Что такое описание с точки зрения химии

Основные понятия и законы химии

Химия – это наука, которая сопутствует нам, где бы мы не находились: дома, в офисе, на природе или в городе. Трудно переоценить ее вклад в нашу жизнь, необходимость понимания и знания основных понятий и законов химии.

Итак, какие же основные понятия и законы включает химия? Сначала дадим определение науке: Химия — наука о веществах, закономерностях их превращений (физических и химических свойствах) и применении.

Основные понятия химии

Основными в химии являются такие понятия, как атом, молекула, элемент, вещество, аллотропия и др.

У истока основных понятий химии стоит атомно-молекулярное учение, которое дает определение молекулы и атома:

Молекула

Это наименьшая частица определенного вещества, которая обладает его химическими свойствами. Состав и химическое строение молекулы определяют ее химические свойства. Все вещества состоят из молекул, а молекулы из атомов.

Атом

Это наименьшая частица химического элемента, входящая в состав молекул простых и сложных веществ, это электронейтральная частица, которая состоит из положительно заряженного ядра атома и отрицательно заряженных электронов, вращающихся вокруг ядра.

Молекулы и атомы находятся в постоянном движении.

Химический элемент

В настоящее время известно 118 элементов, 89 из которых найдены в природе, остальные получены искусственно (см. Интересные факты о химических элементах). Что же такое Химический элемент? Это такой вид атомов, который имеет определенный заряд ядра и строение электронных оболочек.

Теперь рассмотрим строение атомного ядра и следующее основное понятие химии.

Атомное ядро

Атомное ядро состоит из протонов (Z) и нейтронов (N), имеет положительный заряд, равный по величине количеству протонов (или электронов в нейтральном атоме) и совпадает с порядковым номером элемента в периодической таблице. Суммарная масса протонов и нейтронов атомного ядра называется массовым числом A = Z + N. Существуют химические элементы (изотопы), имеющие одинаковый заряд ядер, но при этом различные массовые числами, что достигается за счет разного числа нейтронов в ядре.

Вещество

Некая совокупность атомов и молекул, их ассоциатов и агрегатов, которые могут находиться в любом из трех агрегатных состояний, образуют вещество.

Простые вещества состоят из атомов одного вида, а сложные вещества (химические соединения) состоят из атомов разного вида и образуются при химическом взаимодействии атомов разных химических элементов.

Аллотропия

Встречается явление, при котором один химический элемент может образовывать нескольких простых веществ, различных по свойствам и строению. Это явление называется Аллотропией. Аллотропные модификации характерны, например, для кислорода (O₂ и O₃), фосфора (белый, красный, черный фосфор), углерода (алмаз, графит), серы (моноклинная, ромбическая, пластическая), олова (белое, серое, ромбическое олово).

Химическая формула

В 1814 г Й. Берцелиус предложил использовать химическую формулу — запись состава веществ с помощью химических знаков и индексов.

Химическое вещество характеризуется атомной массой, а молекулы — молекулярной массой.

Относительная атомная масса (A_r)

Это отношение средней массы атома элемента (с учетом процентного содержания изотопов в природе) к 1 /₁₂ массы атома 12 C.

Относительная молекулярная масса (M_r)

Это величина, показывающая, во сколько раз масса молекулы данного вещества больше 1 /₁₂ массы атома углерода 12 C. Относительная молекулярная масса вещества равна сумме относительных атомных масс всех элементов, составляющих химическое соединение, с учетом индексов.

Моль вещества (n)

Это количество вещества, содержащее столько молекул, атомов, ионов, электронов или других структурных единиц, сколько содержится их в 12 г изотопа углерода 12 C.

Молярная масса (M) показывает массу 1 моля вещества и равна отношению массы вещества к соответствующему количеству вещества.

Химический эквивалент

Для более удобного сравнения способности различных элементов к соединению введено понятие химического эквивалента. Это одно из важнейших понятий химии, дадим ему определение:

Химическим эквивалентом вещества (Э) называется такое его количество, которое соединяется с 1 молем атомов водорода или замещает то же количество атомов водорода в химических реакциях.

Масса 1 эквивалента вещества называется эквивалентной массой (m_экв). Масса одного моля эквивалента элемента — это молярная масса эквивалента M_Э(X).

