atômico ciência molecular

O conceito de matéria e movimento

A química moderna é uma das Ciências Naturais, cujo objeto de estudo é a matéria e é um sistema de disciplinas químicas individuais - inorgânicas, analíticas, físicas, orgânicas, coloidais, etc.

Tudo a nossa volta mundo diverso, todo o conjunto de objetos e fenômenos estão unidos por um conceito comum - matéria, para o qual são conhecidas duas formas de existência - matéria e campo.

A substância é uma formação de material que consiste em partículas com massa própria ou massa de repouso. Ciência moderna vários tipos de sistemas materiais e seus correspondentes níveis estruturais de matéria são conhecidos. Estes incluem tanto partículas elementares (elétrons, prótons, nêutrons, etc.) quanto corpos macroscópicos de vários tamanhos (sistemas geológicos, planetas, estrelas, aglomerados de estrelas, galáxias, sistemas de galáxias, etc.) O conhecimento moderno da estrutura da matéria se estende desde 10-14cm antes da 10 28 centímetros(cerca de 13 bilhões anos luz).

Ao contrário da matéria, um campo é um meio material no qual as partículas interagem. Por exemplo, em um campo eletrônico, há uma interação entre partículas carregadas, e em um campo nuclear, entre prótons e nêutrons.

As formas universais de existência da matéria são o espaço e o tempo, que não existem fora da matéria, assim como não pode haver objetos materiais que não tenham propriedades espaço-temporais.

A propriedade fundamental e inalienável da matéria é o movimento - o modo de sua existência. As formas de movimento da matéria são muito diversas, estão mutuamente conectadas e podem passar de uma para outra. Por exemplo, a forma mecânica do movimento da matéria pode se transformar em uma forma elétrica, uma forma elétrica em uma forma térmica, e assim por diante. A medida do movimento da matéria, sua característica quantitativa é a energia.

Definição de química

Várias formas os movimentos da matéria são estudados por várias ciências - física, química, biologia, etc. A química estuda a forma química do movimento da matéria, que é entendida como uma mudança qualitativa nas substâncias, a transformação de uma substância em outra. Ao mesmo tempo, as ligações químicas entre os átomos que compõem a substância se rompem, reaparecem ou se redistribuem. Como resultado de processos químicos, surgem novas substâncias com novas propriedades físicas e químicas.

Assim, a química é uma ciência que estuda os processos de transformação das substâncias, acompanhados por uma mudança na composição, estrutura e propriedades, bem como as transições mútuas entre esses processos e outras formas de movimento da matéria.

O objeto de estudo em química são os elementos químicos e seus compostos. Ao estudar as propriedades das substâncias e suas transformações, a química revela as leis da natureza, conhece a matéria e seu movimento. O estudo da química como uma das mais importantes ciências naturais fundamentais é necessário para a formação de uma cosmovisão científica.

Doutrina atômico-molecular

A doutrina atômico-molecular foi desenvolvida e aplicada pela primeira vez em química pelo grande cientista russo M.V. Lomonossov. As principais disposições de seu ensino estão expostas na obra "Elementos de Química Matemática". A essência dos ensinamentos de M.V. Lomonosov é reduzido ao seguinte.

1. Todas as substâncias consistem em "corpúsculos" (como M.V. Lomonosov chamou de moléculas). 2. As moléculas são constituídas por elementos (átomos). 3. Partículas - moléculas e átomos estão em movimento contínuo. 4. Moléculas de substâncias simples consistem em átomos idênticos, moléculas de substâncias complexas - de átomos diferentes.

Mais tarde esta doutrina foi desenvolvida nas obras de D. Dalton e J. Berzelius. A doutrina atômico-molecular em química foi finalmente estabelecida em meados do século XIX. No Congresso Internacional de Químicos em Karlsruhe em 1860, foram adotadas as definições dos conceitos de elemento químico, átomo e molécula.

Um átomo é a menor partícula de um elemento químico que tem suas propriedades químicas e é indivisível em reações químicas.

Uma molécula é a menor partícula de uma substância que tem suas propriedades químicas. As propriedades químicas de uma molécula são determinadas por sua composição e estrutura química.

Todas as substâncias são divididas em simples e complexas.

Uma substância simples é composta de átomos do mesmo elemento.

Um composto é formado por átomos de diferentes elementos. Por exemplo, óxido de cobre (II) formado por átomos dos elementos cobre e oxigênio.

