Scheikunde: basisbegrippen, definities, begrippen en wetten

Chemie, de basisbegrippen die we zullen overwegen is een wetenschap die stoffen en hun transformaties bestudeert, die zich voordoet bij een verandering in structuur en samenstelling, en dus eigenschappen. Allereerst is het nodig om te bepalen wat de term "substantie" betekent. In een brede zin spreekt het over een vorm van materie die veel rust heeft. Een stof is elk elementair deeltje, bijvoorbeeld een neutron. In de chemie wordt dit concept in een kleinere zin gebruikt.

Om te beginnen beschrijven we de belangrijkste termen en begrippen chemie, atoom-moleculaire theorie. Daarna zullen we ze uitleggen en ook een aantal belangrijke wetten van deze wetenschap omschrijven.

De basisbegrippen chemie (materie, atoom, molecuul) kennen elk van ons op school. Hieronder vindt u een korte beschrijving van hen, evenals andere, minder voor de hand liggende termen en verschijnselen.

atomen

Allereerst zijn alle stoffen die in de chemie worden bestudeerd samengesteld uit kleine deeltjes genaamd atomen. Neutronen zijn niet het doel van de studie van deze wetenschap. Men zou ook moeten zeggen dat atomen met elkaar verbonden kunnen worden, wat resulteert in de vorming van chemische bindingen. Om deze relatie te breken is energie nodig. Bijgevolg bestaan atomen in gewone omstandigheden niet alleen (behalve "edele gassen"). Ze verbinden zich tenminste in twee met elkaar.

Continue thermische beweging

Een continue thermische beweging karakteriseert alle deeltjes die de chemie studies. De basisbegrippen van deze wetenschap kunnen niet worden vermeld zonder daarover te vertellen. Bij continue beweging is de gemiddelde kinetische energie van de deeltjes in verhouding tot de temperatuur (maar er moet op worden gewezen dat de energie van de afzonderlijke deeltjes verschillend is). Ekkin = kT / 2, waar k de Boltzmann constante is. Deze formule is geldig voor elke vorm van beweging. Sinds Ekin = mV 2/2 is de beweging van massieve deeltjes langzamer. Bijvoorbeeld, als de temperatuur hetzelfde is, beweegt zuurstofmoleculen gemiddeld 4 keer langzamer dan koolstofmoleculen. Dit komt omdat hun massa meer dan 16 keer is. Beweging is trillend, translationeel en roterend. Vibratie wordt waargenomen in vloeistof, en in vaste stof en in gasvormige stoffen. Maar de translatie en rotatie wordt het gemakkelijkst bereikt in gassen. In vloeistoffen is het moeilijker, en in vaste stoffen is het nog moeilijker.

moleculen

Laten we de basisbegrippen en definities van chemie verder omschrijven. Als atomen combineren om kleine groepen te vormen (ze worden moleculen genoemd), nemen dergelijke groepen deel aan de thermische beweging, die als geheel optreedt. Tot 100 atomen zijn aanwezig in typische moleculen, en hun getal in zogenaamde hoogmoleculaire verbindingen kan 105 bereiken.

Niet-moleculaire stoffen

Atomen worden echter vaak in grote collectieven samengevoegd van 107 tot 1.027. In deze vorm nemen ze praktisch geen deel aan de thermische beweging. Deze verenigingen zijn weinig zoals moleculen. Ze zijn meer als stukjes van een stevig lichaam. Deze stoffen worden gewoonlijk niet-molecuul genoemd. In dit geval wordt de thermische beweging uitgevoerd in het stuk, en het vliegt niet als een molecuul. Er is ook een overgangsgebied van dimensies, waarin verbindingen bestaande uit atomen in een hoeveelheid van 105 tot 107 zijn opgenomen. Deze deeltjes zijn ofwel zeer grote moleculen, of zij vertegenwoordigen kleine deeltjespoeder.

ionen

Opgemerkt moet worden dat atomen en hun groepen een elektrische lading kunnen hebben. In dit geval worden ze ionen genoemd in zo'n wetenschap als chemie, de basisbegrippen waarvan we studeren. Aangezien ladingen elkaar altijd afstoten, kan de stof, waar er een aanzienlijke overmaat van bepaalde kosten bestaat, niet stabiel zijn. Negatieve en positieve ladingen in de ruimte zijn altijd afwisselend. En de stof als geheel blijft elektrisch neutraal. We merken op dat de kosten die in de elektrostatica groot worden beschouwd onbelangrijk zijn vanuit het chemisch oogpunt (bij 105-1015 atomen - Ie).

