Glossaire du chapitre « Atomes, molécules et ions. Sujet
Très souvent, on entend l'opinion selon laquelle un atome, faisant partie intégrante d'une molécule, a les mêmes propriétés et une structure similaire. Cette position n'a que partiellement le droit d'exister, puisque les particules ont des caractéristiques communes et caractéristiques. Pour commencer, il suffit de considérer les propriétés de deux objets et de tirer d'autres conclusions sur cette base.
Un atome peut être considéré comme particule élémentaire d'une substance homogène. Une telle substance, par définition, est constituée d'un seul élément chimique (C, N, O et autres avec tableau périodique Mendeleïev). C'est la plus petite partie de ces éléments qui peut être porteuse de leurs propriétés, ce qu'on appelle un atome. Selon les concepts modernes les plus récents, un atome est constitué de trois composants : des protons, des neutrons et des électrons.
Les deux premières sous-particules constituent ensemble noyau de base, qui a une charge positive. Les électrons se déplaçant autour du noyau introduisent une charge de compensation de signe opposé. Ainsi, la première conclusion est que la plupart des atomes sont électriquement neutres. Quant au reste, en raison de divers processus physiques et chimiques, les atomes peuvent soit attacher, soit libérer des électrons, ce qui conduit à l'apparition d'une charge. Un atome a une masse et une taille (déterminées par la taille du noyau) et détermine Propriétés chimiques substances.
Molécule
La molécule est unité structurelle minimale de matière. Une telle substance peut être constituée de plusieurs éléments chimiques. Cependant, une substance monoatomique composée d'un élément chimique, l'argon, un gaz inerte, peut également être considérée comme une molécule. Comme les atomes, il est électriquement neutre. Il est possible d'ioniser une molécule, mais c'est beaucoup plus difficile : les atomes à l'intérieur de la molécule sont reliés les uns aux autres par une liaison covalente ou ionique. Il devient donc beaucoup plus difficile d’ajouter ou de retirer un électron. La plupart des molécules ont une structure architecturale complexe, dans laquelle chaque atome prend à l'avance la place qui lui est assignée.
Atome et molécule : propriétés générales
Structure. Les deux particules sont des unités structurelles de la matière. Dans ce cas, un atome désigne un élément spécifique, alors qu'une molécule comprend déjà plusieurs atomes chimiquement liés, mais la structure (noyau positif avec des électrons négatifs) reste la même.
Neutralité électrique. Avec absence facteurs externes- interaction avec les autres chimique, champ électrique dirigé et autres stimuli - les atomes et les molécules n'ont aucune charge.
Substitution. Un atome peut agir comme une molécule dans un cas : lorsqu'il travaille avec des gaz inertes. Le mercure monoatomique peut également être considéré comme une molécule.
Disponibilité de masse. Les deux particules ont leur propre masse distincte. Dans le cas d'un atome, la masse dépend de l'élément chimique et est déterminée par le poids du noyau (un proton est presque 1 500 fois plus lourd qu'un électron, le poids d'une particule négative n'est donc souvent pas pris en compte). La masse d'une molécule est déterminée en fonction de sa formule chimique- les éléments entrant dans sa composition.
Atome et molécule : d'excellentes propriétés
Indivisibilité. Un atome est le plus petit élément à partir duquel une particule encore plus petite ne peut être isolée. (L'obtention d'un ion n'affecte que la charge, pas le poids). La molécule peut à son tour être divisée en molécules plus petites ou décomposée en atomes. Le processus de décomposition est facilement réalisé à l’aide de catalyseurs chimiques. Parfois, il suffit de chauffer la substance.
Existence libre. La molécule peut exister librement dans la nature. Un atome n'existe sous forme libre que dans deux cas :
- Comme le mercure monoatomique ou un gaz inerte.
- Dans des conditions spatiales, tous les éléments chimiques peuvent exister sous forme d’atomes individuels.
Dans d’autres cas, l’atome fait toujours partie de la molécule.
