Главная Разное

Глоссарий к главе «Атомы, молекулы и ионы. Тема

Очень часто можно услышать мнение, что атом будучи составной частью молекулы, обладает теми же свойствами и имеет аналогичную структуру. Такая позиция лишь отчасти имеет право на существование, поскольку частицы имеют общие и отличительные признаки. Для начала достаточно рассмотреть свойства двух объектов, и на их основе делать дальнейшие выводы.

Атом можно рассматривать как элементарную частицу однородного вещества . Такое вещество, по определению, состоит только из одного химического элемента (С, N, O и другие с периодической таблицы Менделеева). Именно наименьшая часть таких элементов, которая может быть носителем их свойств, и называется атомом. Согласно последним современным представлениям, атом состоит из трех составляющих: протонов, нейтронов и электронов.

Первые две субчастицы вместе составляют базовое ядро , которое имеет положительный заряд. Двигающиеся вокруг ядра электроны привносят компенсационный заряд с противоположным знаком. Таким образом, делается первый вывод, что большинство атомов — электрически нейтральны. Что касается оставшейся части, то в силу различных физико-химических процессов, атомы могут либо присоединять, либо отпускать электроны, что приводит к появлению заряда. Атом имеет массу и размер (определяется размерами ядра) и определяет химические свойства вещества.

Молекула

Молекула является минимальной структурной единицей вещества . Такое вещество может состоять из нескольких химических элементов. Однако, молекулой можно считать и одноатомное вещество одного химического элемента — инертный газ аргона. Как и атомы, является электрически нейтральной. Ионизировать молекулу можно, но уже значительно сложнее: атомы внутри молекулы связаны между собой ковалентной, либо ионной связью. Поэтому присоединить или забрать электрон становится значительно сложнее. Большинство молекул имеет сложную архитектурную постройку, где каждый атом заранее занимает отведенное ему место.

Атом и молекула: общие свойства

Строение . Обе частицы являются структурными единицами вещества. При этом под атомом подразумевается один определенный элемент, молекула же включает в себя уже несколько химически связанных атомов, но структура (положительное ядро с отрицательными электронами) остается той же.

Электрическая нейтральность . При отсутствии внешних факторов — взаимодействия с другим химическим веществом, направленного электрического поля и других раздражителей, — атомы и молекулы не имеют заряда.

Замещение . Атом может выступать как молекула в одном случае — при работе с инертными газами. Также молекулой может считаться одноатомная ртуть.

Наличие массы . Обе частицы имеют свою четкую массу. В случае атома масса зависит от химического элемента и определяется весом ядра (протон почти в 1500 раз тяжелее электрона, поэтому вес отрицательной частицы часто не берется во внимание). Масса молекулы определяется исходя из ее химической формулы — элементов, входящих в ее состав.

Атом и молекула: отличные свойства

Неделимость . Атом является мельчайшим элементом, из которого нельзя выделить еще меньшую частицу. (Получение иона влияет только на заряд, но не на вес). Молекулу, в свою очередь, можно разделить на более мелкие молекулы или можно разложить на атомы. Процесса распада легко добиться с использованием химических катализаторов. Иногда достаточно просто нагреть вещество.

Свободное существование . Молекула может свободно существовать в природе. Атом существует в вольной форме лишь в двух случаях:

Как одноатомная ртуть или инертный газ.
В условиях космоса — как отдельные атомы могут находиться любые химические элементы.

В остальных случаях атом всегда входит в состав молекулы.

Образование заряда . Взаимодействие между ядром и электроном в атоме можно легко преодолеть даже мельчайшим электрическим полем. Таким образом, — из атома легко получить положительный или отрицательный ион. Наличие химических связей между атомами внутри молекулы требует приложения гораздо большего электрического поля или взаимодействия с другим химически активным веществом.

Молекула - наименьшая частица вещества, определяющая его свойства, способная к самостоятельному существованию. Состоит из одинаковых или разных атомов.

Соединения, образованные одинаковыми атомами, называют простыми (He, O 2 , O 3 , H 2 , S 8), а образованные разными атомами - сложными (H 2 O, H 2 O 2 , NH 3 , CCl 4 , C 2 H 5 OH).

Рисунок 1.1 - Молекула воды Рисунок 1.2 - Молекула этанола.