Молярную массу эквивалента химического элемента, простых и сложных веществ (M_экв(X)) рассчитывают по формуле:

где M_(X) – молярная масса; вал – суммарная валентность.

Например, молярная масса эквивалента алюминия составляет M_экв(Са) = 40/2 = 20 г/моль.

Молярные массы эквивалента кислорода и водорода постоянны и составляют:

Эквивалентную массу соединения можно определить по его химической формуле, например,

М _экв(оксида) = М(оксида)/(число атомов кислорода ∙ 2);
М _экв(основания) = М(основания)/число гидроксильных групп;
М _экв(кислоты) = М(кислоты)/число протонов;
М _экв(соли) = М(соли)/(число атомов металла ∙ валентность металла).

Пример, определим эквивалент (Э) и эквивалентную массу М_{экв (Х)} фосфора, серы и брома в соединениях PHз, Н₂S и HBr.

В PHз 1 моль атомов водорода соединяется с 1/3 моль фосфора, поэтому эквивалент фосфора равен Э(N) = 1/3 моль

В Н₂S 1 моль атомов водорода соединяется с 1/2 моль серы, поэтому эквивалент серы равен Э(S) = 1/2 моль

В HBr 1 моль атомов водорода соединяется с 1 моль брома, поэтому эквивалент брома равен Э(Br) = 1 моль.

Найдем эквивалентные массы:

М_{экв (Р)} = 31/3 = 10,33 г/моль;

М_{экв (S)} = 32/2 = 16 г/моль;

М_{экв (Br)} = 80/1 = 80 г/моль.

Аналогично можно дать определение понятию эквивалентный объем.

Эквивалентный объем – это тот объем, который при данных условиях занимает 1 эквивалент вещества. Так как эквивалент водорода равен 1 моль, а в 22,4 л Н₂ содержатся 2 эквивалента водорода; тогда эквивалентный объем водорода равен 22,4/2=11,2 л/моль, для О₂ эквивалентный объем равен 5,6 л/моль.

Определить эквивалент вещества можно также по его соединению с другим веществом, эквивалент которого известен.

Определить молярную массу эквивалента (эквивалентную массу) можно исходя из закона эквивалентов, который рассмотрен немного ниже.

Основные законы химии

Нижеперечисленные законы принято считать основными законами химии.

Закон эквивалентов

По закону эквивалентов химические элементы соединяются между собой или замещают друг друга в количествах, пропорциональных их молярным массам эквивалентов:

где m₁ и m₂ — массы реагирующих или образующихся веществ, М _экв1 и М _экв2 — эквивалентные массы этих веществ.

Примеры расчета молярной массы эквивалента представлен в задачах 5-7 раздела Задачи к разделу Основные понятия и законы химии

Закон сохранения вещества

В 1756 г. М.В. Ломоносов, после длительных испытаний, пришел к важному открытию: вес всех веществ, вступающих в химическую реакцию, равен весу всех продуктов реакции.

Этот закон отражается в законе сохранения массы, который заключается в следующем: масса веществ, вступивших в химическую реакцию, равна массе всех продуктов реакции. Вещества не исчезают и не возникают из ничего, а происходит химическое превращение. Закон является основой при составлении химических реакций и количественных расчетов в химии.

Закон постоянства состава

В 1808 Ж. Пруст сформулировал закон, который гласит, что независимо от способа получения все индивидуальные вещества имеют постоянный количественный и качественный состав.

Закон кратных отношений

В 1803 г Д. Дальтон открыл закон, заключающийся в том, что если два химических элемента образуют несколько соединений, то весовые доли одного и того же элемента в этих соединениях, приходящиеся на одну и ту же весовую долю второго элемента, относятся между собой как небольшие целые числа.

Закон объемных отношений

В 1808 г Гей-Люссак сформулировал закон, который гласил:

«Объемы газов, вступающих в химические реакции, и объемы газов, являющихся продуктами реакции, соотносятся между собой как небольшие целые числа».

Газовые законы

Важную роль в развитии химической науки сыграли газовые законы (справедливы только для газов).

В 1811 г. Авогадро ди Кваренья (Закон Авогадро) доказал, что- в равных объемах любых газов при постоянных условиях (температуре и давлении) содержится одинаковое число молекул. В одинаковых условиях одно и то же число молекул занимают равные объемы, а 1 моль любого при T=273°К и p=101,3 кПа газа занимает объем 22,4 л, который называется молярным объемом газа (V_m).

