Glosar za poglavje »Atomi, molekule in ioni. Predmet
Zelo pogosto lahko slišite mnenje, da ima atom, ki je sestavni del molekule, enake lastnosti in podobno strukturo. Ta položaj ima le delno pravico do obstoja, saj imajo delci skupno in Lastnosti. Za začetek je dovolj, da razmislimo o lastnostih dveh predmetov in na podlagi njih naredimo nadaljnje zaključke.
Atom si lahko predstavljamo kot osnovni delec homogene snovi. Takšna snov je po definiciji sestavljena samo iz enega kemičnega elementa (C, N, O in drugi z periodni sistem Mendelejev). Najmanjši del takih elementov, ki je lahko nosilec njihovih lastnosti, imenujemo atom. Po najnovejših sodobnih konceptih je atom sestavljen iz treh komponent: protonov, nevtronov in elektronov.
Prva dva poddelca skupaj sestavljata osnovno jedro, ki ima pozitiven naboj. Elektroni, ki se gibljejo okoli jedra, uvajajo kompenzacijski naboj z nasprotnim predznakom. Tako je narejen prvi sklep, da je večina atomov električno nevtralnih. Kar zadeva preostali del, lahko atomi zaradi različnih fizikalnih in kemičnih procesov bodisi prilepijo ali sprostijo elektrone, kar vodi do pojava naboja. Atom ima maso in velikost (ki ju določa velikost jedra) in določa Kemijske lastnosti snovi.
Molekula
Molekula je minimalna strukturna enota snovi. Takšna snov je lahko sestavljena iz več kemičnih elementov. Vendar pa lahko za molekulo štejemo tudi enoatomsko snov enega kemičnega elementa - inertnega plina argona. Tako kot atomi je električno nevtralen. Molekulo je mogoče ionizirati, vendar je veliko težje: atomi znotraj molekule so med seboj povezani s kovalentno ali ionsko vezjo. Zato postane veliko težje dodati ali odvzeti elektron. Večina molekul ima zapleteno arhitekturno strukturo, kjer vsak atom zavzame svoje vnaprej določeno mesto.
Atom in molekula: splošne lastnosti
Struktura. Oba delca sta strukturni enoti snovi. V tem primeru atom pomeni en določen element, medtem ko molekula že vključuje več kemično povezanih atomov, vendar struktura (pozitivno jedro z negativnimi elektroni) ostaja enaka.
Električna nevtralnost. Z odsotnostjo zunanji dejavniki- interakcija z drugimi kemična, usmerjeno električno polje in drugi dražljaji - atomi in molekule nimajo naboja.
Zamenjava. Atom lahko deluje kot molekula v enem primeru - pri delu z inertnimi plini. Monatomsko živo srebro lahko štejemo tudi za molekulo.
Razpoložljivost mase. Oba delca imata svojo različno maso. Pri atomu je masa odvisna od kemijskega elementa in je določena s težo jedra (proton je skoraj 1500-krat težji od elektrona, zato teža negativnega delca pogosto ni upoštevana). Maso molekule določimo na podlagi njene kemijska formula- elementi, vključeni v njegovo sestavo.
Atom in molekula: odlične lastnosti
Nedeljivost. Atom je najmanjši element, iz katerega ni mogoče izolirati še manjšega delca. (Pridobivanje iona vpliva le na naboj, ne na težo). Molekulo pa lahko razdelimo na manjše molekule ali razgradimo na atome. Postopek razgradnje je enostavno doseči z uporabo kemičnih katalizatorjev. Včasih zadostuje preprosto segrevanje snovi.
Svoboden obstoj. Molekula lahko prosto obstaja v naravi. Atom obstaja v prosti obliki samo v dveh primerih:
- Kot monoatomsko živo srebro ali inertni plin.
- V vesoljskih razmerah lahko kateri koli kemični element obstaja kot posamezni atom.
V drugih primerih je atom vedno del molekule.
Oblikovanje naboja. Interakcija med jedrom in elektronom v atomu je zlahka premagana že z najmanjšim električnim poljem. Tako je iz atoma enostavno dobiti pozitivni ali negativni ion. Prisotnost kemičnih vezi med atomi znotraj molekule zahteva uporabo veliko večjega električnega polja ali interakcijo z drugo kemično aktivno snovjo.
