Kimyo, biz uning asosiy tushunchalarini ko'rib chiqamiz - bu moddalar va ularning tuzilishi va tarkibi, shuning uchun xossalari o'zgarishi bilan sodir bo'ladigan o'zgarishlarni o'rganadigan fan. Avvalo, "modda" atamasi nimani anglatishini aniqlash kerak. Agar bu haqda keng ma'noda gapiradigan bo'lsak, u dam massasiga ega bo'lgan materiya shaklidir. Modda har qanday elementar zarrachadir, masalan, neytron. Kimyoda bu tushuncha tor maʼnoda qoʻllaniladi.
Boshlash uchun kimyo, atom va molekulyar fanlarning asosiy atama va tushunchalarini qisqacha tavsiflab beraylik. Shundan so'ng biz ularni tushuntiramiz, shuningdek, ushbu fanning muhim qonunlarini bayon qilamiz.
Kimyoning asosiy tushunchalari (modda, atom, molekula) har birimizga maktab davridan tanish. Quyida ular, shuningdek, unchalik aniq boʻlmagan boshqa atama va hodisalarning qisqacha tavsifi berilgan.
Atomlar
Birinchidan, kimyoda oʻrganiladigan barcha moddalar atomlar deb ataladigan mayda zarrachalardan tashkil topgan. Neytronlar bu fanning o'rganish ob'ekti emas. Shuni ham aytish kerakki, atomlar bir-biri bilan birlashishi mumkin, natijada kimyoviy bog'lanishlar hosil bo'ladi. Uchunbu aloqani uzish uchun energiya talab qilinadi. Binobarin, normal sharoitda atomlar alohida-alohida mavjud emas ("olijanob gazlar" bundan mustasno). Ular bir-biri bilan hech boʻlmaganda juftlik bilan bogʻlanadi.
Doimiy issiqlik harakati
Uzluksiz issiqlik harakati kimyo tomonidan o'rganiladigan barcha zarrachalarni tavsiflaydi. Bu fanning asosiy tushunchalarini bu haqda gapirmasdan turib aytib bo'lmaydi. Uzluksiz harakatda zarrachalarning o'rtacha kinetik energiyasi haroratga mutanosib bo'ladi (ammo, alohida zarrachalarning energiyalari har xil ekanligini ta'kidlash kerak). Ekin=kT / 2, bu erda k - Boltsman doimiysi. Ushbu formula har qanday harakat uchun amal qiladi. Ekin=mV2 / 2 boʻlgani uchun massiv zarrachalarning harakati sekinroq boʻladi. Misol uchun, agar harorat bir xil bo'lsa, kislorod molekulalari uglerod molekulalariga qaraganda o'rtacha 4 marta sekin harakat qiladi. Buning sababi shundaki, ularning massasi 16 marta katta. Harakat tebranish, tarjima va aylanishdir. Tebranish suyuqlikda, qattiq va gazsimon moddalarda kuzatiladi. Ammo translatsiya va aylanish gazlarda eng oson amalga oshiriladi. Bu suyuqliklarda qiyinroq, qattiq moddalarda esa undan ham qiyin.
Molekulalar
Keling, kimyoning asosiy tushunchalari va ta'riflarini tavsiflashni davom ettiramiz. Agar atomlar bir-biri bilan birlashib, kichik guruhlarni (ular molekulalar deb ataladi) hosil qilsa, bunday guruhlar issiqlik harakatida ishtirok etib, bir butun sifatida harakat qiladi. Oddiy molekulalarda 100 tagacha atom mavjud va ularning soni shundaymakromolekulyar birikmalar 105 ga yetishi mumkin.
Nomolekulyar moddalar
Ammo atomlar koʻpincha 107 dan 1027 gacha boʻlgan ulkan jamoalarda birlashadi. Bu shaklda ular issiqlik harakatida deyarli qatnashmaydi. Bu assotsiatsiyalar molekulalarga unchalik o'xshamaydi. Ular ko'proq qattiq jismning bo'laklariga o'xshaydi. Ushbu moddalar odatda molekulyar bo'lmagan deb ataladi. Bunday holda, issiqlik harakati parcha ichida amalga oshiriladi va u molekula kabi uchmaydi. 105 dan 107 gacha bo'lgan miqdorda atomlardan tashkil topgan assotsiatsiyalarni o'z ichiga olgan o'tish o'lchami diapazoni ham mavjud. Bu zarralar juda katta molekulalar yoki ular mayda kukun donalaridir.
