, теории теплоты, оптике и др. Рассматривая основу химических явлений» Ломоносов на базе атомно-молекулярных представлений развивал учение о «нечувствительных» (т. е. неощутимых) частицах материи – «корпускулах» (молекулах). Он полагал, что всем свойствам вещества можно дать исчерпывающее объяснение с помощью представления о различных чисто механических движениях корпускул, состоящих из атомов. В химических работах Ломоносова важную роль играет атомистика, она – краеугольный камень его научного мышления. Ломоносов дал свою формулировку принципа сохранения материи и движения: « .все перемены, в натуре случающиеся, такого суть состояния, что сколько чего у одного тела отнимается, столько присовокупится к другому . Сей всеобщий естественный закон простирается и в самые правила движения, ибо тело, движущее своею силою другое, столько же оныя у себя теряет, сколько сообщает другому, которое от него движение получает .» Введение понятия «корпускулы» наряду с понятием «элемента» (атома) означало признание того, что определенная совокупность атомов создает новое единство, действующее как целое, некий новый качественный «узел». Это была перспективная идея, ибо только через естествознание человечество могло прийти к идее развития, образования сложных форм вещества из соединения простых.

Самый характер соединения Ломоносов мыслил не как простое сложение составных элементов. Он подчеркивал, что природа новых образований зависит не только от того, какие элементы входят в эти образования (корпускулы), но и от того, каков характер связи между элементами. Ломоносов, приняв гипотезу о вращательном движении молекул-корпускул, вывел ряд следствий:

1. Частицы-корпускулы имеют шарообразную форму.
2. При более быстром вращении частиц теплота увеличивается, а при более медленном – уменьшается.
3. Горячее тело должно охлаждаться при соприкосновении с холодным и, наоборот, холодные тела должны нагреваться вследствие ускорения движения при соприкосновении.

Ломоносов критиковал теорию теплорода (или флогистона – не имеющей массы невесомой жидкости), которую он считал возвратом к представлениям древних об элементарном огне. По мысли Ломоносова, упругость газов (воздуха) является свойством коллектива атомов. Сами атомы «должны быть телесными и иметь продолжение», форма их «весьма близка» к шарообразной. Воззрения на теплоту как форму движения мельчайших «нечувствительных» частиц высказывались еще в XVI в. Бэконом, Декартом, Ньютоном, Гуком. Эту же идею разрабатывал и М. Ломоносов, однако он оставался почти в одиночестве, так как многие его современники были сторонниками концепции «теплорода». И только позднее Дэви и затем Юнг и Мор доказали, что теплота является формой движения и что следует рассматривать теплоту как колебательное движение частиц материи. Последующими работами Майера, Джоуля, Гельмгольца был установлен закон сохранения и превращения энергии.

Атомно-молекулярное учение о материи лежало в основе многих физических и химических исследований на всем протяжении истории науки. Со времени Бойля оно стало служить химии и было положено Ломоносовым в основу учения о химических превращениях.

Итальянский ученый Э. Торричелли (1608-1647) доказал существование атмосферного давления. Французский математик и физик Б. Паскаль (1623-1662) открыл закон: давление, производимое на поверхность жидкости внешними силами, передается жидкостью одинаково во всех направлениях.

Вместе с Г. Галилеем и С. Стевиным Блез Паскаль считается основоположником классической гидростатики. Он указал на общность основных законов равновесия жидкостей и газов. В 1703 г. немецкий ученый Г. Шталь (1659-1734) сформулировал теорию, точнее, гипотезу о природе горючести в веществах.

Английский ученый Р. Бойль (1627-1691) ввел в химию атомистику, это дало основание Ф. Энгельсу сказать о работах Бойля: «Бойль делает из химии науку». Голландец X. Гюйгенс (1629-1695) вошел в историю науки как создатель подтвержденного экспериментами первого научного труда по волновой оптике – «Трактата о свете»; он был первым физиком, исследовавшим поляризацию света.

