Atom-moleküler bilimin temelleri ilk olarak Lomonosov tarafından özetlendi. 1741'de ilk çalışmalarından biri olan "Matematiksel Kimyanın Unsurları" Lomonosov, yarattığı maddenin yapısına ilişkin parçacık teorisinin en önemli hükümlerini formüle etti.
Lomonosov'un fikirlerine göre, tüm maddeler fiziksel olarak bölünemeyen ve karşılıklı yapışma yeteneğine sahip küçük "duyarsız" parçacıklardan oluşur. Maddelerin özellikleri bu parçacıkların özelliklerine göre belirlenir. Lomonosov, bu tür parçacıkların iki türünü ayırt etti: daha küçük olanlar - bu terimin modern anlayışındaki atomlara karşılık gelen "elementler" ve daha büyük olanlar - şimdi molekül dediğimiz "parçacıklar".
Her parçacık, maddenin tamamıyla aynı bileşime sahiptir. Kimyasal olarak farklı maddeler aynı zamanda farklı bileşimlere sahip parçacıklara sahiptir. "Parçacıklar aynı sayıda aynı elementten oluşuyorsa ve aynı şekilde bağlıysa homojendir" ve "parçacıklar, öğeleri farklıysa ve farklı şekillerde veya farklı sayılarda bağlıysa heterojendir."
Yukarıdaki tanımlardan, Lomonosov'un maddelerdeki farklılıkların nedeninin yalnızca taneciklerin bileşimindeki farklılık değil, aynı zamanda cisimcikteki elementlerin farklı düzenlenmesi olduğuna inandığı açıktır.
Lomonosov, cisimciklerin mekaniğin kanunlarına göre hareket ettiğini vurguladı; hareket olmadan parçacıklar birbirleriyle çarpışamaz veya başka bir şekilde birbirlerine etki edip değişemezler. Maddelerdeki tüm değişiklikler taneciklerin hareketinden kaynaklandığından, kimyasal dönüşümler sadece kimya yöntemleriyle değil aynı zamanda fizik ve matematik yöntemleriyle de incelenmelidir.
Lomonosov'un yaşadığı ve çalıştığı günden bu yana geçen 200 yılı aşkın süre boyunca, maddenin yapısı hakkındaki fikirleri kapsamlı testlerden geçirildi ve geçerliliği tamamen doğrulandı. Şu anda maddenin yapısı, maddelerin özellikleri ve fiziksel ve kimyasal olayların doğası hakkındaki tüm fikirlerimiz atom-moleküler bilime dayanmaktadır.
Atomik-moleküler öğretinin temeli, maddenin ayrıklığı (yapının süreksizliği) ilkesidir: her madde sürekli bir şey değildir, çok küçük ayrı parçacıklardan oluşur. Maddeler arasındaki fark, tanecikleri arasındaki farklılıktan kaynaklanmaktadır; Bir maddenin tanecikleri aynı, farklı maddelerin tanecikleri farklıdır. Her koşulda maddenin parçacıkları hareket halindedir; vücut ısısı ne kadar yüksek olursa bu hareket o kadar yoğun olur.
Çoğu madde için parçacıklar moleküllerdir. Molekül, bir maddenin kimyasal özelliklerine sahip en küçük parçacığıdır. Moleküller de atomlardan oluşur. Atom, bir elementin kimyasal özelliklerine sahip en küçük parçacığıdır. Bir molekül farklı sayıda atom içerebilir. Böylece, soy gazların molekülleri monoatomiktir, hidrojen, nitrojen gibi maddelerin molekülleri diatomiktir, su triatomiktir, vb. En karmaşık maddelerin molekülleri - daha yüksek proteinler ve nükleik asitler - bir dizi atomdan oluşur. yüzbinlerle ölçülür.
Bu durumda atomlar birbirleriyle hem farklı oranlarda hem de farklı şekillerde birleşebilirler. Bu nedenle nispeten az sayıda kimyasal elementle farklı maddelerin sayısı çok fazladır.
Öğrenciler genellikle belirli bir maddenin molekülünün neden fiziksel özelliklerine sahip olmadığını merak ederler. Bu sorunun cevabını daha iyi anlamak için maddelerin erime ve kaynama noktaları, ısı kapasitesi, mekanik mukavemet, sertlik, yoğunluk, elektrik iletkenliği gibi çeşitli fiziksel özelliklerini göz önünde bulundurun.
