L'introduction d'une méthode de recherche quantitative et l'établissement de la loi de conservation de la masse ont été d'une grande importance pour le développement ultérieur de la chimie. Mais la chimie n'a reçu une base scientifique solide qu'après la mise en place de l'enseignement atomique-moléculaire.
L'émergence de la science atomique-moléculaire
Les principes fondamentaux de la science atomique et moléculaire ont été esquissés pour la première fois M. V. Lomonossov en 1741 année dans l'un de ses premiers ouvrages - «Éléments de chimie mathématique», dans lequel il formule les dispositions les plus importantes de la théorie corpusculaire de la structure.
Selon les idées de Lomonosov, tout est constitué de minuscules particules « insensibles », physiquement indivisibles et capables de cohésion mutuelle. Les propriétés des substances et, surtout, leur état d'agrégation sont déterminés par les propriétés de ces particules ; la différence dans les propriétés des substances dépend uniquement de la différence entre les particules elles-mêmes ou de la manière dont elles sont interconnectées.
Il a distingué deux types de telles particules : les plus petites - « éléments », correspondant aux atomes au sens moderne de ce terme, et les plus grosses. des « corpuscules », que nous appelons aujourd'hui molécules. Selon sa définition : « Un élément est une partie d’un corps qui ne comprend aucun autre corps plus petit ou différent. Un corpuscule est un ensemble d’éléments formant une petite masse.
Chaque corpuscule a la même composition que la substance entière. Les substances chimiquement différentes ont également des corpuscules de composition différente. "Les corpuscules sont homogènes s'ils sont constitués du même nombre des mêmes éléments, connectés de la même manière", et "les corpuscules sont hétérogènes lorsque leurs éléments sont différents et connectés de différentes manières ou en nombres différents".
D'après les définitions ci-dessus, il est clair que la raison de la différence entre les substances était considérée non seulement comme la différence dans la composition des corpuscules, mais également comme la disposition différente des éléments dans le corpuscule.
Expliquant son point de vue sur les particules « insensibles », il a particulièrement souligné que chaque corpuscule a certaines dimensions finies, quoique très petites, de sorte qu'il ne peut pas être vu, et a une certaine masse. Comme tous les corps physiques, les corpuscules peuvent se déplacer selon les lois de la mécanique ; Sans mouvement, les corpuscules ne peuvent pas entrer en collision les uns avec les autres, se repousser ou autrement agir les uns sur les autres et changer. Le mouvement des corpuscules, notamment, explique des phénomènes tels que l'échauffement et le refroidissement des corps.
Puisque tous les changements dans les substances sont provoqués par le mouvement des corpuscules, les transformations chimiques doivent être étudiées non seulement par les méthodes de la chimie, mais aussi par les méthodes de la physique et des mathématiques.
Les hypothèses de Lomonosov à cette époque n'ont pas pu être vérifiées expérimentalement en raison du manque de données précises sur la composition quantitative de diverses substances complexes. Par conséquent, les principales dispositions de la théorie corpusculaire n'ont pu être confirmées qu'après que la chimie ait parcouru un long chemin de développement, accumulé une grande quantité de matériel expérimental et maîtrisé de nouvelles méthodes de recherche.
Sujet de cours : CONCEPTS DE BASE ET LOIS DE LA CHIMIE.
Plan:
CONCEPTS DE BASE DE LA CHIMIE. ENSEIGNEMENT ATOMIQUE-MOLÉCULAIRE
LOIS FONDAMENTALES DE LA CHIMIE
LOIS DE BASE SUR LE GAZ
ÉQUIVALENT CHIMIQUE. LOI DES RELATIONS ÉQUIVALENTES
RÉACTIONS CHIMIQUES. CLASSIFICATION DES RÉACTIONS CHIMIQUES
LA PLACE DE LA CHIMIE PARMI LES AUTRES SCIENCES
La chimie fait référence aux sciences naturelles qui étudient le monde matériel qui nous entoure, ses phénomènes et ses lois.
La loi fondamentale de la nature est la loi de l’éternité de la matière et de son mouvement. Des formes distinctes de mouvement de la matière sont étudiées par des sciences distinctes. La place de la chimie, qui traite principalement du niveau moléculaire (et atomique) d'organisation de la matière, se situe entre la physique des particules (niveau subatomique) et la biologie (niveau supramoléculaire).
Chimie- la science des substances, leur composition, leur structure, leurs propriétés et transformations associées aux changements dans la composition, la structure et les propriétés des particules qui les forment.
Le grand scientifique russe M.V. Lomonossov a déclaré : « La chimie s’étend largement aux affaires humaines. » En effet, il n'existe pratiquement aucune discipline technique qui puisse se passer de connaissances en chimie. Même des sciences aussi modernes et apparemment lointaines que l'électronique et l'informatique ont aujourd'hui reçu un nouvel élan dans leur développement en concluant une « alliance » avec la chimie (enregistrement d'informations au niveau moléculaire, développement de bio-ordinateurs, etc.). Que dire alors des disciplines fondamentales : physique, biologie, etc., où existent depuis longtemps des sections indépendantes confinant à la chimie (physique chimique, biochimie, géochimie, etc.).
CONCEPTS DE BASE DE LA CHIMIE.
ENSEIGNEMENT ATOMIQUE-MOLÉCULAIRE
L'idée des atomes en tant qu'éléments structurels du monde matériel est originaire de la Grèce antique (Leucippe, Démocrite, Ier-IIIe siècles avant JC). Mais seulement à la fin du XVIIIe – début du XIXe siècle. La science atomique et moléculaire a été créée. La contribution la plus importante à la généralisation du matériel accumulé a été apportée par M. V. Lomonossov.