Наука о тепле потребовала точных температурных измерений. Появились термометры с постоянными точками отсчета: Фаренгейта, Делиля, Ломоносова, Реомюра, Цельсия.

А. Лавуазье (1743-1794) разработал в 1780 г. кислородную теорию, выявил сложный состав воздуха. Объяснил горение, тем самым доказав несостоятельность теории флогистона, который и М. В. Ломоносов исключал из числа химических элементов.

Работавший в Петербургской академии наук Л. Эйлер (1707-1783) установил закон сохранения момента количества движения, развил волновую теорию света, определил уравнения вращательного движения твердого тела.

Американский ученый Б. Франклин (1706-1790) разработал теорию положительного и отрицательного электричества, доказал электрическую природу молнии.

Английский физик Г. Кавендиш (1731-1810) и независимо от него французский физик Ш. Кулон (1736-1806) открыли закон электрических взаимодействий.

Итальянский ученый А. Вольта (1745-1827) сконструировал первый источник постоянного тока («вольтов столб») и установил связь между количеством электричества, емкостью и напряжением. Одним из первых трудов, посвященных описанию нового источника постоянного тока, была выпущенная в 1803 г. книга русского ученого В. Петрова «Сообщение о гальвано-вольтовых опытах».

Начало практическим исследованиям электромагнетизма положили работы датчанина X. Эрстеда, француза А. Ампера, русских ученых Д. М. Велланского и Э. Ленца, англичанина М. Фарадея, немецкого физика Г. Ома и др.

Крупнейший немецкий ученый Г. Гельмгольц (1821-1894) распространил закон сохранения энергии с механических и тепловых процессов на явления электрические, магнитные и оптические. Им был установлен ряд законов, касающихся газов, заложены основы кинетической теории газов, термодинамики, открыты инфракрасные и ультрафиолетовые лучи.

М. Фарадей (1791-1867) — английский физик, химик и физико-химик, основоположник учения об электромагнитном поле, электромагнитной индукции – открыл количественные законы электролиза.

В 1803 г. английский физик и химик Дж. Дальтон (1766-1844) опубликовал основополагающие работы по химической атомистике, вывел закон кратных отношений.

Дальтон ввел в науку, в частности в химию, понятие атомного веса (атомной массы), приняв за единицу вес водорода. По Дальтону, атом — мельчайшая частица химического элемента, отличающаяся от атомов других элементов своей массой. Он открыл явление диффузии газов (кстати, явление, которым примерно через сто лет воспользовались для получения высокообогащенного урана при создании ядерных бомб).

В XVII–XIX вв. атомы считались абсолютно неделимыми и неизменными частицами материи. Атомистика в значительной мере носила все еще абстрактный характер. В XIX в. большой вклад в разработку научной базы атомистики внесли такие ученые, как Максвелл, Клаузиус, Больцман, Гиббс и др.

В недрах химической науки родилась гипотеза о строении всех атомов из атомов водорода. Именно химико-физики ближе всех подошли к пониманию физического смысла идей атомистики. Они постепенно приближались к выяснению природы атомизма, а последующие поколения ученых – к пониманию действительного строения атома и его ядра.

Предыстория познания атомного ядра начинается в 1869 г. с гениального открытия Д. И. Менделеевым периодического закона химических элементов.

Д. И. Менделеев (1834-1907) был первым, кто попытался классифицировать все элементы, и именно ему мы обязаны нынешним видом Периодической системы. Периодическая система элементов стала в конце прошлого века памятником упорству, труду и аккуратности в экспериментальной работе.