Molekula - najmanjši delček snovi, ki določa njene lastnosti in je sposoben samostojnega obstoja. Sestavljen je iz enakih ali različnih atomov.
Imenujemo spojine, ki jih tvorijo enaki atomi preprosto(He, O 2, O 3, H 2, S 8) in tiste, ki jih tvorijo različni atomi - kompleksen(H 2 O, H 2 O 2, NH 3, CCl 4, C 2 H 5 OH).
Slika 1.1 – Molekula vode Slika 1.2 – Molekula etanola.
Atome v molekuli držijo skupaj kemične vezi, ki nastanejo kot posledica delitve ali prerazporeditve zunanjih (valenčnih) elektronov. Vsak skupni par elektronov je predstavljen s črto, ki povezuje vezane atome.
Ioni - nabiti eno- ali poliatomski delci, ki nastanejo kot posledica odvzema (pritrjevanja) elektrona (elektronov) iz atoma ali molekule s tvorbo energijsko stabilnih elektronskih lupin:
Tvorba kompleksnih ionov je možna z dodajanjem drugih ionov nevtralnim molekulam:
Nastanek kuhinjske soli NaCl iz preproste snovi spremlja popoln prenos elektrona iz natrija v klor s tvorbo ionov Na + in Cl-. V kristalnem NaCl ni molekul. Kristal kuhinjske soli je sestavljen iz kationov Na+ in anionov Cl-, ki tvorijo tridimenzionalno mrežo. Vsak ion zaseda središče oktaedra, katerega oglišča so zasedena z ioni nasprotnega predznaka.
Sposobnost atoma, da pritrdi ali nadomesti določeno število drugih atomov, se imenuje valenca . Valenco merimo s številom atomov vodika ali kisika, vezanih na element (EH n, EO m), pod pogojem, da je vodik enovalenten in kisik dvovalenten.
Oksidacijsko stanje - pogojni naboj atoma elementa, dobljen ob predpostavki, da je spojina sestavljena iz ionov. Lahko je pozitiven, negativen, ničelni, delni in je označen z arabsko številko z znakom "+" ali "-" v obliki zgornjega desnega indeksa simbola elementa: Cl- I, Cl +VII, O- II, H +I, Mg +II, N-III, N +V, Cr +VI.
Za določitev oksidacijskega stanja (s.o.) elementa v spojini (iona) se uporabljajo naslednja pravila:
- 1. V enostavnih snoveh (H 2, S 8, P 4) str. O. enako nič.
- 2. Konstanta s. O. imajo alkalne (E + I) in zemeljskoalkalijske (E + II) elemente ter fluor F-I.
- 3. Vodik ima v večini spojin c. O. H + (H 2 O, CH 4, HCl), v hidridih - H- (NaH, CaH 2); z. O. kisik je praviloma enak -II (O- II), v peroksidih (-O-O-) - -I (O- I).
4. V binarnih spojinah nekovin negativni s. O. dodeljen elementu na desni).
5. Algebraična vsota str. O. molekula je enaka nič, ion - njegov naboj.
Radikali - delci, ki nastanejo ob pretrganju kemične vezi in (ali) vsebujejo nekompenzirano valenco:
Posebno skupino sestavljajo prosti radikali (FR) - kemični delci, ki vsebujejo nekompenzirano valenco (elektron), lahko so nevtralni ali nabiti (radikalski ioni).
Enota formule - električno nevtralna tvorba nemolekularne strukture. Izraz je še posebej uporaben za spojine spremenljive sestave.
Razvrstitev atomsko-molekularnih delcev in tvorb je prikazana na sl. 1.3.
Slika 1.3 - Razvrstitev atomsko-molekularnih
Elektronegativnost (EO) - sposobnost atoma, da pritegne k sebi elektron v kemični spojini.
Elektronegativnost temelji na naslednjih fizikalnih utemeljitvah (lestvicah):
Lestvica Pauling temelji na vezni energiji pri nastajanju kompleksne snovi iz enostavnih.