Ionlar
Shuni ta'kidlash kerakki, atomlar va ularning guruhlari elektr zaryadiga ega bo'lishi mumkin. Bunday holda, ular biz o'rganadigan asosiy tushunchalarni kimyo kabi fanda ionlar deb ataladi. Xuddi shu nomdagi zaryadlar har doim bir-birini qaytarganligi sababli, ma'lum zaryadlarning sezilarli darajada ko'p bo'lgan modda barqaror bo'lolmaydi. Kosmosdagi manfiy va musbat zaryadlar doimo almashinib turadi. Va umuman olganda modda elektr neytral bo'lib qoladi. E'tibor bering, elektrostatikada katta hisoblangan zaryadlar kimyo nuqtai nazaridan ahamiyatsiz (105-1015 atomlar uchun - 1e).
Kimyo fanidan oʻrganish obʼyektlari
Aniqlik kiritish kerakki, kimyo fanining oʻrganish obʼyektlari boʻlgan hodisalardir.atomlar yo'q qilinadi, lekin faqat qayta guruhlanadi, ya'ni ular yangi usulda birlashtiriladi. Ba'zi havolalar buziladi, natijada boshqalar hosil bo'ladi. Boshqacha qilib aytganda, dastlabki moddalar tarkibiga kirgan atomlardan yangi moddalar paydo bo'ladi. Biroq, ikkala atom ham, ular orasidagi mavjud bog'lar ham saqlanib qolsa (masalan, molekulyar moddalarning bug'lanishi paytida), unda bu jarayonlar endi kimyoning emas, balki molekulyar fizikaning o'rganish sohasi hisoblanadi. Atomlar hosil bo'lgan yoki yo'q qilingan taqdirda, biz yadro yoki atom fizikasini o'rganish mavzulari haqida gapiramiz. Biroq, kimyoviy va fizik hodisalar o'rtasidagi chegara xiralashgan. Zero, alohida fanlarga bo‘linish shartli, tabiat esa bo‘linmasdir. Shuning uchun kimyogarlar uchun fizikani bilish juda foydali.
Kimyoning asosiy tushunchalarini biz qisqacha bayon qildik. Endi biz sizni ularni batafsil ko'rib chiqishni taklif qilamiz.
Atomlar haqida batafsil
Atomlar va molekulalar ko'pchilik kimyo bilan bog'langan narsadir. Ushbu asosiy tushunchalar aniq belgilanishi kerak. Atomlarning mavjudligi ikki ming yil avval ajoyib tarzda taxmin qilingan. Keyin, 19-asrda, olimlar eksperimental ma'lumotlarga ega edilar (hali ham bilvosita). Gap Avogadroning ko'p nisbatlari, kompozitsiyaning doimiylik qonunlari (quyida kimyoning ushbu asosiy tushunchalarini ko'rib chiqamiz). Atom 20-asrda ko'plab to'g'ridan-to'g'ri eksperimental tasdiqlar paydo bo'lganida o'rganishni davom ettirdi. Ular spektroskopiya ma'lumotlariga, rentgen nurlari, alfa zarralari, neytronlar, elektronlar va boshqalarning tarqalishiga asoslangan edi. Bu zarrachalarning o'lchami taxminan 1 E=1o-10daq. Ularning massasi taxminan 10-27 - 10-25 kg. Bu zarrachalarning markazida musbat zaryadli yadro joylashgan bo‘lib, uning atrofida manfiy zaryadli elektronlar harakatlanadi. Yadroning o'lchami taxminan 10-15 m. Ma'lum bo'lishicha, elektron qobiq atom hajmini belgilaydi, lekin uning massasi deyarli to'liq yadroda to'plangan. Kimyoning asosiy tushunchalarini hisobga olgan holda yana bir ta'rifni kiritish kerak. Kimyoviy element yadro zaryadi bir xil bo'lgan atom turidir.