Objecten van de studie in de chemie

Het zou moeten worden verduidelijkt dat de objecten van de studie in chemie zijn die fenomenen waarin atomen niet optreden en niet degraderen, maar alleen hergroeperen, dat wil zeggen dat zij op een nieuwe manier herenigen. Sommige verbindingen zijn gebroken, wat de vorming van anderen tot gevolg heeft. Met andere woorden, nieuwe stoffen verschijnen uit atomen die in de samenstelling van de initiële stoffen waren. Als de atomen en de bindingen die er tussen hen bestaan, behouden blijven (bijvoorbeeld tijdens de verdamping van moleculaire stoffen), dan zijn deze processen onderdeel van de studie van moleculaire fysica in plaats van chemie. In het geval dat atomen worden gevormd of vernietigd, hebben we het over de onderwerpen van het bestuderen van nucleaire of atoomfysica. De grens tussen chemische en fysieke verschijnselen is echter wazig. Immers, de verdeling in de aparte wetenschappen is voorwaardelijk, terwijl de natuur ondeelbaar is. Daarom zijn chemici zeer nuttige kennis van de natuurkunde.

De basisbegrippen chemie werden kort door ons beschreven. Nu raden wij u aan om ze in meer detail te beschouwen.

Meer over atomen

Atomen en moleculen zijn wat veel mensen associëren met chemie. De basisbegrippen moeten duidelijk gedefinieerd zijn. Het feit dat atomen bestaan, was tweeduizend jaar geleden schitterend geraakt. Toen, al in de 19e eeuw, hadden de wetenschappers experimentele gegevens (nog indirect). We hebben het over Avogadro's meerdere relaties, de wetten van constancy van compositie (hieronder zullen we deze basisbegrippen van chemie overwegen). Het atoom werd voortgezet in de 20ste eeuw, toen veel directe experimentele bewijzen ontstonden. Ze waren gebaseerd op de gegevens van spectroscopie, op het verspreiden van röntgenstralen, alfadeeltjes, neutronen, elektronen, enz. De grootte van deze deeltjes bedraagt ongeveer 1 E = 1 ^-10 m. Hun massa is ongeveer ^10-27-10-25 kg. In het midden van deze deeltjes is een positief geladen kern waarover elektronen met een negatieve lading bewegen. De grootte van de kern is ongeveer 10-15 m. Het blijkt dat de elektronische shell de grootte van het atoom bepaalt, maar de massa ervan is bijna volledig in de kern geconcentreerd. Een andere definitie moet worden ingevoerd, gezien de basisbegrippen chemie. Het chemische element is het soort atomen waarvan de lading hetzelfde is.

Vaak is er een definitie van een atoom als het kleinste deeltje van materie, chemisch ondeelbaar. Hoe te begrijpen "chemisch"? Zoals we al hebben opgemerkt, is de verdeling van fenomenen in fysieke en chemische conditional. Maar het bestaan van atomen is onvoorwaardelijk. Daarom is chemie beter gedefinieerd door hen, en niet omgekeerd, atomen door middel van chemie.

Chemische binding

Daarom worden de atomen bij elkaar gehouden. Het laat ze niet toe om onder de invloed van thermische beweging te vluchten. Laten we opmerken de belangrijkste kenmerken van de verbindingen - dit is de internucleaire afstand en energie. Dit zijn ook de basisbegrippen chemie. De lengte van de band wordt experimenteel bepaald met een voldoende hoge nauwkeurigheid. Energie - ook, maar niet altijd. Het is bijvoorbeeld onmogelijk om objectief te bepalen wat het is met betrekking tot een enkele binding in een complex molecuul. De energie van atomisatie van materie, die nodig is om alle beschikbare bindingen te breken, wordt echter altijd bepaald. Door de lengte van de verbinding te kennen is het mogelijk om te bepalen welke atomen verbonden zijn (ze hebben een korte afstand) en die niet (lange afstand) zijn.

Coördinatie nummer en coördinatie

De basisbegrippen analytische chemie omvatten deze twee termen. Wat bedoelen ze? Laten we het uitzoeken.