Независимо друг от друг трое ученых вывели следующие законы:

закон Бойля-Мариотта при Т= const: P₁V₁ = P₂V₂;

закон Шарля при V = const:P₁ / T₁ = P₂ / T₂

При объединении этих трех законов получаем:

Если условия отличаются от нормальных, то применяют уравнение Клапейрона – Менделеева:

p — давление газа, V — его объем, n — количество молей газа, R — универсальная газовая постоянная (8,314 Дж/(моль*К).

Количество газа при нормальных условиях рассчитывают по формуле:

Плотность газов при заданных давлении и температуре прямо пропорциональна их молярной массе:

Относительная плотность газов показывает, во сколько раз один газ тяжелее другого. Плотность газа В по газу А определяется следующим образом:

Это основные законы химии. В заключение приведем Закон парциальных давлений (закон Дальтона). Парциальное давление в смеси равно тому давлению газа, которым он обладал бы, если бы занимал такой же объем, какой занимает вся смесь при той же температуре. При условии, что в газовой смеси нет химического взаимодействия, общее давление газовой смеси равно сумме парциальных давлений газов, входящих в эту смесь:

Состав газовых смесей может выражаться количеством вещества (n), массовыми (ω_n), объемными (φ_n) и молярными (χ) долями:

Источник

Интегрированный урок (химия + литература) по теме «Химия в стихах и прозе»

Работа в классах с углубленным изучением гуманитарных предметов: литература, музыка, изобразительное искусство, театр, хореография, требует от педагогов естественнонаучного цикла внедрения нетрадиционных форм уроков и занятий. В целях повышения интереса к обучению, образного восприятия изучаемого материала педагоги обращаются к художественному слову. Работа на уроках и внеклассных занятиях с использованием художественной и научно-популярной литературы служит прочному освоению учащимися основ химии, ознакомлению их с ролью химии в жизни человека. Помимо вопросов, непосредственно связанных с содержанием произведения художественной литературы, следует рассматривать вопросы, побуждающие учащихся использовать изучаемый материал по химии.

Курс: литература и химия.

Время реализации занятия: 40 мин.

Авторский медиапродукт: наглядная презентация “Химия и литература”, созданная в редакторе POWER POINT.

Цель урока: расширить и обобщить знания об основных понятиях химии, химических реакциях, химической символике, применяемых не только в области точных, но и в сфере гуманитарных наук, в частности в литературе.

Тип урока: урок углубления, обобщения и систематизации знаний.

Форма урока: урок-исследование.

Ход урока

Временная реализация1. Организационный момент, приветствие, знакомство с темой, мотивация, целеполагание – постановка проблемного вопроса “Есть ли точки соприкосновения между литературой и химией?”2 мин2. Постановка и решение проблемного вопроса 2 “Химизация поэзии”:9 мин2.1. Постановка проблемного вопроса “Химизация поэзии”1 мин2.2. (Слайд 2-6) Химизация поэзии 18-20 вв. Обсуждение и анализ поэтических строк2 мин2.3. Выступление учащихся: выразительное чтение стихов и их анализ6 мин3.Постановка и решение проблемного вопроса 3 “Химия в прозе”:21 мин3.1 Постановка проблемного вопроса 31 мин3.2. (Слайд 7) Отрывок из произведения В.Ф. Одоевского “Мороз Иванович”. Выразительное чтение отрывка из литературного источника учащимся1 мин3.3. Анализ химических процессов, описанных в отрывке (фронтальная беседа с учащимися, усвоение нового понятия “адсорбция”)2 мин3.4. “Экспертиза” описанных в отрывке химических явлений. Демонстрация опыта учащимися – фильтрование загрязненной воды2 мин3.5. Коллективное обсуждение результатов опыта1 мин3.6. (Слайд 8) Отрывок из произведения М. Митчел “Клеопатра” Выразительное чтение отрывка из литературного источника учащимся1 мин3.7. Анализ химических процессов, описанных в отрывке (фронтальная беседа с учащимися)2 мин3.8. “Экспертиза” описанных в отрывке химических явлений. Демонстрация опыта учащимся – горение спирта и “тушение” горящего спирта водой и накрыванием плотным материалом2 мин3.9. Коллективное обсуждение результатов опыта2 мин3.10. (Слайд 9) Отрывок из произведения Р.Хагарта “Унесенные ветром” Выразительное чтение отрывка из литературного источника учащимся1 мин3.11. Анализ химических процессов, описанных в отрывке (фронтальная беседа с учащимися)2 мин3.12. “Экспертиза” описанных в отрывке химических явлений. Лабораторные опыты с мелом и яичной скорлупой.2 мин3.13. Коллективное обсуждение результатов опыта2 мин4. Постановка и решение проблемного вопроса 4 Допускают ли авторы художественных произведений неточности при описании химических процессов?4 мин4.1. (Слайд 10-11) Отрывки из стихов И.Сельвинского и А.Ахматовой2 мин4.2. Анализ высказываний, требующие соответствующих пояснений и исправлений.2 минПодведение итогов урока.4 минРефлексия.2 минДомашнее задание2 мин