L'enseignement atomique-moléculaire comprend les principes de base suivants :
1. Toutes les substances ne sont pas solides, mais sont constituées de particules (molécules, atomes, ions).
2. Les molécules sont constituées d’atomes (éléments).
3. Les différences entre les substances sont déterminées par les différences dans les particules qui les forment, qui diffèrent les unes des autres par leur composition, leur structure et leurs propriétés.
4. Toutes les particules sont en mouvement constant, dont la vitesse augmente lorsqu'elles sont chauffées.
Atome- la plus petite particule d'un élément chimique porteur de ses propriétés. Il s’agit d’un microsystème électriquement neutre dont le comportement obéit aux lois de la mécanique quantique.
Élément chimique- un type d'atomes qui ont la même charge nucléaire positive et se caractérisent par un certain ensemble de propriétés.
Isotopes- des atomes d'un même élément qui diffèrent par leur masse (le nombre de neutrons dans le noyau).
Tout élément chimique dans la nature est représenté par une certaine composition isotopique, sa masse est donc calculée comme une certaine valeur moyenne à partir des masses d'isotopes, en tenant compte de leur contenu dans la nature.
Molécule- la plus petite particule d'une substance porteuse de ses propriétés et capable d'exister indépendamment.
Substance simple- une substance dont les molécules sont constituées uniquement d'atomes d'un élément.
Allotropie- la capacité d'un élément à former des substances simples ayant une composition, une structure et des propriétés différentes.
Des variétés de modifications allotropiques sont définies :
Un nombre différent d'atomes d'un élément dans la molécule d'une substance simple, par exemple l'oxygène (O 2) et l'ozone (O 3).
Différences dans la structure du réseau cristallin d'une substance simple, par exemple un composé de carbone : graphite (réseau plat ou bidimensionnel) et diamant (réseau volumétrique ou tridimensionnel).
Substance complexe- une substance dont les molécules sont constituées d'atomes de différents éléments.
Les substances complexes constituées de seulement deux éléments sont dites binaires, par exemple :
Ø oxydes : CO, CO 2, CaO, Na 2 O, FeO, Fe 2 O 3 ;
Ø sulfures : ZnS, Na 2 S, CS 2 ;
Ø hydrures : CaH 2, LiH, NaH ;
Ø nitrures : Li 3 N, Ca 3 N 2, AlN ;
Ø phosphures : Li 3 P, Mg 3 P 2, AlP ;
Ø carbures : Be 2 C, Al 4 C 3, Ag 2 C 2 ;
Ø siliciures : Ca 2 Si, Na 4 Si.
Les composés complexes constitués de plus de deux éléments appartiennent aux principales classes de composés inorganiques. Ce sont des hydroxydes (acides et bases) et des sels, y compris des composés complexes.
Les atomes et les molécules ont une masse absolue, par exemple la masse d'un atome C 12 est de 2,10 -26 kg.
Il n'est pas pratique d'utiliser de telles quantités dans la pratique, c'est pourquoi l'échelle de masse relative est adoptée en chimie.
Unité de masse atomique(a.u.m.) est égal à 1/12 de la masse de l'isotope C 12.
Masse atomique relative (Un r- quantité sans dimension) est égale au rapport de la masse moyenne d'un atome à a. e.m.
Poids moléculaire relatif (M- quantité sans dimension) est égale au rapport de la masse moyenne d'une molécule à a. e.m.
Taupe(ν - "nu" ou n) - la quantité d'une substance contenant le même nombre d'unités structurelles (atomes, molécules ou ions) qu'il y a d'atomes dans 12 g de l'isotope C 12.
Le numéro d'Avogadro- le nombre de particules (atomes, molécules, ions, etc.) contenues dans 1 mole de toute substance.
N A = 6,02·10 23.
Des valeurs plus précises de certaines constantes fondamentales sont données dans les tableaux en annexe.
Masse molaire de la substance (M) est la masse de 1 mole d'une substance. Il est calculé comme le rapport entre la masse d'une substance et sa quantité :
La masse molaire est numériquement égale Un r(pour les atomes) ou M(pour les molécules).
À partir de l'équation 1, vous pouvez déterminer la quantité d'une substance si sa masse et sa masse molaire sont connues :
(2)
Volume molaire (V m pour les gaz) est le volume d’une mole d’une substance. Il est calculé comme le rapport du volume de gaz à sa quantité :
(3)
Volume de 1 mole de n'importe quel gaz dans des conditions normales (P = 1 guichet automatique = 760 mm. art. Art. = 101,3 kPa ; T = 273TS = 0°C) est égal à 22,4 l.
(4)
La densité d'une substance est égale au rapport de sa masse sur son volume.