Het coördinatienummer is het aantal naburige buren van een bepaald atoom. Met andere woorden, dit is het nummer van degenen met wie het chemisch gebonden is. Coördinatie is de relatieve positie, het type en het aantal buren. Met andere woorden, dit concept is zinvoler. Bijvoorbeeld, het coördinatienummer van stikstof die inherent is aan ammoniak en salpeterzuurmoleculen is hetzelfde - 3. Hun coördinatie is echter anders - niet plotseling en plat. Het wordt onafhankelijk bepaald van het concept van de aard van de band, terwijl de mate van oxidatie en valentie voorwaardelijke begrippen zijn die gecreëerd worden om de coördinatie en samenstelling vooraf te voorspellen.

Bepaling van een molecuul

We hebben dit concept al aangeraakt, gezien de basisbegrippen en wetten van de scheikunde. Laten we ons nu nog meer uitleggen. In handboeken is er vaak een definitie van een molecuul als het kleinste neutrale deeltje van een stof die zijn chemische eigenschappen bezit en kan ook onafhankelijk bestaan. Opgemerkt moet worden dat deze definitie nu verouderd is. Ten eerste, wat alle fysici en chemici een molecuul noemen, behouden de eigenschappen van materie niet. Water dissocieert, maar dit vereist minimaal 2 moleculen. De mate van waterdissociatie is 10 ^-7 . Met andere woorden, slechts één molecuul van 10 miljoen kan aan dit proces worden blootgesteld. Als u één molecuul hebt, of zelfs honderd, kunt u geen idee krijgen van zijn dissociatie. Het feit is dat de thermische effecten van reacties in de chemie gewoonlijk de energie van de interactie tussen moleculen betreffen. Daarom kunnen ze niet door een van hen worden gevonden. Zowel de chemische als de fysische eigenschappen van een moleculaire stof kunnen alleen door een grote groep moleculen worden bepaald. Daarnaast zijn er stoffen waarin het 'kleinste' deeltje dat onafhankelijk kan bestaan, vaag groot is en heel anders dan de gebruikelijke moleculen. Een molecuul is eigenlijk een groep atomen die niet elektrisch geladen zijn. In het bepaalde geval kan het één atoom zijn, bijvoorbeeld Ne. Deze groep zou kunnen deelnemen aan diffusie, evenals in andere vormen van thermische beweging, als een geheel optreden.

Zoals u kunt zien, zijn de basisbegrippen chemie niet zo eenvoudig. Een molecuul is iets dat zorgvuldig moet worden bestudeerd. Het heeft zijn eigen eigenschappen, evenals zijn moleculaire massa. We zullen nu over deze laatste praten.

Moleculair gewicht

Hoe wordt het molecuulgewicht per ervaring bepaald? Een manier - op basis van Avogadro's wet, over de relatieve dichtheid van stoom. De meest nauwkeurige methode is massaspectrometrische. Het elektron is uit de molecule uitgeslagen. Het resulterende ion wordt eerst versneld in een elektrisch veld, dan afgewezen door een magnetisch pad. De verhouding van lading tot massa wordt nauwkeurig bepaald door de grootte van de afwijking. Er zijn ook methodes gebaseerd op de eigenschappen die oplossingen bezitten. Echter, de moleculen in al deze gevallen moeten noodzakelijkerwijs in beweging zijn - in oplossing, in een vacuüm, in een gas. Als ze niet bewegen, is het onmogelijk om hun massa objectief te berekenen. En hun bestaan in dit geval is moeilijk te detecteren.

Kenmerken van niet-moleculaire stoffen

Ze spreken van hen dat ze bestaan uit atomen, niet van moleculen. Dit geldt echter ook voor edele gassen. Deze atomen bewegen vrij, daarom is het beter om ze als monatomische moleculen te beschouwen. Dit is echter niet het belangrijkste. Nog belangrijker, in niet-moleculaire stoffen zijn er veel atomen die samen gebonden zijn. Opgemerkt moet worden dat de verdeling van alle stoffen in niet-moleculaire en moleculaire vormen ontoereikend is. Verdeling door connectiviteit is meer zinvol. Denk bijvoorbeeld aan het verschil in de eigenschappen van grafiet en diamant. Beiden zijn koolstof, maar de eerste is zacht en de tweede is moeilijk. Wat zijn ze verschillend van elkaar? Het verschil ligt precies in hun samenhang. Als we de structuur van grafiet overwegen, zullen we zien dat er alleen sterke bindingen zijn in twee dimensies. Maar in de derde, interatomische afstande zijn zeer belangrijk, daarom is er geen sterke verbinding. Grafiet glijdt gemakkelijk en breekt door deze lagen.