Erime ve kaynama noktaları, mekanik mukavemet ve sertlik gibi özellikler, belirli bir maddedeki moleküller arasındaki bağların belirli bir toplanma durumundaki kuvveti ile belirlenir; dolayısıyla bu tür kavramların tek bir moleküle uygulanmasının bir anlamı yoktur. Yoğunluk, tek bir molekülün sahip olduğu hesaplanabilen bir özelliktir. Bununla birlikte, bir molekülün yoğunluğu her zaman bir maddenin yoğunluğundan daha fazladır (katı halde bile), çünkü herhangi bir maddede moleküller arasında her zaman bir miktar boş alan bulunur. Ve elektriksel iletkenlik ve ısı kapasitesi gibi özellikler, moleküllerin özellikleriyle değil, bir bütün olarak maddenin yapısıyla belirlenir. Buna ikna olmak için, bir maddenin toplanma durumu değiştiğinde bu özelliklerin büyük ölçüde değiştiğini, ancak moleküllerin derin değişikliklere uğramadığını hatırlamak yeterlidir. Bu nedenle, bazı fiziksel özelliklere ilişkin kavramlar tek bir moleküle uygulanamazken diğerleri uygulanabilir, ancak bu özelliklerin büyüklüğü molekül ve bir bütün olarak madde için farklıdır.
Her durumda bir maddeyi oluşturan parçacıklar molekül değildir. Katı ve sıvı haldeki birçok madde, örneğin çoğu tuz, moleküler bir yapıdan ziyade iyonik bir yapıya sahiptir. Bazı maddeler atomik yapıya sahiptir. Katıların ve sıvıların yapısı V. Bölüm'de daha ayrıntılı olarak tartışılacaktır, ancak burada yalnızca iyonik veya atomik yapıya sahip maddelerde kimyasal özelliklerin taşıyıcısının moleküller değil, iyon veya atom kombinasyonları olduğuna işaret edeceğiz. bu maddeyi oluşturanlar.
Atom-moleküler bilim- tüm maddeleri atomlardan oluşan bir molekül kümesi olarak tanımlayan bir dizi hüküm, aksiyom ve yasa.
Antik Yunan filozoflarıÇağımızın başlangıcından çok önce, atomların varlığı teorisini eserlerinde ortaya koymuşlardı. Tanrıların ve diğer dünya güçlerinin varlığını reddederek, tüm anlaşılmaz ve gizemli doğa olaylarını doğal nedenlerle - insan gözüyle görülmeyen parçacıkların - atomların bağlantısı ve ayrılması, etkileşimi ve karışımı - açıklamaya çalıştılar. Ancak yüzyıllar boyunca kilise papazları atom doktrininin taraftarlarına ve takipçilerine zulmetti ve onları zulme maruz bıraktı. Ancak gerekli teknik cihazların bulunmaması nedeniyle eski filozoflar doğa olaylarını titizlikle inceleyemediler ve modern "molekül" kavramını "atom" kavramının altına gizlediler.
Sadece 18. yüzyılın ortalarında büyük Rus bilim adamı M.V. Lomonosov kimyada kanıtlanmış atomik-moleküler kavramlar.Öğretisinin ana hükümleri “Matematiksel Kimyanın Unsurları” (1741) ve diğer bazı çalışmalarda ortaya konmuştur. Lomonosov teoriyi adlandırdı parçacık-kinetik teorisi.
M.V. Lomonosov Maddenin yapısındaki iki aşama arasında açıkça ayrım yapılmıştır: elementler (modern anlamda atomlar) ve parçacıklar (moleküller). Onun parçacık-kinetik teorisinin (modern atomik-moleküler öğreti) temeli, maddenin yapısının süreksizliği (ayrıklık) ilkesidir: herhangi bir madde ayrı parçacıklardan oluşur.
1745'te M.V. Lomonosov şunu yazdı:“Element, vücudun daha küçük ve farklı cisimlerden oluşmayan bir parçasıdır... Parçacıklar, elementlerin tek bir küçük kütle halinde toplanmasıdır. Aynı sayıda aynı elemanın aynı şekilde bağlanmasından oluşuyorlarsa homojendirler. Parçacıklar, öğeleri farklı olduğunda ve farklı şekillerde veya farklı sayılarda bağlandığında heterojendir; bedenlerin sonsuz çeşitliliği buna bağlıdır.
Molekül bir maddenin tüm kimyasal özelliklerini taşıyan en küçük parçacığıdır. olan maddeler moleküler yapı, moleküllerden oluşur (çoğu metal olmayan, organik maddeler). İnorganik maddelerin önemli bir kısmı atomlardan oluşur(atomik kristal kafes) veya iyonlar (iyonik yapı). Bu tür maddeler arasında oksitler, sülfürler, çeşitli tuzlar, elmas, metaller, grafit vb. bulunur. Bu maddelerdeki kimyasal özelliklerin taşıyıcısı, temel parçacıkların (iyonlar veya atomlar) bir kombinasyonudur, yani kristal dev bir moleküldür.
Moleküller atomlardan oluşur. Atom- Bir molekülün kimyasal olarak bölünemeyen en küçük bileşeni.