Formation de charges. L'interaction entre le noyau et l'électron dans un atome peut être facilement surmontée par le plus petit champ électrique. Ainsi, il est facile d’obtenir un ion positif ou négatif à partir d’un atome. La présence de liaisons chimiques entre les atomes d’une molécule nécessite l’application d’un champ électrique beaucoup plus important ou une interaction avec une autre substance chimiquement active.
Molécule - la plus petite particule d'une substance qui détermine ses propriétés et est capable d'exister indépendamment. Se compose d'atomes identiques ou différents.
Les composés formés par des atomes identiques sont appelés simple(He, O 2, O 3, H 2, S 8), et ceux formés par différents atomes - complexe(H 2 O, H 2 O 2, NH 3, CCl 4, C 2 H 5 OH).
Figure 1.1 - Molécule d'eau Figure 1.2 - Molécule d'éthanol.
Les atomes d'une molécule sont maintenus ensemble par des liaisons chimiques résultant du partage ou de la redistribution d'électrons externes (de valence). Chaque paire d'électrons partagée est représentée par une ligne reliant les atomes liés.
Ions - particules chargées mono- ou polyatomiques formées à la suite de l'abstraction (attachement) d'un ou plusieurs électrons d'un atome ou d'une molécule avec formation de couches électroniques énergétiquement stables :
La formation d'ions complexes est possible en ajoutant d'autres ions aux molécules neutres :
Formation de sel de table NaCl à partir de substances simples s'accompagne d'un transfert complet d'électrons du sodium vers le chlore avec formation d'ions Na+ et Cl-. Il n’y a aucune molécule dans le NaCl cristallin. Un cristal de sel de table est constitué de cations Na+ et de Clanions, qui forment un réseau tridimensionnel. Chaque ion occupe le centre d'un octaèdre dont les sommets sont occupés par des ions de signe opposé.
La capacité d'un atome à attacher ou à remplacer un certain nombre d'autres atomes est appelée valence . La valence est mesurée par le nombre d'atomes d'hydrogène ou d'oxygène attachés à un élément (EH n, EO m), à condition que l’hydrogène soit monovalent et l’oxygène divalent.
État d'oxydation - la charge conditionnelle d'un atome d'un élément, obtenue en supposant que le composé est constitué d'ions. Il peut être positif, négatif, nul, fractionnaire et est indiqué par un chiffre arabe avec un signe « + » ou « - » sous la forme de l'index supérieur droit du symbole de l'élément : Cl- I, Cl +VII, O- II, H + I, Mg + II, N-III, N + V, Cr + VI.
Pour déterminer l'état d'oxydation (s.o.) d'un élément dans un composé (ion), les règles suivantes sont utilisées :
- 1. Dans les substances simples (H 2, S 8, P 4) p. O. égal à zéro.
- 2. Constante s. O. contiennent des éléments alcalins (E + I) et alcalino-terreux (E + II), ainsi que du fluor F- I.
- 3. L'hydrogène dans la plupart des composés a c. O. H + (H 2 O, CH 4, HCl), en hydrures - H- (NaH, CaH 2) ; Avec. O. l'oxygène, en règle générale, est égal à -II (O- II), en peroxydes (-O-O-) - -I (O- I).
4. Dans les composés binaires de non-métaux, s négatif. O. affecté à l'élément de droite).
5. Somme algébrique p. O. la molécule est égale à zéro, l'ion est sa charge.
Radicaux - particules formées lorsqu'une liaison chimique est rompue et (ou) contenant une valence non compensée :
Un groupe spécial est constitué de radicaux libres (FR) - particules chimiques contenant une valence non compensée (électron), elles peuvent être neutres ou chargées (ions radicaux).
Unité de formule - formation électriquement neutre d'une structure non moléculaire. Le terme s'applique particulièrement aux composés de composition variable.
La classification des particules et formations atomiques-moléculaires est présentée dans la Fig. 1.3.
Figure 1.3 - Classification atomique-moléculaire
Électronégativité (EO) - la capacité d'un atome à attirer un électron vers lui dans un composé chimique.
L'électronégativité est basée sur les justifications physiques (échelles) suivantes :
Échelle Pauling est basé sur l'énergie de liaison lors de la formation d'une substance complexe à partir de substances simples.
