Атомно-молекулярное учение

Представление об атомах, как конструкционных эле­ментах вещественного мира, зародилось еще в древней Греции (Левкипп, Демокрит, 1У-Ш вв. до н. э.). Но только в конце XVIII — начале XIX в. было создано атомно-молекулярное учение. Важнейший вклад в обоб­щение накопленного материала был сделан М. В. Ломо­носовым.

Атомно-молекулярное учение включает в себя следую­щие основные положения:

1. Все вещества не являются сплошными, а состоят из частиц (молекул, атомов, ионов).

2. Молекулы состоят из атомов (элементов).

3. Различия между веществами определяются разли­чиями образующих их частиц, которые отличаются друг от друга составом, строением и свойствами.

4. Все частицы находятся в постоянном движении, скорость которого увеличивается при нагревании.

Атом — наименьшая частица химического элемента, являющаяся носителем его свойств. Это электронейтраль­ная микросистема, поведение которой подчиняется зако­нам квантовой механики.

Химический элемент — вид атомов, имеющих одина­ковый положительный заряд ядра и характеризующих­ся определенной совокупностью свойств.

Изотопы — атомы одного элемента, различающиеся массой (количеством нейтронов в ядре).

Любой химический элемент в природе представлен определенным изотопным составом, поэтому его масса рассчитывается как некоторая средняя величина из масс изотопов с учетом их содержания в природе.

Молекула— наименьшая частица вещества, являю­щаяся носителем его свойств и способная к самостоя­тельному существованию.

Простое вещество — вещество, молекулы которого состоят только из атомов одного элемента.

Аллотропия— способность элемента образовать про­стые вещества, имеющие различный состав, строение и свойства.

Разновидности аллотропных модификаций определя­ются:

• различным числом атомов элемента в составе моле­кулы простого вещества, например, кислород (О₂) и озон (О₃).

• различиями в строении кристаллической решетки про­стого вещества, например, соединения углерода: гра­фит (плоская, или двумерная, решетка) и алмаз (объемная, или трехмерная решетка).

Сложное вещество — вещество, молекулы которого состоят из атомов разных элементов.

Сложные вещества, состоящие только из двух эле­ментов, называются бинарными, например:

Ø оксиды: CO, CO₂, CaO, Na₂O, FeO, Fe₂O₃;

Ø галогениды: NaCl, CaF₂, FeBr₃;

Ø сульфиды: ZnS, Na₂S, CS₂;

Ø гидриды: CaH₂, LiH, NaH;

Ø нитриды: Li₃N, Ca₃N₂, AlN;

Ø фосфиды: Li₃P, Mg₃P₂, AlP;

Ø карбиды: Be₂C, Al₄C₃, Ag₂C₂;

Ø силициды: Ca₂Si, Na₄Si.

Сложные соединения, состоящие более чем из двух эле­ментов, относятся к основным классам неорганических со­единений. Это гидроксиды(кислоты и основания) и соли, в том числе комплексные соединения.

Атомы и молекулы имеют абсолютную массу, напри­мер, масса атома С¹² равна 2·10^{-26 кг.}

Такими величинами пользоваться на практике неудоб­но, поэтому в химии принята относительная шкала масс.

Атомная единица массы (а. е. м.) равна 1/12 массы изотопа С¹².

Относительная атомная масса (А_r — безразмерная ве­личина) равна отношению средней массы атома к а. е. м.

Относительная молекулярная масса (М_r — безразмер­ная величина) равна отношению средней массы молеку­лы к а. е. м.

Моль (ν — «ню» или n) — количество вещества, содержащее столько же структурных единиц (атомов, молекул или ионов), сколько атомов содержится в 12 г изотопа С¹².

Число Авогадро — число частиц (атомов, молекул, ионов и др.), содержащееся в 1 моле любого вещества.

N_A = 6,02·10²³.

Более точные значения некоторых фундаментальных констант приводятся в таблицах приложения.

Молярная масса вещества (М) — это масса 1 моля вещества. Она рассчитывается как отношение массы ве­щества к его количеству:

(1)

Молярная масса численно равна А_r (для атомов) или М_r (для молекул).

Из уравнения 1 можно определить количество веще­ства, если известны его масса и молярная масса:

(2)

Молярный объем (V_m для газов) — объем одного моля вещества. Рассчитывается как отношение объема газа к его количеству:

(3)

Объем 1 моля любого газа при нормальных условиях (Р = 1 атм = 760 мм. рт. ст. = 101,3 кПа; T = 273ТС = 0°С) равен 22,4 л.

(4)

Плотность вещества равна отношению его массы к объему.

(5)