Книжная полка Сохранить
Размер шрифта:
А
А
А
|  Шрифт:
Arial
Times
|  Интервал:
Стандартный
Средний
Большой
|  Цвет сайта:
Ц
Ц
Ц
Ц
Ц

Химия : основы химии

Покупка
Артикул: 752317.01.99
Доступ онлайн
2 000 ₽
В корзину
Предназначено для студентов-иностранцев, готовящихся к поступлению в вуз и студентов, давно закончивших школу, испытывающих трудности с изучением химии. Пособие поможет разобраться в различных химических процессах и явлениях окружающей нас природы. Разъясняются важнейшие термины, понятия, определения по общей и неорганической химии. Рекомендуется при самостоятельной работе с различной литературой.
Лобанова, В. Г. Химия : основы химии : учебное пособие / В. Г. Лобанова, В. В. Поливанская ; под. ред. В. И. Деляна. - Москва : Изд. Дом НИТУ «МИСиС», 2018. - 52 с. - ISBN 978-5-90695-324-7. - Текст : электронный. - URL: https://znanium.com/catalog/product/1228248 (дата обращения: 29.03.2024). – Режим доступа: по подписке.
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов. Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в ридер.
Москва  2018

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ 
ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ 
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС»

ИНСТИТУТ БАЗОВОГО ОБРАЗОВАНИЯ 

Кафедра общей и неорганической химии

В.Г. Лобанова
В.В. Поливанская

ХИМИЯ

ОСНОВЫ ХИМИИ

Учебное пособие

Под редакцией проф. В.И. Деляна

Рекомендовано редакционно-издательским 
советом университета

№ 3006

УДК 546 
 
Л68

Р е ц е н з е н т 
д-р техн. наук, проф. Л.В. Кожитов

Лобанова В.Г.
Л68  
Химия . Основы химии : учебн. пособие; под ред. проф. 
В.И. Деляна / В.Г. Лобанова, В.В. Поливанская. – М. : Изд. Дом 
НИТУ «МИСиС», 2018. – 52 с.
ISBN 978-5-90695-324-7

Предназначено для студентов-иностранцев, готовящихся к поступлению 
в вуз и студентов, давно закончивших школу, испытывающих трудности с 
изучением химии. Пособие поможет разобраться в различных химических 
процессах и явлениях окружающей нас природы. Разъяс няются важнейшие 
термины, понятия, определения по общей и неорганической химии. Рекомендуется при самостоятельной работе с различной литературой.

УДК 546

 В.Г. Лобанова, 
В.В. Поливанская, 2018
ISBN 978-5-90695-324-7
 НИТУ «МИСиС», 2018

ОГЛАВЛЕНИЕ

1. Предмет химии ......................................................................................5
2. Атомно-молекулярная теория. Основные понятия химии ................7
2.1. Основные положения  
атомно-молекулярной теории ................................................................. 7
2.2. Современное изложение основных положений атомномолекулярного учения ............................................................................. 8
2.3. Химическая символика..................................................................... 8
2.4. Простые и сложные вещества. Аллотропия .................................. 9
2.5. Атомная масса. Молекулярная масса .............................................. 9
2.6. Количество вещества ...................................................................... 10
3. Основные законы химии .................................................................... 11
3.1. Закон сохранения массы веществ...................................................11
3.2. Закон постоянства состава веществ ...............................................11
3.3. Закон эквивалентов ..........................................................................11
3.4. Понятие о валентности ................................................................... 12
3.5. Химические формулы ..................................................................... 13
4. Строение атома и Периодическая система элементов .....................14
4.1. Модель строения атома .................................................................. 14
4.2. Изотопы и изобары ......................................................................... 15
4.3. Атомные орбитали .......................................................................... 15
4.4. Закономерности распределения электронов по орбиталям ....... 17
4.5. Основные положения Периодического  
закона Д.И. Менделеева......................................................................... 18
4.6. Строение атома и Периодический закон ...................................... 20
4.7. Изменение свойств элементов в периодах и группах ................. 21
5. Химическая связь и строение молекул .............................................22
5.1. Ковалентная связь ........................................................................... 22
5.2. Ионная связь .................................................................................... 24
5.3. Металлическая связь....................................................................... 24
5.4. Водородная связь ............................................................................. 25
6. Химические реакции ..........................................................................26
6.1. Классификация химических реакций ........................................... 26
6.2. Тепловые эффекты химических реакций ..................................... 27
6.3. Скорость химической реакции  ..................................................... 28
6.4. Химическое равновесие ................................................................. 30
7. Окислительно-восстановительные реакции .....................................33
7.1. Степень окисления .......................................................................... 33

