Введение в химию/Основные понятия химии
Химияw — это наука о веществах, их свойствах, строении и превращениях, происходящих в результате химических реакцийw, а также о законах, которым эти превращения подчиняются. Поскольку все вещества состоят из атомов, которые благодаря химическим связям между ними способны формировать молекулы, то химия занимается в основном изучением взаимодействий между атомами и молекулами, полученными в результате таких взаимодействий.
Веществоw — вид материи с определёнными химическими и физическими свойствами. Совокупность атомов, атомных частиц или молекул, находящаяся в определённом агрегатном состоянии. Из веществ состоят физические тела (медь — вещество, а медная монета — физическое тело).
Атом — мельчайшая, делимая, электронейтральная частица вещества. Состоит из ядра и электронной оболочки.
Каждый атом принадлежит определённому химическому элементуw. Элемент имеет название, порядковый номер, и положение в периодической таблице Менделеева. В настоящее время известно 118 химических элементов, заканчивая Uuo (Ununoctium — унуноктийw). Каждый элемент обозначен символом, который представляет одну или две буквы из его латинского названия (водородw обозначен буквой H — первой буквой его латинского названия Hydrogenium).
Валентностьw — количество химических связей, которое образует один атом.
Молекулаw — наименьшая частица вещества, сохраняющая его химические свойства. Состоит из атомов.
Свойства — совокупность признаков, по которым одни вещества отличаются от других, они бывают химическими и физическими.
Физические свойстваw — признаки вещества, при характеристике которых вещество не изменяет свой химический состав (плотность, агрегатное состояние, температуры плавления и кипения и т. п.)
Химические свойстваw — способность веществ взаимодействовать с другими веществами или изменяться под действием определённых условий. Результатом является превращение одного вещества или веществ в другие вещества.
Агрегатные состояния веществаw — состояние вещества, характеризующееся определенными свойствами (способность сохранять форму, объем). Выделяют три основных агрегатных состояния: твёрдое тело, жидкость и газ. Иногда не совсем корректно к агрегатным состояниям причисляют плазмуw. Существуют и другие агрегатные состояния, например, жидкие кристаллыw или конденсат Бозе — Эйнштейнаw.
Мольw — мера количества вещества, содержащая Число Авогадроw (NA ≈ 6,02 × 1023) любых структурных частиц. (NA — количество атомов в 12 граммах углерода 12Cw.)
Периодический законw — фундаментальный закон природы, открытый Д. И. Менделеевым в 1869 году при сопоставлении свойств известных в то время химических элементов и величин их атомных масс. В настоящее время Периодический закон Д. И. Менделеева имеет следующую формулировку: «свойства химических элементов, а также формы и свойства образуемых ими простых веществ и соединений находятся в периодической зависимости от величины зарядов ядер их атомов». Особенность Периодического закона среди других фундаментальных законов заключается в том, что он не имеет выражения в виде математического уравнения. Графическим (табличным) выражением закона является Периодическая система химических элементовw, первоначальный вариант которой был разработан Д. И. Менделеевым в 1869—1871 годах.
Простое веществоw — вещество, состоящее из атомов одного химического элемента: водород, кислород и т. д.
Сложное веществоw — вещество, состоящее из атомов разных химических элементов: кислоты, вода и др.
Относительная атомная массаw — масса (а. е. м.) 6,02 × 1023 молекул простого вещества, где а. е. м. — атомная единица массыw.
Относительная молекулярная масса — масса (а. е. м.) 6,02 × 1023 молекул сложного вещества. Численно равна молярной массе, но отличается размерностью.
Химическая связьw — это взаимодействие атомов, обуславливающее устойчивость молекулы или кристаллаw как целого. Химическая связь определяется взаимодействием между заряженными частицамиw (ядрамиw и электронамиw).
Полимерыw — высокомолекулярные соединения, молекулы которых состоят из повторяющихся фрагментов (структурных звеньев).
Степень полимеризацииw — число структурных звеньев, входящих в состав макромолекулы.
Гомополимерыw — полимеры, образованные из одинаковых по составу и строению мономеровw.
Мономе́рw — низкомолекулярное вещество, образующее полимер в реакции полимеризацииw.
Сополимерыw — полимеры, образованные из двух и более мономеров.
Сополимеризацияw — реакция полимеризации с участием двух или более различных мономеров.
Электрохи́мияw — раздел химической науки, в котором рассматриваются системы и межфазные границы при протекании через них электрического тока, исследуются процессы в проводниках, на электродах (из металлов или полупроводников, включая графит) и в ионных проводниках (электролитах). Электрохимия исследует процессы окисления и восстановления, протекающие на пространственно-разделённых электродах, перенос ионов и электронов.
Электро́дный потенциа́лw — разность электрических потенциалов между электродом и находящимся с ним в контакте электролитом.
Электролитическая диссоциацияw — процесс распада электролита на ионы при его растворении или плавлении.