В Периодической системе Менделеева нашли отражение сложность структуры атома и значимость ранее неизвестных основных характеристик атомного ядра – его массового числа А и порядкового номера 2. В течение всей последующей истории ядерной физики периодический закон Менделеева, обогащенный новыми открытиями, служил путеводной нитью исследований. Именно с конца XIX в. подход к изучению атома стал действительно научным, имеющим экспериментальную основу. Никто из естествоиспытателей той эпохи не проник так глубоко в понимание взаимосвязи между атомами и молекулами, как Д. И. Менделеев. В 1894 г., когда еще не была ясна модель не только атома, но и молекулы, Менделеев выдвинул гипотезу о строении атома и молекулы. Положив в основу признание существования атомов и молекул, связи между материей и движением, он высказал мысль, что атомы можно представить себе как бесконечно малую Солнечную систему, находящуюся в непрерывном движении. Неизменность атомов, подчеркивал Менделеев, не дает исследователю никакого основания считать их «неподвижными» и «недеятельными в их внутренней сущности», атомы подвижны.

Менделеев показал, что развитие науки невозможно, если отказаться от признания объективной реальности атомов. Он подчеркивал глубокую внутреннюю связь между атомистическими воззрениями древних (Демокрита) и материалистической философией. Развитие классического учения Демокрита составило, по Менделееву, основу материализма.

Спустя почти 30 лет после появления Периодической системы Менделеева начала свое победное шествие новая наука – ядерная физика.

Атомистика конца XIX – начала XX в.

Гениальные догадки древних ученых о том. что все вещества состоят из атомов, к концу XIX в. полностью подтвердились. К тому времени также было установлено, что атом как единица любого вещества неделим (само слово «атом» по-гречески означает «неделимый»).

Немецкий физик В. Рентген (1845-1923) открыл в 1895 г. излучение, названное им Х-лучами (впоследствии они получили название рентгеновских лучей, или рентгеновского излучения). Он создал первые рентгеновские трубки и сделал анализ некоторых свойств открытого им излучения. Это открытие и последующие исследования сыграли важную роль в изучении строения атома, структуры вещества. Рентгеновское излучение нашло широкое применение в медицине, технике, в различных областях науки.

24 февраля 1896 г. французский физик А. Беккерель (1852-1908) на заседании Парижской Академии наук докладывал об открытии радиоактивности. Исследования радиоактивности проводили супруги Кюри. Всем веществам, которые способны излучать лучи Беккереля, Мария Кюри дала общее название – радиоактивные (что означает способные испускать лучи). С открытия А. Беккерелем в 1896 г. явления радиоактивности берет свое начало новый раздел физики – ядерная физика.

Успехи физики XIX в. позволили существенно продвинуться в создании целостной системы, объединяющей механику Ньютона и электродинамику Максвелла и Лоренца. Теория электромагнитного поля, созданная Максвеллом, вошла в историю науки наряду с такими фундаментальными обобщениями, как ньютонова механика, квантовая механика. Процесс коренного преобразования физики подготавливался научными открытиями конца XIX в., сделанными В. Рентгеном (рентгеновские лучи, 1895 г.), А. Беккерелем (естественная радиоактивность урана, 1896 г.), Дж. Томсоном (открытие электрона, 1897 г., первая модель строения атома), М. Склодовской-Кюри (радиоактивные элементы – полоний и радий, 1898 г.), М. Планком (теория квантов, 1900 г.) и др. Выполненные к началу XX в. работы химиков и физиков, теоретиков и экспериментаторов, вплотную приблизили науку об атоме к проблеме высвобождения ядерной энергии атома.

Атомистика первой половины XX в.

Исследования по радиоактивности стали проводиться в России почти сразу после открытия Беккереля. Ученые И. И. Боргман (1900 г.) и А. П. Афанасьев исследовали свойства радиоактивного излучения, в частности лечебные свойства целебных грязей. В. К. Лебединский (1902 г.) и И. А. Леонтьев (1903 г.) изучали влияние радиоактивности на искровые разряды и определили одними из пер­вых природу гамма-лучей. Н. А. Орлов исследовал действие радия на металлы, парафин, легкоплавкие органические вещества. Кроме Петербургского университета такого рода работы велись в Медицинской академии, в университетах Новороссийска, Харькова и других городов. Важные результаты в этой области были получены В. А. Бородовским, Г. Н. Антоновым, Л. С. Коловрат-Червинским.