Échelle Mullikena- EO est proportionnel à la demi-différence du premier potentiel d'ionisation et d'affinité électronique EO ~ 0,5 ( je 1 + EÉpouser).
L'échelle Allred est basée sur la force électrostatique agissant sur un électron externe
Où Z eff est la charge effective du noyau atomique,
e- la charge électronique ;
r- rayon covalent.
La différence d'électronégativité des éléments d'un composé est proportionnelle à l'ionicité de la liaison des atomes en interaction ; une différence de zéro correspond à la formation d'une liaison covalente.
Formule empirique est composé de symboles atomiques d'éléments écrits dans un certain ordre les uns après les autres, en tenant compte du nombre d'atomes de chaque élément (indiqué par l'indice sous les symboles des atomes correspondants).
Formule moléculaire correspond à la véritable composition moléculaire du composé : S 2 Cl 2, C 6 H 6, et non SCl, CH. Lorsque la composition de la molécule change en fonction de la température, la formule la plus simple est prise : S, P, NO 2 au lieu de S 8, P 4, N 2 O 4.
DANS formule structurelle la séquence de connexion des atomes dans la molécule est indiquée (plat formule structurelle) et la disposition spatiale des atomes dans le composé (formule développée de projection).
Cation dans les formules de sel, il est toujours mis en première place : MgCl 2, KMnO 4, (NH 4) 2 CO 3.
Modèle 1.3 - Calculateur de poids moléculaire
Si un sel contient plus d'un cation ou plus d'un anion, alors dans la formule, ils sont écrits par ordre d'électronégativité croissante : KCr(SO 4) 2, PtBr 2 Cl 2.
Acides sont considérés comme sels du proton H+ : HCl, H 2 SO 4, H 3 PO 4.
Les raisons- les composés dont l'anion est l'ion hydroxyde OH- : KOH, Al(OH) 3.
En figue. Le tableau 1.4 montre les classes les plus importantes de composés inorganiques.
Figure 1.4 - Les classes les plus importantes de composés inorganiques
Taupe - la quantité d'une substance contenant le même nombre de particules ou d'unités structurelles (atomes, ions, molécules, radicaux, électrons, équivalents, etc.) qu'il y a d'atomes de carbone dans 12 g de l'isotope du carbone 12 (nombre d'Avogadro).
Atome Atome
Élément chimique
Molécule
Et il
Définir les notions de quantité de substance, de masse molaire, de masse atomique ?
Dans le système international SI, l'unité de quantité d'une substance est la mole.
MOL est la quantité de substance (n) qui contient 6,02. 10 23 unités structurelles (atomes, molécules, ions) d'une substance donnée (6,02 10 23 particules, nombre d'Avogadro N A) 1 mole d'atomes H, 1 mole de molécules H 2
Unité de masse atomique (a.m.u.)- unité de masse non système.
Une unité de masse atomique est une unité de masse égale à 1/12 de la masse d'un atome de l'isotope du carbone 12 C.
m(C) = 1,99·10 -26kg
1/12 m(C) = 1/12 x 1,99 10 -26 kg = 1,66 10 -27 kg = 1,66 10 -24 g
1 amu = 1,66·10 -27 kg = 1,66·10 -24 g 1 amu ≈ masse d'un proton ou d'un neutron.
Masse de 1 mole d'une substance en grammes [M] = [g/mol]
La masse molaire est numériquement égale à la masse moléculaire relative
M = Monsieur
Mr (H 2 O) = 18,0152 a.m.u.
M(H 2 O) = 18,0152 g/mol
La masse molaire est égale au produit de la masse m 0 d'une molécule d'une substance donnée et de la constante d'Avogadro
M = N UNE m 0
m in-va = n M
Quel scientifique a découvert la loi de constance de la composition ?
Loi de constance de la composition de la matière :
Formulée par J.-L. Proust en 1799.
Toute substance pure, quelle que soit la méthode de préparation, a toujours une composition qualitative et quantitative constante.
La formulation moderne de la loi de constance de la composition de la matière est la suivante :
La composition des composés à structure moléculaire est constante quelle que soit la méthode de préparation. La composition des composés à structure non moléculaire (à réseau cristallin atomique, ionique ou métallique) n'est pas constante et dépend de la méthode de leur préparation.