(5)
1.La chimie en tant que matière des sciences naturelles Etudes de chimie cette forme de mouvement de la matière dans laquelle l'interaction des atomes se produit avec la formation de nouvelles substances spécifiques. Chimie-la science de la composition, de la structure et des propriétés des substances, de leurs transformations ou des phénomènes qui accompagnent ces transformations. La chimie moderne comprend: générale, organique, colloïdale, analytique, physique, géologique, biochimie, chimie des matériaux de construction. Sujet de chimie- les éléments chimiques et leurs composés, ainsi que les lois qui régissent diverses réactions chimiques.
relie les sciences physiques-mathématiques et biologiques-sociales. 2.Classe de composés inorganiques. Propriétés chimiques de base des acides, bases, sels. Selon les propriétés des composés inorganiques sont divisés en traces. Cours: oxydes, bases, acides, sels. Oxydes:- une combinaison d'éléments avec l'oxygène, dans laquelle ce dernier est un élément plus électronégatif, c'est-à-dire qu'il présente un état d'oxydation de -2. et seul l'élément O2 est connexe. La formule générale est CxOy. Il y a acide e-capable de former des sels avec des oxydes et des bases basiques (SO3+Na2O=Na2SO4 ; So3+2NaOH=Na2SO4=H2O), principal- capable de former des sels avec des oxydes et des acides acides (CaO+CO2=CaCO3 ; CaO+2HCl=CaCl2+H2O), amphotère (à vous et les bases) et avec ceci et avec cela (ZnO, BeO, Cr2O3, SnO, PbO, MnO2). et non salifiant (CO,NON,N2O): Motifs -substances, au cours de la dissociation électrolytique dont l'anion peut uniquement le groupe hydroxyle OH. L'acidité d'une base est le nombre d'ions OH formés lors de la dissociation de l'hydroxyde.Les hydroxydes sont des substances contenant le groupe OH, obtenues en combinant des oxydes avec de l'eau.3 typesbasique(bases) acide (acides contenant de l'oxygène) et amphotère (ampholytes - présentent des propriétés basiques et acides Cr(OH)3,Zn(OH)2,Be(OH)2,Al(OH)3) Acides-substances lors de la dissociation électrolytique cat. Cation m.b. seulement + ion chargé H. Il existe : sans oxygène, contenant de l'oxygène Le nombre H est la basicité de l'acide. formes méta et ortho des molécules d’eau. Sels-des substances, lors de la dissociation électrolytique dont le cation peut être un ion ammonium (NH4) ou un ion métallique, et l'anion peut être n'importe quel résidu acide Il y a : moyen(substitution complète. constitué d'un résidu acide et d'un ion métallique), aigre e (substitution incomplète. présence de H non substitué dans la composition), basique (substitution incomplète. présence de OH non substitué) En fonction de leur composition, les substances inorganiques sont divisées en
3. Dispositions de base de l'enseignement atomique-moléculaire
1. Toutes les substances sont constituées de molécules (corpuscules) ; lors des phénomènes physiques, les molécules sont conservées, mais lors des phénomènes chimiques elles sont détruites.
2. Les molécules sont constituées d'atomes (éléments) ; lors des réactions chimiques, les atomes sont préservés.
3. Les atomes de chaque type (élément) sont identiques les uns aux autres, mais diffèrent des atomes de tout autre type.
4. Lorsque les atomes interagissent, des molécules se forment : homonucléaires (lorsque les atomes d'un élément interagissent) ou hétéronucléaires (lorsque les atomes de différents éléments interagissent).
5. Les réactions chimiques impliquent la formation de nouvelles substances à partir des mêmes atomes qui composent les substances d'origine + 6. molécules.
. Atome et les atomes sont en mouvement continu, et la chaleur consiste dans le mouvement interne de ces particules - la plus petite particule d'un élément qui conserve ses propriétés chimiques.
Les atomes diffèrent par leurs charges nucléaires, leur masse et leur tailleÉlément chimique - type d'atomes avec la même position. Charge de base. Les propriétés physiques caractéristiques d'une substance simple ne peuvent être attribuées à un élément chimique. Substances simples - ce sont des substances constituées d'atomes du même élément chimique. 4. Lois fondamentales de la chimie (loi de conservation, constance de composition, rapports multiples, loi d'Avagadro) Loi sur la conservation : La masse de substances qui réagissent est égale à la masse de substances formées à la suite de la réaction. : Loi de constance de la composition
(tout composé chimique a la même composition quantitative, quelle que soit la méthode de préparation) Les rapports entre les masses des éléments entrant dans la composition d'un composé donné sont constants et ne dépendent pas du mode d'obtention de ce composé. : Loi des multiples
Si deux éléments forment entre eux plusieurs composés chimiques, alors les masses de l'un des éléments de ces composés pour la même masse de l'autre sont liées l'une à l'autre sous forme de petits nombres entiers. La loi d'Avogadro.