Ход урока

1. Организационный этап.

Взаимное приветствие учителя и учащихся, определение отсутствующих, проверка подготовленности учащихся к уроку, организация внимания.

Учитель химии: Химию называют “индустрией чудесных превращений”. Она повсюду: одежда, пища, самолеты, заводы, машины… А книги (Слайд №2) с самого детства – наши лучшие друзья. Казалось бы, химия и литература – совершенно разные предметы, и соприкосновения найти невозможно. Мы постараемся ответить на этот вопрос в ходе нашего маленького исследования. Объектом нашего исследования являются произведения русской и зарубежной литературы, в которых присутствуют описания химических веществ и их превращений, что делает стихи и прозу более яркими, образными, колоритными, позволяя читателю иметь полное представление о каких-либо событиях. “Нельзя объять необъятное”, – считал один литературный герой. Мы согласимся с ним и из целого океана, именуемого Литературой, мы возьмем для исследования лишь его маленький ручеек – отрывки из произведений художественной литературы. Мы проанализируем отрывки из произведений, дадим им экспертную оценку с точки зрения химии и докажем экспериментально описанные химические процессы.

2. Постановка и решение проблемного вопроса 2 “Химизация поэзии”:

Учитель литературы: Находясь в кабинете химии, физики и в кабинете литературы мы видим портрет М.В.Ломоносова. Без преувеличения можно сказать, что М.В.Ломоносов был ученым – в поэзии и искусстве, поэтом и художником– в науке. В его знаменитой “Оде на день восшествия на Всероссийский престол Ея Величества Государыни Императрицы Елизаветы Петровны 1747 года” – проходит целое аллегорическое шествие наук. М.В. Ломоносов представлял пользу, величие и значение каждой области знания. Ученый хотел видеть Россию образованной, великой державой. В своих стихах он выступает поборником просвещения и разума. Прославление наук, уверенность в том, что человеческий разум способен на все, – важнейшая черта миросозерцания М.В. Ломоносова. Он верил:

Что может собственных Платонов
И быстрых разумом Невтонов
Российская земля рождать

Химизация поэзии началась с освоения химического языка, названий химических элементов и веществ, в первую очередь металлов. (Слайды№3-№7 учитель читает строки из стихотворений и просит учащихся ответить на вопрос: “О каких химических терминах идет речь в поэтических строках”)

Учитель литературы: Ученица прочитает и проанализирует стихотворение “Молюсь оконному лучу…” А.Ахматовой, другой учащийся анализирует стихотворение О.Мандельштама “Я к губам подношу эту зелень…”. Они выбрали эти произведения для того, чтобы показать, как авторы используют химические термины для усиления образности повествования.

Учащиеся читают стихи и делают анализ стихотворения

3. Постановка и решение познавательной задачи 3 “Химия в прозе”.

Учитель литературы: Богаты описаниями химических терминов и химических процессов художественные произведении в прозе. (Слайд №8 учащийся читает строки из книги В.Ф. Одоевского “Мороз Иванович”)

Учитель химии: Давайте рассмотрим представленные из отрывка произведения процессы с точки зрения химика. Какой процесс описан в эпизоде? Какие вещества можно разделить методом фильтрования? Что называют фильтратом? Можно ли таким способом разделить воду и растворенные в ней вещества? Для чего Рукодельница использовала уголь при фильтровании воды?