Moleküler teorinin maddelerde meydana gelen fiziksel olayları açıkladığı ortaya çıktı. Atomların incelenmesi, kimyasal olayların açıklanmasında moleküler teorinin yardımına gelir. Bu teorilerin her ikisi de (moleküler ve atomik) atomik-moleküler teoride birleştirilmiştir. Bu doktrinin özü çeşitli yasa ve yönetmelikler şeklinde formüle edilebilir:
- maddeler atomlardan oluşur;
- atomlar etkileşime girdiğinde basit ve karmaşık moleküller oluşur;
- fiziksel olaylar sırasında moleküller korunur, bileşimleri değişmez; kimyasallarla - yok edilirler, bileşimleri değişir;
- Maddelerin molekülleri atomlardan oluşur; kimyasal reaksiyonlarda moleküllerin aksine atomlar korunur;
- bir elementin atomları birbirine benzer ancak diğer elementlerin atomlarından farklıdır;
- Kimyasal reaksiyonlar, orijinal maddeleri oluşturan aynı atomlardan yeni maddelerin oluşumunu içerir.
Atom-moleküler teorisi sayesinde M.V. Lomonosov haklı olarak bilimsel kimyanın kurucusu olarak kabul edilir.
web sitesi, materyalin tamamını veya bir kısmını kopyalarken kaynağa bir bağlantı gereklidir.
Ders konusu: KİMYA'NIN TEMEL KAVRAMLARI VE YASALARI.
Plan:
KİMYANIN TEMEL KAVRAMLARI. ATOM-MOLEKÜLER ÖĞRETİMİ
KİMYANIN TEMEL KANUNLARI
TEMEL GAZ KANUNLARI
KİMYASAL EŞDEĞER. EŞDEĞER İLİŞKİLER YASASI
KİMYASAL REAKSİYONLAR. KİMYASAL REAKSİYONLARIN SINIFLANDIRILMASI
KİMYANIN DİĞER BİLİMLER ARASINDAKİ YERİ
Kimya, etrafımızdaki maddi dünyayı, onun olaylarını ve yasalarını inceleyen doğa bilimlerini ifade eder.
Doğanın temel yasası, maddenin ve onun hareketinin sonsuzluğu yasasıdır. Maddenin ayrı hareket biçimleri ayrı bilimler tarafından incelenmektedir. Öncelikle maddenin moleküler (ve atomik) organizasyonuyla ilgilenen kimyanın yeri, parçacık fiziği (atom altı seviye) ile biyoloji (molekül üstü seviye) arasındadır.
Kimya- Maddelerin bilimi, bunların bileşimi, yapısı, özellikleri ve onları oluşturan parçacıkların bileşimi, yapısı ve özelliklerindeki değişikliklerle ilişkili dönüşümler.
Büyük Rus bilim adamı M.V. Lomonosov şunları söyledi: "Kimya, insani meselelere geniş ölçüde uzanıyor." Aslında kimya bilgisi olmadan yapabilecek hiçbir teknik disiplin neredeyse yoktur. Elektronik ve bilgisayar bilimi gibi modern ve görünüşte uzak bilimler bile bugün kimya ile bir "ittifak" yaparak (moleküler düzeyde bilgiyi kaydetmek, biyobilgisayarlar geliştirmek vb.) Gelişimlerinde yeni bir ivme kazandı. O halde temel disiplinler hakkında ne söyleyebiliriz: Kimya sınırındaki bağımsız bölümlerin uzun süredir var olduğu fizik, biyoloji vb. (kimyasal fizik, biyokimya, jeokimya vb.).
KİMYANIN TEMEL KAVRAMLARI.
ATOM-MOLEKÜLER ÖĞRETİMİ
Atomların maddi dünyanın yapısal unsurları olduğu fikri antik Yunanistan'da (Leukippos, Demokritos, MÖ 1.-3. yüzyıllar) ortaya çıktı. Ancak yalnızca 18. yüzyılın sonu - 19. yüzyılın başında. Atomik-moleküler bilim yaratıldı. Birikmiş materyalin genelleştirilmesine en önemli katkı M. V. Lomonosov tarafından yapılmıştır.
Atomik-moleküler öğretim aşağıdaki temel ilkeleri içerir:
1. Tüm maddeler katı değildir, parçacıklardan (moleküller, atomlar, iyonlar) oluşur.
2. Moleküller atomlardan (elementlerden) oluşur.
3. Maddeler arasındaki farklılıklar, onları oluşturan, bileşim, yapı ve özellikler bakımından birbirinden farklı olan parçacıklardaki farklılıklar tarafından belirlenir.
4. Tüm parçacıklar sürekli hareket halindedir ve ısıtıldığında hızları artar.
Atom- özelliklerinin taşıyıcısı olan bir kimyasal elementin en küçük parçacığı. Bu, davranışı kuantum mekaniği yasalarına uyan elektriksel olarak nötr bir mikrosistemdir.
Kimyasal element- aynı pozitif nükleer yüke sahip olan ve belirli bir dizi özellik ile karakterize edilen bir tür atom.
İzotoplar- aynı elementin kütle bakımından farklı olan atomları (çekirdekteki nötron sayısı).