Атомы в молекуле удерживаются химическими связями, возникающими в результате обобществления или перераспределения внешних (валентных) электронов. Каждая обобществленная пара электронов изображается чертой, соединяющей связываемые атомы.

Ионы - заряженные одно- или многоатомные частицы, образующиеся в результате отрыва (присоединения) электрона (электронов) от атома или молекулы с образованием энергетически устойчивых электронных оболочек:

Образование сложных ионов возможно путем присоединения к нейтральным молекулам других ионов:

Образование поваренной соли NaCl из простых веществ сопровождается полным переходом электрона от натрия к хлору с образованием ионов Na + и Cl-. В кристаллическом NaCl нет молекул. Кристалл поваренной соли состоит из катионов Na + и анионов Cl-, которые образуют трехмерную решетку. Каждый из ионов занимает центр октаэдра, вершины которого заняты ионами противоположного знака.

Способность атома присоединять или замещать определенное число других атомов называют валентностью . Мерой валентности считают число атомов водорода или кислорода, присоединенных к элементу (ЭH n , ЭO m ), при условии, что водород одно- , а кислород двухвалентен.

Степень окисления - условный заряд атома элемента, полученный в предположении, что соединение состоит из ионов. Она может быть положительной, отрицательной, нулевой, дробной и обозначается арабской цифрой со знаком «+» или «-» в виде верхнего правого индекса символа элемента: Cl- I , Cl +VII , O- II , H +I , Mg +II , N- III , N +V , Cr +VI .

Для определения степени окисления (с. о.) элемента в соединении (ионе) пользуются следующими правилами:

1. В простых веществах (H 2 , S 8 , P 4) с. о. равна нулю.
2. Постоянную с. о. имеют щелочные (Э +I) и щелочно-земельные (Э +II) элементы, а также фтор F- I .
3. Водород в большинстве соединений имеет с. о. H + (H 2 O, CH 4 , HCl), в гидридах - H- (NaH, CaH 2); с. о. кислорода, как правило, равна -II (O- II), в пероксидах (-O-O-) - -I (O- I).

4. В бинарных соединениях неметаллов отрицательная с. о. приписывается элементу, расположенному справа).

5. Алгебраическая сумма с. о. молекулы равна нулю, иона - его заряду.

Радикалы - частицы, образующиеся при разрыве химической связи, и (или) содержащие нескомпенсированную валентность:

Особую группу составляют свободные радикалы (СР) - химические частицы, содержащие нескомпенсированную валентность (электрон), они могут быть нейтральными или заряженными (ион-радикалы).

Формульная единица - электронейтральное образование немолекулярного строения. Термин особенно применим к соединениям непостоянного состава.

Классификация атомно-молекулярных частиц и образований приведена на рис. 1.3.

Рисунок 1.3 - Классификация атомно-молекулярных

Электроотрицательность (ЭО) - способность атома оттягивать на себя электрон в химическом соединении.

В основу электроотрицательности положены следущие физические обоснования (шкалы):

Шкала Полинга базируется на энергии связи при образовании сложного вещества из простых.

Шкала Малликена - ЭО пропорциональна полуразности первого потенциала ионизации и сродства к электрону ЭО ~ 0,5 (I 1 + E ср).

Шкала Олреда основана на электростатической силе, действующей на внешний электрон

где Z эф - эффективный заряд ядра атома,

e - заряд электрона;

r - ковалентный радиус.

Разность электроотрицательностей элементов в соединении пропорциональна ионности связи взаимодействующих атомов; нулевая разность соответствует образованию ковалентной связи.

Эмпирическая формула составляется из атомных символов элементов, записываемых в определенном порядке друг за другом с учетом числа атомов каждого элемента (показано нижним индексом при символах соответствующих атомов).

Молекулярная формула соответствует истинному молекулярному составу соединения: S 2 Cl 2 , C 6 H 6 , а не SCl, CH. При изменении состава молекулы в зависимости от температуры берут самую простую формулу: S, P, NO 2 вместо S 8 , P 4 , N 2 O 4 .

В структурной формуле указываются последовательность соединения атомов в молекуле (плоская структурная формула) и пространственное расположение атомов в соединении (проекционная структурная формула).

Катион в формулах солей всегда ставится на первое место: MgCl 2 , KMnO 4 , (NH 4) 2 CO 3 .