Structuur Connectiviteit

Anders wordt het ruimtelijke dimensie genoemd. Het vertegenwoordigt het aantal afmetingen van de ruimte die wordt gekenmerkt door het continue (bijna oneindige) skeletstelsel (sterke bindingen) in hen. De waarden die het kunnen nemen zijn 0, 1, 2 en 3. Daarom is het nodig om drie dimensionaal verbonden, gelaagde, keten- en eiland- (moleculaire) structuren te onderscheiden.

Wet van constancy van samenstelling

We hebben al de basisbegrippen chemie bestudeerd. De stof werd kort door ons overwogen. Laten we nu praten over de wet die op hem van toepassing is. Gewoonlijk is het als volgt geformuleerd: elke afzonderlijke stof (dat is puur), ongeacht hoe het is ontvangen, heeft dezelfde kwantitatieve en kwalitatieve samenstelling. Maar wat betekent het begrip pure stof? Laten we het uitzoeken.

Tweeduizend jaar geleden, toen de structuur van stoffen nog niet door middel van directe methodes kon worden bestudeerd, werd zelfs de basis chemische concepten en wetgeving van de chemie, waaraan we gewend waren, zelfs niet beschouwd, beschrijvend gedefinieerd. Water is bijvoorbeeld een vloeistof die de basis vormt van zeeën en rivieren. Het heeft geen geur, kleur, smaak. Het heeft zulke temperaturen van bevriezing en smelting, kopersulfaat wordt er blauw van . Zout zeewater is omdat het niet schoon is. De zouten kunnen echter worden gescheiden door destillatie. Ongeveer de basis chemische concepten en wetten van de chemie werden bepaald door een beschrijvende methode.

Voor wetenschappers van de tijd was het niet duidelijk dat de vloeistof, die op verschillende manieren geïsoleerde is (waterstof verbranden, vitriol uitdrogen, zeewater distilleren) dezelfde samenstelling heeft. Een grote ontdekking in de wetenschap was het bewijs van dit feit. Het werd duidelijk dat de verhouding zuurstof en waterstof niet soepel kan veranderen. Dit betekent dat de elementen bestaan uit atomen - ondeelbare porties. Dus de formules van stoffen werden verkregen, en ook de vertegenwoordiging van wetenschappers over moleculen is gerechtvaardigd.

In onze tijd wordt elke stof, expliciet of impliciet, hoofdzakelijk bepaald door een formule, niet door smeltpunt, smaak of kleur. Water - H ₂ O. Als er andere moleculen aanwezig zijn, zal het niet meer zuiver zijn. Bijgevolg is een pure moleculaire stof een die bestaat uit moleculen van slechts één soort.

Hoe dan ook in dit geval met elektrolyten? Immers, ze bevatten ionen, niet alleen moleculen. Een strengere definitie is nodig. Een pure moleculaire stof is één die bestaat uit moleculen van één soort, en mogelijk ook producten van hun omkeerbare snelle transformatie (isomerisatie, associatie, dissociatie). Het woord "snel" in deze context betekent dat we deze producten niet kunnen ontdoen, ze worden onmiddellijk weer zichtbaar. Het woord "omkeerbaar" geeft aan dat de transformatie niet compleet is. Als het is, dan is het beter om te zeggen dat het onstabiel is. In dit geval is het geen pure stof.

De wet van behoud van massa van materie

Van de vroegste tijden was deze wet in metaforische vorm bekend. Hij zei dat de stof onbehandelbaar en onverwoestbaar is. Toen kwam zijn kwantitatieve formulering. Volgens haar is het gewicht (en vanaf het einde van de 17e eeuw - de massa) een maat van de hoeveelheid materie.

Deze wet, in de vorm gebruikelijk voor ons, werd in 1748 door Lomonosov geopend. In 1789 werd hij aangevuld door A. Lavoisier, een Franse wetenschapper. De moderne formulering klinkt als volgt: de massa stoffen die een chemische reactie aangaan, is gelijk aan de massa van de stoffen die daaruit voortvloeien.