Электроли́тw — вещество, которое проводит электрический ток вследствие диссоциации на ионы, что происходит в растворах и расплавах, или движения ионов в кристаллических решётках твёрдых электролитов.
Электро́лизw — физико-химический процесс, состоящий в выделении на электродах составных частей растворённых веществ или других веществ, являющихся результатом вторичных реакций на электродах, который возникает при прохождении электрического тока через раствор, либо расплав электролита.
Гомологический рядw — ряд химических соединений одного структурного типа (например, алканы или алифатические спирты — спирты жирного ряда), отличающихся друг от друга по составу на определенное число повторяющихся структурных единиц — так называемую «гомологическую разность».
Изомерияw — явление, заключающееся в существовании химических соединений (изомеров), одинаковых по составу и молекулярной массе, но различающихся по строению или расположению атомов в пространстве и, вследствие этого, по свойствам.
Изомерыw — соединения, обладающие одинаковым элементарным составом, но различным химическим строением.
Основные положения теории химического строения органических веществw:
- Атомы в молекулах соединены друг с другом в определённой последовательности. Изменение этой последовательности приводит к образованию нового вещества с новыми свойствами.
- Соединение атомов происходит в соответствии с их валентностью.
- Свойства веществ зависят не только от их состава, но и от «химического строения», то есть от порядка соединения атомов в молекулах и характера их взаимного влияния. Наиболее сильно влияют друг на друга атомы, непосредственно связанные между собой.
Химическое равновесиеw — это такое состояние системы, когда скорость прямой реакции равна скорости обратной реакции.[1]
Тепловой эффект реакцииw — это теплота, которая выделяется или поглощается системой при течении в ней химической реакции. В зависимости от того, происходит реакция с выделением теплоты или сопровождается поглощением теплоты, различают экзо-и эндотермические реакции. К первым, как правило, относятся все реакции соединения, а ко вторым — реакции разложения.[1]
Катализаторw — это вещество, которое изменяет скорость химической реакции, но количественно при этом не расходуется и в состав продуктов не входит.[1]
Скорость химической реакцииw — изменение количества одного из реагирующих веществ за единицу времени в единице реакционного пространства.
Термохимияw — раздел химической термодинамики, в задачу которой входит определение и изучение тепловых эффектов реакций, а также установление их взаимосвязей с различными физико-химическими параметрами. Ещё одной из задач термохимии является измерение теплоёмкостей веществ и установление их теплот фазовых переходов.
Теплотаw — количественная мера хаотичного движения частиц данной системы, при этом не происходит переноса вещества от одной системы к другой.[2]
Тепловой эффектw — выделение или поглощение тепловой энергии системой при протекании в ней химической реакции, при условии, что система не совершает никакой другой работы кроме работы расширения.[2]
Внутренняя энергия системыw — суммарная энергия внутренней системы, включающая энергию взаимодействия и движения молекул, атомов, ядер, электронов в атомах, внутриядерную и другие виды энергии, кроме кинетической и потенциальной энергии системы, как целого.[2]
Энтальпияw — это энергия расширенной системы (термодинамическая функция, характеризующая систему, находящуюся при постоянном давлении).[2]
Стандартная энтальпия (теплота) образования сложного веществаw — тепловой эффект реакции образования 1 моля этого вещества из простых веществ, находящихся в устойчивом агрегатном состоянии при стандартных условиях (= 298 К и давлении 101 кПа).[2]
Гомогенная системаw — однородная система, химический состав и физические свойства которой во всех частях одинаковы или меняются непрерывно, без скачков (между частями системы нет поверхностей раздела). В гомогенной системе из двух и более химических компонентов каждый компонент распределен в массе другого в виде молекул, атомов, ионов. Составные части гомогенной системы нельзя отделить друг от друга механическим путем.
Гетерогенная системаw — неоднородная система, состоящая из однородных частей (фаз), разделённых поверхностью раздела. Однородные части (фазы) могут отличаться друг от друга по составу и свойствам.[3]
Скорость гомогенной реакцииw — количество вещества, вступающего в реакцию или образующегося при реакции за единицу времени в единице объема системы.[3]
Скорость гетерогенной реакцииw — количество вещества, вступающего в реакцию или образующегося при реакции за единицу времени на единице площади поверхности фазы.[3]
Термодинамикаw — раздел науки, изучающий соотношения и превращения теплоты и других форм энергии. Термодинамика — это феноменологическая наука, опирающаяся на обобщения опытных фактов. Она изучает макроскопические системы, состоящие из огромного числа частиц — термодинамические системы.
Термодинамическая системаw — некая физическая система, состоящая из большого количества частиц, способная обмениваться с окружающей средой энергией и веществом. Также обычно полагается, что такая система подчиняется статистическим закономерностям.
Первый закон термодинамикиw — для изолированной системы (для которой исключен любой материальный или энергетический обмен с окружающей средой) внутренняя энергия постоянна.[4]
| физические явления | химические явления |
|---|---|
| не образуется новых веществ | образуются новые вещества |