Koʻpincha atomga kimyoviy jihatdan boʻlinmaydigan moddaning eng kichik zarrasi sifatida taʼrif beriladi. "Kimyoviy" ni qanday tushunish kerak? Yuqorida aytib o'tganimizdek, hodisalarning fizik va kimyoviy bo'linishi shartli. Ammo atomlarning mavjudligi shartsizdir. Shuning uchun kimyoni ular orqali emas, balki atomlarni kimyo orqali aniqlash yaxshidir.
Kimyoviy aloqa
Atomlarni birga ushlab turadigan narsa shu. Ularning termal harakat ta'sirida tarqalishiga yo'l qo'ymaydi. Biz aloqalarning asosiy xususiyatlarini qayd etamiz - bu yadrolararo masofa va energiya. Bular ham kimyoning asosiy tushunchalaridir. Bog'lanish uzunligi etarlicha yuqori aniqlik bilan eksperimental tarzda aniqlanadi. Energiya - ham, lekin har doim emas. Masalan, murakkab molekuladagi bitta bog'lanishga nisbatan uning nima ekanligini ob'ektiv aniqlash mumkin emas. Biroq, barcha mavjud aloqalarni uzish uchun zarur bo'lgan moddaning atomizatsiya energiyasi doimo aniqlanadi. Bog'lanish uzunligini bilib, qaysi atomlar bog'langanligini (ular qisqa masofaga ega) va qaysi biri yo'qligini (uzoq masofaga ega) aniqlash mumkin.masofa).
Koordinatsiya raqami va muvofiqlashtirish
Analitik kimyoning asosiy tushunchalari shu ikki atamani oʻz ichiga oladi. Ular nima uchun turishadi? Keling, bilib olaylik.
Koordinatsion raqam - ma'lum bir atomning eng yaqin qo'shnilari soni. Boshqacha qilib aytganda, bu kimyoviy jihatdan u bilan bog'langanlarning soni. Muvofiqlashtirish - qo'shnilarning nisbiy holati, turi va soni. Boshqacha qilib aytganda, bu tushuncha yanada mazmunli. Masalan, ammiak va nitrat kislota molekulalariga xos bo'lgan azotning koordinatsion soni bir xil - 3. Ammo ularning koordinatsiyasi har xil - tekis bo'lmagan va tekis. U bog'lanish tabiati haqidagi g'oyalardan mustaqil ravishda aniqlanadi, oksidlanish darajasi va valentlik esa koordinatsiya va tarkibni oldindan bashorat qilish uchun yaratilgan shartli tushunchalardir.
Molekula ta'rifi
Biz kimyoning asosiy tushunchalari va qonunlarini qisqacha koʻrib chiqib, bu tushunchaga toʻxtalib oʻtdik. Endi bu haqda batafsilroq to'xtalib o'tamiz. Darsliklarda ko'pincha molekula o'zining kimyoviy xossalariga ega bo'lgan va mustaqil ravishda mavjud bo'lishga qodir bo'lgan moddaning eng kichik neytral zarrasi sifatida ta'riflanadi. Shuni ta'kidlash kerakki, bu ta'rif endi eskirgan. Birinchidan, barcha fiziklar va kimyogarlar molekula deb ataydigan narsa moddaning xususiyatlarini saqlamaydi. Suv ajraladi, lekin buning uchun kamida 2 molekula kerak bo'ladi. Suvning dissotsilanish darajasi 10-7. Boshqacha qilib aytganda, faqat bitta molekula bu jarayonni boshdan kechirishi mumkin.10 milliondan. Agar sizda bitta yoki hatto yuzta molekula bo'lsa, siz uning dissotsiatsiyasi haqida tasavvurga ega bo'lolmaysiz. Gap shundaki, kimyodagi reaktsiyalarning issiqlik effektlari odatda molekulalar orasidagi o'zaro ta'sir energiyasini o'z ichiga oladi. Shuning uchun ularni ulardan biri topa olmaydi. Molekulyar moddaning ham kimyoviy, ham fizik xossalarini faqat molekulalarning katta guruhidan aniqlash mumkin. Bundan tashqari, mustaqil ravishda mavjud bo'lishga qodir bo'lgan "eng kichik" zarracha cheksiz katta va odatdagi molekulalardan juda farq qiladigan moddalar mavjud. Molekula aslida elektr zaryadlanmagan atomlar guruhidir. Muayyan holatda, bu bitta atom bo'lishi mumkin, masalan, Ne. Bu guruh diffuziyada hamda umuman boshqa issiqlik harakati turlarida ishtirok eta olishi kerak.