Des volumes égaux de gaz prélevés à la même température et à la même pression contiennent le même nombre de molécules. . 5. Loi des équivalents Substance équivalente Le rapport des masses, volumes, substances équivalentes en réaction ou en formation est directement proportionnel au rapport de leurs masses (volumes) ou E (simple) = A (masse atomique) / B (valence de l'élément) E (acide) = M ( masse molaire) / basique (acide base) E(Hydroxyde)=M/Acide)Acidité de l'hydroxyde) E(oxydes de sel)=M/a(nombre d'atomes de l'élément échantillon. Oxyde(sels)*в (valence de cet élément ou métal)
6. Structure des atomes. Cœur. Réactions nucléaires. Types de rayonnement. Modèle de Rutherford : 1.presque toute la masse est concentrée dans le noyau 2.+ sont compensées – 3.la charge est égale au numéro de groupe. Le plus simple est l'hydrogène H Le concept moderne de la chimie. Un élément est un type d’atome ayant la même position. Selon la charge nucléaire, un atome est constitué d'un noyau chargé positivement et d'une couche électronique. La couche électronique est formée d’électrons. Le nombre d'électrons est égal au nombre de protons, donc la charge de l'atome dans son ensemble est 0. Le nombre de protons, la charge du noyau et le nombre d'électrons sont numériquement égaux au numéro atomique de l'élément chimique . Presque toute la masse d’un atome est concentrée dans le noyau. Les électrons se déplacent autour du noyau d’un atome, non pas de manière aléatoire, mais en fonction de l’énergie dont ils disposent, formant ce qu’on appelle la couche électronique. Chaque couche électronique peut contenir un certain nombre d'électrons : sur la première - pas plus de 2, sur la seconde - pas plus de 8, sur la troisième - pas plus de 18. Le nombre de couches électroniques est déterminé par le numéro de période. Le nombre d'électrons sur la dernière couche (externe) est déterminé par le numéro de groupe au cours de la période où il y a un affaiblissement progressif des propriétés métalliques et une augmentation des propriétés des non-métaux. Une réaction nucléaire est le processus de formation de nouveaux noyaux ou de nouvelles particules lors de collisions de noyaux ou de particules. Les atomes ayant la même charge nucléaire, mais des nombres de masse différents, sont appelés isotopes (par exemple, 35/17 Cl et 37/17Cl). Les atomes ayant le même nombre de masse, mais un nombre différent de protons dans le noyau, sont appelés isobares (par exemple, 40/19K et 40/20Ca). La demi-vie (T ½) est le temps pendant lequel la moitié de la quantité initiale d'un isotope radioactif se désintègre.
1. Toutes les substances sont constituées de molécules. Molécule - la plus petite particule d'une substance qui possède ses propriétés chimiques.
2. Les molécules sont constituées d'atomes. Atome - la plus petite particule d'un élément chimique qui conserve toutes ses propriétés chimiques. Différents éléments ont des atomes différents.
3. Les molécules et les atomes sont en mouvement continu ; il existe des forces d’attraction et de répulsion entre eux.
Élément chimique - c'est un type d'atome caractérisé par certaines charges nucléaires et la structure de coques électroniques. Actuellement, 117 éléments sont connus : 89 d'entre eux se trouvent dans la nature (sur Terre), le reste est obtenu artificiellement. Les atomes existent à l'état libre, dans des composés avec des atomes du même élément ou d'autres éléments, formant des molécules. La capacité des atomes à interagir avec d’autres atomes et à former des composés chimiques est déterminée par leur structure. Les atomes sont constitués d'un noyau chargé positivement et d'électrons chargés négativement se déplaçant autour de lui, formant un système électriquement neutre qui obéit aux lois caractéristiques des microsystèmes.
Noyau atomique - la partie centrale de l'atome, constituée de Z protons et de N neutrons, dans laquelle est concentrée l'essentiel des atomes.
Frais de base - positif, égal en valeur au nombre de protons dans le noyau ou d'électrons dans un atome neutre et coïncide avec le numéro atomique de l'élément dans le tableau périodique. La somme des protons et des neutrons d’un noyau atomique est appelée nombre de masse A = Z + N.
Isotopes - des éléments chimiques avec des charges nucléaires identiques, mais des nombres de masse différents en raison du nombre différent de neutrons dans le noyau.
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Masse |
Allotropie - le phénomène de formation par un élément chimique de plusieurs substances simples qui diffèrent par leur structure et leurs propriétés.
Formules chimiques
Toute substance peut être caractérisée par sa composition qualitative et quantitative. La composition qualitative s'entend comme un ensemble d'éléments chimiques qui forment une substance, et la composition quantitative, dans le cas général, est la relation entre le nombre d'atomes de ces éléments. Les atomes qui forment une molécule sont connectés les uns aux autres dans une certaine séquence, cette séquence est appelée structure chimique de la substance (molécule).
La composition et la structure d'une molécule peuvent être représentées à l'aide de formules chimiques. La composition qualitative est écrite sous forme de symboles d'éléments chimiques, la composition quantitative est écrite sous forme d'indices pour le symbole de chaque élément. Par exemple : C 6 H 12 O 6.
Formule chimique - il s'agit d'une notation conventionnelle de la composition d'une substance utilisant des symboles chimiques (proposés en 1814 par J. Berzelius) et des indices (l'indice est le nombre en bas à droite du symbole. Indique le nombre d'atomes dans la molécule). La formule chimique montre quels atomes de quels éléments et dans quel rapport sont connectés les uns aux autres dans une molécule.
Les formules chimiques sont des types suivants :
a) moléculaire - montre combien d'atomes d'éléments sont inclus dans la molécule d'une substance, par exemple H 2 O - une molécule d'eau contient deux atomes d'hydrogène et un atome d'oxygène.
b) graphique - montre dans quel ordre les atomes de la molécule sont connectés, chaque liaison est représentée par un tiret pour l'exemple précédent, la formule graphique ressemblera à ceci : H-O-H ;
c) structurel - montre les positions relatives dans l'espace et les distances entre les atomes qui composent la molécule.
Il faut garder à l'esprit que seules les formules développées permettent d'identifier de manière unique une substance ; les formules moléculaires ou graphiques peuvent correspondre à plusieurs, voire à plusieurs substances (notamment en chimie organique).
Unité internationale de masse atomique égal à 1/12 de la masse de l'isotope 12C - le principal isotope du carbone naturel.
1 amu = 1/12 m (12C) = 1,66057 10 -24 g
Masse atomique relative (Ar)- une quantité adimensionnelle égale au rapport de la masse moyenne d'un atome d'un élément (en tenant compte du pourcentage d'isotopes dans la nature) à 1/12 de la masse d'un atome de 12C.