Lestvica Mullikena- EO je sorazmeren polovični razliki prvega ionizacijskega potenciala in elektronske afinitete EO ~ 0,5 ( jaz 1 + E sre).
Allredova lestvica temelji na elektrostatični sili, ki deluje na zunanji elektron
Kje Z eff je efektivni naboj atomskega jedra,
e- naboj elektrona;
r- kovalentni polmer.
Razlika v elektronegativnosti elementov v spojini je sorazmerna z ionskostjo vezi medsebojno delujočih atomov; razlika nič ustreza nastanku kovalentne vezi.
Empirična formula je sestavljen iz atomskih simbolov elementov, zapisanih v določenem vrstnem redu enega za drugim, pri čemer se upošteva število atomov posameznega elementa (prikazano z indeksom pod simboli ustreznih atomov).
Molekulska formula ustreza resnični molekularni sestavi spojine: S 2 Cl 2, C 6 H 6 in ne SCl, CH. Ko se sestava molekule spreminja glede na temperaturo, se vzame najpreprostejša formula: S, P, NO 2 namesto S 8, P 4, N 2 O 4.
IN strukturna formula označeno je zaporedje povezovanja atomov v molekuli (ravno strukturna formula) in prostorsko razporeditev atomov v spojini (projekcijska strukturna formula).
kation v solnih formulah je vedno na prvem mestu: MgCl 2, KMnO 4, (NH 4) 2 CO 3.
Model 1.3 - Kalkulator molekulske mase
Če sol vsebuje več kot en kation ali več kot en anion, potem so v formuli zapisani po naraščajoči elektronegativnosti: KCr(SO 4) 2, PtBr 2 Cl 2.
kisline obravnavamo kot soli H + protona: HCl, H 2 SO 4, H 3 PO 4.
Razlogi- spojine, v katerih je anion hidroksidni ion OH-: KOH, Al(OH) 3.
Na sl. Tabela 1.4 prikazuje najpomembnejše razrede anorganskih spojin.
Slika 1.4 - Najpomembnejši razredi anorganskih spojin
Krt - količina snovi, ki vsebuje enako število delcev ali strukturnih enot (atomov, ionov, molekul, radikalov, elektronov, ekvivalentov itd.), kot je ogljikovih atomov v 12 g izotopa ogljik-12 (Avogadrovo število).
Atom Atom
Kemični element
Molekula
In je
Opredeli pojme količina snovi, molska masa, atomska masa?
V mednarodnem sistemu SI je količinska enota snovi mol.
MOL je količina snovi (n), ki vsebuje 6,02. 10 23 strukturne enote (atomi, molekule, ioni) dane snovi (6,02 10 23 delcev, Avogadrovo število N A) 1 mol atomov H, 1 mol molekul H 2
Enota za atomsko maso (a.m.u.)- nesistemska enota mase.
Enota za atomsko maso je enota za maso, ki je enaka 1/12 mase atoma izotopa ogljika 12 C
m(C) = 1,99·10 -26 kg
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 ≈ masa protona ali nevtrona.
Masa 1 mola snovi v gramih [M] = [g/mol]
Molska masa je številčno enaka relativni molekulski masi
M = g
Mr (H 2 O) = 18,0152 a.m.u.
M(H2O) = 18,0152 g/mol
Molska masa je enaka produktu mase m 0 ene molekule dane snovi in Avogadrove konstante
M = N A m 0
m in-va = n M
Kateri znanstvenik je odkril zakon konstantnosti sestave?
Zakon konstantnosti sestave snovi:
Oblikoval J.-L. Proust leta 1799.
Vsaka čista snov, ne glede na način njene priprave, ima vedno stalno kakovostno in kvantitativno sestavo.
Sodobna formulacija zakona o konstantnosti sestave snovi je naslednja:
Sestava spojin z molekularno zgradbo je konstantna ne glede na način njihove priprave. Sestava spojin z nemolekularno strukturo (z atomsko, ionsko ali kovinsko kristalno mrežo) ni konstantna in je odvisna od načina njihove priprave.
Trajne spojine- Daltonidi (v spomin na angleškega kemika in fizika Daltona).