Koʻrib turganingizdek, kimyoning asosiy tushunchalari unchalik oddiy emas. Molekula - bu diqqat bilan o'rganilishi kerak bo'lgan narsa. U molekulyar og'irligi bilan bir qatorda o'ziga xos xususiyatlarga ega. Ikkinchisi haqida hozir gaplashamiz.
Molekulyar og'irlik
Molekulyar og'irlikni tajriba orqali qanday aniqlash mumkin? Bir yo'l bug'ning nisbiy zichligiga ko'ra Avogadro qonuniga asoslanadi. Eng aniq usul massa spektrometridir. Elektron molekuladan ajralib chiqadi. Olingan ion avval elektr maydonida tezlashadi, so'ngra magnit yo'l bilan og'adi. Zaryadning massaga nisbati og'ishning kattaligi bilan aniq belgilanadi. Eritmalarning xossalariga asoslangan usullar ham mavjud. Biroq, bu barcha holatlarda molekulalar albatta bo'ladiharakatda bo'lishi kerak - eritmada, vakuumda, gazda. Agar ular harakatlanmasa, ularning massasini ob'ektiv ravishda hisoblash mumkin emas. Va bu holatda ularning mavjudligini aniqlash qiyin.
Molekulyar bo'lmagan moddalarning xususiyatlari
Ular haqida gapirganda, ular molekulalardan emas, atomlardan tashkil topganligini ta'kidlashadi. Biroq, xuddi shu narsa asil gazlar uchun ham amal qiladi. Bu atomlar erkin harakatlanadi, shuning uchun ularni bir atomli molekulalar deb hisoblash yaxshiroqdir. Biroq, bu asosiy narsa emas. Eng muhimi, molekulyar bo'lmagan moddalarda bir-biriga bog'langan juda ko'p atomlar mavjud. Shuni ta'kidlash kerakki, barcha moddalarning molekulyar bo'lmagan va molekulyar bo'linishi etarli emas. Bog'lanish bo'yicha bo'linish yanada mazmunli. Misol uchun, grafit va olmosning xususiyatlaridagi farqni ko'rib chiqing. Ikkalasi ham uglerod, lekin birinchisi yumshoq, ikkinchisi esa qattiq. Ular bir-biridan qanday farq qiladi? Farqi aniq ularning ulanishida. Agar grafitning tuzilishini ko'rib chiqsak, kuchli bog'lanishlar faqat ikki o'lchovda mavjudligini ko'ramiz. Ammo uchinchisida, atomlararo masofalar juda muhim, shuning uchun kuchli aloqa yo'q. Grafit bu qatlamlarda osongina siljiydi va boʻlinadi.
Tuzilish ulanishi
Aks holda u fazoviy oʻlcham deb ataladi. U kosmosning o'lchamlari sonini ifodalaydi, ular uzluksiz (deyarli cheksiz) yadrolar tizimiga (kuchli ulanishlar) ega ekanligi bilan tavsiflanadi. Qabul qilishi mumkin bo'lgan qiymatlar 0, 1, 2 va 3. Shuning uchun uch o'lchovli bog'langan, qatlamli, zanjirli va orol (molekulyar) tuzilmalarni farqlash kerak.
Qonunkompozitsiyaning mustahkamligi
Biz kimyoning asosiy tushunchalarini allaqachon bilib oldik. Mavzu biz tomonimizdan qisqacha ko'rib chiqildi. Endi unga tegishli qonun haqida gapiraylik. Odatda u quyidagicha ifodalanadi: har qanday individual modda (ya'ni sof), qanday olinganidan qat'i nazar, bir xil miqdoriy va sifat tarkibiga ega. Ammo "sof modda" atamasi nimani anglatadi? Keling, bilib olaylik.