В 1900 г. немецкий физик-теоретик М. Планк (1858-1947) ввел новую универсальную постоянную, названную им элементарным квантом действия. Введя понятие кванта энергии, он сформулировал квантовую гипотезу, положив тем самым начало квантовой теории, или, коротко, атомизации действия. Впервые годы эта теория не имела «шумного успеха», пока ее не применил А. Эйнштейн и не показал ее незаменимость для понимания явлений, происходящих в микромире.

В 1911 г. Э. Резерфорд (1871-1937) сделал в Манчестере доклад «Рассеяние альфа- и бета-лучей и строение атома». X. Гейгер и Э. Марсден провели экспериментальную проверку идеи Резерфорда о строении атома. Они подтвердили существование ядра атома как устойчивой его части, несущей в себе почти всю массу ато­ма и обладающей положительным зарядом.

В 1913 г. Н. Бор (1885-1962) опубликовал серию статей «О строении атомов и молекул», открывших путь к атомной квантовой механике.

Многочисленные исследования, проведенные этими учеными позволили сформулировать основные положения молекулярно-кинетической теории – МКТ.

МКТ объясняет строение и свойства тел на основе закономерностей движения и взаимодействия молекул, из которых состоят тела.

В основе МКТ лежат три важных положения, подтвержденные экспериментально и теоретически.

1. Все тела состоят из мельчайших частиц – атомов, молекул, в состав которых входят еще более мелкие элементарные частицы (электроны, протоны, нейтроны). Строение любого вещества дискретно (прерывисто).
2. Атомы и молекулы вещества всегда находятся в непрерывном хаотическом движении.
3. Между частицами любого вещества существуют силы взаимодействия – притяжения и отталкивания. Природа этих сил электромагнитная.

Эти положения подтверждаются опытным путем.

Опытное обоснование 1 положения.

Все тела состоят из мельчайших частиц. Во-первых, об этом говорит возможность деления вещества (все тела можно разделить на части).

Наиболее ярким экспериментальным подтверждением представлений молекулярно-кинетической теории о беспорядочном движении атомов и молекул является броуновское движение.

Оно было открыто английским ботаником Р. Броуном (1827 г.). В 1827 году англ. ботаник Броун, изучая внутреннее строение растений с помощью микроскопа обнаружил, что частички твердого вещества в жидкой среде совершают непрерывное хаотическое движение.

Тепловое движение взвешенных в жидкости (или газе) частичек получило название броуновского движения.

Броуновские частицы движутся под влиянием беспорядочных ударов молекул. Из-за хаотического теплового движения молекул эти удары никогда не уравновешивают друг друга. В результате скорость броуновской частицы беспорядочно меняется по модулю и направлению, а ее траектория представляет собой сложную зигзагообразную кривую. Теория броуновского движения была создана А. Эйнштейном (1905 г.). Экспериментально теория Эйнштейна была подтверждена в опытах французского физика Ж. Перрена (1908–1911 гг.).

Причиной броуновского движения является непрерывное хаотическое движение молекул жидкости или газа, которые , беспорядочно ударяясь со всех сторон о частичку, приводят её в движение. Причина броуновского движения частицы в том, что удары молекул о неё не компенсируются. Значит броуновское движение является еще и опытным обоснованием 2 положения МКТ.

Непрерывное движение молекул любого вещества (твердого, жидкого, газообразного) подтверждается многочисленными опытами по диффузии.

Диффузией называют явление самопроизвольного проникновения одного вещества в другое.