Masse atomique absolue moyenne (m)égal à la masse atomique relative multipliée par l'amu.
m (Mg) = 24,312 1,66057 10 -24 = 4,037 10 -23 g
Poids moléculaire relatif (M)- une quantité sans dimension indiquant combien de fois la masse d'une molécule d'une substance donnée est supérieure à 1/12 de la masse d'un atome de carbone 12C.
Mr = mg / (1/12 mà(12C))
m r est la masse d'une molécule d'une substance donnée ;
m a (12C) est la masse de l'atome de carbone 12C.
M. = S Ar(e). La masse moléculaire relative d'une substance est égale à la somme des masses atomiques relatives de tous les éléments, en tenant compte des indices.
M.(B 2 O 3) = 2 Ar(B) + 3 Ar(O) = 2 11 + 3 16 = 70
Mr (KAl(SO 4) 2) = 1 Ar(K) + 1 Ar(Al) + 1 2 Ar(S) + 2 4 Ar(O) == 1 39 + 1 27 + 1 2 32 + 2 4 16 = 258
Masse moléculaire absolue égal à la masse moléculaire relative multipliée par amu. Le nombre d'atomes et de molécules dans les échantillons ordinaires de substances est très important. Par conséquent, lors de la caractérisation de la quantité d'une substance, une unité de mesure spéciale est utilisée - la taupe.
Quantité de substance, mol . Désigne un certain nombre d'éléments structuraux (molécules, atomes, ions). Noté n et mesuré en moles. Une mole est la quantité d'une substance contenant autant de particules qu'il y a d'atomes dans 12 g de carbone.
Le numéro d'Avogadro (N UN ). Le nombre de particules dans 1 mole de n'importe quelle substance est le même et est égal à 6,02 · 10 23. (La constante d'Avogadro a la dimension - mol -1).
Combien de molécules y a-t-il dans 6,4 g de soufre ?
Le poids moléculaire du soufre est de 32 g/mol. On détermine la quantité de g/mol de substance dans 6,4 g de soufre :
n(s) = m(s) / M(s) = 6,4 g / 32 g/mol = 0,2 mol
Déterminons le nombre d'unités structurelles (molécules) en utilisant la constante d'Avogadro NA
N(s) = n(s) NA = 0,2 6,02 1023 = 1,2 1023
Masse molaire montre la masse de 1 mole d'une substance (notée M).
La masse molaire d'une substance est égale au rapport de la masse de la substance à la quantité correspondante de substance.
La masse molaire d'une substance est numériquement égale à sa masse moléculaire relative, cependant, la première quantité a la dimension g/mol et la seconde est sans dimension.
M = N A · m(1 molécule) = N A · Mg · 1 a.m.u. = (N A · 1 amu) Monsieur = Monsieur
Cela signifie que si la masse d'une certaine molécule est, par exemple, de 80 uma. (SO 3), alors la masse d'une mole de molécules est égale à 80 g. La constante d'Avogadro est un coefficient de proportionnalité qui assure le passage des rapports moléculaires aux rapports molaires. Toutes les affirmations concernant les molécules restent valables pour les taupes (avec remplacement, si nécessaire, de amu par g. Par exemple, l'équation de réaction : 2Na + Cl 2 2NaCl, signifie que deux atomes de sodium réagissent avec une molécule de chlore ou que c'est la même chose, deux moles de sodium réagissent avec une mole de chlore.
Loi de conservation de la masse des substances
La masse de toutes les substances entrées dans une réaction chimique est égale à la masse de tous les produits
*La théorie atomique-moléculaire explique cette loi comme suit : à la suite de réactions chimiques, les atomes ne disparaissent ni n'apparaissent, mais leur réarrangement se produit (c'est-à-dire qu'une transformation chimique est le processus de rupture de certaines liaisons entre atomes et de formation
d'autres, grâce auxquels les molécules des produits de réaction sont obtenues à partir des molécules des substances de départ). Puisque le nombre d’atomes avant et après la réaction reste inchangé, leur masse totale ne devrait pas non plus changer. La masse était comprise comme une quantité caractérisant la quantité
Sur la base de la loi de conservation de la masse, il est possible d'établir des équations de réactions chimiques et d'effectuer des calculs à l'aide de celles-ci. C'est la base de l'analyse chimique quantitative.
Loi de constance de la composition
Tous les produits chimiques individuels sont de qualité constante et
composition quantitative et structure chimique spécifique, quelle que soit la méthode de préparation.
De la loi de constance de la composition, il résulte que lorsqu'une substance complexe se forme, les éléments
se combinent les uns avec les autres dans certains rapports de masse.
Loi d'Avogadro di Quaregna (1811)
Des volumes égaux de gaz différents dans les mêmes conditions (température, pression, etc.) contiennent le même nombre de molécules. (La loi n'est valable que pour les substances gazeuses.)
Conséquences.
1. Le même nombre de molécules de gaz différents dans les mêmes conditions occupe
les mêmes volumes.
2. Dans des conditions normales (0°C = 273°K, 1 atm = 101,3 kPa), 1 mole de gaz occupe
volume 22,4 l.__
Loi de l'action de masse
aA + bB + . . . = . . .
V = k [A]a [B]b . . .
Loi de conservation de l'énergie: l'énergie d'un système isolé (n'échangeant ni matière ni énergie avec l'environnement) reste constante, seules ses transitions d'un type à l'autre sont possibles.