Doğadaki herhangi bir kimyasal element belirli bir izotopik bileşim ile temsil edilir, bu nedenle kütlesi, doğadaki içerikleri dikkate alınarak izotop kütlelerinden belirli bir ortalama değer olarak hesaplanır.
Molekül- Özelliklerinin taşıyıcısı olan ve bağımsız olarak var olabilen bir maddenin en küçük parçacığı.
Basit madde- Molekülleri yalnızca bir elementin atomlarından oluşan bir madde.
Allotropi- Bir elementin farklı bileşim, yapı ve özelliklere sahip basit maddeler oluşturma yeteneği.
Allotropik modifikasyonların çeşitleri tanımlanmıştır:
Basit bir maddenin molekülündeki bir elementin farklı sayıda atomu, örneğin oksijen (O2) ve ozon (O3).
Basit bir maddenin kristal kafesinin yapısındaki farklılıklar, örneğin bir karbon bileşiği: grafit (düz veya iki boyutlu kafes) ve elmas (hacimsel veya üç boyutlu kafes).
Karmaşık madde- Molekülleri farklı elementlerin atomlarından oluşan bir madde.
Yalnızca iki elementten oluşan karmaşık maddelere ikili denir, örneğin:
Ø oksitler: CO, CO2, CaO, Na20, FeO, Fe203;
Ø sülfitler: ZnS, Na2S, CS2;
Ø hidritler: CaH2, LiH, NaH;
Ø nitrürler: Li 3 N, Ca 3 N 2, AlN;
Ø fosfitler: Li 3 P, Mg 3 P 2, AlP;
Ø karbürler: Be 2 C, Al 4 C 3, Ag 2 C 2;
Ø silisitler: Ca 2 Si, Na 4 Si.
İkiden fazla elementten oluşan kompleks bileşikler, inorganik bileşiklerin ana sınıflarına aittir. Bunlar hidroksitler (asitler ve bazlar) ve karmaşık bileşikler dahil tuzlardır.
Atomların ve moleküllerin mutlak kütlesi vardır, örneğin bir C12 atomunun kütlesi 2·10-26 kg'dır.
Bu tür miktarların pratikte kullanılması sakıncalıdır, bu nedenle kimyada bağıl kütle ölçeği benimsenmiştir.
Atomik kütle birimi(a.u.m.), C 12 izotopunun kütlesinin 1/12'sine eşittir.
Göreceli atomik kütle (A r- boyutsuz miktar), bir atomun ortalama kütlesinin a'ya oranına eşittir. yemek yemek.
Bağıl molekül ağırlığı (Bay- boyutsuz miktar), bir molekülün ortalama kütlesinin a'ya oranına eşittir. yemek yemek.
köstebek(ν - “çıplak” veya N) - 12 g C12 izotopundaki atomlarla aynı sayıda yapısal birim (atomlar, moleküller veya iyonlar) içeren bir maddenin miktarı.
Avogadro sayısı- herhangi bir maddenin 1 molünde bulunan parçacıkların (atomlar, moleküller, iyonlar vb.) sayısı.
NA = 6,02·10 23 .
Bazı temel sabitlerin daha kesin değerleri ekteki tablolarda verilmiştir.
Maddenin molar kütlesi (M) 1 mol maddenin kütlesidir. Bir maddenin kütlesinin miktarına oranı olarak hesaplanır:
Molar kütle sayısal olarak eşittir Ar(atomlar için) veya Bay(moleküller için).
Denklem 1'den, kütlesi ve molar kütlesi biliniyorsa, maddenin miktarını belirleyebilirsiniz:
(2)
Molar hacim (V m gazlar için) bir maddenin bir molünün hacmidir. Gaz hacminin miktarına oranı olarak hesaplanır:
(3)
Normal koşullar altında herhangi bir gazın 1 mol hacmi (P = 1 atmosfer = 760 mm. Hg Sanat. = 101,3 kPa; T = 273TS = 0°C) 22,4 l'ye eşittir.
(4)
Bir maddenin yoğunluğu kütlesinin hacmine oranına eşittir.
(5)
§ 1 M.V. Atom-moleküler bilimin kurucusu olarak Lomonosov
17. yüzyıldan bu yana bilim, fiziksel olayları açıklamak için kullanılan moleküler öğretiye sahiptir. Moleküler teorinin kimyada pratik uygulaması, hükümlerinin kimyasal reaksiyonların oluşumunun özünü açıklayamaması veya kimyasal bir işlem sırasında bazı maddelerden yeni maddelerin nasıl oluştuğu sorusuna cevap verememesi nedeniyle sınırlıydı.
Bu sorunun çözümünün atom-moleküler teori temelinde mümkün olduğu ortaya çıktı. 1741'de "Matematiksel Kimyanın Unsurları" kitabında Mikhail Vasilyevich Lomonosov aslında atom-moleküler bilimin temellerini formüle etti. Rus bilim adamı-ansiklopedist, maddenin yapısını belirli bir atom kombinasyonu olarak değil, daha büyük parçacıkların - daha küçük parçacıklardan - elementlerden oluşan taneciklerin bir kombinasyonu olarak değerlendirdi.