Если пахучее вещество (духи) внести в помещение, то через некоторое время запах этого вещества распространится по всему помещению. Это свидетельствует о том, что молекулы одного вещества без воздействия внешних сил проникают в другое. Диффузия наблюдается и в жидкостях, и в твердых телах.

При изучении строения вещества было установлено, что между молекулами одновременно действуют силы притяжения и отталкивания, называемые молекулярными силами. Это силы электромагнитной природы.

Способность твердых тел сопротивляться растяжению, особые свойства поверхности жидкости приводят к выводу , что между молекулами действуют силы притяжения.

Малая сжимаемость весьма плотных газов и особенно жидкостей и твердых тел означает, что между молекулами существуют силы отталкивания.

Эти силы действуют одновременно. Если бы этого не было, то тела не были бы устойчивыми: либо разлетелись бы на частицы, либо слипались.

Межмолекулярное взаимодействие – это взаимодействие электрически нейтральных молекул и атомов.

Силы, действующие между двумя молекулами, зависят от расстояния между ними. Молекулы представляют собой сложные пространственные структуры, содержащие как положительные, так и отрицательные заряды. Если расстояние между молекулами достаточно велико, то преобладают силы межмолекулярного притяжения. На малых расстояниях преобладают силы отталкивания. Зависимости результирующей силы F и потенциальной энергии E_p взаимодействия между молекулами от расстояния между их центрами качественно изображены на рисунке. При некотором расстоянии r = r₀ сила взаимодействия обращается в нуль. Это расстояние условно можно принять за диаметр молекулы. Потенциальная энергия взаимодействия при r = r₀ минимальна. Чтобы удалить друг от друга две молекулы, находящиеся на расстоянии r₀, нужно сообщить им дополнительную энергию E₀. Величина E₀ называется глубиной потенциальной ямы или энергией связи.

Между электронами одной молекулы и ядрами другой действуют силы притяжения, которые условно принято считать отрицательными (нижняя часть графика). Одновременно между электронами молекул и их ядрами действуют силы отталкивания, которые условно считают положительными (верхняя часть графика). На расстоянии равном размеру молекул результирующая сила равна нулю, т.е. силы притяжения уравновешивают силы отталкивания. Это наиболее устойчивое расположение молекул. При увеличении расстояния притяжение превосходит силу отталкивания, при уменьшении расстояния между молекулами – наоборот.

Атомы и молекулы взаимодействуют и значит обладают потенциальной энергией.

Атомы и молекулы находятся в постоянном движении, и значит, обладают кинетической энергией.

Масса и размеры молекул

Большинство веществ состоит из молекул, поэтому для объяснения свойств макроскопических объектов, объяснения и предсказания явлений важно знать основные характеристики молекул.

Молекулой называют наименьшую устойчивую частицу данного вещества, обладающую его основными химическими свойствами.

Молекула состоит из ещё более мелких частиц – атомов, которые в свою очередь , состоят из электронов и ядер.

Атомом называют наименьшую частицу данного химического элемента.

Размеры молекул очень малы.

Порядок величины диаметра молекулы 1*10^{-8 см = 1*10-10 м}

Порядок величины объёма молекулы 1*10^{-20 м3}

О том что размеры молекул малы можно судить и из опыта. В 1 л (м³ ) чистой воды разведем 1 м³ зеленых чернил, тете разбавим чернила в 1 000 000 раз. Увидим, что раствор имеет зеленую окраску и вместе с тем однороден. Это говорит о том, что даже при разбавлении в 1 000 000 раз в воде находится большое количество молекул красящего вещества. Этот опыт показывает, как малы размеры молекул.

В 1 см³ воды содержится 3,7*10^-8 молекул.

Порядок величины массы молекул 1*10^{-23 г = 1*10-26}кг

В молекулярной физике принято характеризовать массы атомов и молекул не их абсолютными значениями (в кг), а относительными безразмерными величинами относительной атомной массой и относительной молекулярной массой.