7.2. Типы окислительно-восстановительных реакций ...................... 34
7.3. Составление уравнений окислительно-восстановительных 
реакций .................................................................................................... 35
8. Растворы ..............................................................................................37
8.1. Общая характеристика растворов ................................................. 37
8.2. Концентрация растворенного вещества ....................................... 37
8.3. Растворимость веществ .................................................................. 38
8.4. Теория электролитической диссоциации ..................................... 39
8.5. Ионное произведение воды ............................................................ 40
8.6. Гидролиз ........................................................................................... 41
9. Классы неорганических соединений ................................................43
9.1. Классификация и свойства оксидов .............................................. 43
9.2. Классификация и свойства оснований ......................................... 44
9.3. Классификация и свойства кислот ................................................ 46
9.4. Классификация и свойства солей .................................................. 47
Библиографический список  ..................................................................50

1. ПРЕДМЕТ ХИМИИ

Одним из основных объектов химии являются вещества, из которых состоят все окружающие нас тела. Телом называется все то, что 
имеет массу и объем. Капли дождя, иней на ветках, туман – тела, состоящие из одного вещества, – воды.
Явления, при которых из одних веществ образуются новые, называются химическими. Изучением таких явлений и занимается химия. 
Химия – это наука о веществах и их превращениях. Химия изучает состав и строение веществ, условия и пути превращения одних веществ в другие, зависимость свойств веществ от их состава и строения.
Для установления свойств вещества необходимо иметь его в возможно более чистом виде. Иногда даже очень малое содержание примесей в веществе приводит к сильному изменению некоторых его 
свойств.

Смеси

Чистые 
(химически)  
вещества

Вещества

Рис. 1.1. Классификация веществ

Вещества в чистом виде в природе не встречаются (рис. 1.1). Природные вещества представляют собой смеси, состоящие иногда из 
очень большого числа различных компонентов. Например, природная вода всегда содержит растворенные соли и газы. Если одно из веществ преобладает в смеси, то обычно вся смесь носит его название.
В неоднородных смесях частицы разных веществ можно различить глазом или с помощью микроскопа. Если этого сделать не удается, говорят об однородных смесях. Неоднородную смесь твердого 
вещества с жидкостью можно разделить, например, отстаиванием или 
фильтрованием, а однородную – выпариванием.
Изучая свойства веществ, химия не ограничивается только наблюдениями за внешними изменениями. Она изучает и внутренние изменения, происходящие с веществами в результате физических явлений, которые не связаны с превращениями одних веществ в другие. 

Примером физических явлений служит переход вещества из одного 
агрегатного состояния в другое (превращение жидкой воды в пар при 
нагревании или в лед при охлаждении).
Главная задача химии – выявление и описание таких свойств веществ, благодаря которым возможно превращение одних веществ в 
другие в результате химических явлений, или химических реакций.
Вещество – это вид материи, обладающей при определенных условиях постоянными физическими свойствами. Однако с изменением 
этих условий свойства вещества меняются. Все изменения, происходящие с веществом, называются явлениями. Явления бывают физические и химические (рис. 1.2).
Физическими называются такие явления, которые приводят к изменению, например, температуры вещества или агрегатного состояния. Химический состав веществ в результате физического явления 
не изменяется. Так, воду можно превратить в лед,  пар, но ее химический состав при этом не изменится.

Плавление парафина 
(физическое явление)

Горение парафина 
(химическое явление)

Рис. 1.2. Явления физические и химические

Химическими называются такие явления, при которых происходит изменение состава и свойств вещества. Химические явления также называются химическими реакциями. В результате химических 
реакций одни вещества превращаются в другие, т.е. образуются молекулы новых веществ, но атомы при химических реакциях остаются неизменными. Примером может служить разложение известняка: 
СаСO3 = СаО + СО2↑ или образование оксида меди: 2Cu + O2 = 2СuО.