Loi de conservation de la charge électrique: La somme algébrique des charges électriques dans un système isolé est conservée.
2. Loi fondamentale de la chimie comme un cas particulier de la loi générale du monde matériel. Concepts : matière, substance, champ, mouvement - et leurs caractéristiques quantitatives et interrelations. Expressions mathématiques des lois de conservation de la masse et de l'énergie.
Loi de l'action de masse
La vitesse d'une réaction chimique est directement proportionnelle au produit des concentrations des réactifs.
aA + bB + . . . = . . .
V = k [A]a [B]b . . .
La matière existe sous forme de matière et de champ. La chimie étudie le monde qui nous entoure sous le concept unifié de la matière existant en dehors et indépendamment de la conscience humaine.
une substance est un ensemble d'atomes et de molécules
Loi de conservation de la masse : La masse de substances qui ont réagi est égale à la masse de substances formées à la suite de la réaction.
* Une autre formulation est tout à fait équivalente à celle-ci : dans une réaction chimique, le nombre d'atomes d'un élément chimique est conservé. Cette dernière formulation sert de base à l'écriture des équations de réaction stœchiométriques.
Loi de conservation de l'énergie : l'énergie d'un système isolé (n'échangeant ni matière ni énergie avec l'environnement) reste constante ; seules ses transitions d'un type à un autre sont possibles ;
3. Science atomique-moléculaire : dispositions modernes, bref historique (fondateurs).
THÉORIE ATOMIQUE-MOLÉCULAIRE
La science atomique et moléculaire est la doctrine de la structure des substances à partir d'atomes et de molécules, créée par les travaux de Lomonosov et Dalton.
*M. V. Lomonossov, J. Dalton, A. Lavoisier, J. Proust, A. Avogadro, J. Berzelius, D. I. Mendeleev, A. M. Butlerov ont apporté une grande contribution au développement de la science atomique-moléculaire.
La composition et les propriétés d'un composé chimique ne dépendent pas de la méthode et des conditions de sa préparation.
Toutes les molécules sont constituées d'atomes. Une collection ou un ensemble d’atomes du même type est appelé un élément chimique.
Principes de base de la théorie atomique-moléculaire :
Toutes les substances sont constituées d'atomes
Les atomes d'une substance chimique (élément chimique) ont les mêmes propriétés, mais diffèrent des atomes d'une autre substance
Lorsque les atomes interagissent, des molécules se forment (homonucléaires - substances simples, hétéronucléaires - substances complexes)
Lors des phénomènes physiques, les molécules ne changent pas ; lors des phénomènes chimiques, leur composition change.
Les réactions chimiques impliquent la formation de nouvelles substances à partir des mêmes atomes qui constituaient les substances d'origine.
4. Concepts de base de la chimie : atome, molécule, élément chimique, substance (simple et complexe). Caractéristiques quantitatives d'un atome et d'une molécule : dimensions, masses atomiques et moléculaires absolues et relatives, unité de masse atomique (a.u.m.).
Un atome est une particule électriquement neutre constituée d’un noyau chargé positivement et d’un ou plusieurs électrons.
Une molécule est la plus petite particule d’une substance qui possède toutes les propriétés chimiques de cette substance. Pour certaines substances, les concepts d’atome et de molécule sont les mêmes.
Une substance simple est une substance dont les molécules sont constituées d'atomes d'un élément.
Les composés ou substances complexes sont des substances dont les molécules sont constituées d'atomes de différents éléments.
Les molécules de différentes substances diffèrent les unes des autres par leur masse, leur taille et leurs propriétés chimiques. Toutes les molécules d’une substance sont identiques.
Les molécules sont constituées de particules plus petites appelées atomes. Les molécules de substances simples sont constituées d'atomes identiques, les molécules de substances complexes sont constituées d'atomes différents.
Les atomes d'un élément diffèrent des atomes d'autres éléments par la charge du noyau atomique, la taille et les propriétés chimiques. Les réactions chimiques modifient la composition de la molécule. Les atomes ne sont pas détruits lors des réactions chimiques.
Unité internationale de masse atomiqueégal à 1/12 de la masse de l'isotope 12C - le principal isotope du carbone naturel.
Poids moléculaire relatif (Mr)- une quantité sans dimension indiquant combien de fois la masse d'une molécule d'une substance donnée est supérieure à 1/12 de la masse d'un atome de carbone 12C.
Masse moléculaire absolueégal à la masse moléculaire relative multipliée par amu.
5. Calcul de la quantité, de la masse molaire et du volume molaire d'une substance. Le numéro d'Avogadro.
La masse molaire d'une substance M est égale au rapport de la masse de la substance à sa quantité
et a la dimension g/mol acceptée en chimie. La masse molaire d'une substance, exprimée en g/mol, est numériquement égale à sa masse moléculaire relative. L'égalité numérique signifie la coïncidence des valeurs numériques des quantités, mais pas de leurs dimensions.
Le volume molaire est défini de la même manière comme le rapport entre le volume d’une substance et sa quantité :
Le volume molaire peut avoir des dimensions m3/mol, l/mol, cm3/mol. Le volume molaire est défini pour tout état d'agrégation d'une substance et est lié à sa masse molaire par la densité :
Loi d'Avogardo : des volumes égaux de gaz différents dans les mêmes conditions (température et pression) contiennent le même nombre de molécules.