Lomonosov'un terminolojisi zamanla değişikliklere uğradı: Parçacıklar olarak adlandırdığı şeye moleküller denmeye başlandı ve element teriminin yerini atom terimi aldı. Bununla birlikte, zekice ifade ettiği fikirlerin ve tanımların özü, zamana karşı dayanıklıydı.
§ 2 Atom-moleküler bilimin gelişim tarihi
Bilimde atom-moleküler bilimin gelişimi ve kuruluş tarihinin çok zor olduğu ortaya çıktı. Mikro dünyanın nesneleriyle çalışmak çok büyük zorluklara neden oldu: Atomları ve molekülleri görmek ve dolayısıyla varlıklarını doğrulamak imkansızdı ve atom kütlelerini ölçme girişimleri çoğu zaman hatalı sonuçların elde edilmesiyle sonuçlandı. Lomonosov'un keşfinden 67 yıl sonra, 1808'de ünlü İngiliz bilim adamı John Dalton atom hipotezini ortaya attı. Buna göre atomlar, maddenin kendisini oluşturan parçalara bölünemeyen ve birbirine dönüşemeyen en küçük parçacıklarıdır. Dalton'a göre bir elementin tüm atomları tam olarak aynı ağırlığa sahiptir ve diğer elementlerin atomlarından farklıdır. Dalton, atom teorisini Robert Boyle ve Mikhail Vasilyevich Lomonosov tarafından geliştirilen kimyasal element teorisiyle birleştirerek kimyada daha ileri teorik araştırmalar için sağlam bir temel sağladı. Ne yazık ki Dalton, basit maddelerdeki moleküllerin varlığını reddetti. Yalnızca karmaşık maddelerin moleküllerden oluştuğuna inanıyordu. Bu, atom-moleküler öğretimin daha da geliştirilmesine ve uygulanmasına katkıda bulunmadı.
Doğa bilimlerinde atom-moleküler bilim fikirlerinin yayılmasının koşulları ancak 19. yüzyılın ikinci yarısında gelişti. 1860 yılında Almanya'nın Karlsruhe şehrinde düzenlenen Uluslararası Doğa Bilimcileri Kongresi'nde atom ve molekülün bilimsel tanımları kabul edildi. O dönemde maddelerin yapısıyla ilgili bir çalışma yapılmadığından tüm maddelerin moleküllerden oluştuğu kabul ediliyordu. Metaller gibi basit maddelerin tek atomlu moleküllerden oluştuğuna inanılıyordu. Daha sonra, moleküler yapı ilkesinin tüm maddelere böylesine eksiksiz bir şekilde genişletilmesinin hatalı olduğu ortaya çıktı.
§ 3 Atom-moleküler öğretimin temel hükümleri
1. Molekül, bir maddenin bileşimini ve en önemli özelliklerini koruyan en küçük parçasıdır.
2. Moleküller atomlardan oluşur. Bir elementin atomları birbirine benzer ancak diğer kimyasal elementlerin atomlarından farklıdır.
Kimyanın temel kavramları, stokiyometri yasaları
Kimyasal atomizm (atomik-moleküler teori), tarihsel olarak modern kimya biliminin temelini oluşturan ilk temel teorik kavramdır. Bu teorinin oluşumu yüz yıldan fazla sürdü ve M.V. gibi seçkin kimyagerlerin faaliyetleriyle ilişkilendiriliyor. Lomonosov, A.L. Lavoisier, J. Dalton, A. Avogadro, S. Cannizzaro.
Modern atom-moleküler teori bir dizi hüküm şeklinde sunulabilir:
1. Kimyasal maddeler ayrık (süreksiz) bir yapıya sahiptir. Madde parçacıkları sürekli kaotik termal hareket halindedir.
2. Bir kimyasal maddenin temel yapı birimi atomdur.
3. Bir kimyasal maddedeki atomlar, moleküler parçacıklar veya atomik agregatlar (molekül üstü yapılar) oluşturmak üzere birbirlerine bağlanır.
4. Karmaşık maddeler (veya kimyasal bileşikler) farklı elementlerin atomlarından oluşur. Basit maddeler bir elementin atomlarından oluşur ve homonükleer kimyasal bileşikler olarak düşünülmelidir.
Atom-moleküler teorinin temel prensiplerini formüle ederken, modern kimyada temel oldukları için daha ayrıntılı olarak tartışılması gereken birkaç kavramı tanıtmak zorunda kaldık. Bunlar “atom” ve “molekül”, daha doğrusu atomik ve moleküler parçacıklar kavramlarıdır.
Atomik parçacıklar, atomun kendisini, atomik iyonları, atomik radikalleri ve atomik radikal iyonları içerir.