Ikki ming yil avval, moddalarning tuzilishini hali toʻgʻridan-toʻgʻri usullar bilan oʻrganish mumkin boʻlmaganda, bizga tanish boʻlgan kimyoning asosiy kimyoviy tushunchalari va qonuniyatlari ham mavjud boʻlmaganda, u tavsifiy tarzda aniqlangan. Masalan, suv dengiz va daryolarning asosini tashkil etuvchi suyuqlikdir. Uning hidi, rangi, ta'mi yo'q. Unda falon muzlash va erish nuqtalari bor, mis sulfat undan ko'k rangga aylanadi. Tuzli dengiz suvi, chunki u toza emas. Biroq, tuzlarni distillash orqali ajratish mumkin. Taxminan shunday qilib, tavsifiy usulda kimyoning asosiy kimyoviy tushunchalari va qonunlari aniqlandi.
O'sha davr olimlari uchun har xil usullarda (vodorodni yoqish, vitriolni suvsizlantirish, dengiz suvini distillash) ajratib olingan suyuqlik bir xil tarkibga ega ekanligi aniq emas edi. Fandagi buyuk kashfiyot bu haqiqatning isboti edi. Kislorod va vodorodning nisbati bir tekis o'zgarmasligi aniq bo'ldi. Bu shuni anglatadiki, elementlar atomlardan - bo'linmas qismlardan iborat. Moddalarning formulalari shu tariqa olingan va olimlarning molekulalar haqidagi g'oyasi isbotlangan.
BHozirgi vaqtda har qanday modda, aniq yoki bilvosita, erish nuqtasi, ta'mi yoki rangi bilan emas, balki birinchi navbatda formula bilan belgilanadi. Suv - H2O. Agar boshqa molekulalar mavjud bo'lsa, u endi toza bo'lmaydi. Demak, sof molekulyar modda faqat bitta turdagi molekulalardan tashkil topgan moddadir.
Ammo, bu holda elektrolitlar haqida nima deyish mumkin? Axir ular nafaqat molekulalarni, balki ionlarni ham o'z ichiga oladi. Keyinchalik qat'iy ta'rif kerak. Sof molekulyar modda - bu bir xil turdagi molekulalardan, shuningdek, ehtimol, ularning qaytariladigan tez o'zgarishi (izomerlanish, assotsiatsiya, dissotsiatsiya) mahsulotlaridan tashkil topgan moddadir. Ushbu kontekstdagi "tez" so'zi biz ushbu mahsulotlardan xalos bo'lolmasligimizni anglatadi, ular darhol yana paydo bo'ladi. "Qaytariladigan" so'zi transformatsiya tugallanmaganligini ko'rsatadi. Agar olib kelingan bo'lsa, unda beqaror deb aytish yaxshidir. Bu holda u sof modda emas.
Materiya massasining saqlanish qonuni
Bu qonun qadim zamonlardan beri metafora shaklida ma'lum. U materiya yaratib bo'lmaydigan va buzilmas ekanligini aytdi. Keyin uning miqdoriy formulasi paydo bo'ldi. Unga koʻra, vazn (17-asr oxiridan boshlab esa massa) materiya miqdorining oʻlchovidir.
Ushbu qonun odatiy shaklda 1748 yilda Lomonosov tomonidan kashf etilgan. 1789 yilda fransuz olimi A. Lavuazye tomonidan to'ldirildi. Uning zamonaviy formulasi quyidagicha ko'rinadi: kimyoviy reaktsiyaga kiradigan moddalarning massasi natijada olingan moddalar massasiga teng.uni.
Avogadro qonuni, gazlarning hajm nisbatlari qonuni
Bularning oxirgisi 1808 yilda fransuz olimi J. L. Gey-Lyusak tomonidan tuzilgan. Bu qonun endi Gey-Lyussak qonuni deb nomlanadi. Unga ko'ra, reaksiyaga kirishuvchi gazlarning hajmlari bir-biri bilan, shuningdek, hosil bo'lgan gazsimon mahsulotlarning hajmlari bilan kichik butun sonlar bilan bog'liq.
Gey-Lyussak kashf etgan naqsh biroz keyinroq, 1811 yilda italiyalik olim Amedeo Avogadro tomonidan kashf etilgan qonunni tushuntiradi. Unda aytilishicha, teng sharoitlarda (bosim va harorat) bir xil hajmga ega gazlarda bir xil miqdordagi molekulalar mavjud.