Модель 1.3 - Калькулятор молекулярных масс

Если соль содержит более одного катиона или более одного аниона, то в формуле они записываются в порядке роста электроотрицательности: KCr(SO 4) 2 , PtBr 2 Cl 2 .

Кислоты рассматриваются как соли протона H + : HCl, H 2 SO 4 , H 3 PO 4 .

Основания - соединения, у которых анионом служит гидроксид-ион OH-: KOH, Al(OH) 3 .

На рис. 1.4 приведены важнейшие классы неорганических соединений.

Рисунок 1.4 - Важнейшие классы неорганических соединений

Моль - количество вещества, содержащее столько же частиц или структурных единиц (атомов, ионов, молекул, радикалов, электронов, эквивалентов и др.), сколько содержится атомов углерода в 12 г изотопа углерода-12 (число Авогадро).

Атом Атом

Химический элемент

Молекула

Ио́н

Дайте определение понятиям количество вещества, молярная масса, атомная масса?

В Международной системе СИ за единицу количества вещества принят моль.

МОЛЬ - это количество вещества (n), которое содержит 6,02 . 10 23 структурных единиц (атомов, молекул, ионов) данного вещества (6,02·10 23 частиц, число Авогадро N A) 1 моль атомов Н, 1 моль молекул Н 2

Атомная единица массы (а.е.м.) - внесистемная единица массы.

Атомная единица массы – это единица массы, равная 1/12 массы атома изотопа углерода 12 С

m(С) = 1,99·10 -26 кг

1/12 m(C) = 1/12 x 1,99·10 -26 кг = 1,66·10 -27 кг = 1,66·10 -24 г

1 а.е.м. = 1,66·10 -27 кг = 1,66·10 -24 г 1 а.е.м. ≈ массе протона или нейтрона.

Масса 1 моля вещества в граммах [М] = [г/моль]

Молярная масса численно равна относительной молекулярной массе

М = Мr

Мr (Н 2 О) = 18,0152 а.е.м.

М(Н 2 О) = 18,0152 г/моль

Молярная масса равна произведению массы m 0 одной молекулы данного вещества на постоянную Авогадро

М = N A · m 0

m в-ва = n · M

Какой ученый открыл закон постоянства состава?

Закон постоянства состава вещества:

Сформулирован Ж.-Л. Прустом в 1799 г..

Всякое чистое вещество независимо от способа его получения всегда имеет постоянный качественный и количественный состав.

Современная формулировка закона постоянства состава вещества такой:

Состав соединений молекулярной структуры является постоянным независимо от способа их получения. Состав соединений немолекулярной структуры (с атомной, ионной или металлической кристаллической решеткой) не является постоянным и зависит от способа их получения.

Соединения постоянного состава - дальтониды (в память английского химика и физика Дальтона).

Состав выражается простыми формулами с целочисленными стехиометрическими индексами, например:

Н 2 О, НCl, ССl 4 , СO 2

Соединения переменного состава - бертоллиды (в память французского химика Бертолле).

Состав бертоллидов изменяется и не отвечает стехиометрическим отношениям, например

FeS x , где 1,02 < x < 1,10

Физический смысл порядкового номера химического элемента?

Порядковый номер химического элемента
совпадает с числом положительных элементарных зарядов в ядре.
И это число вращающихся вокруг ядра электронов является константой. Порядковый номер - это заряд ядра, т. е количество протонов.

Чем обусловлены металлические свойства химических элементов?

Проявление металлических свойств определяется, прежде всего, способностью атомов данного элемента отдавать электроны с внешнего электронного слоя. Именно наличием у металлов свободных электронов обусловлена их высокая электропроводность. Усиление металлических свойств щелочных металлов с возрастанием атомного номера элемента связано прежде всего с увеличением радиусов их атомов, т. е. с ростом числа электронных слоев.

Чему равно массовое число атома?

Масса атома в а.е.м. или массовое число мы можем найти в ПС, оно определяется массой всех протонов и массой всех нейтронов ядра.

Чему равно число нейтронов в атоме P?

Число нейтронов в атоме P равно 16, т.к Массовое число(31)- число протонов(15).

Как составить электронную формулу атома? Правила заполнения атомных орбиталей.