По международному соглашению в качестве единичной атомной массы m₀ принимается 1/12 массы изотопа углерода ¹²С (m_0С):

m₀ =1/12 m_0С=1,66 *10^-27

Относительную молекулярную массу можно определить, если абсолютное значение массы молекулы (m_мол в кг) разделить на единичную атомную массу.

M₀ = m_мол / 1/12 m_0С

Относительная молекулярная (атомарная) масса вещества (из таблицы Менделеева)

⁷₁₄N Азот           M_0N = 14         M_0N2 = 28

Относительное число атомов или молекул, содержащихся в веществе характеризуется физической величиной, называемой количеством вещества.

Количество вещества ע – это отношение числа молекул (атомов) N в донном макроскопическом теле к числу молекул в 0,012 кгуглерода N_A

Количество вещества выражают в молях

Один моль – это количество вещества, в котором столько же молекул (атомов), сколько атомов содержится в 0,012 кг углерода.

Моль любого вещества содержит одинаковое число молекул. Это число называют постоянной Авогадро N_A =6, 02 * 10²³моль ^-1

Масса одного моля вещества называется молярной массой.

Число молекул в данной массе вещества: 

Масса вещества (любого количества вещества): 

Определение молярной массы: 

Теория Авогадро атомно-молекулярная — Справочник химика 21

    Основы современных представлений о структуре материи были заложены в те далекие времена, когда люди только еще пытались вникнуть в сущность окружающих их вещей. Такие неотделимые от материи понятия, как движение и прерывность (дискретность), были уже предметом дискуссий древнегреческих натурфилософов. Понятие атом (от греческого атоцое — неделимый) восходит к Демокриту (V в. до н. э.). Изучающим химию полезно проследить историю развития атомистических представлений, а также основы кинетической теории. Ниже весьма кратко изложены наиболее важные экспериментальные доказательства, которые послужили краеугольным камнем атомно-молекулярной теории строения материи и так назы-. ваемой теоретической химии (именно так Нернст назвал одну из своих классических работ, снабдив ее подзаголовком Теоретическая химия с точки зрения правила Авогадро и термодинамики ). [c.11]
    В начале XIX в. происходит слияние учения Лавуазье о химических элементах с атомистической теорией. В 1803-1810 гг. Джон Дальтон создает химическую атомистику, открывает закон кратных отношений. В 1811 г. Амедео Авогадро — основные положения молекулярной теории. Начинается новый период развития химии, связанный с возникновением и утверждением атомно-молекулярного учения. [c.67]

    Основы атомно-молекулярного учения (Ломоносов, Дальтон), утвердившиеся на базе этих законов, позволили связать воедино состав, свойства и строение вещества. Тем не менее основоположники атомно-молекулярной теории (Гей-Люссак, Авогадро, Берцелиус, Либих, Бутлеров, Менделеев), считая, что дискретность в химии играет определяющую роль, тем не менее стремились устранить противоречия в точках зрения Пруста и Бертолле, интуитивно понимая прогрессивность взглядов последнего. Подход Бертолле к изучению химических явлений позволил рассматривать химическое взаимодействие в развитии, изменение свойств в процессе превращения, а не только конечный результат этого превращения, т. е. свойства образовавшегося объекта. [c.322]

    XIX в. и характеризуется возникновением и развитием атомной теории Дальтона, атомно-молекулярной теории Авогадро, экспериментальными исследованиями по определению атомных весов, установлением и обоснованием правильных атомных весов, разработкой атомной реформы Канниццаро с его точными формулировками основных понятий атом, молекула, эквивалент. . [c.17]