Учитель химии: Активированный уголь (древесный уголь) обладает удивительным свойством – поглощать частицы других веществ из растворов и газов. Это свойство угля используют в медицине в виде лекарственного препарата, при очистке воды на водоочистных сооружениях, в противогазах. Химики назвали это явление адсорбцией. После того как мы дали экспертную оценку явлению, описанному В.Ф. Одоевским докажем экспериментально описанные химические процессы.

Учащиеся демонстрируют опыт по очистке воды методом фильтрования и комментируют свои действия. Идет коллективное обсуждение результатов под руководством учителя.

Учитель литературы: В книге М. Митчел “Унесенные ветром” описана сцена пожара (Слайд №9 учащийся читает строки из книги)

Учитель химии: Давайте рассмотрим представленные из отрывка произведения процессы с точки зрения химика. Какой химический процесс описан в эпизоде? Что представляет собой реакция горения? Какие условия необходимо соблюдать для того, чтобы остановить или замедлить процесс горения? Права ли была Скарлет, выполняя свои действия при тушении огня в доме?

Учитель химии: Продемонстрируем на опыте способы тушения огня.

Учащиеся демонстрируют опыт по тушению пламени, идет коллективное обсуждение результатов под руководством учителя.

Учитель литературы: В романе Г.Р. Хаггарда “Клеопатра” есть следующие строки (Слайд №10 учащийся читает строки из книги)

Учитель химии: Давайте рассмотрим представленные из отрывка произведения процессы с точки зрения химика. Из какого материала образован жемчуг? Какие природные материалы образованы из этого же вещества? Какую химическую реакцию провела Клеопатра в описанном эпизоде? Можно ли провести реакцию других природных карбонатов с кислотой?

Учащиеся проводят лабораторные опыты с мелом и яичной скорлупой, идет коллективное обсуждение результатов под руководством учителя. Учитель просит учащихся записать уравнение соответствующей реакции в тетради и через некоторое время просит сверить написанное уравнение с образцом (Слайд№11)

4. Постановка и решение проблемного вопроса 4 “Допускают ли авторы художественных произведений неточности при описании химических процессов?”

Учитель литературы: Нередко авторы допускают неточности или же их высказывания требуют соответствующих пояснений, например (Слайд №12 учитель читает строки из стихотворения И. Сильвинского)

Учитель химии: В чем химическая “ошибка” автора?

Учитель литературы: В стихотворении А. Ахматовой тоже есть “ошибка”, но как точно подмечена разница в динамике разрушения стали и мрамора. (Слайд №13 учитель читает строки из стихотворения).

Учитель химии: В чем химическая ошибка автора?

5. Общие выводы

Учитель литературы: Химия для писателей и поэтов всегда представлялась предметом романтическим. Эта особенность химии побуждала многих писателей и поэтов включать в свои произведения образы, навеянные размышлениями о веществе и его превращениях. Надеемся, что художественное слово на уроке химии создало у вас положительный эмоциональный настрой. И что мы смогли ответить на наш главный проблемный вопрос “Есть ли точки соприкосновения между литературой и химией?”

Учащиеся отвечают и высказывают свою точку зрения, соглашаясь с тем. что существуют точки соприкосновения между такими предметами как литература и химия.

Учитель литературы: Мы думаем, что, читая художественное или поэтическое произведение, вы с интересом будете находить связь столь разных наук химии и литературы. Домашнее задание – представить отрывки из прочитанных вами произведений, отражающие взаимосвязь химии и литературы.

Учитель химии предлагает учащимся заполнить рефлексивную карточку, ответить на вопросы: Что было самым интересным и необычным на уроке? Что нового узнал для себя лично?

Источник

ХИМИЯ

ХИМИЯ, наука о химических элементах, их соединениях и превращениях, происходящих в результате химических реакций. Она изучает, из каких веществ состоит тот или иной предмет; почему и как ржавеет железо, и почему олово не ржавеет; что происходит с пищей в организме; почему раствор соли проводит электрический ток, а раствор сахара – нет; почему одни химические изменения происходят быстро, а другие – медленно. Главная задача химии – выяснение природы вещества, главный подход к решению этой задачи – разложение вещества на более простые компоненты и синтез новых веществ. Используя этот подход, химики научились воспроизводить множество природных химических субстанций и создавать материалы, не существующие в природе. На химических предприятиях уголь, нефть, руды, вода, кислород воздуха превращаются в моющие средства и красители, пластики и полимеры, лекарства и металлические сплавы, удобрения, гербициды и инсектициды и т.д. Живой организм тоже можно рассматривать как сложнейший химический завод, на котором тысячи веществ вступают в точно отрегулированные химические реакции.