Atom, bir kimyasal elementin kimyasal özelliklerinin taşıyıcısı olan, pozitif yüklü bir çekirdek ve bir elektron kabuğundan oluşan, elektriksel açıdan nötr en küçük parçacığıdır.
Atomik iyon elektrostatik yüke sahip olan ancak eşleşmemiş elektronları olmayan atomik bir parçacıktır, örneğin Cl - bir klorür anyonudur, Na + bir sodyum katyonudur.
Atomik radikal- eşleşmemiş elektronlar içeren elektriksel olarak nötr bir atomik parçacık. Örneğin hidrojen atomu aslında bir atomik radikaldir - H × .
Elektrostatik yüke ve eşlenmemiş elektronlara sahip olan atom parçacığına ne ad verilir? atomik radikal iyon. Böyle bir parçacığın bir örneği, d-alt seviyesinde (3d 5) beş eşleşmemiş elektron içeren Mn 2+ katyonudur.
Bir atomun en önemli fiziksel özelliklerinden biri kütlesidir. Bir atomun kütlesinin mutlak değeri ihmal edilebilir olduğundan (bir hidrojen atomunun kütlesi 1,67 x 10-27 kg'dır), kimya, izotop karbon atomunun kütlesinin 1/12'sinin olduğu bağıl bir kütle ölçeği kullanır. Birim olarak 12 seçilmiştir. Bağıl atom kütlesi, bir atomun kütlesinin, 12 C izotopunun bir karbon atomunun kütlesinin 1/12'sine oranıdır.
Periyodik sistemde D.I. Mendeleev, çoğunlukla bir elementin atom kütlesine doğadaki içerikleriyle orantılı olarak katkıda bulunan çeşitli izotoplarla temsil edilen elementlerin ortalama izotop atom kütlelerini sunar. Böylece, klor elementi iki izotopla temsil edilir - 35 Cl (%75 mol.) ve 37 Cl (%25 mol.). Klor elementinin ortalama izotop kütlesi 35.453 amu'dur. (atom kütle birimleri) (35×0,75 + 37×0,25).
Atomik parçacıklara benzer şekilde, moleküler parçacıklar moleküllerin kendisini, moleküler iyonları, moleküler radikalleri ve radikal iyonları içerir.
Moleküler parçacık, bir maddenin kimyasal özelliklerinin taşıyıcısı olan, birbirine bağlı atomik parçacıkların en küçük kararlı topluluğudur. Molekül elektrostatik yükten yoksundur ve eşlenmemiş elektronu yoktur.
moleküler iyon elektrostatik yüke sahip olan ancak eşleşmemiş elektronları olmayan moleküler bir parçacıktır, örneğin NO3 - bir nitrat anyonudur, NH4 + bir amonyum katyonudur.
moleküler radikal eşleşmemiş elektronlar içeren elektriksel olarak nötr bir moleküler parçacıktır. Çoğu radikal kısa ömürlü reaksiyon parçacıklarıdır (10-3-10-5 s düzeyinde), ancak şu anda oldukça kararlı radikaller bilinmektedir. Yani metil radikali × CH3 tipik kararsız bir parçacıktır. Ancak içindeki hidrojen atomlarının yerini fenil radikalleri alırsa stabil bir moleküler radikal olan trifenilmetil oluşur.
NO veya NO2 gibi tek sayıda elektrona sahip moleküller de oldukça kararlı serbest radikaller olarak kabul edilebilir.
Elektrostatik yüke ve eşlenmemiş elektronlara sahip olan moleküler parçacıklara denir. moleküler radikal iyon. Böyle bir parçacığa örnek olarak oksijen radikal katyonu – ×O2+ verilebilir.
Bir molekülün önemli bir özelliği bağıl molekül ağırlığıdır. Bağıl moleküler kütle (Mr), izotopların doğal içeriği dikkate alınarak hesaplanan bir molekülün ortalama izotop kütlesinin, 12 C izotopunun bir karbon atomunun kütlesinin 1/12'sine oranıdır..
Böylece herhangi bir kimyasal maddenin en küçük yapı biriminin bir atom, daha doğrusu atomik bir parçacık olduğunu öğrendik. Buna karşılık, inert gazlar hariç herhangi bir maddede atomlar birbirine kimyasal bağlarla bağlanır. Bu durumda iki tür maddenin oluşumu mümkündür:
· kararlı bir yapıya sahip en küçük kimyasal özellik taşıyıcılarının tanımlanabildiği moleküler bileşikler;
· Atomik parçacıkların kovalent, iyonik veya metalik bağlarla bağlandığı atomik agregatlar olan supramoleküler yapıya sahip bileşikler.
Buna göre supramoleküler yapıya sahip maddeler atomik, iyonik veya metalik kristallerdir. Buna karşılık moleküler maddeler moleküler veya moleküler iyonik kristaller oluşturur. Normal koşullar altında gaz veya sıvı agregasyon halinde olan maddeler de moleküler bir yapıya sahiptir.