Avogadro's wet, de wet van gasvolume relaties

De laatste hiervan werd in 1808 geformuleerd door JL Gay-Lussac, een Franse wetenschapper. Op dit moment heet deze wet de wet van Gay-Lussac. Volgens hem wijzen de volumes reagerende gassen naar elkaar, en ook naar de volumes van de gasvormige producten verkregen als kleine gehele getallen.

De wet die door Gay-Lussac is ontdekt, legt de wet uiteen, die een beetje later ontdekt werd, in 1811, Amedeo Avogadro, een Italiaanse wetenschapper. Het verklaart dat onder gelijke omstandigheden (druk en temperatuur) in gassen die dezelfde volumes hebben, hetzelfde aantal moleculen aanwezig zijn.

Twee belangrijke gevolgen vloeien voort uit de wet van Avogadro. De eerste is dat onder dezelfde omstandigheden één mol van elk gas een gelijke hoeveelheid bezit. Het volume van een van hen onder normale omstandigheden (die de temperatuur van 0 ° C, evenals de druk van 101.325 kPa) bedraagt 22,4 liter. Het tweede gevolg van deze wet is het volgende: onder gelijke omstandigheden is de verhouding van de massa gassen met hetzelfde volume gelijk aan de verhouding van hun molmassa's.

Er is nog een wet die moet worden genoemd. Laten we het in het kort overleggen.

Periodieke wet en tafel

DI Mendeleyev, gebaseerd op de chemische eigenschappen van elementen en atoom-moleculaire theorie, ontdekte deze wet. Deze gebeurtenis vond plaats op 1 maart 1869. De periodieke wet is een van de belangrijkste in de natuur. Het kan als volgt worden geformuleerd: de eigenschappen van de elementen en de complexe en eenvoudige stoffen die ze vormen hebben een periodieke afhankelijkheid van de ladingen van de kernen van hun atomen.

De periodieke tabel, die Mendeleev heeft gemaakt, bestaat uit zeven perioden en acht groepen. Groepen heet zijn verticale kolommen. De elementen in elk van hen hebben vergelijkbare fysische en chemische eigenschappen. De groep is op zijn beurt verdeeld in subgroepen (hoofd en kant).

De horizontale rijen van deze tabel worden periodes genoemd. De elementen die erin zijn, verschillen, maar ze hebben een gemeenschappelijk ding - dat hun laatste elektronen op hetzelfde energieniveau bevinden. In de eerste periode zijn er maar twee elementen. Het is waterstof H en helium He. Er zijn acht elementen beschikbaar in de tweede periode. In de vierde zijn er al 18. Mendeleev markeerde deze periode als de eerste grote. In de vijfde zijn er ook 18 elementen, de structuur is vergelijkbaar met de vierde. In de zesde - 32 elementen. De zevende is niet klaar. Deze periode begint met Frankrijk (Fr). We kunnen ervan uitgaan dat het 32 elementen bevat, evenals de zesde. Tot nu toe zijn er maar 24 gevonden.

De regel van het rapport

Volgens de testregel hebben alle elementen de neiging om een elektron te verwerven of te verliezen om de 8-elektronenconfiguratie van het edelgas dicht bij hen te krijgen. De energie van ionisatie is de hoeveelheid energie die nodig is om een elektron uit een atoom te scheiden. De regel van het decreet stelt dat bij het verplaatsen van links naar rechts op een periodieke tabel meer energie nodig is om het elektron te ontkoppelen. Daarom hebben de elementen aan de linkerkant de neiging om het elektron te verliezen. Integendeel, diegenen aan de rechterkant zijn erger om het te verwerven.

De wetten en basisbegrippen van de chemie werden kort beschreven. Dit is natuurlijk alleen algemene informatie. In het kader van een artikel is het onmogelijk om in detail over zo'n ernstige wetenschap te vertellen. De basisbegrippen en wetten van de chemie, samengevat in dit artikel, zijn slechts een startpunt voor verdere studie. Immers, er zijn veel secties in deze wetenschap. Er is bijvoorbeeld organische en anorganische chemie. De basisbegrippen van elk van de secties van deze wetenschap kunnen heel lang bestudeerd worden. Maar bovenstaande worden gerelateerd aan algemene problemen. Daarom kunnen we zeggen dat dit de basisbegrippen organische chemie en anorganische chemie zijn.