Sestava je izražena s preprostimi formulami s celimi stehiometričnimi indeksi, na primer:
H 2 O, HCl, CCl 4, CO 2
Spremenljive spojine- berthollides (v spomin na francoskega kemika Bertholleta).
Sestava bertolidov se spreminja in ne sledi stehiometričnim razmerjem, npr.
FeS x, kjer je 1,02< x < 1,10
Fizični pomen serijska številka kemijskega elementa?
Serijska številka kemijskega elementa
sovpada s številom pozitivnih elementarnih nabojev v jedru.
In to število elektronov, ki se vrtijo okoli jedra, je konstanta. Atomsko število je naboj jedra, to je število protonov.
Kaj določa kovinske lastnosti kemičnih elementov?
Manifestacija kovinskih lastnosti je določena predvsem s sposobnostjo atomov tega elementa oddajajo elektrone iz zunanje elektronske plasti. Prav prisotnost prostih elektronov v kovinah je odgovorna za njihovo visoko električno prevodnost. Povečanje kovinskih lastnosti alkalijskih kovin z naraščajočim atomskim številom elementa je povezano predvsem s povečanjem polmerov njihovih atomov, to je s povečanjem števila elektronskih plasti.
Kakšno je masno število atoma?
Atomska masa v a.m.u. ali masno število, ki ga lahko najdemo v PS, je določeno z maso vseh protonov in maso vseh nevtronov jedra.
Kakšno je število nevtronov v atomu P?
Število nevtronov v atomu P je 16, saj je masno število (31) število protonov (15).
Kako ustvariti elektronsko formulo atoma? Pravila za polnjenje atomskih orbital.
Paulijevo izključitveno načelo
En AO lahko vsebuje največ dva elektrona, ki morata imeti različne vrtljaje. Atom ne more imeti dveh elektronov z enakim nizom vseh štirih kvantnih števil.
Hundovo pravilo.
Stabilno stanje atoma ustreza takšni porazdelitvi elektronov znotraj energijskega podnivoja, pri katerem je absolutna vrednost celotnega spina atoma največja
Kaj je kristalni hidrat?
Kristalni hidrati- kristali, ki vsebujejo molekule vode in nastanejo, če kationi v kristalni mreži tvorijo močnejše vezi z molekulami vode kot vez med kationi in anioni v kristalu brezvodne snovi. Primer: CaSO 4 ·2H 2 O sadra.
Kaj pomenijo pojmi: molekula, ion, atom, kemični element?
Atom– najmanjši delec kemijskega elementa, ki je nosilec njegovih lastnosti (meja kemijske deljivosti snovi). Atom je električno nevtralen delec, sestavljen iz pozitivno nabitega jedra in negativno nabitih elektronov.
Kemični element je skupek atomov z enakim jedrskim nabojem. Predmet preučevanja kemije so kemični elementi in njihove spojine.
Molekula je električno nevtralen delec, ki nastane, ko med atomi enega ali več elementov nastane kovalentna vez, kar določa kemijske lastnosti snovi.
In je- električno nabit delec (pozitivno ali negativno) (atom, molekula), ki običajno nastane kot posledica izgube ali pridobitve enega ali več elektronov s strani atomov ali molekul.
Naboj iona je večkratnik naboja elektrona. Pojem in izraz ion je leta 1834 uvedel Michael Faraday, ki je med preučevanjem vpliva električnega toka na vodne raztopine kislin, alkalij in soli predlagal, da je električna prevodnost takih raztopin posledica gibanja ionov. Faraday je pozitivno nabite ione, ki se gibljejo v raztopini proti negativnemu polu (katodi), imenoval kationi, negativno nabite ione, ki se gibljejo proti pozitivnemu polu (anodi), pa anioni.
Molekula – najmanjši delček snovi, ki določa njene lastnosti in je sposoben samostojnega obstoja. Sestavljen je iz enakih ali različnih atomov.Imenujemo spojine, ki jih tvorijo enaki atomi preprosto(He, O 2, O 3, H 2, S 8) in tiste, ki jih tvorijo različni atomi - kompleksen(H 2 O, H 2 O 2, NH 3, CCl 4, C 2 H 5 OH).