Avogadro qonunidan ikkita muhim xulosa kelib chiqadi. Birinchisi, bir xil sharoitda har qanday gazning bir moli teng hajmni egallaydi. Oddiy sharoitlarda (0 ° C harorat, shuningdek, 101,325 kPa bosim) ularning har qandayining hajmi 22,4 litrni tashkil qiladi. Bu qonunning ikkinchi natijasi quyidagicha: teng sharoitlarda bir xil hajmga ega gazlar massalarining nisbati ularning molyar massalari nisbatiga teng.
Yana bir qonunni eslatib o'tish kerak. Keling, bu haqda qisqacha gaplashamiz.
Davriy qonun va jadval
D. I. Mendeleyev elementlarning kimyoviy xossalari va atom va molekulyar nazariyaga asoslanib, bu qonunni ochdi. Bu voqea 1869 yil 1 martda bo'lib o'tdi Davriy qonun tabiatdagi eng muhim qonunlardan biridir. Uni quyidagicha shakllantirish mumkin: elementlarning xossalari va hosil bo'lishiularning murakkab va oddiy moddalari atomlari yadrolarining zaryadlariga davriy bog'liqlikka ega.
Mendeleyev yaratgan davriy sistema etti davr va sakkiz guruhdan iborat. Guruhlar uning vertikal ustunlaridir. Ularning har biridagi elementlar bir xil fizik va kimyoviy xususiyatlarga ega. Guruh, o'z navbatida, kichik guruhlarga (asosiy va ikkilamchi) bo'linadi.
Ushbu jadvalning gorizontal qatorlari nuqtalar deb ataladi. Ulardagi elementlar bir-biridan farq qiladi, lekin ularning umumiy tomoni ham bor - ularning oxirgi elektronlari bir xil energiya darajasida joylashgan. Birinchi davrda faqat ikkita element mavjud. Bular vodorod H va geliy He. Ikkinchi davrda sakkizta element mavjud. To'rtinchisida allaqachon 18 tasi bor. Mendeleyev bu davrni birinchi yirik davr deb belgilagan. Beshinchisi ham 18 ta elementga ega, uning tuzilishi to'rtinchisiga o'xshaydi. Oltinchisi 32 ta elementni o'z ichiga oladi. Ettinchisi tugallanmagan. Bu davr fransiy (Fr) bilan boshlanadi. Biz oltinchi kabi 32 ta elementni o'z ichiga oladi deb taxmin qilishimiz mumkin. Biroq hozirgacha faqat 24 tasi topildi.
Qayta qaytarish qoidasi
Orqaga qaytarish qoidasiga koʻra, barcha elementlar oʻzlariga yaqinroq boʻlgan 8 elektronli konfiguratsiyaga ega boʻlish uchun elektron olishga yoki yoʻqotishga moyil boʻladi. Ionlanish energiyasi - elektronni atomdan ajratish uchun zarur bo'lgan energiya miqdori. Orqaga qaytarish qoidasi shuni ko'rsatadiki, siz davriy jadval bo'ylab chapdan o'ngga harakat qilsangiz, elektronni chiqarish uchun ko'proq energiya kerak bo'ladi. Shuning uchun, chap tomondagi elementlar elektronni yo'qotishga moyil. qarshi,o'ng tarafdagilar buni olishga intiladi.
Biz kimyo qonunlari va asosiy tushunchalarini qisqacha bayon qildik. Albatta, bu faqat umumiy ma'lumot. Bitta maqola doirasida bunday jiddiy fan haqida batafsil gapirish mumkin emas. Bizning maqolamizda umumlashtirilgan kimyoning asosiy tushunchalari va qonunlari keyingi o'rganish uchun faqat boshlang'ich nuqtadir. Darhaqiqat, bu fanda juda ko'p bo'limlar mavjud. Masalan, organik va noorganik kimyo mavjud. Ushbu fanning har bir bo'limining asosiy tushunchalarini juda uzoq vaqt davomida o'rganish mumkin. Ammo yuqorida keltirilganlar umumiy savollardir. Shuning uchun biz bular organik kimyoning asosiy tushunchalari, shuningdek noorganik deb aytishimiz mumkin.