NA = 6,022 141 29(27) 10 23 mol−1
6. Élément chimique, symboles des éléments. Formule chimique d'une substance, type de formule : empirique, moléculaire, graphique. Concepts : valence (stoechiométrique, liaison, coordination) et état d'oxydation d'un élément chimique. Exemples.
Un élément chimique est un type d’atome caractérisé par une certaine charge nucléaire.
Formule moléculaire (brut) montrant le nombre d'atomes dans une molécule - C6H14,
Graphique
La formule empirique donne uniquement le rapport des éléments C:H = 3:7 - C3H7
La valence est la propriété des atomes d'un élément donné d'attacher ou de remplacer un certain nombre d'atomes d'autres éléments dans une molécule. L'unité de valence est la valence de l'hydrogène.
L'état d'oxydation d'un atome est la valeur de la charge électrostatique d'un atome dans une substance simple, dans une molécule d'un composé chimique, dans un ion.
7. Concepts et détermination quantitative de la fraction massique, molaire et volumique d'un élément dans une molécule d'une substance et d'une substance dans un mélange. Algorithme d'établissement de formules empiriques et moléculaires.
La fraction massique est le rapport entre la masse du soluté et la masse de la solution. La fraction massique est mesurée en fractions d'unité ou en pourcentage :
m est la masse totale de la solution, g.
La fraction volumique est le rapport entre le volume d'un soluté et le volume d'une solution. La fraction volumique est mesurée en fractions d'unité ou en pourcentage.
V1 - volume de substance dissoute, l ;
V - volume total de solution, l.
La fraction molaire est le rapport entre le nombre de moles d'un composant donné et le nombre total de moles de tous les composants. La fraction molaire est exprimée en fractions d'unité.
νi est la quantité du ième composant, mol ;
n - nombre de composants ;
Le titre d'une solution est la masse de la substance dissoute dans 1 ml de solution.
m1 - masse de substance dissoute, g ;
V - volume total de solution, ml ;
La formule empirique d'un composé chimique est un enregistrement de l'expression la plus simple du nombre relatif de chaque type d'atome qu'il contient ; est une notation linéaire de symboles d'éléments chimiques, accompagnés d'indices indiquant le rapport des éléments dans le composé
Les équivalents de masse molaire sont généralement notés ou. Le rapport entre la masse molaire équivalente d'une substance et sa masse molaire réelle est appelé facteur d'équivalence (généralement noté par).
La masse molaire des équivalents d'une substance est la masse d'une mole d'équivalents, égale au produit du facteur d'équivalence par la masse molaire de cette substance.
Meq = feq×M
Facteur d'équivalence
Le rapport entre la masse molaire équivalente et sa propre masse molaire est appelé facteur d'équivalence (généralement noté).
Numéro d'équivalence
Le nombre d'équivalence z est un petit entier positif égal au nombre d'équivalents d'une substance contenue dans 1 mole de cette substance. Le facteur d'équivalence est lié au nombre d'équivalence z par la relation suivante : =1/z.
Par exemple, en réaction :
Zn(OH)2 + 2HCl = ZnCl2 + 2H2O
L'équivalent est la particule ½Zn(OH)2. Le nombre ½ est le facteur d'équivalence, z dans ce cas est égal à 2
9. Réaction chimique : définition, signes, différence avec les phénomènes physiques, classification.
Une réaction chimique est la transformation d'une ou plusieurs substances initiales (réactifs) en substances (produits de réaction) qui en diffèrent par leur composition ou leur structure chimique. Contrairement aux réactions nucléaires, lors des réactions chimiques, les noyaux des atomes ne changent pas, en particulier leur nombre total et la composition isotopique des éléments chimiques ne changent pas, tandis qu'une redistribution des électrons et des noyaux se produit et que de nouvelles substances chimiques se forment.
Classification
En modifiant les états d'oxydation des réactifs
Dans ce cas, il y a une distinction
Réactions redox dans lesquelles les atomes d'un élément (l'agent oxydant) sont réduits, c'est-à-dire qu'ils abaissent leur état d'oxydation, et les atomes d'un autre élément (l'agent réducteur) sont oxydés, c'est-à-dire qu'ils augmentent leur état d'oxydation. Un cas particulier de réactions redox sont les réactions de dismutation, dans lesquelles les agents oxydants et réducteurs sont des atomes du même élément dans différents états d'oxydation.
Un exemple de réaction redox est la combustion de l’hydrogène (agent réducteur) dans l’oxygène (agent oxydant) pour former de l’eau :
Un exemple de réaction de dismutation est la réaction de décomposition du nitrate d'ammonium lorsqu'il est chauffé. Dans ce cas, l'agent oxydant est l'azote (+5) du groupe nitro, et le réducteur est l'azote (-3) du cation ammonium :
NH4NO3 = N2O + 2H2O (jusqu'à 250 °C)
Réactions non rédox - respectivement, réactions dans lesquelles il n'y a aucun changement dans les états d'oxydation des atomes, par exemple la réaction de neutralisation ci-dessus.
Selon l'effet thermique de la réaction
Toutes les réactions sont accompagnées d'effets thermiques. Lorsque les liaisons chimiques des réactifs sont rompues, de l’énergie est libérée, qui est principalement utilisée pour former de nouvelles liaisons chimiques. Dans certaines réactions, les énergies de ces processus sont proches et, dans ce cas, l'effet thermique global de la réaction s'approche de zéro. Dans d'autres cas on peut distinguer :
réactions exothermiques qui dégagent de la chaleur (effet thermique positif), par exemple la combustion d'hydrogène ci-dessus
réactions endothermiques au cours desquelles la chaleur est absorbée (effet thermique négatif) de l’environnement.