Aslında, belirli bir kimyasal maddeyle çalışırken, tek tek atomlar veya moleküllerle değil, organizasyon düzeyleri aşağıdaki diyagramla gösterilebilecek çok sayıda parçacıktan oluşan bir koleksiyonla ilgileniyoruz:
Makro cisimler olan büyük parçacık dizilerinin niceliksel bir açıklaması için, yapısal elemanlarının kesin olarak tanımlanmış bir sayısı olarak özel bir "madde miktarı" kavramı tanıtıldı. Bir maddenin miktar birimi moldür. Bir mol bir miktar maddedir(N) 12 g karbon izotop 12 C'de bulunan atom sayısı kadar yapısal veya formül birimi içeren.Şu anda bu sayı oldukça doğru bir şekilde ölçülmektedir ve 6,022 × 10 23'tür (Avogadro sayısı, N A). Atomlar, moleküller, iyonlar, kimyasal bağlar ve mikro dünyanın diğer nesneleri yapısal birimler olarak hareket edebilir. “Formül birimi” kavramı, supramoleküler yapıya sahip maddeler için kullanılır ve onu oluşturan elementler arasındaki en basit ilişki (brüt formül) olarak tanımlanır. Bu durumda formül birimi molekül görevi üstlenir. Örneğin, 1 mol kalsiyum klorür 6.022×1023 formül birimi - CaCl2 içerir.
Bir maddenin önemli özelliklerinden biri de molar kütlesidir (M, kg/mol, g/mol). Molar kütle, bir maddenin bir molünün kütlesidir. Bir maddenin bağıl moleküler kütlesi ve molar kütlesi sayısal olarak aynıdır ancak farklı boyutlara sahiptir; örneğin su için M r = 18 (bağıl atomik ve moleküler kütleler boyutsuz değerlerdir), M = 18 g/mol. Madde miktarı ve molar kütle basit bir ilişkiyle ilişkilidir:
Kimyasal atomizmin oluşumunda önemli bir rol, 17. ve 18. yüzyılların başında formüle edilen temel stokiyometrik yasalar tarafından oynandı.
1. Kütlenin korunumu kanunu (M.V. Lomonosov, 1748).
Reaksiyon ürünlerinin kütlelerinin toplamı, etkileşime giren maddelerin kütlelerinin toplamına eşittir.. Matematiksel formda bu yasa aşağıdaki denklemle ifade edilir:
Bu yasaya bir ek, bir elementin kütlesinin korunumu yasasıdır (A. Lavoisier, 1789). Bu kanuna göre Kimyasal reaksiyon sırasında her elementin kütlesi sabit kalır.
Kanunlar M.V. Lomonosova ve A. Lavoisier atom teorisi çerçevesinde basit bir açıklama buldular. Aslında, herhangi bir reaksiyon sırasında, kimyasal elementlerin atomları değişmeden ve sabit miktarlarda kalır; bu, hem her bir elementin kütlesinin ayrı ayrı sabitliğini hem de bir bütün olarak madde sisteminin sabitliğini gerektirir.
Göz önünde bulundurulan yasalar kimya için belirleyici öneme sahiptir, çünkü kimyasal reaksiyonların denklemler kullanılarak modellenmesine ve bunlara dayanarak nicel hesaplamalar yapılmasına olanak tanır. Ancak kütlenin korunumu yasasının tam olarak doğru olmadığını da belirtmek gerekir. Görelilik teorisinden de anlaşılacağı gibi (A. Einstein, 1905), enerjinin serbest bırakılmasıyla meydana gelen herhangi bir sürece, denklem uyarınca sistemin kütlesinde bir azalma eşlik eder:
burada DE açığa çıkan enerji, Dm sistemin kütlesindeki değişim, c ışığın boşluktaki hızıdır (3,0×10 8 m/s). Sonuç olarak kütlenin korunumu yasasının denklemi aşağıdaki biçimde yazılmalıdır:
Böylece ekzotermik reaksiyonlara kütlede bir azalma eşlik eder ve endotermik reaksiyonlara kütlede bir artış eşlik eder. Bu durumda kütlenin korunumu yasası şu şekilde formüle edilebilir: yalıtılmış bir sistemde kütlelerin ve indirgenmiş enerjilerin toplamı sabit bir miktardır. Ancak termal etkileri yüzlerce kJ/mol cinsinden ölçülen kimyasal reaksiyonlar için kütle kusuru 10 -8 -10 -9 g'dır ve deneysel olarak tespit edilemez.