Принцип Паули (запрет)

На одной АО могут находиться не более чем два электрона, которые должны иметь различные спины. В атоме не может быть двух электронов с одинаковым набором всех четырех квантовых чисел.

Правило Хунда.

Устойчивому состоянию атома соответствует такое распределение электронов в пределах энергетического подуровня, при котором абсолютное значение суммарного спина атома максимально

Что такое кристаллогидрат?

Кристаллогидраты - кристаллы, содержащие молекулы воды и образующиеся, если в кристаллической решётке катионы образуют более прочную связь с молекулами воды, чем связь между катионами и анионами в кристалле безводного вещества. Пример: CaSO 4 ·2H 2 O гипс.

Что подразумевается под понятиями: молекула, ион, атом, химический элемент?

Атом – наименьшая частичка химического элемента, являющийся носителем его свойств (предел химической делимости материи). Атом – это электронейтральная частица, состоящего из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов.

Химический элемент – это совокупность атомов с одинаковым зарядом ядра. Объектом изучения в химии являются химические элементы и их соединения.

Молекула – это электронейтральная частица, образующаяся при возникновении ковалентных связей между атомамиодного или нескольких элементов, которая определяет химические свойства вещества.

Ио́н - электрически заряженная частица(положительно или отрицательно) (атом, молекула) , образующаяся, обычно в результате потери или присоединения одного или нескольких электронов атомами или молекулами.

Заряд иона кратен заряду электрона. Понятие и термин ион ввёл в 1834 Майкл Фарадей, который, изучая действие электрического тока на водные растворы кислот, щелочей и солей, предположил, что электропроводность таких растворов обусловлена движением ионов. Положительно заряженные ионы, движущиеся в растворе к отрицательному полюсу (катоду) , Фарадей назвал катионами, а отрицательно заряженные, движущиеся к положительному полюсу (аноду) - анионами.

Молекула – наименьшая частица вещества, определяющая его свойства, способная к самостоятельному существованию. Состоит из одинаковых или разных атомов.

Соединения, образованные одинаковыми атомами, называют простыми (He, O 2, O 3, H 2, S 8), а образованные разными атомами – сложными (H 2O, H 2O 2, NH 3, CCl 4, C 2H 5OH).

Ионы – заряженные одно- или многоатомные частицы, образующиеся в результате отрыва (присоединения) электрона (электронов) от атома или молекулы с образованием энергетически устойчивых электронных оболочек:

Образование поваренной соли NaCl из простых веществ сопровождается полным переходом электрона от натрия к хлору с образованием ионов Na + и Cl –. В кристаллическом NaCl нет молекул. Кристалл поваренной соли состоит из катионов Na + и анионов Cl –, которые образуют трехмерную решетку. Каждый из ионов занимает центр октаэдра, вершины которого заняты ионами противоположного знака.

Степень окисления – условный заряд атома элемента, полученный в предположении, что соединение состоит из ионов. Она может быть положительной, отрицательной, нулевой, дробной и обозначается арабской цифрой со знаком «+» или «–» в виде верхнего правого индекса символа элемента: Cl –, Cl 7+, O 2–, H +, Mg 2+, N 3–, N 5+, Cr 6+.

Для определения степени окисления (с. о.) элемента в соединении (ионе) пользуются следующими правилами:

Радикалы – частицы, образующиеся при разрыве химической связи, и (или) содержащие нескомпенсированную валентность:

Электроотрицательность (ЭО) – способность атома оттягивать на себя электрон в химическом соединении.

В основу электроотрицательности положены следущие физические обоснования (шкалы):

Шкала Полинга базируется на энергии связи при образовании сложного вещества из простых.

Шкала Малликена – ЭО пропорциональна полуразности первого потенциала ионизации и сродства к электрону ЭО ~ 0,5 ∙ (I 1 + E ср).

Шкала Олреда–Рохова основана на электростатической силе, действующей на внешний электрон

где Z эф – эффективный заряд ядра атома, e – заряд электрона; r – ковалентный радиус.

Эмпирическая формула составляется из атомных символов элементов, записываемых в определенном порядке друг за другом.

Молекулярная формула соответствует истинному молекулярному составу соединения: S 2Cl 2, C 6H 6, а не SCl, CH. При изменении состава молекулы в зависимости от температуры берут самую простую формулу: S, P, NO 2 вместо S 8, P 4, N 2O 4.