Há apenas 100 anos, o átomo era considerado um objeto indivisível. No entanto, de acordo com conceitos modernos, o átomo tem estrutura complexa e consiste em três partículas subatômicas: prótons, nêutrons e elétrons. Os prótons têm uma carga positiva; Os nêutrons não têm carga, enquanto os elétrons têm carga negativa. As cargas de um próton e de um elétron têm a mesma magnitude. Prótons e nêutrons juntos ocupam um volume muito pequeno de um átomo chamado núcleo. A maior parte do restante do volume do átomo é o espaço no qual os elétrons se movem. Como os átomos não têm carga elétrica líquida, cada átomo contém um número igual de elétrons e prótons. A carga nuclear é determinada pelo número de prótons.

Um elemento químico é um tipo de átomos caracterizados pela mesma carga nuclear e, portanto, caracterizados por um certo conjunto de propriedades. Átomos do mesmo elemento que diferem no número de nêutrons e, portanto, em massa, são chamados de isótopos. Símbolo 12 6C ou simplesmente 12°C significa um átomo de carbono com seis prótons e seis nêutrons. O número de prótons no núcleo de um átomo é chamado de número atômico. Sobrescrito (12) é chamado de número de massa e indica o número total de prótons e nêutrons no núcleo de um átomo.

O conceito de "elemento químico" não pode ser identificado com o conceito de "substância simples". Uma substância simples é caracterizada por uma certa densidade, solubilidade, pontos de fusão e ebulição, etc. Estas propriedades referem-se a um conjunto de átomos e são diferentes para diferentes substâncias simples.

Um elemento químico é caracterizado por uma certa carga nuclear, composição isotópica, etc. As propriedades de um elemento referem-se aos seus átomos individuais.

As substâncias compostas não são feitas de substâncias simples, mas de elementos. Por exemplo, a água não consiste nas substâncias simples hidrogênio e oxigênio, mas nos elementos hidrogênio e oxigênio.

Muitos elementos químicos formam várias substâncias simples, diferentes em estrutura e propriedades. Esse fenômeno é chamado de alotropia, e as substâncias resultantes são chamadas de modificações ou modificações alotrópicas. Assim, o elemento oxigênio forma duas modificações alotrópicas: oxigênio Cerca de 2 e ozônio Cerca de 3; elemento carbono - três: diamante, grafite e carabina.

A forma química do movimento da matéria é investigada e conhecida medindo as propriedades físicas e as quantidades físicas inerentes a cada substância. Uma quantidade física é, por exemplo, a massa de uma substância, sua densidade, ponto de fusão. Em química, os conceitos de peso atômico e molecular relativo de uma substância são amplamente utilizados.

Massa atômica relativa. As massas dos átomos são extremamente pequenas. Assim, a massa de um átomo de hidrogênio é 1.674×10 -27kg, oxigênio - 2.667×10 -26kg. Em química, não são tradicionalmente usados ​​valores absolutos de massas, mas relativos. A unidade de massas relativas é a unidade de massa atômica (abreviada como a.u.m.), qual é 1/12 massas de um átomo de carbono - 12 , ou seja isótopo de carbono 6C - 1,66 × 10 -27 kg. Como a maioria dos elementos tem átomos com massas diferentes, portanto, a massa atômica relativa de um elemento químico é uma quantidade adimensional igual à razão entre a massa média de um átomo da composição isotópica natural do elemento para 1/12 a massa de um átomo de carbono.

A massa atômica relativa de um elemento é denotada A r. Por exemplo,

Onde 1.993 10 -26 kgé a massa do átomo de carbono.

Peso molecular relativo. As massas moleculares relativas, como as massas atômicas, são expressas em unidades de massa atômica. A massa molecular relativa de uma substância é uma quantidade adimensional igual à razão entre a massa média de uma molécula da composição isotópica natural da substância para 1/12 massas de um átomo de carbono 12 6C.

O peso molecular relativo é indicado Senhor. É numericamente igual à soma das massas atômicas relativas de todos os átomos que compõem a molécula da substância e é calculada de acordo com a fórmula da substância. Por exemplo, M r (H 2 O) será composto por 2 A r (H) "2; A r (O) \u003d 1 × 16 \u003d 16; M r (H 2 O) \u003d 2 + 16 \u003d 18.