2. Kompozisyonun Değişmezliği Yasası (J. Proust, 1799-1804).
Moleküler yapıya sahip bireysel bir kimyasal madde, hazırlanma yönteminden bağımsız olarak sabit bir niteliksel ve niceliksel bileşime sahiptir.. Sabit bileşim kanununa uyan bileşiklere denir renk körü. Daltonidlerin tümü şu anda bilinen organik bileşiklerdir (yaklaşık 30 milyon) ve kısmen (yaklaşık 100 bin) inorganik maddedir. Moleküler olmayan bir yapıya sahip maddeler ( Bertolidler), bu yasaya uymaz ve numune alma yöntemine bağlı olarak değişken bir bileşime sahip olabilir. Bunların çoğunluğunu (yaklaşık 500 bin) inorganik maddeler içerir. Bunlar esas olarak d elementlerinin ikili bileşikleridir (oksitler, sülfitler, nitrürler, karbürler, vb.). Değişken bileşimli bir bileşiğin bir örneği, bileşimi TiO 1.46 ila TiO 1.56 arasında değişen titanyum(III) oksittir. Bertolid formüllerinin değişken bileşimi ve mantıksızlığının nedeni, kristalin bazı temel hücrelerinin bileşimindeki değişikliklerdir (kristal yapıdaki kusurlar), bu, maddenin özelliklerinde keskin bir değişiklik gerektirmez. Daltonidler için böyle bir olay imkansızdır çünkü molekülün bileşimindeki bir değişiklik yeni bir kimyasal bileşiğin oluşumuna yol açar.
3. Eşdeğerler kanunu (I. Richter, J. Dalton, 1792-1804).
Reaksiyona giren maddelerin kütleleri eşdeğer kütleleriyle doğru orantılıdır.
burada E A ve E B reaksiyona giren maddelerin eşdeğer kütleleridir.
Bir maddenin eşdeğer kütlesi eşdeğerinin molar kütlesidir.
Eşdeğer, asit-baz reaksiyonlarında bir hidrojen katyonu, redoks reaksiyonlarında bir elektron veren veya kazanan veya değişim reaksiyonlarında başka herhangi bir maddenin bir eşdeğeri ile etkileşime giren gerçek veya koşullu bir parçacıktır.. Örneğin, metalik çinko bir asitle reaksiyona girdiğinde, bir çinko atomu iki hidrojen atomunun yerini alarak iki elektron verir:
Zn + 2H + = Zn 2+ + H 2
Zn 0 - 2e - = Zn 2+
Dolayısıyla çinkonun eşdeğeri atomunun 1/2'sidir, yani. 1/2 Zn (koşullu parçacık).
Bir maddenin molekül veya formül biriminin hangi kısmının eşdeğer olduğunu gösteren sayıya eşdeğerlik faktörü - f e denir.. Eşdeğer kütle veya eşdeğer molar kütle, eşdeğerlik faktörünün ve molar kütlenin çarpımı olarak tanımlanır:
Örneğin nötrleştirme reaksiyonunda sülfürik asit iki hidrojen katyonunu verir:
H 2 SO 4 + 2KOH = K 2 SO 4 + 2H 2 O
Buna göre sülfürik asidin eşdeğeri 1/2 H 2 SO 4, eşdeğerlik faktörü 1/2, eşdeğer kütlesi ise (1/2) × 98 = 49 g/mol'dür. Potasyum hidroksit bir hidrojen katyonunu bağlar, dolayısıyla eşdeğeri formül birimidir, eşdeğerlik faktörü bire eşittir ve eşdeğer kütle molar kütleye eşittir, yani. 56 g/mol.
Ele alınan örneklerden, eşdeğer kütle hesaplanırken eşdeğerlik faktörünün belirlenmesinin gerekli olduğu açıktır. Bunun için bir takım kurallar vardır:
1. Bir asit veya bazın eşdeğerlik faktörü 1/n'ye eşittir; burada n, reaksiyona katılan hidrojen katyonlarının veya hidroksit anyonlarının sayısıdır.
2. Tuz eşdeğerlik faktörü, birlik bölümünün metal katyon veya asit kalıntısının değerliği (v) ile tuzdaki sayıları (n) çarpımına bölünmesine eşittir (formüldeki stokiyometrik indeks):
Örneğin Al 2 (SO 4) 3 - f e = 1/6 için
3. Bir oksitleyici ajanın (indirgeyici ajan) eşdeğerlik faktörü, birlik bölümünün, kendisi tarafından eklenen (bağışlanan) elektron sayısına bölünmesine eşittir.
Aynı bileşiğin farklı reaksiyonlarda farklı eşdeğerlik faktörüne sahip olabileceğine dikkat edilmelidir. Örneğin asit-baz reaksiyonlarında:
H3PO4 + KOH = KH2PO4 + H2Of e (H3PO4) = 1
H3PO4 + 2KOH = K2HPO4 + 2H2Of e (H3PO4) = 1/2
H3PO4 + 3KOH = K3PO4 + 3H2Of e (H3PO4) = 1/3
veya redoks reaksiyonlarında:
KMn 7+ O 4 + NaNO 2 + H 2 SO 4 ® Mn 2+ SO 4 + NaNO 3 + K 2 SO 4 + H 2 O
MnO 4 - + 8H + + 5e - ® Mn 2+ + 4H 2 O f e (KMnO 4) = 1/5