Composés permanents- Daltonides (en mémoire du chimiste et physicien anglais Dalton).
La composition est exprimée par des formules simples à indices stoechiométriques entiers, par exemple :
H 2 O, HCl, CCl 4, CO 2
Composés variables- les berthollides (à la mémoire du chimiste français Berthollet).
La composition des berthollides varie et ne suit pas de relations stœchiométriques, par ex.
FeS x, où 1,02< x < 1,10
Signification physique numéro de série d'un élément chimique ?
Numéro de série d'un élément chimique
coïncide avec le nombre de charges élémentaires positives dans le noyau.
Et ce nombre d’électrons tournant autour du noyau est une constante. Le numéro atomique est la charge du noyau, c'est-à-dire le nombre de protons.
Qu’est-ce qui détermine les propriétés métalliques des éléments chimiques ?
La manifestation des propriétés métalliques est déterminée avant tout par la capacité des atomes de cet élément donner des électrons de la couche électronique externe. C'est la présence d'électrons libres dans les métaux qui est responsable de leur conductivité électrique élevée. L'amélioration des propriétés métalliques des métaux alcalins avec l'augmentation du numéro atomique de l'élément est principalement associée à une augmentation des rayons de leurs atomes, c'est-à-dire à une augmentation du nombre de couches électroniques.
Quel est le nombre de masse d'un atome ?
Masse atomique en a.m.u. ou le nombre de masse que l'on peut trouver dans le PS, il est déterminé par la masse de tous les protons et la masse de tous les neutrons du noyau.
Quel est le nombre de neutrons dans un atome P ?
Le nombre de neutrons dans l'atome P est de 16, puisque le nombre de masse (31) est le nombre de protons (15).
Comment créer la formule électronique d'un atome ? Règles de remplissage des orbitales atomiques.
Le principe d'exclusion de Pauli
Un AO ne peut contenir plus de deux électrons, qui doivent avoir des spins différents. Un atome ne peut pas avoir deux électrons avec le même ensemble de quatre nombres quantiques.
La règle de Hund.
L'état stable de l'atome correspond à une telle répartition des électrons au sein du sous-niveau d'énergie auquel la valeur absolue du spin total de l'atome est maximale.
Qu’est-ce que l’hydrate cristallin ?
Hydrates cristallins- des cristaux contenant des molécules d'eau et formés si les cations dans le réseau cristallin forment des liaisons plus fortes avec les molécules d'eau que la liaison entre les cations et les anions dans un cristal d'une substance anhydre. Exemple : CaSO 4 ·2H 2 O gypse.
Que signifient les concepts : molécule, ion, atome, élément chimique ?
Atome– la plus petite particule d'un élément chimique qui est porteuse de ses propriétés (la limite de la divisibilité chimique de la matière). Atome est une particule électriquement neutre constituée d’un noyau chargé positivement et d’électrons chargés négativement.
Élément chimique est un ensemble d'atomes ayant la même charge nucléaire. L'objet d'étude en chimie concerne les éléments chimiques et leurs composés.
Molécule est une particule électriquement neutre formée lorsque des liaisons covalentes se produisent entre des atomes d'un ou plusieurs éléments, ce qui détermine les propriétés chimiques d'une substance.
Et il- une particule chargée électriquement (positivement ou négativement) (atome, molécule), généralement formée à la suite de la perte ou du gain d'un ou plusieurs électrons par des atomes ou des molécules.
La charge d'un ion est un multiple de la charge d'un électron. Le concept et le terme ion ont été introduits en 1834 par Michael Faraday qui, en étudiant l'effet du courant électrique sur des solutions aqueuses d'acides, d'alcalis et de sels, a suggéré que la conductivité électrique de telles solutions est due au mouvement des ions. Faraday a appelé les ions chargés positivement se déplaçant en solution vers les cations du pôle négatif (cathode), et les ions chargés négativement se déplaçant vers le pôle positif (anode) - les anions.