Mariposa. NO sistema internacional unidades (SI) Um mol é tomado como uma unidade de quantidade de uma substância. Um mol é a quantidade de uma substância que contém tantas estruturas ou fórmulas (FE) unidades (moléculas, átomos, íons, elétrons ou outros), quantos átomos estão contidos em 0,012kg isótopo de carbono 126°C.

Conhecendo a massa de um átomo de carbono 12 C (1,993 × 10 -26 kg), calcule o número de átomos N / D dentro 0,012kg carbono.

Número de partículas em 1 mol qualquer substância é a mesma. É igual 6,02×10 23 e é chamada de constante de Avogadro (indicada N / D, dimensão 1/mol ou mol-1). Obviamente em 2 mol carbono estará contido 2 × 6,02 × 10 23átomos, em 3 mol - 3 × 6,02 × 10 23átomos.

Massa molar. Geralmente é denotado M. A massa molar é um valor igual à razão entre a massa de uma substância e a quantidade de uma substância. Tem a dimensão kg/mol ou g/mol. Por exemplo, M = m/n ou M = m/n, Onde m- massa em gramas; n(nu) ou n- a quantidade de substância em mols, M- massa molar em g/molé um valor constante para cada substância dada. Então, se a massa de uma molécula de água é 2,99×10 -26 kg, então a massa molar M(H2O) = 2,99 × 10 -26 kg × 6,02 × 10 23 mol -1 \u003d 0,018 kg / mol ou 18 g/mol. Em geral, a massa molar de uma substância, expressa em g/mol, numericamente igual à massa atômica ou molecular relativa desta substância.

Por exemplo, massas atômicas e moleculares relativas C, O2, H 2 S respectivamente iguais 12, 32, 34, e suas massas molares são respectivamente 12, 32, 34 g/mol.

De excepcional importância para o desenvolvimento da química foi a teoria atômica e molecular, cujo berço é a Grécia Antiga. A atomística dos materialistas gregos antigos é separada de nós por um período do século 25, no entanto, a lógica dos gregos é tão impressionante que filosofia sobre a estrutura discreta da matéria, desenvolvida por eles, funde-se involuntariamente na consciência com nossas ideias atuais. Como surgiu o atomismo? Principal método científico os antigos filósofos gregos eram uma discussão, uma disputa. Para buscar “causas raiz” em disputas, muitos tarefas lógicas, um dos quais era o problema de uma pedra: o que acontece se você começar a esmagá-la?

A maioria dos filósofos acreditava que esse processo poderia continuar indefinidamente. E apenas Leucippus (500-440 aC) e sua escola afirmaram que esse processo não é infinito: quando esmagado, no final, será obtida tal partícula, cuja divisão posterior será simplesmente impossível. Com base nesse conceito, Leucipo argumentou: o mundo material é discreto, consiste nas menores partículas e no vazio. O discípulo de Leucippus Democritus (460--370 aC) chamou Micro-particulas"indivisível", que em grego significa "átomo". Ainda hoje usamos este nome. Demócrito, desenvolveu uma nova doutrina - "atomismo", atribuiu aos átomos propriedades "modernas" como tamanho e forma, a capacidade de se mover.

O seguidor de Demócrito Epicuro (342-270 aC) completou a antiga atomística grega assumindo que os átomos fonte interna movimentos, e eles próprios são capazes de interagir uns com os outros. Todas as disposições do atomismo grego antigo parecem incrivelmente modernas e são naturalmente compreensíveis para nós. Afinal, qualquer um de nós, referindo-se à experiência da ciência, pode descrever muitos experimentos interessantes que confirmam a validade de qualquer um dos conceitos propostos. Mas eles eram completamente incompreensíveis 20-25 séculos atrás, já que os antigos atomistas gregos não podiam fornecer nenhuma evidência experimental confirmando a validade de suas ideias. Assim, embora o atomismo dos antigos gregos pareça surpreendentemente moderno, nenhuma de suas disposições foi comprovada naquela época. Consequentemente, “a atomística, desenvolvida por Leucipo, Demócrito e Epicuro, foi e continua sendo apenas uma suposição, uma suposição ousada, um conceito filosófico, mas sustentado pela prática. Isso levou ao fato de que uma das conjecturas brilhantes da mente humana foi gradualmente esquecida.