La chaleur d'une réaction (enthalpie de réaction, ΔrH), souvent très importante, peut être calculée à l'aide de la loi de Hess si les enthalpies de formation des réactifs et des produits sont connues. Lorsque la somme des enthalpies des produits est inférieure à la somme des enthalpies des réactifs (ΔrH< 0) наблюдается выделение тепла, в противном случае (ΔrH >0) - absorption.
Par type de transformation des particules réactives
relations:
décomposition:
remplacements :
échange (type de réaction-neutralisation) :
échange (type de réaction-échange):
Les réactions chimiques s'accompagnent toujours d'effets physiques : absorption et libération d'énergie, par exemple sous forme de transfert de chaleur, changement de l'état d'agrégation des réactifs, changement de couleur du mélange réactionnel, etc. c'est par ces effets physiques que l'on juge souvent la progression des réactions chimiques.
Les processus chimiques se produisant dans la matière diffèrent à la fois des processus physiques et des transformations nucléaires. Dans les processus physiques, chacune des substances participantes conserve sa composition inchangée (bien que les substances puissent former des mélanges), mais peut changer de forme externe ou d'état d'agrégation.
Dans les processus chimiques (réactions chimiques), de nouvelles substances sont obtenues avec des propriétés différentes de celles des réactifs, mais les atomes de nouveaux éléments ne se forment jamais. Dans les atomes des éléments participant à la réaction, des modifications de la couche électronique se produisent nécessairement.
10.Schéma et équation d'une réaction chimique (algorithme d'écriture de l'équation). Signification physique des coefficients stœchiométriques. Types d'équations : complète, incomplète, moléculaire, ionique, thermochimique. Donnez des exemples.
Dans les réactions chimiques, certaines substances se transforment en d’autres. Rappelons la réaction bien connue du soufre avec l'oxygène. Et à partir de certaines substances (substances de départ ou réactifs), d'autres se forment (substances finales ou produits de réaction).
Les diagrammes de réaction et les équations sont utilisés pour enregistrer et transmettre des informations sur les réactions chimiques.
Diagramme de réaction chimique– une notation conditionnelle qui fournit des informations qualitatives sur une réaction chimique.
Un diagramme de réaction montre quelles substances réagissent et lesquelles se forment à la suite de la réaction. Dans les diagrammes et les équations de réaction, les substances sont désignées par leurs formules.
Le schéma de combustion du soufre s'écrit comme suit : S8 + O2 SO2.
Cela signifie que lorsque le soufre réagit avec l'oxygène, une réaction chimique se produit, entraînant la formation de dioxyde de soufre (dioxyde de soufre). Toutes les substances ici sont moléculaires, c'est pourquoi lors de la rédaction du diagramme, les formules moléculaires de ces substances ont été utilisées. Il en va de même pour le schéma d'une autre réaction - la réaction de combustion du phosphore blanc :
Lorsque le carbonate de calcium (craie, calcaire) est chauffé à 900 °C, une réaction chimique se produit : le carbonate de calcium est transformé en oxyde de calcium (chaux vive) et en dioxyde de carbone (dioxyde de carbone) selon le schéma suivant :
CaCO3 CaO + CO2.
Pour indiquer que le processus se produit lorsqu'il est chauffé, le diagramme (et l'équation) est généralement complété par le signe « t », et le fait que le dioxyde de carbone s'évapore est indiqué par une flèche pointant vers le haut :
CaCO3 CaO + CO2.
Le carbonate de calcium et l'oxyde de calcium sont des substances non moléculaires, le diagramme utilise donc leurs formules les plus simples, reflétant la composition de leurs unités de formule. Pour une substance moléculaire - le dioxyde de carbone - une formule moléculaire est utilisée.
Considérons le schéma réactionnel qui se produit lorsque le pentachlorure de phosphore interagit avec l'eau : PCl5 + H2O H3PO4 + HCl.
Le diagramme montre que de l'acide phosphorique et du chlorure d'hydrogène se forment.
Parfois, un bref diagramme de la réaction suffit pour transmettre des informations sur une réaction chimique, par exemple :
S8S02 ; P4P4O10 ; CaCO3 CaO.
Bien entendu, plusieurs réactions différentes peuvent correspondre à un schéma court.
L'équation d'une réaction chimique est une notation conditionnelle qui fournit des informations qualitatives et quantitatives sur une réaction chimique.
Pour toute réaction chimique, l’une des lois les plus importantes de la chimie s’applique :
Lorsque des réactions chimiques se produisent, les atomes n’apparaissent pas, ne disparaissent pas et ne se transforment pas les uns dans les autres.
Lors de l'écriture d'équations de réactions chimiques, en plus des formules de substances, des coefficients sont utilisés. Comme en algèbre, le coefficient « 1 » dans l'équation d'une réaction chimique n'est pas mis, mais est implicite. Les réactions que nous avons considérées sont décrites par les équations suivantes :
1S8 + 8O2 = 8SO2, ou S8 + 8O2 = 8SO2 ;
1P4 + 5O2 = 1P4O10, ou P4 + 5O2 = P4O10 ;
1CaCO3 = 1CaO + 1CO2, ou CaCO3 = CaO + CO2 ;
1PCl5 + 4H2O = 1H3PO4 + 5HCl, ou PCI5 + 4H2O = H3PO4 + 5HCI.