Atome v molekuli držijo skupaj kemične vezi, ki nastanejo kot posledica delitve ali prerazporeditve zunanjih (valenčnih) elektronov. Vsak skupni par elektronov je predstavljen s črto, ki povezuje vezane atome.
Ioni – nabiti eno- ali večatomski delci, ki nastanejo kot posledica odvzema (pritrjevanja) elektrona (elektronov) od atoma ali molekule s tvorbo energijsko stabilnih elektronskih lupin:
Tvorbo kuhinjske soli NaCl iz preprostih snovi spremlja popoln prenos elektrona iz natrija v klor s tvorbo ionov Na + in Cl –. V kristalnem NaCl ni molekul. Kristal kuhinjske soli je sestavljen iz kationov Na + in anionov Cl –, ki tvorijo tridimenzionalno mrežo. Vsak ion zaseda središče oktaedra, katerega oglišča so zasedena z ioni nasprotnega predznaka.
Sposobnost atoma, da pritrdi ali nadomesti določeno število drugih atomov, se imenuje valenca . Valenco merimo s številom atomov vodika ali kisika, vezanih na element (EH n, EO m), pod pogojem, da je vodik enovalenten in kisik dvovalenten.
Oksidacijsko stanje – pogojni naboj atoma elementa, dobljen ob predpostavki, da je spojina sestavljena iz ionov. Lahko je pozitiven, negativen, ničelni, delni in je označen z arabsko številko z znakom "+" ali "–" v obliki zgornjega desnega indeksa simbola elementa: Cl –, Cl 7+, O 2– , H +, Mg 2+, N 3–, N 5+, Cr 6+.
Za določitev oksidacijskega stanja (s.o.) elementa v spojini (iona) se uporabljajo naslednja pravila:
Radikali – delci, ki nastanejo ob pretrganju kemične vezi in (ali) vsebujejo nekompenzirano valenco:
Elektronegativnost (EO) - sposobnost atoma, da pritegne k sebi elektron v kemični spojini.
Elektronegativnost temelji na naslednjih fizikalnih utemeljitvah (lestvicah):
Paulingova lestvica temelji na vezni energiji tvorbe kompleksne snovi iz enostavnih.
Lestvica Mulliken – EO je sorazmerna polovični razliki prvega ionizacijskega potenciala in elektronske afinitete EO ~ 0,5 ∙ ( jaz 1 + E sre).
Allred-Rochowova lestvica temelji na elektrostatični sili, ki deluje na zunanji elektron
Kje Z eff je efektivni naboj atomskega jedra, e– naboj elektrona; r– kovalentni polmer.
Razlika v elektronegativnosti elementov v spojini je sorazmerna z ionskostjo vezi medsebojno delujočih atomov; razlika nič ustreza nastanku kovalentne vezi.
Empirična formula je sestavljen iz atomskih simbolov elementov, zapisanih v določenem vrstnem redu enega za drugim.
Molekulska formula ustreza resnični molekularni sestavi spojine: S 2Cl 2, C 6H 6 in ne SCl, CH. Ko se sestava molekule spreminja glede na temperaturo, se vzame najpreprostejša formula: S, P, NO 2 namesto S 8, P 4, N 2O 4.
IN strukturna formula navedeno je zaporedje povezovanja atomov v molekuli (ploska strukturna formula) in prostorska razporeditev atomov v spojini (projekcijska strukturna formula).
kation v solnih formulah je vedno na prvem mestu: MgCl 2, KMnO 4, (NH 4) 2CO 3.
Če sol vsebuje več kot en kation ali več kot en anion, potem so v formuli zapisani po abecednem vrstnem redu njihovih simbolov: KCr(SO 4) 2, PtBr 2Cl 2.
kisline obravnavamo kot soli H + protona: HCl, H 2SO 4, H 3PO 4.
Razlogi– spojine, v katerih je anion hidroksilni ion OH –: KOH, Al(OH) 3.
Na sl. 1.4. Podani so najpomembnejši razredi anorganskih spojin.
Krt - količino snovi, ki vsebuje enako število delcev ali strukturnih enot (atomov, ionov, molekul, radikalov, elektronov, ekvivalentov itd.) kot v 12 a. e.m. izotop ogljik-12.
Ključne besede povzetka: atomsko-molekularna znanost, atomi, molekule in ioni, osnovni delci, jedro, elektron, proton, nevtron.
starogrški filozof Demokrit Pred 2500 leti je predlagal, da so vsa telesa sestavljena iz drobnih, nevidnih, nedeljivih, nenehno premikajočih se delcev - atomi. V prevodu »atom« pomeni »nedeljiv«.
Nauk o molekulah in atomih se je v glavnem razvil v 18.-19. Veliki ruski znanstvenik M. V. Lomonosov trdil, da so telesa v naravi sestavljena iz telesce(molekul), ki vključujejo elementi(atomi). Raznolikost snovi je znanstvenik pojasnil s kombinacijo različnih atomov v molekulah in različno razporeditvijo atomov v njih.
Za utemeljitelja atomsko-molekularne znanosti velja slavni angleški znanstvenik John Dalton. Kljub temu so se nekatere ideje o atomih in molekulah, ki jih je Lomonosov izrazil pol stoletja pred Daltonom, izkazale za bolj zanesljive in znanstvene. Na primer, angleški znanstvenik je zanikal možnost obstoja molekul, ki jih tvorijo enaki atomi.
Dokončno priznanje je dobil šele leta 1860 na svetovnem kongresu kemikov v Karlsruheju.
Molekule
Vsaka posamezna snov je sestavljena iz enakih molekul. Na primer, snov voda je sestavljena iz molekul vode. Toda velikosti molekul vode so zelo majhne, zato že majhna kapljica vode vsebuje ogromno molekul, ki imajo enako sestavo in lastnosti.
Molekule- to so najmanjši delci številnih snovi, katerih sestava in kemijske lastnosti so enake kot pri dani snovi. Pri kemijskih reakcijah molekule razpadejo, to je, da so kemično deljivi delci. Molekule so sestavljene iz atomov.
Atomi
Upoštevati je treba, da obstajajo tudi snovi, sestavljene iz posameznih enakih atomov. Najmanjši delci, ki ohranijo značilne kemijske lastnosti takih snovi, so atomi. Tako so žlahtni plini - helij, neon, argon itd., sestavljeni iz posameznih atomov.Atomi za razliko od molekul oz. kemične reakcije niso razdeljeni na manjše dele.
Atomi- To so najmanjši kemično nedeljivi delci snovi.
Elementarni delci
Konec 19. in v začetku 20. stol. Ugotovljeno je bilo, da so atomi sestavljeni iz še manjših delcev. Ti delci so bili poimenovani elementarni delci . V središču atoma je pozitivno nabit jedro, okoli katerega so negativno nabiti delci - elektroni. Šteje se, da je naboj elektrona -1.
Tudi jedro atoma je sestavljeno iz elementarnih delcev. Jedra atomov vključujejo pozitivno nabite delce - protone in delce, ki imajo skoraj enako maso kot protoni, vendar nimajo naboja - nevtrone. Protonski naboj številčno enaka naboju elektrona, vendar ima nasprotni predznak (+1).
Na primer, atom vodika je sestavljen iz jedra, ki vsebuje samo en proton in en elektron. Atom helija je sestavljen iz jedra, ki vsebuje 2 protona in 2 nevtrona ter 2 elektrona. Atom litija je sestavljen iz jedra, ki vsebuje 3 protone, 4 nevtrone in 3 elektrone.
Ioni
Nekateri atomi lahko med interakcijo z drugimi atomi izgubijo ali, nasprotno, pridobijo enega ali več elektronov. Posledično se električno nevtralni atom spremeni v nabit delec - in je. Če atom izgubi enega ali več elektronov, se imenuje pozitivno nabit ion. Atom, ki ima dodatno dodanega enega ali več elektronov, se imenuje negativno nabit ion. Nasprotno nabiti ioni se privlačijo. Elektronsko-ionska teorija je podrobneje obravnavana v tečaju fizike ()
