Химия для чайников с нуля, основы химии | HIMI4KA
Oтзывы и предложения

Заключение к главе «Атомы, молекулы и ионы»

Нравится6

Заключение к главе «Атомы, молекулы и ионы» является неотъемлемой частью курса «Химия для чайников» и представляет собой краткие выводы, содержащиеся в уроках данной главы. Настоятельно рекомендую сначала пройти все уроки, а только затем читать заключение. Если вы последуете этому совету, то знания, полученные в данной главе хорошо закрепятся в вашей памяти.

Заключение к главе "Атомы, молекулы и ионы"

Атом состоит из положительно заряженного ядра, которое окружено таким числом отрицательно заряженных электронов, что в целом атом оказывается электрически нейтральным. Ядро в свою очередь состоит из положительно заряженных протонов и нейтральных нейтронов; масса каждой из этих частиц приблизительно равна 1 а.е.м. Масса электрона очень мала и приблизительно равна 1/1836 части массы протона; заряд электрона равен по величине, но противоположен по знаку заряду протона. Суммарное число протонов в ядре (или электронов в нейтральном атоме) называется атомным номером Z. Суммарное число протонов и нейтронов в атоме называется его массовым числом, а масса атома, выраженная в атомных единицах массы, называется его атомной массой. Атомная масса всегда несколько меньше суммы масс частиц, входящих в состав атома, поскольку при образовании атома из этих частиц часть массы превращается в энергию и выделяется в виде излучения (дефект массы).

 

Все атомы с одинаковым числом протонов и, следовательно, с одинаковым атомным номером рассматриваются как атомы одного элемента и обозначаются одно- или -двухбуквенным символом. Атомы одного элемента с различным числом нейтронов называются изотопами данного элемента. Для обозначения изотопов слева от символа элемента при помощи верхнего индекса указывают массовое число (например, 37Cl). Иногда слева от символа элемента нижним индексом указывают также атомный номер, или, как чаще говорят, порядковый номер элемента (например, 3717Cl), хотя это вовсе необязательно, поскольку название элемента и его порядковый номер полностью определяются символом элемента. Каждый изотоп элемента имеет собственную атомную массу, а естественная атомная масса представляет собой средневзвешенное значение из этих изотопных масс; усреднение производится в соответствии с естественным содержанием каждого изотопа в природе.

 

Совокупность атомов, удерживаемых вместе химическими связями, называется молекулой. Обычно (хотя далеко не всегда) образование связей в молекуле можно объяснить существованием электронных пар, каждая из которых связывает между собой два атома. Такая связь, образуемая электронной парой, называется ковалентной связью. Сумма атомных масс всех атомов в молекуле дает ее молекулярную массу. Хотя атомы, относящиеся к различным молекулам, непосредственно не связываются друг с другом, все молекулы обладают некоторой "липкостью" и притягиваются к другим молекулам. Эти вандерваальсовы силы притяжения заставляют молекулы газа слипаться друг с другом, образуя жидкость, если температура становится становится достаточно низкой; под действием тех же сил молекулы жидкости выстраиваются в правильную кристаллическую решетку, когда температура вещества понижается еще больше. Температура, при которых происходят два указанных перехода, называются соответственно температурой кипения (Т) и температурой плавленияпл).

 

Если два атома отличаются от присущей им способности притягивать электроны, т.е. по электроотрицательности, то электронная пара, при помощи которой между ними создается химическая связь, смещается в сторону атома с большей электроотрицательностью и на нем возникает отрицательный заряд, а на другом атоме - положительный заряд. Такие связи и молекулы, в которых они имеются, называются полярными. Полярные молекулы не только притягиваются друг к другу, но и могут притягивать к себе положительные или отрицательные ионы. Температура кипения и плавления веществ с полярными молекулами выше, чем можно ожидать, судя только по величине вандерваальсовых сил притяжения, поскольку полярность молекул обуславливает появление дополнительных сил межмолекулярного притяжения.

 

Атомные и молекулярные массы измеряют в шкале атомных единиц массы (а.е.м.), согласно которой 1 а.е.м. определяется как одна двенадцатая часть массы атома 12C. Масса химического вещества (атомов, молекул или ионов), численно равная его атомной массе, но выраженная в граммах, определяется как 1 моль этого вещества. 1 моль любого вещества - атомов, молекул или ионов - содержит всегда одинаковое число частиц этого вещества. Это свойство делает моль удобной мерой счета частиц, осуществляемого просто путем их взвешивания. Таким образом, атомные и молекулярные массы могут измеряться в граммах на моль либо в атомных единицах массы (а.е.м.) на молекулу (или атом).