Houve outras razões pelas quais os ensinamentos dos atomistas foram esquecidos por muito tempo. Infelizmente, os atomistas não deixaram trabalhos sistemáticos, e os registros individuais das disputas e discussões que foram feitas apenas com dificuldade permitiram formar uma ideia correta da doutrina como um todo. O principal é que muitos conceitos de atomismo eram heréticos e a igreja oficial não podia apoiá-los.

Os ensinamentos dos atomistas não foram lembrados por quase 20 séculos. E só no século XVII. As ideias dos antigos atomistas gregos foram revividas graças ao trabalho do filósofo francês Pierre Gassendi (1592-1655). Quase 20 anos ele passou; restaurar e reunir os conceitos esquecidos dos antigos filósofos gregos, que ele detalhou em seus escritos “C) a vida, costumes e ensinamentos de Epicuro” e “Código de Filosofia de Epicuro”. Esses dois livros, nos quais os pontos de vista dos materialistas gregos antigos foram apresentados sistematicamente pela primeira vez, tornaram-se um "livro-texto" para cientistas e filósofos europeus. Antes disso, a única fonte que forneceu informações sobre os pontos de vista de Demócrito - Epicuro foi o poema do poeta romano Lucrécio "Sobre a Natureza das Coisas". A história da ciência conhece muitas coincidências surpreendentes. Aqui está um deles: o renascimento da atomística grega antiga coincide no tempo com o estabelecimento por R. Boyle (1627-1691) de uma regularidade fundamental que descreve as mudanças no volume de um gás a partir de sua pressão. Uma explicação qualitativa dos fatos observados por Boyle só pode ser dada pela atomística: se um gás tem uma estrutura discreta, ou seja, consiste em átomos e vazio, então a facilidade de sua compressão se deve à aproximação dos átomos como resultado de uma diminuição do espaço livre entre eles. A primeira tentativa tímida de aplicar o atomismo para explicar fenômenos naturais quantitativamente observáveis ​​leva a duas conclusões muito importantes:

• 1. Passando de uma hipótese filosófica para um conceito científico, a atomística pode se tornar uma ferramenta poderosa que permite dar apenas interpretação correta os mais diversos fenômenos naturais.
• 2. Para a rápida transformação do atomismo de hipótese filosófica em conceito científico, a prova da existência dos átomos deve, antes de tudo, ser buscada no estudo dos gases, e não das substâncias líquidas e sólidas, de que se tratava anteriormente. pelos químicos. No entanto vai passar cerca de 100 anos antes dos químicos começarem a estudar os gases. Em seguida, uma cascata de descobertas de substâncias simples se seguirá: hidrogênio, oxigênio, nitrogênio, cloro. E um pouco mais tarde, os gases ajudarão a estabelecer aquelas leis que são comumente chamadas de leis básicas da química. Eles permitirão formular as principais disposições da teoria atômica e molecular.

O conceito e a estrutura do átomo

Um dos conceitos básicos da química e de outras ciências naturais é o átomo. Este termo tem uma origem longa; existe há cerca de 2500 anos. O conceito de átomo foi introduzido pela primeira vez em Grécia antiga, por volta do século V. BC e. Os fundadores da doutrina atomística foram os antigos filósofos gregos Leucipo e seu aluno Demócrito. Foram eles que apresentaram a ideia de uma estrutura discreta da matéria e introduziram o termo "ATOM". Demócrito definiu o átomo como a menor e mais indivisível partícula da matéria.

Os ensinamentos de Demócrito não se espalharam, e por um longo período histórico na química (e na Idade Média - alquimia) a teoria de Aristóteles (384 - 322 aC) dominou. De acordo com os ensinamentos de Aristóteles, os principais princípios da natureza são "princípios" abstratos: frio, calor, secura e umidade, quando combinados, formam-se quatro "elementos-elementos" principais: terra, ar, fogo e água.

Só no início século 19 O cientista inglês John Dalton retorna aos átomos como as menores partículas da matéria e introduz esse termo na ciência. Isso foi precedido pelo trabalho de cientistas notáveis ​​como R. Boyle (no livro "The Skeptic Chemist" ele desferiu um golpe esmagador nas idéias dos alquimistas), J. Priestley e K. V. Scheele (descoberta do oxigênio), G. Cavendish (descoberta do hidrogênio), A. L. Lavoisier (uma tentativa de compilar a primeira tabela de substâncias simples), M. V. Lomonosov (as principais disposições da teoria atômica e molecular, a lei da conservação da massa), J. L. Proust (a lei da constância da composição ) e muitos outros.