ЭЛЕМЕНТЫ И СОЕДИНЕНИЯ

Элементы

Исследование сложного вещества начинается с попыток разложить его на более простые. Простейшая форма материи, в которой сохраняется определенная совокупность физических и химических свойств, называется химическим элементом. Химические элементы – это частицы вещества, представляющие собой совокупность атомов с одинаковым зарядом ядра. Водород, кислород, хлор, натрий, железо – все это элементы. Элемент нельзя разложить на более простые составляющие обычными методами: с помощью тепла, света, электричества или под действием другого вещества. Для этого нужны колоссальное количество энергии, специальное оборудование (например, ускоритель частиц) или высокие температуры, сравнимые с температурами в недрах Солнца. Из 109 известных элементов в природе существует девяносто два элемента, остальные получены искусственно. Все они систематизированы в периодической таблице элементов, где каждому элементу соответствует свой порядковый номер, называемый атомным номером (см. ЭЛЕМЕНТЫ ХИМИЧЕСКИЕ; ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ЭЛЕМЕНТОВ). В табл. 1 перечислены первые 103 элемента в алфавитном порядке. Из этого ограниченного набора элементов и состоят миллионы химических веществ.

Таблица 1. АТОМНЫЕ МАССЫ ЭЛЕМЕНТОВ

Элемент	Символ	Атомный номер	Атомная масса
Азот	N	7	14,0067
Актиний	Ac	89	(227)
Алюминий	Al	13	26,98154
Америций	Am	95	(243)
Аргон	Ar	18	39,948
Астат	At	85	(210)
Барий	Ba	56	137,33
Бериллий	Be	4	9,01218
Берклий	Bk	97	(247)
Бор	B	5	10,811
Бром	Br	35	79,904
Ванадий	V	23	50,9415
Висмут	Bi	83	208,9804
Водород	H	1	1,0079
Вольфрам	W	74	183,85
Гадолиний	Gd	64	157,25
Галлий	Ga	31	69,723
Гафний	Hf	72	178,49
Гелий	He	2	4,0026
Германий	Ge	32	72,59
Гольмий	Ho	67	164,9304
Диспрозий	Dy	66	162,50
Европий	Eu	63	151,96
Железо	Fe	26	55,847
Золото	Au	79	196,9665
Индий	In	49	114,82
Иод	I	53	126,9045
Иридий	Ir	77	192,22
Иттербий	Yb	70	173,04
Иттрий	Y	39	88,9059
Кадмий	Cd	48	112,41
Калий	K	19	39,0983
Калифорний	Сf	98	(251)
Кальций	Ca	20	40,078
Кислород	O	8	15,9994
Кобальт	Co	27	58,9332
Кремний	Si	14	28,0855
Криптон	Kr	36	83,80
Ксенон	Xe	54	131,29
Кюрий	Cm	96	(247)
Лантан	La	57	138,9055
Лоуренсий	Lr	103	(260)
Литий	Li	3	6,941
Лютеций	Lu	71	174,967
Магний	Mg	12	24,305
Марганец	Mn	25	54,9380
Медь	Cu	29	63,546
Менделевий	Md	101	(258)
Молибден	Mo	42	95,94
Мышьяк	As	33	74,9216
Натрий	Na	11	22,98977
Неодим	Nd	60	144,24
Неон	Ne	10	20,179
Нептуний	Np	93	237,0482
Никель	Ni	28	58,69
Ниобий	Nb	41	92,9064
Нобелий	No	102	(259)
Олово	Sn	50	118,710
Осмий	Os	76	190,2
Палладий	Pd	46	106,42
Платина	Pt	78	195,08
Плутоний	Pu	94	(244)
Полоний	Po	84	(209)
Празеодим	Pr	59	140,9077
Прометий	Pm	61	(145)
Протактиний	Pa	91	231,0359
Радий	Ra	88	226,0254
Радон	Rn	86	(222)
Рений	Re	75	186,207
Родий	Rh	45	102,9055
Ртуть	Hg	80	200,59
Рубидий	Rb	37	85,4678
Рутений	Ru	44	101,07
Самарий	Sm	62	150,36
Свинец	Pb	82	207,2
Селен	Se	34	78,96
Сера	S	16	32,066
Серебро 2)	Ag	47	107,8682
Скандий	Sc	21	44,9559
Стронций	Sr	38	87,62
Сурьма	Sb	51	121,75
Таллий	Tl	81	204,383
Тантал	Ta	73	180,9479
Теллур	Te	52	127,60
Тербий	Tb	65	158,9254
Технеций	Tc	43	[97]
Титан	Ti	22	47,88
Торий	Th	90	232,0381
Тулий	Tm	69	168,9342
Углерод	C	6	12,011
Уран	U	92	238,0289
Фермий	Fm	100	(257)
Фосфор	P	15	30,97376
Франций	Fr	87	(223)
Фтор	F	9	18,998403
Хлор	Cl	17	35,453
Хром	Cr	24	51,9961
Цезий	Cs	55	132,9054
Церий	Ce	58	140,12
Цинк	Zn	30	65,39
Цирконий	Zr	40	91,224
Эйнштейний	Es	99	(252)
Эрбий	Er	68	167,26
1) В расчете на атомную массу изотопа углерода 12 С, равную 12,0000. В круглых скобках указано массовое число наиболее долгоживущего нуклида. 2) См. также АТОМНАЯ МАССА.