2. АТОМНО-МОЛЕКУЛЯРНАЯ ТЕОРИЯ. 
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ХИМИИ

2.1. Основные положения  
атомно-молекулярной теории

Первым определил химию как науку М.В. Ломоносов. Он создал 
учение о строении вещества, заложил основу атомно-молекулярной 
теории, которая 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 из 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, 
а 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 – 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.

Простые вещества – это вещества, состоящие из атомов одного и 
того же химического элемента. Один и тот же элемент может образовывать несколько простых веществ.
Сложные вещества – это вещества, состоящие из атомов различных химических элементов.

2.2. Современное изложение основных положений 
атомно-молекулярного учения

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.

2.3. Химическая символика

Для обозначения химических элементов были введены химические символы. Каждый элемент имеет собственный символ. Символы обычно состоят из начальных букв латинских названий элементов. 
Например, кислород (Oxygenium) обозначают буквой О, углерод (Carboneum) буквой С и т.д. Если начальные буквы названий различных 
элементов одинаковы, то к первой букве добавляют вторую. Например, начальная буква латинского названия натрия (Natrium) и никеля 
(Niccolum) одна и та же, поэтому символы их соответственно обозначаются как Na и Ni.
Если под символом химического элемента подразумевать его атом, то, 
используя символы, можно составлять химические формулы веществ. 
Химическая формула – это изображение состава вещества посредством 
химических символов. Например, формула H2SO4 показывает, что в состав молекулы серной кислоты входят водород, сера и кислород и что эта 
молекула содержит два атома водорода, один атом серы и четыре атома 
кислорода. Цифры справа внизу после символа элемента указывают на 
количество атомов этого элемента в молекуле вещества.

2.4. Простые и сложные вещества. Аллотропия

Простыми веществами называются такие вещества, молекулы которых состоят из атомов одного и того же элемента. Молекулы 
простых веществ могут состоять из одного (Fe, K и т.д.), двух (O2, Н2 
и т.д.) и большего числа атомов (S8) одного элемента.
Один и тот же элемент может образовывать несколько простых веществ. Способность химического элемента существовать в виде нескольких простых веществ называют аллотропией (кислород O2 и 
озон O3, алмаз и графит). Аллотропия – одно из подтверждений различия между простым веществом и химическим элементом.

Сложные
Простые

Неорганические 
вещества

Рис. 2.1. Неорганические вещества

Сложными веществами, или химическими соединениями, называются такие вещества, молекулы которых образованы из атомов двух 
и более элементов. Например, молекула воды (Н2O) состоит из атомов 
водорода и кислорода, а не из веществ – водорода и кислорода.
Элементы при химических реакциях не возникают и не исчезают. 
Вступая в химическое взаимодействие, молекулы простых веществ одновременно с разделением на отдельные атомы теряют свои свойства.

2.5. Атомная масса. Молекулярная масса

За единицу атомной массы принята 1/12 массы атома изотопа углерода 12С, называемая атомной единицей массы (а.е.м.) и равная 
1,66∙10–27кг. Массы атома или молекулы, отнесенные к этой единице, 
называются относительной атомной или относительной молекулярной массой и обозначаются соответственно Аr или Mr. Относительная 
молекулярная масса молекулы Mr равна сумме относительных атомных 
масс Ar всех атомов, составляющих молекулу. Например, молекулярная 
масса ортофосфорной кислоты Mr(H3PO4) = 3∙1 + 31 + 4∙16 = 98.

Массовая доля данного элемента – это отношение массы элемента, содержащегося в веществе, к общей массе вещества. Она выражается в долях единицы или в процентах.