Átomo(gr. ατομος - indivisível) é a menor partícula de um elemento químico capaz de existência independente e ser portadora de suas propriedades. Um átomo é um microssistema eletricamente neutro que consiste em um núcleo carregado positivamente e um número apropriado de elétrons.

O tipo de um átomo é determinado pela composição de seu núcleo. Os átomos de cada tipo são os mesmos entre si, mas são diferentes dos átomos de qualquer outro tipo. Assim, os átomos de carbono, nitrogênio e oxigênio têm tamanhos diferentes, diferem em propriedades físicas e químicas. O núcleo é formado por elétrons, prótons e nêutrons, chamados coletivamente de nucleons.

Elétron[outro grego ηλεκτρον - âmbar (ele é bem eletrificado por fricção)] - uma partícula elementar estável com uma massa de repouso igual a 9,109·10-31 kg = 5,486·10-4 a.m.u. , e carregando uma carga elementar negativa igual a 1,6·10 -19 C.

Em química e física, ao resolver muitos problemas, a carga de um elétron é tomada como -1 e as cargas de todas as outras partículas são expressas nessas unidades. Os elétrons fazem parte de todos os átomos.

próton(gr. πρωτοσ - primeiro) - uma partícula elementar, que é parte integral núcleos de átomos de todos elementos químicos, tem massa de repouso m p= 1,672 10 -27 kg = 1,007 uma e elementar positivo carga elétrica, igual em magnitude à carga do elétron, ou seja. 1,6 10 -19 C.

O número de prótons no núcleo determina o número atômico do elemento químico.

Nêutron(lat. neutro- nem um nem outro) - uma partícula elementar eletricamente neutra com uma massa de repouso ligeiramente superior à massa de repouso de um próton m n= 1,65 10 -27 kg = 1,009 uma

Junto com o próton, o nêutron faz parte de todos os núcleos atômicos (com exceção do núcleo do isótopo de hidrogênio 1 H, que é um próton).

Características de partículas elementares individuais

Partícula elementar	Designação	Peso		Carga elétrica
		em unidades IS (kg)	em a.u.m.	em CL	em cargas de elétrons
Elétron	e-	9.109 10 -31	5.486 10 -4	1,6 10 -19	-1
próton	p	1.672 10 -27	1,007	1,6 10 -19	1
Nêutron	n	1,675 10 -27	1,009	0	0

Generalizando (grupo) nome de prótons e nêutrons - núcleons.

O conceito e as formas de existência de um elemento químico

Elemento químico Um tipo de átomo com a mesma carga nuclear.

Um elemento químico é um conceito, não uma partícula material. Este não é um átomo, mas uma coleção de átomos caracterizados por uma certa característica - a mesma carga nuclear.

Os átomos de um elemento podem ter diferentes números de nêutrons no núcleo e, portanto, a massa.

Número de massaé o número total de núcleons (prótons e nêutrons) no núcleo.

O núcleo de um átomo consiste em prótons, cujo número é igual ao número atômico do elemento (Z), e nêutrons (N). A = Z + N, Onde MAS- Número de massa.

Nuclídeos(lat. núcleo- núcleo) - o nome geral dos núcleos atômicos, caracterizados por um certo número de prótons e nêutrons (valor carga positiva e número de massa).

Para indicar um elemento químico, basta nomear apenas uma quantidade - a carga do núcleo, ou seja, o número ordinal de um elemento no sistema periódico. Para determinar o nuclídeo, isso não é suficiente - você também deve indicar seu número de massa.

Às vezes, não totalmente com precisão, o conceito de "nuclídeo" refere-se não ao núcleo em si, mas ao átomo inteiro.

isótopos(gr. ισος - idêntico + τοπος - lugar) - nuclídeos com o mesmo número de prótons, mas diferindo em números de massa.

Isótopos - nuclídeos que ocupam o mesmo lugar no sistema Periódico, ou seja, átomos do mesmo elemento químico.

Por exemplo: 11 22 Na, 11 23 Na, 11 24 Na.

isóbaras(gr. ιςο - igual + βαροσ - peso) - nuclídeos com o mesmo número de massa, mas um número diferente de prótons (ou seja, relacionados a diferentes elementos químicos).

Por exemplo: 90Sr, 90 anos, 90 Zr.

isótons- nuclídeos com o mesmo número nêutrons.