    Таким образом, после прочтения настоящего раздела мы убедились, что к концу 60-х годов прошлого века было неоспоримо доказано существование атомов и моле- кул, была разработана стройная атомно-молекулярная теория, на которой базировалась вся физика и химия того времени. Мы познакомились пока лишь с основными понятиями и некоторыми из основных законов химии. Подчеркнем еще раз, что атомно-молекулярная теория базировалась на представлении о том, что атом неделим. Вследствие этого атомно-молекулярная теория оказалась не в состоянии объяснить ряд экспериментальных фактов конца XIX — начала XX в., показавших, что атомы делимы, т.е. состоят из каких-то более мелких частиц. Более того, на основании только атомно-молекулярной теории трудно было понять и целый ряд ранних результатов. Например, без дополнительных сведений о природе газообразного состояния трудно объяснить закон Авогадро. Поэтому закон Авогадро и ряд других законов и понятий мы рассмотрим далее, когда познакомимся подробнее с современными представлениями о молекуле, веществе и т.д. [c.12]

    IXовый период развития химии связан с возникновением и утвер- -ждением атомно-молекулярного учения. Как станет ясно из последующего изложения, атомистическая теория Дальтона и молекулярная теория Авогадро заложили прочный фундамент современной химии. Атомно-молекулярное учение объяснило многие факты, уже накопленные в химии, и предсказало новые открытия, которые ярко продемонстрировали силу атомистических теорий. [c.113]

    Большой вклад в развитие атомно-молекулярного учения внесли крупнейшие русские и зарубежные ученые М. В. Ломоносов, Лавуазье, Пруст, Дальтон, Авогадро, Канниццаро, Берцелиус, Д. И. Менделеев, А. М. Бутлеров. Окончательно атомно-молекулярное учение утвердилось как научная теория в середине XIX в. Рассмотрим его основные положения. [c.13]

    Таким образом, Авогадро не только уточнил и расширил закон объемов Гей-Люссака, но и указал целесообразный путь для дальнейшего развития химической атомистики в атомно-молекулярное учение. Приняв существование молекул как физических образований из химических атомов, Авогадро тем самым устранил основной недостаток теории Дальтона — его произвольные допущения о составе сложных атомов [c.115]

    С начала XIX в. атомно-молекулярная теория строения материи прочно укрепилась в науке. Измерения относительных количеств, в которых различные элементы соединяются между собой, привели к установлению понятия химического эквивалента и открытию простых закономерностей, управляющих химическими процессами 1) закон постоянства состава 2) закон кратных отношений 3) закон Авогадро 4) закон кратных объемов. Большая роль в этом принадлежит Дальтону, работы которого дали возможность количественно характеризовать состав различных веществ и выражать его химическими формулами. [c.9]

    Ученые первой четверти XIX в., используя теорию Дальтона, были заняты определением точных атомных масс химических элементов. При этом гипотезу А. Авогадро они не приняли. Основу молекулярной теории Авогадро — деление молекул на составляющие ее атомы — отрицал Я. Берцелиус. Ои придерживался ошибочного постулата об одноатомности молекул простых газов. [c.153]

    Гей-Люссак родился в Сен-Леонаре, был учеником Бертолле, с 1809 г.— профессор физики в Сорбонне и химии в Политехнической школе с 1832 г. был также профессором химии в Ботаническом саду . Его юношеские исследования посвящены газам они привели его к установлению двух законов один, известный как первый закон, Гей-Люссака , устанавливает связь между температурой и объемом газов (применительно к воздуху его предвосхитил Вольта, как об этом сказано на стр. 85), другой, известный как второй закон Гей-Люссака определяет объемные отношения, в которых газы соединяются между собой. Именно этот второй закон послужил Авогадро стимулом для разработки атомно-молекулярной теории. Экспериментальные работы Гей-Люссака действительно внушительны и охватывают как неорганическую и органическую химию, так и аналитическую и прикладную химию. Он внес оригинальный вклад в изучение галогенов, фосфорных кислот, ш елочных металлов и содействовал распространению объемных методов в аналитической химии. В 1815 г. открыл циан, в в 1829 г. ввел метод приготовления щавелевой кислоты, основанный на сплавлении древесных