Соединения

Элементы, соединяясь друг с другом, образуют сложные вещества – химические соединения. Соль, вода, ржавчина, каучук – это примеры соединений. Соединение состоит из элементов, но обычно по своим свойствам и внешнему виду не напоминает ни один из них. Так, ржавчина образуется при взаимодействии газа – кислорода с металлом – железом, а сырьем для получения многих волокон служат уголь, вода и воздух. Именно индивидуальность свойств – одна из черт, отличающих соединение от простой смеси. Другая, и наиболее важная, характеристика соединения заключается в том, что элементы всегда соединяются между собой в определенных массовых соотношениях. Например, вода состоит из 2,016 массовых частей водорода и 16,000 массовых частей кислорода. Массовое соотношение между водородом и кислородом в водах Волги и льдах Антарктики одинаково и равно 1:8. Иными словами, каждое химическое соединение имеет вполне определенный состав, т.е. всегда содержит одни и те же элементы в одних и тех же массовых соотношениях. Это один из основных химических законов – закон постоянства состава.

Многие элементы образуют несколько соединений. Так, помимо воды известно еще одно соединение водорода и кислорода – пероксид водорода, который состоит из 2,016 частей водорода и 32 частей кислорода. Здесь водород и кислород находятся в массовом соотношении 1:16, что ровно вдвое отличается от их соотношения в воде. Этот пример иллюстрирует закон кратных соотношений: если два элемента образуют между собой несколько соединений, то массовые количества одного элемента, соединяющиеся с одним и тем же массовым количеством другого, относятся между собой как небольшие целые числа.

Атомы и молекулы

Понятия атомов и молекул – основные в химии. Атом – это мельчайшая частица элемента, обладающая всеми его свойствами, а молекула – мельчайшая частица соединения, обладающая его свойствами и способная к самостоятельному существованию. Атомистическая идея восходит к 6–5 вв. до н.э. и принадлежит древнегреческим философам Левкиппу и его ученику Демокриту. По их представлениям, вещество состоит из мельчайших неделимых частиц – атомов, созданных из одного и того же первичного материала. Правда, ни один из этих философов не определил, что это за материал. Впоследствии атомную теорию развил другой греческий философ, Эпикур (4–3 вв. до н.э.). Он утверждал, что атомы обладают весом и перемещаются в горизонтальном и вертикальном направлениях, взаимодействуя друг с другом. Аналогичные идеи высказывал римский поэт Лукреций в 1 в. до н.э., наблюдавший за пылинками, которые танцуют в солнечном луче. Наконец, в 1804–1810 английский химик и физик Дж.Дальтон разработал атомную теорию, которая включала законы кратных соотношений и постоянства состава. Однако убедительные доказательства существования атомов были получены только в 20 в. Когда Лукреций утверждал, что пылинки подталкиваются невидимыми потоками движущихся атомов, он был не так уж далек от истины: их танец действительно могут вызывать воздушные течения, но даже в неподвижном воздухе частички пыли или дыма находятся в постоянном движении. Этот эффект называют броуновским движением (см. также БРОУНОВСКОЕ ДВИЖЕНИЕ). Спустя два тысячелетия после Лукреция французский ученый Ж.Перрен, вооруженный микроскопом и математической теорией, изучил случайные блуждания суспендированных частичек краски и рассчитал число невидимых молекул, чьи удары заставляли их двигаться. После того, как атомы и молекулы удалось сосчитать, само их существование стало гораздо более убедительным.