Molécule – la plus petite particule d'une substance qui détermine ses propriétés et est capable d'exister indépendamment. Se compose d'atomes identiques ou différents.Les composés formés par des atomes identiques sont appelés simple(He, O 2, O 3, H 2, S 8), et ceux formés par différents atomes - complexe(H 2O, H 2O 2, NH 3, CCl 4, C 2H 5OH).
Les atomes d'une molécule sont maintenus ensemble par des liaisons chimiques résultant du partage ou de la redistribution d'électrons externes (de valence). Chaque paire d'électrons partagée est représentée par une ligne reliant les atomes liés.
Ions – particules chargées mono- ou polyatomiques formées à la suite de l'abstraction (attachement) d'un ou plusieurs électrons d'un atome ou d'une molécule avec formation de couches électroniques énergétiquement stables :
La formation de sel de table NaCl à partir de substances simples s'accompagne d'un transfert complet d'électrons du sodium au chlore avec formation d'ions Na + et Cl –. Il n’y a aucune molécule dans le NaCl cristallin. Un cristal de sel de table est constitué de cations Na + et d’anions Cl –, qui forment un réseau tridimensionnel. Chaque ion occupe le centre d'un octaèdre dont les sommets sont occupés par des ions de signe opposé.
La capacité d'un atome à attacher ou à remplacer un certain nombre d'autres atomes est appelée valence . La valence est mesurée par le nombre d'atomes d'hydrogène ou d'oxygène attachés à un élément (EH n, EO m), à condition que l’hydrogène soit monovalent et l’oxygène divalent.
État d'oxydation – la charge conditionnelle de l’atome d’un élément, obtenue en supposant que le composé est constitué d’ions. Il peut être positif, négatif, nul, fractionnaire et est indiqué par un chiffre arabe avec un signe « + » ou « – » sous la forme de l'index supérieur droit du symbole de l'élément : Cl –, Cl 7+, O 2– , H +, Mg 2+, N 3–, N 5+, Cr 6+.
Pour déterminer l'état d'oxydation (s.o.) d'un élément dans un composé (ion), les règles suivantes sont utilisées :
Radicaux – particules formées lorsqu’une liaison chimique est rompue et (ou) contenant une valence non compensée :
Électronégativité (EO) - la capacité d'un atome à attirer un électron vers lui dans un composé chimique.
L'électronégativité est basée sur les justifications physiques (échelles) suivantes :
L'échelle de Pauling est basée sur l'énergie de liaison de la formation d'une substance complexe à partir de substances simples.
L'échelle Mulliken – EO est proportionnelle à la demi-différence du premier potentiel d'ionisation et de l'affinité électronique EO ~ 0,5 ∙ ( je 1 + EÉpouser).
L'échelle Allred – Rochow est basée sur la force électrostatique agissant sur un électron externe
Où Z eff est la charge effective du noyau atomique, e– la charge électronique ; r– rayon covalent.
La différence d'électronégativité des éléments d'un composé est proportionnelle à l'ionicité de la liaison des atomes en interaction ; une différence de zéro correspond à la formation d'une liaison covalente.
Formule empirique est composé de symboles atomiques d’éléments écrits dans un certain ordre les uns après les autres.
Formule moléculaire correspond à la véritable composition moléculaire du composé : S 2Cl 2, C 6H 6, et non SCl, CH. Lorsque la composition de la molécule change en fonction de la température, la formule la plus simple est prise : S, P, NO 2 au lieu de S 8, P 4, N 2O 4.
DANS formule structurelle la séquence de connexion des atomes dans la molécule (formule développée plate) et la disposition spatiale des atomes dans le composé (formule développée projective) sont indiquées.
Cation dans les formules de sel, il est toujours mis en premier lieu : MgCl 2, KMnO 4, (NH 4) 2CO 3.
Si un sel contient plus d'un cation ou plus d'un anion, alors dans la formule, ils sont écrits par ordre alphabétique de leurs symboles : KCr(SO 4) 2, PtBr 2Cl 2.
Acides sont considérés comme sels du proton H + : HCl, H 2SO 4, H 3PO 4.
Les raisons– composés dont l'anion est l'ion hydroxyle OH – : KOH, Al(OH) 3.
En figue. 1.4. Les classes les plus importantes de composés inorganiques sont indiquées.