 

Некоторые атомы, в частности атомы металлов, слабо удерживают свои электроны и способны терять один, два и больше электронов, превращаясь в положительно заряженные ионы, или катионы. Атомы многих неметаллов, а также группы атомов, наоборот, присоединяют к себе один или несколько отрицательных зарядов, превращаясь в отрицательно заряженные ионы, или анионы. Соль - это соединение определенного числа катионов и анионов, которое обладает нулевым результирующим зарядом. Общеизвестная поваренная соль NaCl содержит равное число ионов Na+ и Cl-. Оттягивание или полное удаление электронов от частицы называется ее окислением, а присоединение или приближение электронов к частице называется ее восстановлением. Поскольку в химических реакциях никогда не происходит образования или уничтожения электронов, окисление одного вещества всегда сопровождается восстановлением какого-либо другого вещества.

 

Простые анионы, образованные в результате присоединения электронов к отдельным атомам, получают название путем добавления к названию атома окончания -ид, например хлорид-ион (Cl-), сульфид-ион (S2-). Для комплексных ионов, образованных атомом неметалла с кислородом, высшее и низшее состояние окисления центрального атома различаются при помощи суффиксов -ат и -ит. Состояние окисления катионов металлов указывается римской цифрой после названия металла, например ионы Fe3+ называются ионами железа (III).

 

Хотя соли не состоят из отдельных молекул и поэтому, строго говоря, не имеют молекулярной массы, им приписывают обычные химические формулы, которые выражают простейшим возможным способом общий состав соли. Масса одного моля таких формульных единиц соли называется ее формульной массой, но обычно продолжают говорить о "молекулярной массе" соли. Так хлорид магния содержит один ион Mg2+ на каждые два иона Cl-, в результате чего его суммарный заряд оказывается равным нулю, химическая формула этой соли MgCl2, а ее молекулярная масса равна 95,211 г.

 

Координационным числом центрального атома в комплексном ионе или молекуле называют число атомов или химических групп, непосредственно присоединенных к данному атому. В качестве присоединенных к нему групп могут выступать либо простые ионы типа O2- или Cl-, либо молекулы, например аммиак NH3 или вода H2O. Максимальное координационное число данного центрального атома зависит от размеров этого атома и размеров окружающих его групп. Наиболее распространенными координационными числами являются 2, 3, 4 и 6.

 

Соли имеют более высокие температуры плавления и кипения, чем молекулярные вещества, потому что для разрушения их устойчивой кристаллической решетки необходима большая тепловая энергия; еще большая тепловая энергия требуется для того, чтобы заставить положительные и отрицательные ионы обобществить свои электроны и объединиться в нейтральные молекулы, способные перейти в газовую фазу. Однако многие соли хорошо растворяются в воде, поскольку притяжение со стороны полярных молекул воды позволяет компенсировать притяжение между ионами кристалла. Ионы, окруженные в растворе полярными молекулами воды, называются гидратированными. Бензин и другие неполярные жидкости неспособны растворять соли, поскольку они не гидратируют ионы (точнее, не сольватируют их, так как в этом случае растворителем является не вода).

 

Если электрический ток пропускают через расплав или раствор соли, прохождение тока осуществляется ионами, мигрирующими в противоположных направлениях. На катоде, где электроны поступают в соляную среду, катионы металла восстанавливаются до свободного металла. На аноде, где электроны перетекают из соли обратно во внешнюю цепь, анионы окисляются с образованием свободных неметаллических элементов. Этот процесс называется электролизом. Фарадей установил строгое соотношение между величиной заряда, прошедшего через прибор для электролиза, и количественной мерой происходящего при этом химического превращения: 96485 Кл заряда должны приводить к выделению 1 моля каждого продукта в котором превращение затрагивает 1 электрон на ион. Величина, равная 96485 Кл, представляет собой просто заряд 1 моля электронов и называется фарадеем (1F) заряда.

 

Электроны как отдельные частицы исследовались физиками, занимавшимися изучением электрических разрядов в разреженных газах при больших напряжениях. Катодные лучи представляют собой пучок электронов, оторванных от атомов газа. Дж. Томсон, изучая отклонение катодных лучей в электрическом и магнитном полях показал, что эти лучи образованы отрицательно заряженными частицами, и измерил отношение заряда этих частиц к их массе. В сочетании с результатами Фарадея это позволило вычислить число Авогадро, т.е. число электронов, составляющих 1F заряда, или число частиц в моле любого вещества.

 

Прочитав заключение к главе «Атомы, молекулы и ионы», вы полностью изучили первый раздел. Надеюсь, что вы открыли для себя много нового и занимательного. Если стремление к изучению курса «Химия для чайников» стало еще больше, то незамедлительно переходите к второму разделу под названием «Законы сохранения массы и энергии».

Комментарии 0   Просмотров 2 226
Понравился урок? 6Нравится
Ваш комментарий: