1. Основні поняття, визначення та закони хімії

1.2. Атом. Хімічний елемент. проста речовина

Атом - центральне поняття в хімії. Всі речовини складаються з атомів. Атом - межа дроблення речовини хімічними способами, тобто атом - найменша хімічно неподільна частинка речовини. Розподіл атома можливо тільки в фізичних процесах - ядерні реакції і радіоактивні перетворення.

Сучасне визначення атома: атом - найдрібніша хімічно неподільна електронейтральна частинка, що складається з позитивно зарядженого ядра і негативно заряджених електронів.

У природі атоми існують як у вільному (індивідуальному, ізольованому) вигляді (наприклад, з окремих атомів складаються благородні гази), так і в складі різних простих і складних речовин. Зрозуміло, що в складі складних речовин атоми не є електронейтральних, а мають надлишкову позитивний або негативний заряд (наприклад, Na + Cl -, Ca 2+ O 2), тобто в складних речовинах атоми можуть перебувати у вигляді одноатомних іонів. Атоми і утворюються з них одноатомні іони називаються атомними частками.

Загальна кількість атомів в природі не піддається підрахунку, проте їх можна класифікувати на більш вузькі види, так само, як, наприклад, всі дерева в лісі за характерними ознаками ділять на берези, дуби, ялини, сосни і т.д. За основу класифікації атомів за певними видами узятий заряд ядра, тобто число протонів в ядрі атома, так як саме ця характеристика зберігається, незалежно від того, знаходиться атом у вільному або в хімічно зв'язаному вигляді.

Хімічний елемент - це вид атомних частинок з однаковим зарядом ядра.

Наприклад, мається на увазі хімічний елемент натрій незалежно від того, чи розглядаються вільні атоми натрію або іони Na \u200b\u200b+ в складі солей.

Не слід змішувати поняття атом, хімічний елемент і проста речовина. Атом - поняття конкретне, атоми існують реально, а хімічний елемент - поняття абстрактне, збірне. Наприклад, в природі існують конкретні атоми міді з округленими відносними атомними масами 63 і 65. А ось хімічний елемент мідь характеризується усередненої відносною атомною масою, наведеною в періодичній таблиці хімічних елементів Д.І. Менделєєва, яка з урахуванням вмісту ізотопів дорівнює 63,54 (в природі атоми міді з таким значенням A r відсутні). Під атомом в хімії традиційно розуміється електронейтральна частка, тоді як хімічний елемент в природі може бути представлений як електронейтральних, так і зарядженими частинками - одноатомними іонами:,,,.

Проста речовина - одна з форм існування хімічного елемента в природі (інша форма - хімічний елемент в складі складних речовин). Наприклад, хімічний елемент кисень в природі існує у вигляді простого речовини O 2 і в складі ряду складних речовин (H 2 O, Na 2 SO 4 ⋅ 10H 2 O, Fe 3 O 4). Нерідко один і той же хімічний елемент утворює кілька простих речовин. У цьому випадку говорять про аллотропии - явище існування елемента в природі у вигляді декількох простих речовин. Самі прості речовини називаються алотропна модифікаціями ( видозмінами). Ряд аллотропних модифікацій відомий для вуглецю (алмаз, графіт, карбін, фулерен, графен, Тубуль), фосфору (білий, червоний і чорний фосфор), кисню (кисень і озон). Через явища аллотропии простих речовин відомо приблизно в 5 разів більше, ніж хімічних елементів.

Причини аллотропии:

• відмінності в кількісному складі молекул (О 2 і О 3);
• відмінності в будові кристалічної решітки (алмаз і графіт).

Алотропні модифікації даного елемента завжди розрізняються за фізичними властивостями і хімічної активності. Наприклад, озон активніше кисню, а температура плавлення алмазу вище, ніж фулерену. Алотропні модифікації при певних умовах (зміна тиску, температури) можуть переходити один в одного.

У більшості випадків назви хімічного елемента і простого речовини збігаються (мідь, кисень, залізо, азот і т.д.), тому потрібно розрізняти властивості (характеристики) простого речовини як сукупності частинок і властивості хімічного елемента як виду атомів з однаковим зарядом ядра.

Проста речовина характеризується будовою (молекулярне або немолекулярное), щільністю, певним агрегатним станом в даних умовах, забарвленням і запахом, електро- і теплопровідністю, розчинність, твердістю, температурами кипіння і плавлення (t кип і t пл), в'язкістю, оптичними та магнітними властивостями , молярної (відносної молекулярної) масою, хімічною формулою, хімічними властивостями, способами отримання і застосуванням. Можна сказати, що властивості речовини - це властивості сукупності хімічно пов'язаних частинок, тобто фізичного тіла, оскільки один атом або молекула не мають смаку, запаху, розчинності, температур плавлення і кипіння, забарвлення, електро- і теплопровідності.

Властивості (характеристики) хімічного елемента: Атомний номер, хімічний знак, відносна атомна маса, маса атома, ізотопний склад, поширеність в природі, положення в періодичній системі, будова атома, енергія іонізації, спорідненість до електрону, електронегативність, ступеня окислення, валентність, явище аллотропии, масова і молярна частка в складі складного речовини, спектри поглинання і випускання. Можна сказати, що властивості хімічного елемента - це властивості однієї частки або ізольованих частинок.

Відмінності між поняттями «хімічний елемент» і «проста речовина» показані в табл. 1.2 на прикладі азоту.

Таблиця 1.2

Відмінності між поняттями «хімічний елемент» і «проста речовина» для азоту

Азот - хімічний елемент	Азот - проста речовина
1. Атомний номер 7.	1. Газ (н.у.) без кольору, запаху і смаку, не токсичний.
2. Хімічний знак N.	2. Азот має молекулярну будову, формула N 2, молекула складається з двох атомів.
3. Відносна атомна маса 14.	3. Молярна маса 28 г / моль.
4. У природі представлений нуклідами 14 N і 15 N.	4. Погано розчинний у воді.
5. Масова частка в земній корі 0,030% (16-е місце за поширеністю).	5. Щільність (н.у.) 1,25 г / дм 3, трохи легший за повітря, відносна щільність по гелію 7.
6. Не має аллотропних модифікацій.	6. Діелектрик, погано проводить теплоту.
7. Входить до складу різних солей - нітратів (KNO 3, NaNO 3, Ca (NO 3) 2).	7. t кип \u003d -195,8 ° С; t пл \u003d -210,0 ° С.
8. Масова частка в аміаку 82,35%, входить до складу білків, амінів, ДНК.	8. Діелектрична проникність 1,00.
9. Маса атома дорівнює (для 14 N) 14u або 2,324 · 10 -23 м	9. Дипольний момент дорівнює 0.
10. Будова атома: 7p, 7e, 7n (для 14 N), електронна конфігурація 1s 2 2s 2 2p 3, два електронних шару, п'ять валентних електронів і ін.	10. Має молекулярну кристалічну решітку (в твердому стані).
11. У періодичній системі знаходиться в 2-му періоді і VA-групі, відноситься до сімейства p-елементів.	11. У атмосфері об'ємна частка 78%.
12. Енергія іонізації 1402,3 кДж / моль, спорідненість до електрону -20 кДж / моль, електронний торгівельний 3,07.	12. Світове виробництво 44 · 10 6 т на рік.
13. Виявляє ковалентності I, II, III, IV і ступеня окислення -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3, +4, +5.	13. Отримують: в лабораторії - нагріванням NH 4 NO 2; в промисловості - нагріванням зрідженого повітря.
14. Радіус атома (орбітальний) 0,052 нм.	14. Хімічно малоактивний, при нагріванні взаємодіє з киснем, металами.
15. Основна лінія в спектрі 399,5 нм.	15. Використовується для створення інертної атмосфери при сушінні вибухових речовин, при зберіганні цінних творів живопису і рукописів, для створення низьких температур (рідкий азот).
16. В організмі середньої людини (маса тіла 70,0 кг) міститься 1,8 кг азоту.
17. У складі аміаку бере участь в утворенні водневого зв'язку.

Приклад 1.2. Вкажіть, в яких з наведених тверджень кисень згадується як хімічний елемент:

• а) маса атома дорівнює 16u;
• б) утворює дві аллотропние модифікації;
• в) молярна маса дорівнює 32 г / моль;
• г) погано розчинний у воді.

Рішення. Твердження в), г) відносяться до простого речовини, а твердження а), б) - до хімічного елементу кисню.

Відповідь: 3).

Кожен хімічний елемент має своє умовне позначення - хімічний знак (символ): K, Na, O, N, Cu і т.д.

Хімічний знак може також висловлювати складу простого речовини. Наприклад, символ хімічного елемента Fe відображає також склад простого речовини залізо. Однак хімічні знаки O, H, N, Cl позначають тільки хімічні елементи; прості речовини мають формули O 2, H 2, N 2, Cl 2.

Як уже зазначалося, в більшості випадків назви хімічних елементів і простих речовин збігаються. Винятки становлять назви аллотропних модифікацій вуглецю (алмаз, графіт, карбін, фулерен) і однієї з модифікацій кисню (кисень і озон). Наприклад, коли ми вживаємо слово «графіт», то маємо на увазі тільки проста речовина (але не хімічний елемент) вуглець.

Поширеність хімічних елементів у природі виражається в масових і мольних частках. Масова частка w - ставлення маси атомів даного елемента до загальної маси атомів всіх елементів. Молярна частка χ - відношення числа атомів даного елемента до загальної кількості атомів всіх елементів.

У земній корі (шар товщиною близько 16 км) найбільшу масову (49,13%) і мольну (55%) частки мають атоми кисню, на другому місці - атоми кремнію (w (Si) \u003d 26%, χ (Si) \u003d 16 , 35%). У Галактиці майже 92% від загального числа атомів складають атоми водню, а 7,9% - атоми гелію. Масові частки атомів основних елементів в організмі людини: O - 65%, C - 18%, H - 10%, N - 3%, Ca - 1,5%, P - 1,2%.

Абсолютні значення мас атомів надзвичайно малі (наприклад, маса атома кисню близько 2,7 ⋅ 10 -23 г) і незручні для проведення розрахунків. З цієї причини була розроблена шкала відносних атомних мас елементів. В даний час за одиницю виміру відносних атомних мас прийнята 1/12 частина маси атома нукліда С-12. Дана величина називається постійної атомної маси або атомної одиницею маси (А.е.м.) і має міжнародне позначення u:

m u \u003d 1 а. е. м. \u003d 1 u \u003d 1/12 (m a 12 C) \u003d

1,66 ⋅ 10 - 24 г \u003d 1,66 ⋅ 10 - 27 кг.

Неважко показати, що чисельне значення u дорівнює 1 / N A:

1 u \u003d 1 12 m a (12 C) \u003d 1 12 M (C) N A \u003d 1 12 12 N A \u003d 1 N A \u003d

1 6,02 ⋅ 10 23 \u003d 1,66 ⋅ 10 - 24 (г).

Відносна атомна маса елементаA r (Е) - це фізична безрозмірна величина, яка показує, у скільки разів маса атома або середня маса атома (відповідно для изотопно-чистих і ізотопно-змішаних елементів) більше 1/12 частини маси атома нукліда С-12:

A r (Е) \u003d m a (Е) 1 а. е. м. \u003d m a (Е) 1 u. (1.1)

Знаючи відносну атомну масу, можна легко розрахувати масу атома:

m a (Е) \u003d A r (Е) u \u003d A r (Е) ⋅ 1,66 ⋅ 10 -24 (г) \u003d

A r (Е) ⋅ 1,66 ⋅ 10 -27 (кг).

Молекула. Іон. Речовини молекулярного і немолекулярного будови. хімічне рівняння

При взаємодії атомів утворюються більш складні частинки - молекули.

Молекула - найменша електронейтральна відособлена сукупність атомів, здатна до самостійного існування і що є носієм хімічних властивостей речовини.

Молекули мають той же якісний і кількісний склад, що і утворене ними речовина. Хімічна зв'язок між атомами в молекулі набагато міцніше, ніж сили взаємодії між молекулами (саме тому молекулу і можна розглядати як відокремлену, ізольовану частку). У хімічних реакціях молекули, на відміну від атомів, не зберігаються (руйнуються). Подібно атому, окрема молекула не володіє такими фізичними властивостями речовини, як забарвлення і запах, температури плавлення і кипіння, розчинність, тепло- і електропровідність та ін.

Підкреслимо, що молекула є саме носієм хімічних властивостей речовини; не можна говорити, що молекула зберігає (має точно такі ж) хімічні властивості речовини, оскільки на хімічні властивості речовини істотно впливає міжмолекулярної взаємодії, яке для окремої молекули відсутня. Наприклад, здатністю вибухати володіє речовина трінітрогліцерін, але не окрема молекула трінітрогліцеріна.

Іон - атом або група атомів, що мають позитивний або негативний заряд.

Позитивно заряджені іони називаються катіонами, а негативно заряджені - аніонами. Іони бувають прості, тобто одноатомні (K +, Cl -), і складні (NH 4 +, NO 3 -), одне - (Na +, Cl -) і багатозарядні (Fe 3+, PO 4 3 -).

1. Для даного елемента простий іон і нейтральний атом мають однакове число протонів і нейтронів, але розрізняються числом електронів: у катіона їх менше, а у аниона більше, ніж у електронейтральних атома.

2. Маса простого або складного іона така ж, як і маса відповідної електронейтральної частки.

Слід мати на увазі, що далеко не всі речовини складаються з молекул.

Речовини, що складаються з молекул, називають речовинами молекулярногобудови. Це можуть бути як прості (аргон, кисень, фулерен), так і складні (вода, метан, аміак, бензол) речовини.

Молекулярну будову мають всі гази і практично всі рідини (виключення - ртуть); тверді речовини можуть мати як молекулярне (сахароза, фруктоза, йод, білий фосфор, фосфорна кислота), так і немолекулярное будова (алмаз, чорний і червоний фосфор, карборунд SiC, кухонна сіль NaCl). У речовинах молекулярногобудови зв'язку між молекулами (міжмолекулярної взаємодії) слабкі. При нагріванні вони легко руйнуються. Саме з цієї причини речовини молекулярної будови мають порівняно низькі температури плавлення і кипіння, летючий (внаслідок цього часто мають запах).

Речовини немолекулярного будови складаються з електронейтральних атомів або простих або складних іонів. З електронейтральних атомів складаються, наприклад, алмаз, графіт, чорний фосфор, кремній, бор, а з простих і складних іонів - солі, наприклад KF і NH 4 NO 3. З позитивно заряджених атомів (катіонів) складаються метали. Немолекулярное будова мають також карборунд SiC, оксид кремнію (IV) SiO 2, луги (KOH, NaOH), більшість солей (KCl, CaCO 3), бінарні сполуки металів з неметалами (основні і амфотерні оксиди, гідриди, карбіди, силіциди, нітриди, фосфіди), інтерметалліді (з'єднання металів один з одним). У речовинах немолекулярного будови окремі атоми або іони пов'язані між собою міцними хімічними зв'язками, тому при звичайних умовах ці речовини тверді, нелеткі, мають високі температури плавлення.

Наприклад, сахароза (молекулярну будову) плавиться при 185 ° С, а хлорид натрію (немолекулярное будова) - при 801 ° С.

У газовій фазі всі речовини складаються з молекул, і навіть ті, які при звичайній температурі мають немолекулярное будова. Наприклад, при високій температурі в газовій фазі виявлені молекули NaCl, K 2, SiO 2.

Для речовин, що розкладаються при нагріванні (CaCO 3, KNO 3, NaHCO 3), отримати молекули нагріванням речовини не можна

Молекулярні речовини становлять основу органічного світу, а немолекулярное - неорганічного (мінерального) світу.

Хімічна формула. Формульна одиниця. хімічне рівняння

Склад будь-якого речовини виражається за допомогою хімічної формули. Хімічна формула - це зображення якісного і кількісного складу речовини за допомогою символів хімічних елементів, а також числових, буквених і інших знаків.

Для простих речовин немолекулярного будови хімічна формула збігається зі знаком хімічного елемента (наприклад, Cu, Al, B, Р). У формулі простого речовини молекулярної будови вказують (якщо необхідно) число атомів в молекулі: O 3, P 4, S 8, C 60, C 70, C 80 і т.д. Формули благородних газів завжди записують з одним атомом: He, Ne, Ar, Xe, Kr, Rn. При записи рівнянь хімічних реакцій хімічні формули деяких багатоатомних молекул простих речовин можна (якщо спеціально не обумовлено) записувати у вигляді символів елементів (одиночних атомів): P 4 → P, S 8 → S, C 60 → C (можна це робити для озону Про 3, кисню О2, азоту N 2, галогенів, водню).

Для складних речовин молекулярної будови розрізняють емпіричну (найпростішу) і молекулярну (справжню) формули. емпірична формула показує найменше целочисленное співвідношення чисел атомів в молекулі, а молекулярна формула - справжнє целочисленное співвідношення атомів. Наприклад, справжня формула етану С 2 H 6, а найпростіша - CН 3. Найпростішу формулу отримують діленням (скороченням) чисел атомів елементів в істинної формулою на яке-небудь підходяще число. Наприклад, найпростішу формулу етану отримали розподілом чисел атомів С і Н на 2.

Найпростіша і справжня формули можуть як збігатися (метан CH 4, аміак NH 3, вода H 2 O), так і не збігатися (оксид фосфору (V) Р 4 Про 10, бензол C 6 H 6, пероксид водню Н 2 О 2, глюкоза C 6 H 12 O 6).

Хімічні формули дозволяють розраховувати масові частки атомів елементів в речовині.

Масова частка w атомів елемента Е в речовині визначається за формулою

w (Е) \u003d A r (Е) ⋅ N (Е) M r (В), (1.2)

де N (Е) - число атомів елемента у формулі речовини; M r (В) - відносна молекулярна (формульна) маса речовини.

Наприклад, для сірчаної кислоти M r (H 2 SO 4) \u003d 98, тоді масова частка атомів кисню в цій кислоті

w (O) \u003d A r (O) ⋅ N (O) M r (H 2 SO 4) \u003d 16 ⋅ 4 98 ≈ 0,653 (65,3%).

За формулою (1.2) знаходять число атомів елемента в молекулі або формульної одиниці:

N (Е) \u003d M r (В) ⋅ w (Е) A r (Е) (1.3)

або молярна (відносну молекулярну або формульну) масу речовини:

M r (В) \u003d A r (Е) ⋅ N (Е) w (Е). (1.4)

У формулах 1.2-1.4 значення w (Е) дані в частках одиниці.

Приклад 1.3. У певному речовині масова частка атомів сірки становить 36,78%, а число атомів сірки в одній формульної одиниці дорівнює двом. Вкажіть молярну масу (г / моль) речовини:

Рішення . Використовуючи формулу 1.4, знаходимо

M r \u003d A r (S) ⋅ N (S) w (S) \u003d 32 ⋅ 2 0,3678 \u003d 174,

M \u003d 174 г / моль.

Відповідь: 2).

У наступному прикладі показаний спосіб знаходження найпростішої формули речовини за масовою часток елементів.

Приклад 1.4. В деякому оксиді хлору масова частка атомів хлору дорівнює 38,8%. Знайдіть формулу оксиду.

Рішення . Так як w (Cl) + w (O) \u003d 100%, то

w (O) \u003d 100% - 38,8% \u003d 61,2%.

Якщо маса речовини дорівнює 100 г, то m (Cl) \u003d 38,8 г і m (O) \u003d \u003d 61,2 м

Уявімо формулу оксиду як Cl x O y. маємо

x: y \u003d n (Cl): n (O) \u003d m (Cl) M (Cl): m (O) M (O);

x: y \u003d 38,8 35,5: 61,2 16 \u003d 1,093: 3,825.

Розділивши отримані числа на найменше з них (1,093), знайдемо, що x: y \u003d 1: 3,5 або, домножимо на 2, отримуємо x: y \u003d 2: 7. Отже, формула оксиду Cl 2 O 7.

Відповідь: Cl 2 O 7.

Для всіх складних речовин немолекулярного будови хімічні формули є емпіричними і відображають склад не молекул, а так званих формульних одиниць.

формульна одиниця (ФЕ) - група атомів, відповідна простій формулі речовини немолекулярного будови.

Таким чином, хімічні формули речовин немолекулярного будови - це формульні одиниці. Приклади формульних одиниць: KOH, NaCl, CaCO 3, Fe 3 C, SiO 2, SiC, KNa 2, CuZn 3, Al 2 O 3, NaH, Ca 2 Si, Mg 3 N 2, Na 2 SO 4, K 3 PO 4 і т.д.

Формульні одиниці можна розглядати як структурні одиниці речовин немолекулярного будови. Для речовин молекулярної будови такими, очевидно, є реально існуючі молекули.

За допомогою хімічних формул записуються рівняння хімічних реакцій.

хімічне рівняння - це умовна запис хімічної реакції за допомогою хімічних формул та інших знаків (так само, плюс, мінус, стрілками ін.).

Хімічне рівняння є наслідком закону збереження маси, тому воно складається так, щоб числа атомів кожного елемента в його обох частинах були рівними.

Цифри перед формулами називаються стехиометрическими коефіцієнтами, При цьому Одиниця розміщення не записується, але мається на увазі (!) І враховується при підрахунку загальної суми стехиометрических коефіцієнтів. Стехіометричні коефіцієнти показують, в яких мольних відносинах реагують вихідні речовини і утворюються продукти реакції. Наприклад, для реакції, рівняння якої

3Fe 3 O 4 + 8Al \u003d 9Fe + 4Al 2 O 3

n (Fe 3 O 4) n (Al) \u003d 3 8; n (Al) n (Fe) \u003d 8 9 і т.д.

У схемах реакцій коефіцієнт не розставляють і замість знака рівності використовують стрілку:

FeS 2 + O 2 → Fe 2 O 3 + SO 2

Стрілка застосовується і при запису рівнянь хімічних реакцій за участю органічних речовин (щоб не плутати знак одно з подвійним зв'язком):

CH 2 \u003d CH 2 + Br 2 → CH 2 Br-CH 2 Br,

а також рівнянь електрохімічної дисоціації сильних електролітів:

NaCl → Na + + Cl -.

Закон сталості складу

Для речовин молекулярної будови справедливий закон сталості складу (Ж. Пруст, 1808): будь-яка речовина молекулярного будови незалежно від способу і умов отримання має постійний якісний і кількісний склад.

Із закону сталості складу випливає, що в молекулярних з'єднаннях елементи повинні перебувати в строго визначених масових пропорціях, тобто мати постійну масову частку. Це вірно, якщо ізотопний склад елемента не змінюється. Наприклад, масова частка атомів водню в воді незалежно від способу її отримання з природних речовин (синтез з простих речовин, нагрівання мідного купоросу CuSO 4 · 5H 2 O і ін.) Буде завжди дорівнює 11,1%. Однак в воді, отриманої взаємодією молекул дейтерію (нуклід водню з A r ≈ 2) і природного кисню (A r \u003d 16), масова частка атомів водню

w (H) \u003d 2 ⋅ 2 2 ⋅ 2 + 16 \u003d 0,2 (20%).

Речовини, що підкоряються закону сталості складу, тобто речовини молекулярної будови, називаються стехиометрическими.

Речовини немолекулярного будови (особливо карбіди, гідриди, нітриди, оксиди і сульфіди металів d -сімейство) закону сталості складу не підкоряються, тому їх називають нестехіометричні. Наприклад, в залежності від умов отримання (температура, тиск) склад оксиду титану (II) змінний і коливається в межах TiO 0,7 -TiO 1,3, тобто в кристалі цього оксиду на 10 атомів титану може припадати від 7 до 13 атомів кисню. Однак для багатьох речовин немолекулярного будови (KCl, NaOH, CuSO 4) відхилення від сталості складу досить незначні, тому можна вважати, що їх склад практично не залежить від способу отримання.

Відносна молекулярна і формульна маса

Для характеристики речовин відповідно молекулярного і немолекулярного будови вводяться поняття «відносна молекулярна маса» і «відносна формульна маса», які позначаються однаковим символом - M r

Відносна молекулярна маса - безрозмірна фізична величина, яка показує, у скільки разів маса молекули більше 1/12 частини маси атома нукліда С-12:

M r (B) \u003d m мовляв (B) u. (1.5)

Відносна формульна маса - безрозмірна фізична величина, яка показує, у скільки разів маса формульної одиниці більше 1/12 частини маси атома нукліда С-12:

M r (B) \u003d m ФЕ (B) u. (1.6)

Формули (1.5) та (1.6) дозволяють знаходити масу молекули або ФЕ:

m (мовляв, ФЕ) \u003d uM r. (1.7)

На практиці значення M r знаходять підсумовуванням відносних атомних мас елементів, що утворюють молекулу або формульну одиницю, з урахуванням числа окремих атомів. наприклад:

M r (H 3 PO 4) \u003d 3A r (H) + A r (P) + 4A r (O) \u003d

3 ⋅ 1 + 31 + 4 ⋅ 16 = 98.

Вода - одне з найпоширеніших речовин у природі (гідросфера займає 71% поверхні Землі). Воді належить найважливіша роль в геології, історії планети. Без води неможливе існування живих організмів. Справа в тому, що тіло людини майже на 63% - 68% складається з води. Практично всі біохімічні реакції в кожній живій клітині - це реакції у водних розчинах ... У розчинах ж (переважно водних) протікає більшість технологічних процесів на підприємствах хімічної промисловості, у виробництві лікарських препаратів і харчових продуктів. І в металургії вода надзвичайно важлива, причому не тільки для охолодження. Не випадково гідрометалургія - витяг металів з руд і концентратів з допомогою розчинів різних реагентів - стала важливою галуззю промисловості.

Вода, у тебе немає ні кольору, ні смаку, ні запаху,
тебе неможливо описати, тобою насолоджуються,
не відаючи, що ти таке. Не можна сказати,
що необхідно для життя: ти саме життя.
Ти виконуєш нас з радістю,
яку не поясниш нашими почуттями.
З тобою повертаються до нас сили,
з якими ми вже попрощалися.
По твоїй милості в нас знову починають
вирувати висохлі джерела нашого серця.
(А. де Сент-Екзюпері. Планета людей)

Мною написаний реферат на тему "Вода - найдивовижніше речовину в світі". Я вибрав цю тему тому що - це найактуальніша тема, так як вода це найважливіше речовина на Землі без якого не може існувати жоден живий організм і не можуть протікати ні які біологічні, хімічні реакції, і технологічні процеси.

Вода - найдивовижніше речовину на Землі

Вода - речовина звичне і незвичайне. Відомий радянський вчений академік І. В. Петрянов свою науково-популярну книгу про воду назвав "саме незвичайне речовина в світі". А "Цікава фізіологія", написана доктором біологічних наук Б. Ф. Сергєєвим, починається з голови про воду - "Речовина, яка створила нашу планету".
Вчені абсолютно праві: немає на Землі речовини, важливішого для нас, ніж звичайна вода, і в той же час не існує іншого такого речовини, у властивостях якого було б стільки протиріч та аномалій, скільки в її властивостях.

Майже 3/4 поверхні нашої планети зайнято океанами і морями. Твердою водою - снігом і льодом - покрито 20% суші. Від води залежить клімат планети. Геофізики стверджують, що Земля давно б охолола і перетворилася в неживий шматок каменю, якби не вода. У неї дуже велика теплоємність. Нагріваючись, вона поглинає тепло; остигаючи, віддає його. Земна вода і поглинає, і повертає дуже багато тепла і тим самим "вирівнює" клімат. А від космічного холоду охороняє Землю ті молекули води, які розсіяні в атмосфері - в хмарах і у вигляді пари ... без води обійтися не можна - це найважливіше речовина на Землі.
Будова молекули води

Поведінка води "нелогічно". Виходить, що переходи води з твердого стану в рідке і газоподібне відбувається при температурах, набагато більш високих, ніж варто було б. Цим аномалій знайдено пояснення. Молекула води H 2 O побудована у вигляді трикутника: кут між двома зв'язками кисень - водень 104 градуси. Але оскільки обидва водневих атома розташовані по одну сторону від кисню, електричні заряди в ній розосереджуються. Молекула води полярна, що є причиною особливого взаємодії між різними її молекулами. Атоми водню в молекулі H 2 O, маючи частковий позитивний заряд, взаємодіють з електронами атомів кисню сусідніх молекул. Така хімічна зв'язок називається водневої. Вона об'єднує молекули H 2 O в своєрідні полімери просторової будови; площину, в якій розташовані водневі зв'язку, перпендикулярні площині атомів тієї ж молекули H 2 O. Взаємодією між молекулами води і пояснюються в першу чергу незакономерно високі температури її плавлення і кипіння. Потрібно підвести додаткову енергію, щоб розхитати, а потім зруйнувати водневі зв'язку. І енергія ця дуже значна. Ось чому, до речі, так велика теплоємність води.

Які зв'язку має H 2 O?

У молекулі води є дві полярні ковалентні зв'язки Н-О.

Вони утворені за рахунок перекривання двох одноелектронних р - хмар атома кисню і одноелектронних S - хмар двох атомів водню.

У молекулі води атом кисню має чотири електронних пари. Дві з них беруть участь в утворенні ковалентних зв'язків, тобто є зв'язують. Дві інші електронні пари не є зв'язують.

У молекулі є чотири полюс зарядів: два - позитивні і два - негативні. Позитивні заряди зосереджені у атомів водню, так як кисень електронегативний водню. Два негативних полюси припадають на дві які не пов'язують електронні пари кисню.

Подібне уявлення про будову молекули дозволяє пояснити багато властивостей води, зокрема структуру льоду. У кристалічній решітці льоду кожна з молекул оточена чотирма іншими. У площинному зображенні це можна уявити так:

На схемі видно, що зв'язок між молекулами здійснюється за допомогою атома водню:
Позитивно заряджений атом водню однієї молекули води притягається до негативно зарядженого атому кисню іншої молекули води. Такий зв'язок отримала назву водневої (її позначають точками). По міцності воднева зв'язок приблизно в 15 - 20 разів слабкіше ковалентної зв'язку. Тому воднева зв'язок легко розривається, що спостерігається, наприклад, при випаровуванні води.

Структура рідкої води нагадує структуру льоду. У рідкої воді молекули також пов'язані один з одним за допомогою водневих зв'язків, проте структура води менш "жорстка", ніж у льоду. Внаслідок теплового руху молекул у воді одні водневі зв'язки розриваються, інші утворюються.

Фізичні властивості H 2 O

Вода, H 2 O, рідина без запаху, смаку, кольору (в товстих шарах блакитнувата); щільність 1 г / см 3 (при 3,98 градусах), t пл \u003d 0 градусів, t кип \u003d 100 градусів.
Різна буває вода: рідка, тверда і газоподібна.
Вода - це єдина речовина в природі, яке в земних умовах існує у всіх трьох агрегатних станах:

рідкому - вода
твердому - лід
газоподібному - пар

Радянський учений В. І. Вернадський писав: "Вода стоїть осібно в історії нашої планети. Немає природного тіла, яке могли б зрівнятися з нею за впливом на хід основних, найграндіозніших геологічних процесів. Немає земної речовини - мінералу гірської породи, живого тіла, яке її б не укладало. Все земне речовина нею просякнута і охоплено ".

Хімічні властивості H 2 O

З хімічних властивостей води особливо важливі здатність її молекул дісоцііровать (розпадатися) на іони і здатність води розчиняти речовини різної хімічної природи. Роль води, як головного і універсального розчинника визначається перш за все полярністю її молекул (зміщенням центрів позитивних і негативних зарядів) і, як наслідок, її надзвичайно високий діелектричної проникністю. Різнойменні електричні заряди, і зокрема іони, притягуються один до одного в воді в 80 разів слабкіше, ніж притягувалися б в повітрі. Сили взаємного тяжіння між молекулами або атомами зануреного в воду тіла також слабше, ніж на повітрі. Тепловому руху в цьому випадку легше роз'єднати молекули. Тому й відбувається розчинення, в тому числі багатьох важко розчинних речовин: крапля камінь точить ...

Дисоціація (розпадання) молекул води на іони:
H 2 O → H + + OH, або 2H 2 O → H 3 O (іон гидроксия) + ВІН
в звичайних умовах вкрай незначна; дисоціює в середньому одна молекула з 500000000. При цьому треба мати на увазі, що перше з наведених рівнянь суто умовне: не може існувати у водному середовищі позбавлений електронної оболонки протон М. Він відразу з'єднується з молекулою води, утворюючи іон гидроксия H 3 O. Вважають навіть, що ассоціантов водних молекул насправді розпадаються на значно більш важкі іони, такі, наприклад, як
8H 2 O → HgO 4 + H 7 O 4, а реакція H 2 O → H + + OH - - лише сильно спрощена схема реального процесу.

Реакційна здатність води порівняно невелика. Правда, деякі активні метали здатні витісняти з неї водень:
2Na + 2H 2 O → 2NaOH + H 2,

а в атмосфері вільного фтору вода може горіти:
2F 2 + 2H 2 O → 4HF + O 2.

З подібних же молекулярних асоціатів з'єднань молекул складаються і кристали звичайного льоду. "Упаковка" атомів в такому кристали не іонна, і лід погано проводить тепло. Щільність рідкої води пі температурі близькій до нуля, більше ніж у льоду. При 0 ° C 1гр льоду займає обсяг 1,0905 см 3, а 1гр рідкої води - 1,0001 см 3. І лід плаває, тому й не промерзають наскрізь водойми, а лише покриваються крижаним покривом. В цьому проявляється ще одна аномалія води: після плавлення вона спочатку стискається, а вже потім, на рубежі 4 градусів, при подальшому процесі починає розширюватися. При високому тиску звичайний лід можна перетворити в так званий лід - 1, лід - 2, лід - 3, і т. Д. - більш важкі і щільні кристалічні форми цієї речовини. Самий твердий, щільний і тугоплавкий поки лід - 7 - отриманий при тиску 3 кіло Па. Він плавиться при 190 градусах.

Кругообіг води в природі

Організм людини пронизаний мільйонами кровоносних судин. Великі артерії і вени з'єднують один з одним основні органи тіла, більш дрібні обплітають їх з усіх боків, найтонші капіляри доходять практично до кожної окремої клітини. Копаєте ви яму, сидите чи на уроці або блаженно спите, по ним безперервно тече кров, пов'язуючи в єдину систему людського організму мозок і шлунок, нирки і печінку, очі і м'язи. Для чого ж потрібна кров?

Кров доносить до кожної клітини вашого тіла кисень з легень і поживні речовини з шлунка. Кров збирає відходи життєдіяльності з усіх, навіть самих затишних куточків організму, звільняючи його від вуглекислого газу та інших непотрібних, в тому числі небезпечних речовин. Кров розносить по всьому тілу особливі речовини - гормони, які регулюють і узгоджують роботу різних органів. Іншими словами, кров з'єднує різні частини тіла в єдину систему, в злагоджений і працездатний організм.

Так само кровоносна система є і у нашої планети. Кров Землі - це вода, а кровоносні судини - річки, річечки, струмки і озера. І це не просто порівняння, художня метафора. Вода на Землі грає ту ж роль, що і кров в організмі людини, і як недавно помітили вчені, структура річкової мережі дуже схожа на структуру кровоносної системи людини. "Візник природи" - так назвав воду великий Леонардо да Вінчі саме вона, переходячи з грунту в рослини, з рослин в атмосферу, стікаючи по річках з материків в океани і повертаючись назад з повітряними потоками, з'єднуючи один з одним різні компоненти природи, перетворюючи їх в єдину географічну систему. Вода не просто переходить з одного природного компонента в інший. Як і кров, вона переносить з собою величезну кількість хімічних речовин, експортуючи їх з грунту в рослини, з суші в озера і океани, з атмосфери на землю. Всі рослини можуть споживати поживні речовини, що містяться в грунті, тільки з водою, де вони знаходяться в розчиненому стані. Якби не приплив води з грунту в рослини, все трави, навіть зростаючі на найбагатших ґрунтах, загинули б "від голоду", уподібнившись купцю, який помер від голоду на скрині з золотом. Вода постачає поживою і мешканців річок, озер і морів. Струмки, весело стікають з полів і лугів під час весняного танення снігу або після літніх дощів, збирають по шляху зберігаються в грунті хімічні речовини і доносять їх до жителів водойм і моря, пов'язуючи тим самим наземні і водні ділянки нашої планети. Найбагатший "стіл" утворюється в тих місцях, де несучі поживні речовини річки впадають в озера і моря. Тому такі ділянки узбереж - естуарії - відрізняються буйством підводного життя. А хто видаляє відходи, що утворюються в результаті життєдіяльності різних географічних систем? Знову ж вода, причому на посаді акселератора вона працює набагато краще кровоносної системи людини, яка лише частково виконує цю функцію. Особливо важлива очисна роль води зараз, коли людина отруює навколишнє середовище відходами міст, промислових і сільськогосподарських підприємств. В організмі дорослої людини міститься приблизно 5-6 кг. крові, велика частина якої безперервно циркулює між різними частинами його тіла. А скільки води обслуговує життя нашого світу?

Всі води на землі не входять до складу гірських порід, об'єднуються поняттям "гідросфера". Її вага настільки великий, що зазвичай його вимірюють не в кілограмах або в тоннах, а в кубічних кілометрах. Один кубічний кілометр - це куб з розміром кожного ребра в 1 км., Яка постійно зайнята водою. Вага 1 км 3 води дорівнює 1 млрд. Т. На всій землі міститься 1,5 млрд. Км 3 води, що по вазі дорівнює приблизно 1500000000000000000 тонн! На кожну людину припадає по 1,4 км 3 води, або по 250 млн. Т. Пий, не хочу!
Але на жаль, все не так просто. Справа в тому, що 94% цього обсягу становлять води Світового океану, не придатні для більшості господарських цілей. Лише 6% -це води суші, з яких прісної всього 1/3, тобто лише 2% від усього обсягу гідросфери. Основна маса цих прісних вод зосереджена в льодовиках. Значно менше їх міститься під земною поверхнею (в неглибоко розташованих підземних, водних горизонтах, в підземних озерах, в грунтах, а так само в парах атмосфери. На частку річок, з яких в основному і бере воду людина, доводиться зовсім мало - 1,2 тис. км 3. Абсолютно нікчемний загальний обсяг води, одноразово міститься в живих організмах. так що води, яку може споживати людина і інші живі організми, на нашій планеті не так вже й багато. Але чому ж вона не кінчається? Адже люди і тварини постійно п'ють воду, рослини випаровують її в атмосферу, а річки несуть в океан.

Чому не закінчується вода на Землі?

Кровоносна система людини являє собою замкнуту ланцюг, по якій безперервно тече кров, переносячи кисень і вуглекислий газ, поживні речовини і відходи життєдіяльності. Цей потік ніколи не закінчується, тому що являє собою коло або кільце, а, як відомо, "у кільця немає кінця". За цим же принципом влаштована і водяна мережа нашої планети. Вода на Землі знаходиться в постійному круговороті, і спад її в одній ланці відразу ж заповнюється за рахунок надходження з іншого. Рушійною силою кругообігу води є сонячна енергія і сила тяжіння. За рахунок кругообігу води всі частини гідросфери тісно об'єднані і пов'язують між собою інші компоненти природи. У найзагальнішому вигляді круговорот води на нашій планеті виглядає наступним чином. Під дією сонячних променів вода випаровується з поверхні океану і суші і надходить в атмосферу, причому випаровування з поверхні суші здійснюється, як річками і водоймищами, так грунтом, рослинами. Частина води відразу повертається з дощами назад в океан, а частина переноситься вітрами на сушу, де випадають у вигляді дощів і снігу. Потрапляючи в грунт, вода частково вбирається в неї, поповнюючи запаси грунтової вологи і підземних вод, частково стікає по поверхні в річки і водойми грунтова волога частково переходить в рослини, які випаровують її в атмосферу, і частково стікає в річки, тільки з меншою швидкістю. Річки, що живляться водою з поверхневих струмків і підземних вод, несуть воду в Світовий океан, заповнюючи її спад. Вода випаровується з його поверхні, знову виявляється в атмосфері, і круговорот замикається. Таке ж рух води між усіма компонентами природи і всіма ділянками земної поверхні відбувається постійно і безперервно протягом багатьох мільйонів років.

Треба сказати, що круговорот води в повному обсязі замкнутий. Частина її, потрапляючи у верхні шари атмосфери, розкладається під дією сонячних променів і йде в космос. Але ці незначні втрати постійно заповнюються за рахунок надходження води з глибинних шарів землі при вулканічних виверженнях. За рахунок цього обсяг гідросфери поступово збільшується. за деякими розрахунками 4 млрд. років тому обсяг її становив 20 млн. км 3, тобто був в сім тисяч разів менше сучасного. У майбутньому кількість води на Землі, мабуть, так само буде зростати, якщо врахувати, що обсяг води в мантії Землі оцінюється в 20 млрд. Км 3 - це в 15 разів більше сучасного обсягу гідросфери. Порівнюючи обсяг води в окремих частинах гідросфери з припливом води в них і сусідніх ланок круговороту, можна визначити активність водообміну, тобто час, протягом якого може повністю оновитися обсяг води в Світовому океані, в атмосфері або грунті. Найповільніше оновлюються води в полярних льодовиках (один раз за 8 тис. Років). А швидше за все оновлюється річкова вода, яка у всіх річках на Землі повністю змінюється за 11 днів.

Водний голод планети

"Земля - \u200b\u200bпланета разючої блакиті"! - захоплено доповідали поверталися з далекого Космосу після висадки на Місяць американські астронавти. Та й чи могла наша планета виглядати по-іншому, якщо більше 2/3 її поверхні займають моря і океани, льодовики і озера, річки, ставки і водосховища. Але тоді, що означає явище, назва якого винесена в заголовках? Який же "голод" може бути, якщо на Землі таке достаток водойм? Так, води на Землі більш ніж достатньо. Але не можна забувати і про те, що життя на планеті Земля, як вважають вчені, вперше з'явилася в воді, а лише потім вийшли на сушу. Свою залежність від води організми зберегли в ході еволюції протягом багатьох мільйонів років. Вода - головний "будівельний матеріал", з якого складається їх тіло. У цьому легко переконатися, проаналізувавши цифри такі таблиці:

Останнє число цієї таблиці свідчить про те, що в людині вагою 70 кг. міститься 50 кг. води! Але ще більше її в людському зародку: в триденному - 97%, в тримісячному - 91%, в восьмимісячному - 81%.

Проблема "водного голоду" полягає в необхідності нетримання певної кількості води в організмі, так як йде постійна втрата вологи в ході різних фізіологічних процесів. Для нормального існування в умовах помірного клімату людині необхідно одержувати з питвом і їжею близько 3,5 літрів води на добу, в пустелі це норма зростає, як мінімум до 7,5 літрів. Без їжі людина може існувати близько сорока днів, а без води набагато менше - 8 днів. За даними спеціальних медичних експериментів при втраті вологи в розмірі 6-8% від ваги тіла людина впадає в стан напівнепритомності, при втраті 10% - починаються галюцинації, при 12% людина вже не може відновлюватися без спеціальної медичної допомоги, а при втраті 20% наступає неминуча смерть. Багато тварин добре пристосовуються до нестачі вологи. Найбільш відомий і яскравий приклад цього - "корабель пустелі", верблюд. Він може дуже довго жити в спекотної пустелі, чи не споживаючи питної води та втрачаючи без шкоди для своєї працездатності до 30% початкового ваги. Так, в одному зі спеціальних випробувань верблюд за 8 днів працював під палючим літнім сонцем втративши 100 кг. з 450 кг. своєї початкової ваги. А коли його підвели до води, він випив 103 літра і відновив свою вагу. Встановлено, що до 40 літрів вологи верблюд може отримати шляхом перетворення жиру накопиченого в його горбу. Зовсім не вживають питну воду такі пустельні тварини, як тушканчики і кенгурові щури, - їм вистачає вологи, яку вони отримують з їжею, і води, що утворюється в їх організмі при окисленні власного жиру, так само як у верблюдів. Ще більше води споживають для свого зростання і розвитку рослини. Качан капусти "випиває" за добу більше одного літра води, одне дерево в середньому - понад 200 літрів води. Звичайно, це досить приблизна цифра - різні породи дерев в різних природних умовах витрачають дуже і дуже різну кількість вологи. Так що росте в пустелі саксаул витрачає мінімальну кількість вологи, а евкаліпт, в який в деяких місцях називають "дерево-насос", пропускає через себе величезну кількість води, і з цієї причини його насадження використовують для осушення боліт. Так перетворили на процвітаючу територію заболочені малярійні землі Колхидской низовини.

Уже зараз близько 10% населення нашої планети відчувають нестачу в чистій воді. А якщо врахувати, що 800 млн. Дворів у сільській місцевості, де живе близько 25% всього людства, не має водопроводу, то проблема "водного голоду" набуває воістину глобальний характер. Особливо гостра вона в країнах, що розвиваються, Де поганий водою користується приблизно 90% населення. недолік чистої води стає одним з найважливіших факторів, що обмежують прогресивний розвиток людства.

Куплені питання про охорону водних ресурсів

Вода застосовується у всіх областях господарської діяльності людини. Практично неможливо назвати будь-якої виробничий процес, в якому не використовувалася б вода. У зв'язку з бурхливим розвитком промисловості, зростанням населення міст витрата води збільшується. Першорядне значення набувають питання охорони водних ресурсів і джерел від виснаження, а так само від забруднення стічними водами. Всім відомо, яких збитків завдають стічні води мешканцям водойм. Ще страшніше для людини і всього живого на Землі поява в річкових водах отрутохімікатів, що змивається з полів. Так наявність у воді 2,1 частини пестициду (ендрін) на мільярд частин води достатньо для загибелі всіх, хто знаходиться в ній риб. Величезну загрозу для людства представляють скидаються в річки неочищені стоки населених пунктів. Ця проблема вирішується шляхом свідомості таких технологічних процесів, в яких відпрацьована вода не скидається у водойми, а після очищення знову повертається в технологічний процес.

В даний час приділяється велика увага охороні навколишнього середовища і зокрема природних водойм. З огляду на значення цієї проблеми, у нас в країні не приймають закон про охорону та раціональне використання природних ресурсів. Конституція говорить: "Громадяни Росії зобов'язані берегти природу, охороняти її багатства".

види води

Бромная вода -насичений розчин Br 2 в воді (3,5% по масі Br 2). Бромовая вода - окислювач, бромірующій агент в аналітичній хімії.

Аміачна вода -утворюється при контакті сирого коксового газу з водою, який концентрується внаслідок охолодження газу або спеціально впорскується в нього для вимивання NH3. В обох випадках отримують так звану слабку, або скрубберную, аміачну воду. Дистиляцією цієї аміачної води з водяною парою і подальшої дефлегмацією і конденсацією отримують концентровану аміачну воду (18 - 20% NH 3 по масі), яку використовують у виробництві соди, як рідке добриво і ін.

1

Тринадцята глава. Про найменшої дещиці речовини

Прийшовши зі школи, Саша попросила, щоб їй не заважали, і закрилася в кімнаті.
- Їх клас готує подання на останній дзвінок, - пояснила Маша. - Напевно, їм задали зробити привітання випускникам і костюми для концерту.
Через годину мама все ж вирішила заглянути до доньки. Вона очікувала застати дівчинку за малюванням або шиттям, але Саша просто сиділа за столом і задумливо дивилася на склянку з водою, який, мабуть, був приготований для акварельних фарб.
Почувши шерех, Саша підняла очі і запитала:
- Стакан води - це вода?
- Звичайно, - машинально відповіла мама, не зовсім розуміючи, що дочка мала на увазі.
- А півсклянки - теж вода?
- Чому ж ні? - здивувалася мама.
- І крапля води - теж вода, і полкаплі ... - продовжувала Саша. - А на скільки частин можна розділити краплю води? Який у води найменший шматочок?
- Найменший шматочок води - молекула води, - сказала мама.
- Молекула, напевно, така маленька, що її можна побачити тільки під мікроскопом, - припустила Саша.
- Ні, молекулу навіть під мікроскопом не побачиш. Вона дуже-дуже маленька. А величезна кількість молекул і становить ту воду, яка стоїть перед тобою.
- Яка кількість? - тут же запитала Саша.
- Воно таке велике, що його навіть важко уявити. Хтось підрахував, що в одній склянці води число молекул більше, ніж число склянок води в усіх морях, океанах, річках і озерах Землі.
- Оце так! .. - Саша раптом заговорила пошепки. - Дивовижно!
- Найдивніше, - спокійно сказала мама, - що навіть одна-єдина молекула води поводиться в хімічних реакціях так само, як будь-яку кількість води.
Саша озирнулась по сторонам.
- Так значить, у кожного речовини є своя молекула? - запитала вона. - І всі вони такі ж крихітні?
- Серед крихт-молекул є різні: і побільше, і поменше. Але всі вони, звичайно, дуже маленькі в порівнянні з тими предметами, які нас оточують. Правда, не можна сказати, що всі речовини складаються з молекул - бувають і інші частинки речовини. Але про це ти дізнаєшся в старших класах, а зараз давай-ка берися за роботу, а то ваші старшокласники залишаться без свята.
Мама вийшла, а Саша стала думати, з чого б їй почати. Потрібно було намалювати вітальну листівку, надути дві повітряні кулі і пришити блискітки на костюм для концерту.
Трохи поміркувавши, вона вирішила спочатку зайнятися повітряними кулями. Набравши побільше повітря, дівчинка стала надувати перший кульку. Спочатку кулька наповнювався повітрям легко, але чим далі, тим сильніше куля збільшувався в розмірі, і надувати його ставало все важче. Нарешті він став величезним. Саша з кулею в зубах підійшла до мами і промимрив:
- М-м-м, п-м-м м-м ...
Мама скоріше дістала міцну нитку і допомогла зав'язати кульку. Взявши в руки, Саша стала його розглядати з усіх боків. Їй здалося, що кулька надутий недостатньо, і вона спробувала злегка натиснути на нього. Шарик був дуже пружним, але все ж трохи подався під Сашиной рукою.
- Мама, дивись, я зменшую молекули повітря!
- Ти помиляєшся, - сказала мама. - По-перше, у повітря немає молекул. Повітря - це суміш газів, і у кожного з них - свої молекули. По-друге, ти не зменшуватимуть молекули, а проміжки між ними.
- Хіба між молекулами є проміжки? - здивувалася Саша.
- А як би ти могла надути свою кульку? Адже з кожною порцією повітря ти вдувати в нього все нові молекули газів. Напевно, ти помітила, що газ в кульці трохи стиснутий в порівнянні з навколишнім повітрям. Порахуй-ка, скільки видихів потрібно зробити, щоб надути кулю.
Саша взяла ще одну кульку. Незабаром він став таким же великим, як і перший. Говорити вона не могла, але з її жестів мама зрозуміла, що вона дунула два рази по десять разів.
- За один раз людина видихає близько одного літра повітря. Але обсяг твого кулі, звичайно, менше двадцяти літрів - адже це приблизно два відра.
Саша стала кивати головою на знак того, що вона згодна з мамою. У цей момент кулька вискочив з її рота і став шалено носитися по всій кімнаті.
- Молекули вибігають з кульки! - закричала Саша. - Вони мене лоскочуть!
Мама розсміялася. Саша підібрала впав кульку і сіла на підлогу.
- А ось в підлозі вже точно немає ніяких відстаней між молекулами, - сказала вона. - Він же не стискується.
- Хоча тверді і рідкі речовини майже не стискаються, в них теж є проміжки між молекулами, тільки не такі великі, як в газах, - сказала мама.
- А якщо газ стиснути дуже сильно, він стане твердим? - припустила Саша.
- Звісно. Саме так і отримують з вуглекислого газу сухий лід, який кладуть в коробки з морозивом. А якщо шматочок сухого льоду покласти на стіл, через якийсь час він випарується і знову перетвориться в газ.
- Тоді чому стіл не перетворюється в газ? - єхидно запитала Саша.
- Молекули одночасно і притягуються один до одного, і відштовхуються, - сказала мама.
Помітивши, що Саша збирається задати ще одне питання, мама продовжила:
- Чому це відбувається, я тобі пояснити поки не зможу. Навіть багато студентів не відразу це розуміють. Але якщо тяжіння сильніше, ніж відштовхування, - речовина рідке йди тверде, а якщо слабкіше - воно перетворюється в газ. Це залежить від самого речовини і від температури: при нагріванні тяжіння стає слабкішим.
- Тепер мені зрозуміло, - сказала Саша, - чому кипить вода. До речі, давай поп'ємо чаю.
- Добре, - погодилася мама. - Між іншим, Маша пече пиріг. І, по-моєму, він вже готовий. Відчуваєш, як смачно пахне?
- Але Маша пече пиріг на кухні, чому ж запах дістався до кімнати?
- Це до нас прилетіли молекули речовин, які виділилися при випічці. Будь-які молекули весь час рухаються. У твердих речовинах вони трохи ворушаться на одному місці, в рідинах - переміщаються з місця на місце, а в газах - носяться досить швидко.
Прийшов Максим, і Саша стала розповідати йому про молекули.
- А я знаю, на що схожий наш клас, коли ми сидимо за партами під час уроку. Я і загадку підходящу згадав:

- Ти маєш на увазі застиглу воду, яка плаває у звичайній рідкої воді?
- Звісно! А коли ми йдемо, взявшись за руки, в їдальню, виходить схоже на рухому воду, немов би пливемо, - пояснив Максим.
- Коли уроки закінчуються, ми біжимо на шкільне подвір'я, і \u200b\u200bтоді виходить, як в іншої загадки:

Попивши чай з пирогом, Саша і Максим відправилися малювати. Саша вмочив пензлик в стакан з водою, потім набрала на неї трохи фарби. Яскрава крапля впала на стіл, Саша витерла її ганчіркою. Потім таку ж краплю вона впустила в воду. Капелька опустилася на дно і почала поволі розпливатися.
- Напевно, молекули води рухаються в склянці і розштовхують молекули фарби, - припустила Саша. - Треба ж, молекули не можна побачити, а то, що вони роблять, помітно ...
Вона відкрила хімічну зошит, показала Максиму записи про те, що їй сказала мама.

тест 2

1. В яких висловах мова йде про просте речовині кисень, а не про хімічний елемент

а) кисень входить до складу води; в) в оксиді міді (II) масова частка кисню становить 20%;

б) кисень погано розчиняється у воді; г) кисень не має запаху і кольору.

2. Відносна атомна маса елемента:

а) одиниця виміру - г / моль б) дорівнює відношенню маси атома до 1 а.е.м.

в) безрозмірна величина г) дорівнює відношенню маси атома до маси атома нукліда вуглецю з масовим числом 12.

3. Що показує хімічна формула Н 2 S0 4?
а) одну молекулу сірчаної кислоти; б) відносну атомну масу сірчаної кислоти;
в) якісний склад сірчаної кислоти; г) просторова будова молекули сірчаної кислоти.

4. Які властивості характеризують і молекулу, і речовина, що складається з цих молекул?
а) якісний склад; б) електрична провідність;

в) хімічні властивості; г) агрегатний стан.

5. Атом якого елемента має масу 2,66. 10 -23 г?
а) сірки б) кисню в) азоту г) неону

6. Які твердження справедливі для поняття «проста речовина»?
а) форма існування хімічного елемента в природі;
б ) входить до складу хімічних сполук;
в) складається з атомів одного виду;
г) простих речовин більше, ніж хімічних елементів.

7. Вкажіть схеми реакцій, що відображають хімічних явища *:
а) I 2 (к) → I 2 (г); 6) S + O 2 → SO 2;
в) Fе + Сu 2+ → Fе 2+ + Сu; г) Н 2 O (г) → Н 2 O (ж).

8. Визначте найпростішу формулу речовини, в якому масові частки (%) натрію, сірки і кисню відповідно рівні 29,1; 40,5 і 30,4:
а) Nа 2 SО 3; б) Nа 2 S0 4; в) Nа 2 S 2 O 3; г) Nа 2 S 2 0 7.

9. Маса молекули O 3 дорівнює:
а) 16 а.е.м 6) 32 а.е.м. в) 48 г) 7,97.10 -23 г

10. Яка формула оксиду заліза, в якому масова частка заліза в 2,333 рази більше масової частки кисню?
а) FеО б) Fе 2 O 3 в) Fе 3 O 4 г) FеO 3

тест 3

1. Вкажіть одиницю молярного об'єму:
а) моль / л; б) г / моль; в) л; г) л / моль.

2. Які твердження справедливі для постійної Авогадро?
а) безрозмірна величина; 6) одиниця виміру моль -1;
в) чисельно дорівнює числу атомів в 23 г натрію; г) чисельно дорівнює числу молекул в 1 моль речовини

3. Моль-це:
а) одиниця кількості речовини; б) маса 22,4 л газу при н.у .;

в) кількість речовини, що містить 6,02 × 10 23 структурних одиниць;

г) відношення маси речовини до його кількості.

4. Маса молекули деякого газу дорівнює 7,304 · 10 -23 м Чому дорівнює відносна щільність цього газу: по гелію?
а) 10; 6) 11; о 12; г) 13;

5. Наи більше число молекул при + 4 ° С і тиску 1 атм міститься в 10л:
а) води; б) сірководню; в) водню; г) хлороводню.

6. В якій із зазначених порцій речовини при І.У. міститься найбільше число молекул?

а) 2 моль N 2; б) 44,8 л Н 2 ; в) 132 г СО 2; г) 0,018 л Н 2 О.

7. Маса 2 л газу (н.у.) дорівнює 6,34 м Чому дорівнює молярна маса газу?
а) 71; 6) 71 г; в) 35,5 г / моль; г) 71 г / моль.

8. У якому об'ємі води при тиску 1,013 × 10 5 Па і температурі + 4 ° С міститься 1 моль речовини?
а) 22,4 л; 6) 18 мл; в) 36 мл; г) 0,018 мл.

9. Для якого газу щільність при І.У. становить 1,63 г / л?
а) оксид вуглецю (IV); б) аміаку; в) хлороводню; г) метану.

10. Щільність газу по гелію дорівнює 20. Чому дорівнює маса молекули газу?
а) 80 г / моль; б) 80 а. е. м .; в) 80 г; г) 1,33 · 10 -22 г

Тест4

1. В якому ряду перераховані два складних речовини і одне просте?

а) кисень, азот, вода; в) водень, бром, вуглець;

б) хлор, аміак, вуглекислий газ; г) алмаз, оксид кремнію (IV), мідь.

2. Які твердження справедливі для поняття «атом»?
а) носій хімічних властивостей елемента;
б) руйнується в хімічних реакціях;
в) хімічно неподільний; г) електронейтрален.

3. Які вирази вірні?
а) атомнатрія; в) атом аміаку;

б) молекула води; г) молекула кисню.

4. В яких одиницях можна виражати маси атомів і молекул?
а) г; б)а. е. м .; в)кг; г)моль.

5. Які явища за участю води супроводжуються хімічною реакцією?
а) замерзання води; в) випаровування води;
б) розчинення у воді натрію; г) розчинення у воді оксиду сірки (IV).

6. Яка одиниця вимірювання відносної молекулярної маси?
а) г; б ) г / моль; в) а.е.м .; г)це безрозмірна величина.

7. Хімічний елемент- це:
а) вид атомів з однаковою масою; б) вид атомів з однаковим зарядом ядра;
в) найдрібніша хімічно неподільна частинка речовини;
г) електронейтральна частинка, що складається з позитивно зарядженого ядра і що обертаються; навколо нього негативно заряджених електронів.

8. Про молекулу можна сказати, що вона:
а) зберігається в хімічних реакціях; 6) носій хімічних властивостей речовини;
в) руйнується в хімічних реакціях;
г) має той же якісний склад, що і речовина, що складається з даних молекул.

9. Чому дорівнює маса атома фтору?
а) 19; б) 19 а.е.м; .в) 19 г; г) З, 15 · 10 -26 кг

10. Маса молекули фосфору при деяких умовах дорівнює 1,03 · 10 26 м Скільки атомів фосфору входить до складу його молекули?
а) 2; 6) 4; в) З; г) 8.

Тема 2. Моль. Молярна маса. молярний
Об `єм. Відносна щільність газу
тест 5

1. Молярна маса чисельно дорівнює масі:
а) однієї молекули речовини;
6) 6,02.1023 структурних одиниць речовини;
в) 22,4 л газу (н.у.) *;
г) 1 моль речовини.

2. При н.у. 22,4 л - це обсяг:
а) 1 моль будь-якого газу;
б) однієї молекули будь-якого газу;
в) займаний 6,02 х 10 23 молекулами газу;
г) займаний неоном, масою 40 г.

3. Вкажіть одиницю молярної маси:
а) г; б) моль -1 в) л / моль; г) г / моль.

4. Кількість речовини не вимірюється в:
а) а.е.м .; 6) г; в) моль; г) л / моль.

5. Про поняття «моль» не можна сказати, що це:
а) маса однієї молекули;
б) маса 6,02 х 10 23 молекул;
в) число частинок в 1 моль речовини;
г) кількість речовини, що містить 6,02 × 10 23 структурних одиниць.

6. При однаковій масі і зовнішніх умовах для різних газів число молекул більше в тому газі, для якого:
а) менше значення молярної маси; б) більше значення молярної маси;
в) більше обсяг, яку він обіймав газом; г) менше обсяг, яку він обіймав газом.

7. Для якого з оксидів азоту щільність парів по гелію дорівнює 7,5?
а) NО; б) N 2 О; в) О 2. г) N 2 О 5

8. Для яких речовин обсяг 1 моль при н.у. дорівнює 22,4 л?
а) вода; б) йод; в) кисень; г) азот.

9. Чому дорівнює число атомів в 5,6 л (н.у.) озону?
а) 1,51 х 10 23; 6) 3,01 х 10 23; в) 4,52 х 10 23; г) 6,02 х 10 23.

10. Щільність парів сірки за воднем при деяких умовах дорівнює 32. Вкажіть формулу молекули сірки при цих умовах:
а) S 8; б) S 4; в) S 2; г) S 6.

Тема 3. Будова ядер і електронних оболонок
атомів. ізотопи
тест 6

1. Відзначте символи неможливих енергетичних підрівнів:
а) 5s; 6) 3f; в) Зd; г) 1р.

2. Вкажіть хімічний знак елемента, атом якого в основному стані має найбільше число наполовину заповнених орбіталей:
а) С; б) Li; в) N; г) С1.

3. У чому полягає різниця між собою атоми нуклідів 19 40 До і 19 39 K?

а) Масою; б) число нейтронів; в) числом електронів; г) числом протонів.

4. Чому дорівнює маса атома нукліда 7 15 N?
а) 7 а.е.м; . 6) 15 а.е.м; . в) 2,49. 10 _23 г; г) 1,16. 10 23 м

5. Основному станом іона Са 2+ відповідає скорочена електронна конфігурація:
а) ... 3S 2 3p 6 4s 2; б) ... 3s 2 3p 6 4s 2 3d 2; в) ... 3s 2 3p 6 4s 0; г) ... 3s 2 3p 4.

6. Відзначте електронну конфігурацію атома нукліда 1 2 Н:
а) 1s 2; б 1s 1; в) 1s 2 2s 1; г) 1s 2 2s 2.

7. Вкажіть число протонів в цю пору F:
а) 19; 6) 20; о 9; г) 10.

8. Купуючи два електрона атом кисню перетворюється в:
а) один з ізотопів кисню; 6) атом азоту;
в) атом фтору; г) нон кисню з електронною оболонкою неону.

9. Скільки електронів знаходиться на предвнешнего енергетичному рівні атома Cr в основному стані?
а) 2; 6) 1; в) 13; г) 12.

10. Вкажіть масу атома, що містить 11 електронів і 12
нейтронів:
а) 12 а.е.м; . 6) 23 а.е.м; . в) 1,99. 10 23 г; г) 3,82. 10 -23.

тест 7

1. Вкажіть число нейтронів в ядрі атома нукліда 19 39 K:

а) 39; 6) 19; в) 20; г) 58.

2. Відзначте схеми порушених станів атомів:
а). . .2S 2 2р 5 3s 1; 6). . .3s 2 3р 6 4s 2 3d 1; в). . . 3s 2 3р 6 4s 1; г) .. 4s 2 3d 4.

3. Серед наведених електронних конфігурацій вкажіть неможливі:

а) 1s 2 2s 1; б) ... 2s 2 2p 7; в) ... 2s 2 2p 6; г) ... 3s 2 3p 6 4s 2 d 11.

4. Скільки всього орбіталей міститься на третьому енергетичному рівні?

а) 5; б) 2; у 3; г) 9.

5. Вкажіть число електронів на зовнішньому енергетичному рівні атома міді в основному стані:

а) 2; б) 1; в 10; г) 18.

6. Відзначте символ енергетичного підрівня з найбільшою енергією в електронейтральних атомі:

а) 4a; б) 4p; в) 3p; г) 3s.

7. Скільки в сумі протонів, нейтронів і електронів міститься в атомі нуклида 35 Cl?

а) 37; б) 17; в) 52; г) 71.

8. Вкажіть значення маси атомів тритію:

а) 3 г; б) 3 а.е.м .; в) 2 а.е.м .; г) 4,98. 10 -24 м

9. Скільки енергетичних підрівнів включає четвертий енергетичний рівень?

а) 2; б) 3; в 1; г) 4.

10. Скільки електронів міститься на зовнішньому енергетичному рівні іона Cr?

а) 17; б) 7; в 8; г) 6.

тест 8

1. Яке з наступних електронних конфігурацій відповідають благородному газу (n - головне квантове число)?

а) ns 2 np 4; б) 1s 2; в) ns 2 np 6; г) ns 2 np 5.

2. Скільки електронів максимально може розміститися на 5d - підрівні?

а) 3; б) 6; в 10; г) 14.

3. Атом якого елемента може мати електронну конфігурацію 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 3p 1?

а) натрію; б) магнію; в) кальцію; г) скандію.

4. Загальна кількість електронів в йоні Cr 3+ одно:

а) 21; б) 24; в) 27; г) 52.

5. Скільки повністю заповнених енергетичних рівнів в атомі елемента з атомним номером 26?

а) 1; б) 2; у 3; г) 4.

6. Вкажіть конфігурацію валентних електронів в атомі Co в основному стані:

а) 3d 3 4s 1; б) 3d 10 4s 2; в) 4s 2 4d 7; г) 3d 7 4s 2.

7. Скільки нейтронів міститься в молекулі хлору, утвореної атомами нуклідів з масовим числом 35?

а) 18; б) 35; в) 36; г) 34.

8. У чому полягає різниця між собою атом нуклида 16 O і іон 16 O -2?

а) числом протонів; б) числом електронів; в) числом нейтронів; г) зарядом ядра.

9. Вкажіть назви найважчою частки:

а) протон; б) нейтрон; в) атом дейтерію; г) атом протію.

10. Атом якого елемента містить стільки ж електронів, як і молекула аміаку?

а) азоту; б) фтору; в) неону; г) натрію.

тест 9

1. Ядро атома 36 80 Кг містить:

а) 80 протонів і 36 нейтронів; б) 36 протонів і 44 нейтрона;

в) 36 протонів і 44 нейтрона; г) 36 протонів і 80 нейтронів.

2. Атоми яких елементів містять на зовнішньому енергетичному рівні два електрона?

а) хрому; б) марганцю; в) ванадію; г) міді.

3. У молекулі фосфору міститься 30 електронів. Скільки атомів P входить до складу молекули?

а) 2; б) 3; в 4; г) 5.

4. Катіон Е 3+ деякого елемента має електронну конфігурацію 1s 2 2s 2 2p 6. Скільки атомів міститься в ядрі атома даного елемента?

а) 10; б) 13; в) 16; г) 17.

5. У молекулі Е 2 міститься 18 електронів. Вкажіть символ елемента:

а) O; б) F; в) Ar; г) Cl.

6. На один атом нуклида 37 17 Е доводиться по три атома нукліда 35 17 Е. Якого середнє значення відносної атомної маси елемента?

а) 35,4; б) 35,5; в) 35,6; г) 35,7.

7. Вісім (октет) електронів на зовнішньому електронному шарі мають атоми або іони:

а) Te -2; б) Ca; в) O -2; г) Mg 2+.

8. Загальна кількість електронів і нейтронів для атома нукліда 45 21 Sc одно:

а) 21; б) 24; в) 45; г) 66.

9. Іон, що містить 18 електронів і 16 протонів має заряд, рівний:

а) - 18; б) - 2; в) + 2; г) + 16.

10. Яка частка має більше число протонів, ніж електронів?

а) атом натрію; б) катіон натрію; в) атом сірки; г) сульфід-іон S -2.

тест 10

1. Маса атома деякого нуклида дорівнює 127 а.е.м., в електронній оболонці атома міститься 53 електрона. Скільки нейтронів міститься в ядрі атома даного нукліда?

а) 127; б) 53; в) 180; г) 74.

2. Число однаково для знаходяться в основному стані атомів нуклідів 1 9 40 K і 18 40 Ar?

а) маса; б) число протонів; в) число електронів; г) число нейтронів.

3. У чому полягає різниця між собою електрони, що знаходяться на 1s і 3s орбиталях?

а) енергією; б) формою атомної орбіталі;

в) розміром атомної орбіталі; г) орієнтації атомної орбіталі в просторі.

4. Коли електронейтральний атом перетворюється в катіон, то:

а) заряд атома ядра зростає; б) заряд ядра атома не змінюється;

в) зростає число електронів в атомі; г) число електронів в атомі зменшується.

5. Атом півонії, катіон натрію і аніон фтору мають однакове:

а) значення маси; б) число нейтронів; в) число електронів; г) число протонів.

6. Відзначте символи частинок з однаковим розподілом електронів по енергетичним подуровням:

а) O -2; б) Ne; в) N 5; г) Cl +7.

7. Десять електронів на третьому енергетичному рівні в основному стані містить атом:

а) кальцію; б) титану; в) міді; г) хрому.

8. У атомі кремнію в основному в стані є повністю незаповнених орбіталей:

а) 1; б) 6; в 5; г) 3.

9. Число електронів і протонів в іоні NO 3 відповідно дорівнює:

а) 14 і 48; б) 15 і 48; в) 32 і 31; г) 31 і 25.

10. Число неспарених електронів в основному стані і атома, в ядрі якого міститься 24 протона, так само:

Атоми в молекулах зв'язуються між собою завдяки електромагнітних взаємодій входять до їх складу електронів і ядер. Ця зв'язок не дуже «жорстка».

Модель молекули, сконструйована з скріплених жорсткими стрижнями кульок - атомів, які не дуже схожа на справжню молекулу. У молекулах атоми перебувають в безперервному русі - вони коливаються або обертаються. Але і ця картинка неточна.

Правильніше буде сказати, що в молекулі рухаються не атоми, а складові їх ядра і електрони.

Об'єднуючись в молекули, атоми не залишають біля себе всі свої електрони. Вони або роблять «переділ» електронів, при цьому один з атомів віддає частину своїх електронів іншому, утворюються позитивний і негативний іони, які «тримаються один за одного» за рахунок кулонівських сил (іонний зв'язок).

Або атоми в молекулі починають робити спільними частину своїх електронів ( ковалентний зв'язок). І в тому, і в іншому випадку атоми в молекулі перестають існувати як такі, вони «втрачають своє обличчя». Але і ця картинка не зовсім правильна.

Адже молекули, атоми, електрони і ядра підпадають під дію законів мікросвіту. А значить, про них не можна сказати: «Вони рухаються так чи сяк, вони знаходяться там-то і там-то». Описувати їх стану потрібно на мові квантової механіки, а це «мова ймовірностей».

Тому малювати можна тільки щільності розподілу складових молекули частинок. І на цих картинках дійсно будуть видні і загальні електронні хмари, і окремі іони.

Вона не має точного рішення і для найпростішої молекули - молекули водню H2, що складається з чотирьох часток - двох протонів і двох електронів. Точне рішення можливо тільки для завдання двох тіл.

Тому для молекул рівняння Шредінгера вирішується наближеними методами, і всі розрахунки проводяться за допомогою комп'ютерів. Як приклад покажемо результати таких розрахунків, виконані для молекул фториду літію LiF (іонний зв'язок) і водню H2 (ковалентний зв'язок).

На малюнку наведено графік залежності енергії системи E від відстані R між ядрами Li і F. У конфігурації b при R \u003d 8 A? (1 A? \u003d 10-10 м) зовнішній електрон атома літію перейшов до фтору. Це означає, що стан двох іонів виявилося енергетично більш вигідним, ніж стан двох атомів.

У стані g при R \u003d 1,5 A? енергія системи приймає мінімальне значення, це енергетично найвигідніше стан. На малюнку представлені результати аналогічних обчислень для атомів H і молекули H2. Добре видно процес формування загальної електронної оболонки навколо двох ядер H.

Речовини. Молекули. атоми