Taupe - une quantité de substance contenant le même nombre de particules ou d'unités structurelles (atomes, ions, molécules, radicaux, électrons, équivalents, etc.) qu'en 12 a. e.m. isotope du carbone 12.
Mots clés du résumé : Science atomique-moléculaire, atomes, molécules et ions, particules élémentaires, noyau, électron, proton, neutron.
Philosophe grec ancien Démocrite Il y a 2 500 ans, il suggérait que tous les corps étaient constitués de minuscules particules invisibles, indivisibles et en mouvement constant. atomes. Traduit, « atome » signifie « indivisible ».
La doctrine des molécules et des atomes s’est principalement développée aux XVIIIe-XIXe siècles. Grand scientifique russe M. V. Lomonossov a soutenu que les corps dans la nature sont constitués de corpuscule(molécules), qui comprennent éléments(atomes). Le scientifique a expliqué la variété des substances par la combinaison de différents atomes dans les molécules et par les différentes dispositions des atomes dans celles-ci.
Le fondateur de la science atomique et moléculaire est considéré comme le célèbre scientifique anglais. John Dalton. Néanmoins, certaines idées sur les atomes et les molécules, exprimées par Lomonosov un demi-siècle avant Dalton, se sont révélées plus fiables et scientifiques. Par exemple, un scientifique anglais a nié la possibilité de l’existence de molécules formées d’atomes identiques.
Il n'a reçu la reconnaissance définitive qu'en 1860 lors du Congrès mondial des chimistes de Karlsruhe.
Molécules
Chaque substance individuelle est constituée de molécules identiques. Par exemple, la substance eau est constituée de molécules d’eau. Mais la taille des molécules d'eau est très petite, de sorte que même une petite goutte d'eau contient un grand nombre de molécules ayant la même composition et les mêmes propriétés.
Molécules- ce sont les plus petites particules de nombreuses substances, dont la composition et les propriétés chimiques sont les mêmes que celles de la substance donnée. Lors des réactions chimiques, les molécules se désintègrent, c'est-à-dire qu'elles constituent des particules chimiquement divisibles. Les molécules sont constituées d'atomes.
Atomes
Il convient de garder à l’esprit qu’il existe également des substances constituées d’atomes individuels identiques. Les plus petites particules qui conservent les propriétés chimiques caractéristiques de ces substances sont atomes. Ainsi, les gaz rares - hélium, néon, argon, etc. - sont constitués d'atomes individuels. Les atomes, contrairement aux molécules, réactions chimiques ne sont pas divisés en parties plus petites.
Atomes- Ce sont les plus petites particules de matière chimiquement indivisibles.
Particules élémentaires
Fin 19ème et début 20ème siècles. On a découvert que les atomes sont constitués de particules encore plus petites. Ces particules étaient appelées particules élémentaires . Au centre de l’atome se trouve un atome chargé positivement cœur, autour duquel se trouvent des particules chargées négativement - électrons. La charge d'un électron est considérée comme étant -1.
Le noyau d’un atome, quant à lui, est également constitué de particules élémentaires. Les noyaux des atomes comprennent des particules chargées positivement - des protons et des particules qui ont presque la même masse que les protons, mais n'ont aucune charge - les neutrons. Charge de protons numériquement égal à la charge électronique, mais a le signe opposé (+1).
Par exemple, un atome d’hydrogène est constitué d’un noyau qui ne contient qu’un seul proton et un électron. Un atome d'hélium est constitué d'un noyau contenant 2 protons et 2 neutrons, ainsi que 2 électrons. Un atome de lithium est constitué d'un noyau contenant 3 protons, 4 neutrons et 3 électrons.
Ions
Certains atomes, en interaction avec d'autres atomes, peuvent perdre ou, à l'inverse, gagner un ou plusieurs électrons. En conséquence, un atome électriquement neutre se transforme en une particule chargée - et il. Si un atome perd un ou plusieurs électrons, on parle d’ion chargé positivement. Un atome qui a en plus ajouté un ou plusieurs électrons est appelé un ion chargé négativement. Les ions de charges opposées s’attirent. La théorie électron-ion est discutée plus en détail dans le cours de physique ()