2.6. Количество вещества

Количество вещества (n) – это физическая величина, определяемая числом содержащихся в этом веществе структурных частиц (атомов, молекул, ионов, электронов, протонов и др.). За единицу количества вещества в химии принят моль. 
Моль – это такое количество вещества, в котором содержится столько же структурных единиц данного вещества (молекул, атомов, ионов 
и т.д.), сколько содержится атомов в 0,012 кг изотопа углерода 12С.
Масса одного моля вещества, или отношение массы вещества к его 
количеству, называется молярной массой (М):

М = m/n,

где  m – масса вещества, г;  
n – количество вещества, моль. 
Единица измерения молярной массы – грамм на моль (г/моль).
Объем одного моля газообразного вещества, или отношение объема вещества к его количеству, называется молярным объемом (Vm):

Vm = V/n,

где V – объем газообразного вещества, л; n – количество вещества, моль. 
Молярный объем имеет размерность литр на моль (л/моль).
Для всех газообразных веществ, взятых при нормальных условиях 
(T = 273 K, P = 101, 325 кПа), молярный объем одинаков и составляет 
22,4 л/моль.
Один моль любого вещества содержит 6,02∙1023 структурных единиц. Эта величина называется числом или постоянной Авогадро (NA).

NA = 6,02∙1023 моль–1.

3. ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ ХИМИИ

3.1. Закон сохранения массы веществ

Впервые этот закон сформулировал М.В. Ломоносов: масса веществ, вступивших в реакцию, равна массе веществ, получившихся в результате реакции.
Например, в реакции 2Н2 + O2 = 2Н2О сколько атомов водорода 
вступило в реакцию, столько их останется и после реакции, т.е. число 
атомов элемента в исходных веществах равно числу их в продуктах 
реакции.

3.2. Закон постоянства состава веществ

Закон был открыт французским химиком Прустом: всякое чистое 
вещество (химическое соединение), каким бы путем оно ни было 
получено, имеет строго определенный качественный и количественный состав. Например, вода может быть получена в результате 
следующих химических реакций:
Сu(ОН)2 = Н2O + СuО;
2H2 + O2 = 2H2О;
Са(ОН)2 + H2SO4 = СаSO4 + 2H2О.
Молекула воды, полученная различными способами, всегда состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. 
Этот закон строго выполняется только для веществ молекулярного 
строения.

3.3. Закон эквивалентов

Эквивалент – это реальная или условная частица вещества, равноценная одному иону водорода в обменных реакциях или одному 
электрону в окислительно-восстановительных реакциях.
Фактор эквивалентности (f) показывает, какая доля атома или 
молекулы соответствует эквиваленту; f ≤ 1 и может быть равным 1, 
1/2, 1/3 и так далее.
Эквивалентное число z показывает, сколько эквивалентов условно 
содержится в одной молекуле или формульной единице данного вещества: z = 1/f.
Эквивалентное число определяется химической реакцией, в которой участвует данное вещество.

Молярная масса эквивалента (Мэкв), эквивалентная масса (mэкв), – 
масса одного моля эквивалентов элемента (г/моль).
Молярная масса эквивалента любого вещества в z раз меньше его 
молярной массы:

Мэкв = M
z

.

Количество вещества эквивалентов:

nэкв  m

M
=

экв

,

где  m – масса вещества, г,  
Мэкв – молярная масса эквивалента вещества, г/моль. 
Формулируется закон эквивалентов так: во всех химических реакциях взаимодействие различных веществ друг с другом происходит в соответствии с их эквивалентами, независимо от того, являются ли эти вещества простыми или сложными.
Другая формулировка: массы взаимодействующих без остатка 
веществ относятся как молярные массы их эквивалентов.

3.4. Понятие о валентности

Существует несколько определений валентности, отражающих 
различные стороны этого понятия. Наиболее общее определение: 
валентность – это свойство атома одного элемента присоединять, 
удерживать или замещать в химических реакциях определенное количество атомов другого элемента. За единицу валентности принята 
валентность атома водорода. Поэтому приведенное определение иногда формулируют так: валентность – это свойство атома данного элемента присоединять или замещать определенное количество атомов 
водорода.
Но как быть в тех случаях, когда элемент не соединяется с водородом? Тогда валентность искомого элемента определяется по элементу, 
валентность которого известна. Чаще всего ее находят по кислороду, 
поскольку валентность его в различных соединениях почти всегда 
равна двум. Поэтому, зная состав или формулу кислородного соединения того или иного элемента, можно определить его валентность 
как удвоенное число атомов кислорода, которое может-присоединить один атом данного элемента. Так, в соединениях N2O, СО, SiO2, 
SO3 валентность по кислороду азота равна единице, углерода – двум, 
кремния – четырем, серы – шести,

Доступ онлайн
2 000 ₽
В корзину