Катион в формулах солей всегда ставится на первое место: MgCl 2, KMnO 4, (NH 4) 2CO 3.

Если соль содержит более одного катиона или более одного аниона, то в формуле они записываются в алфавитном порядке их символов: KCr(SO 4) 2, PtBr 2Cl 2.

Кислоты рассматриваются как соли протона H +: HCl, H 2SO 4, H 3PO 4.

Основания – соединения, у которых анионом служит гидроксил-ион OH –: KOH, Al(OH) 3.

На рис. 1.4. приведены важнейшие классы неорганических соединений.

Моль – количество вещества, содержащее столько же частиц или структурных единиц (атомов, ионов, молекул, радикалов, электронов, эквивалентов и др.), что и в 12 а. е. м. изотопа углерода-12.

Ключевые слова конспекта: Атомно-молекулярное учение, атомы, молекулы и ионы, элементарные частицы, ядро, электрон, протон, нейтрон.

Древнегреческий философ Демокрит 2500 лет назад предположил, что все тела состоят из мельчайших, невидимых, неделимых, вечно движущихся частиц - атомов . В переводе «атом» означает «неделимый».

Учение о молекулах и атомах в основном было разработано в XVIII- XIX вв. Великий русский учёный М. В. Ломоносов утверждал, что тела в природе состоят из корпускул (молекул), в состав которых входят элементы (атомы). Многообразие веществ учёный объяснял соединением разных атомов в молекулах и различным расположением атомов в них.

Основоположником атомно-молекулярного учения принято считать известного английского учёного Джона Дальтона . Тем не менее некоторые представления об атомах и молекулах, высказанные Ломоносовым за полвека до Дальтона, оказались более достоверными, научными. Например, английский учёный отрицал возможность существования молекул, образованных одинаковыми атомами.

Получило окончательное признание только в 1860 г. на Всемирном съезде химиков в Карлсруэ.

Молекулы

Каждое отдельно взятое вещество состоит из одинаковых молекул. Например, вещество вода состоит из молекул воды. Но размеры молекул воды очень малы, поэтому даже маленькая капелька воды содержит огромное количество молекул, которые имеют одинаковые состав и свойства.

Молекулы - это мельчайшие частицы многих веществ, состав и химические свойства которых такие же, как у данного вещества. При химических реакциях молекулы распадаются, то есть они являются химически делимыми частицами. Молекулы состоят из атомов.

Атомы

Следует иметь в виду, что существуют также вещества, состоящие из отдельных одинаковых атомов. Мельчайшими частицами, сохраняющими характерные химические свойства таких веществ, являются атомы . Так, из отдельных атомов состоят благородные газы - гелий, неон, аргон и др. Атомы в отличие от молекул в ходе химических реакций не делятся на более мелкие части.

Атомы - это мельчайшие химически неделимые частицы вещества.

Элементарные частицы

В конце XIX-начале XX в. было обнаружено, что атомы состоят из ешё более мелких частиц. Эти частицы были названы элементарными частицами . В центре атома находится положительно заряженное ядро , вокруг которого находятся отрицательно заряженные частицы - электроны . Заряд электрона принято считать равным -1.

Ядро атома, в свою очередь, также состоит из элементарных частиц. В состав ядер атомов входят положительно заряженные частицы - протоны и частицы, имеющие почти такую же массу, как протоны, но не имеющие заряда,- нейтроны. Заряд протона численно равен заряду электрона , но имеет противоположный знак (+1).

Например, атом водорода состоит из ядра, в котором находится только один протон и один электрон. Атом гелия состоит из ядра, в котором находятся 2 протона и 2 нейтрона, а также 2 электрона. Атом лития состоит из ядра, в котором находятся 3 протона, 4 нейтрона, а также 3 электрона.

Ионы

Одни атомы, взаимодействуя с другими атомами, могут терять или, наоборот, приобретать один или более электронов. В результате электрически нейтральный атом превращается в заряженную частицу - ион . Если атом теряет один или несколько электронов, его называют положительно заряженным ионом. Атом, дополнительно присоединивший один или несколько электронов, называют отрицательно заряженным ионом. Противоположно заряженные ионы притягиваются друг к другу. Подробнее электронно-ионная теория рассматривается в курсе физики ()