Строение атома

Согласно современным представлениям, атом содержит центральное ядро, размеры которого очень малы по сравнению с атомом в целом. Ядро несет положительный электрический заряд и окружено диффузной оболочкой (облаком) из отрицательно заряженных электронов, которая и определяет размер атома. Диаметр атома – ок. 10 –8 см, диаметр ядра в 10 000 раз меньше и равен примерно 10 –12 см. У простейшего из атомов – атома водорода – в ядре всего одна частица – протон. Ядро атомов других элементов содержит более одного протона, а также нейтроны – частицы, близкие к протонам по массе, но не имеющие электрического заряда. Заряд ядра называют его атомным (или порядковым) номером. Атомный номер равен числу протонов в ядре и определяет химическую природу элемента. Так, атом с зарядом ядра +26 содержит 26 протонов в ядре и представляет собой элемент железо. Ядро атома железа окружают 26 электронов, поэтому атом в целом электронейтрален.

Суммарное число протонов и нейтронов в ядре называют массовым числом, поскольку в этих частицах сосредоточена практически вся масса атома. Число нейтронов, содержащихся в ядрах атомов данного элемента, в отличие от числа протонов, может варьировать. Атомы одного элемента, ядра которых содержат разное число нейтронов, называют изотопами. Слово «изотоп» греческого происхождения; оно означает «одно и то же место» – разные изотопы элемента занимают одну и ту же позицию в периодической таблице Менделеева (см. также ИЗОТОПЫ) и обладают очень близкими химическими свойствами. Так, у водорода (массовое число 1) есть изотоп дейтерий, в ядре которого один протон и один нейтрон (массовое число соответственно равно 2). Оба изотопа вступают в одни и те же химические реакции, но не всегда одинаково легко.

Термин «атомная масса» означает массу атома элемента, выраженную в единицах массы атома изотопа углерода 12 С, которую принято считать равной его массовому числу – 12,0000 (атомная масса изотопа близка к его массовому числу, но не равна ему, поскольку при образовании атомного ядра часть массы теряется в виде энергии). До 1961 атомные массы элементов определяли относительно среднего массового числа для смеси изотопов кислорода, равного 16,0000. Атомная масса элемента, существующего в природе в виде смеси изотопов, – это средняя величина атомных масс всех изотопов с учетом их распространенности в природе (см. также АТОМНАЯ МАССА). Молекулярная масса равна сумме масс атомов элементов, составляющих молекулу. Например, мол. масса воды равна сумме 2 · 1,008 (два атома водорода) + 16,0000 (один атом кислорода), т.е. 18,016.

Электронное облако

Физические и химические свойства атомов, а следовательно, и вещества в целом во многом определяются особенностями электронного облака вокруг атомного ядра. Положительно заряженное ядро притягивает отрицательно заряженные электроны. Электроны вращаются вокруг ядра так быстро, что точно определить их местонахождение не представляется возможным. Движущиеся вокруг ядра электроны можно сравнить с облаком или туманом, в одних местах более или менее плотным, в других – совсем разреженным. Форму электронного облака, а также вероятность нахождения электрона в любой его точке можно определить, решив соответствующие уравнения квантовой механики (см. также КВАНТОВАЯ МЕХАНИКА). Области наиболее вероятного нахождения электронов называют орбиталями. Каждая орбиталь характеризуется определенной энергией, и на ней может находиться не более двух электронов. Обычно вначале заполняются ближайшие к ядру самые низкоэнергетические орбитали, затем орбитали с более высокой энергией и т.д.

Существует четыре типа орбиталей, их обозначают s, p, d и f. На каждом уровне (слое) имеется одна s-орбиталь, которая содержит наиболее прочно связанные с ядром электроны. За ней следуют три p-орбитали, пять d-орбиталей и, наконец, семь f-орбиталей.

Источник