Quando os átomos interagem quimicamente, as moléculas são formadas.

Molécula(diminutivo de lat. toupeiras massa) é a menor partícula de uma substância que determina suas propriedades. Consiste em átomos de um ou diferentes elementos químicos e existe como um sistema núcleos atômicos e elétrons. No caso de moléculas monoatômicas (por exemplo, gases nobres) os conceitos de átomo e molécula coincidem.

As moléculas são monoatômicas (por exemplo, moléculas de hélio Não), diatômico (nitrogênio N 2, monóxido de carbono ASSIM), poliatômico (água H2O, benzeno C 6 H 6) e polimérico (contendo até centenas de milhares ou mais átomos - moléculas de metal em estado compacto, proteínas, quartzo).

Os átomos são mantidos juntos em uma molécula por ligações químicas.

Em química, além de átomos e moléculas, deve-se considerar outras unidades estruturais: íons e radicais.

íons(gr. ιον - indo) - partículas eletricamente carregadas formadas a partir de átomos (ou grupos atômicos) como resultado da adição ou perda de elétrons.

Íons carregados positivamente são chamados cátions(gr. κατα para baixo + íon), carregado negativamente - ânions(gr. ανα - para cima + íon).

Por exemplo: K+- cátion potássio, Fe2+- cátion de ferro, NH4+- cátion amônio, Cl - - ânion de cloro (ânion cloreto), S2-- ânion enxofre (ânion sulfeto), SO 4 2-- ânion sulfato.

Radicais(lat. radical- raiz) - partículas (átomos ou grupos de átomos) com elétrons desemparelhados.

Eles são altamente reativos.

Por exemplo: H- radical hidrogênio, C1- radical cloro, CH 3- radical metilo.

Ao mesmo tempo, moléculas paramagnéticas, por exemplo, Cerca de 2, NÃO, NÃO 2, que têm elétrons desemparelhados, não são radicais.

substância simples- uma substância constituída por átomos de um elemento químico.

Uma substância simples é uma forma de existência de um elemento químico. Muitos elementos podem existir na forma de várias substâncias simples, por exemplo, carbono (grafite, diamante, carabina, fulerenos), fósforo (branco, vermelho, preto), oxigênio (ozônio, oxigênio).

Cerca de 400 substâncias simples são conhecidas.

Alotropia(gr. αλλοσ - outro + τροπε - por sua vez) - a capacidade de um elemento químico existir na forma de duas ou mais substâncias simples que diferem no número de átomos na molécula (por exemplo, Cerca de 2 e Cerca de 3) ou diferentes estruturas cristalinas (grafite e diamante).

Polimorfismo(gr. πολιμορφοσ - diversos) - a capacidade dos sólidos existirem em duas ou mais formas com diferentes estruturas cristalinas e propriedades diferentes. Tais formas são chamadas de modificações polimórficas.

Por exemplo: FeS 2 podem formar duas substâncias com estruturas cristalinas diferentes (polimorfos): uma é chamada pirita e a outra é marcassita. Essas substâncias são modificações alotrópicas? Não são.

A alotropia refere-se apenas a substâncias simples e considera tanto a diferença na composição de suas moléculas quanto a diferença na estrutura. treliças de cristal. Se um nós estamos falando sobre a diferença na estrutura das redes cristalinas de substâncias simples, então os conceitos de polimorfismo e alotropia coincidem, por exemplo, sobre grafite e diamante, pode-se dizer que são formas alotrópicas, ou formas polimórficas.

M. V. Lomonosov, J. Dalton, A. Lavoisier, J. Proust, A. Avogadro, J. Berzelius, D. I. Mendeleev, A. M. Butlerov fizeram uma grande contribuição para o desenvolvimento da teoria atômica e molecular. O primeiro a definir a química como ciência foi MV Lomonosov. Lomonosov criou a doutrina da estrutura da matéria, lançou as bases para a teoria atômico-molecular. Ele se resume ao seguinte:

1. Cada substância consiste nas menores partículas fisicamente indivisíveis (Lomonosov as chamou de corpúsculos, mais tarde foram chamadas de moléculas).

2. As moléculas estão em movimento constante e espontâneo.

3. As moléculas consistem em átomos (Lomonosov os chamou de elementos).

4. Os átomos são caracterizados por um certo tamanho e massa.

5. As moléculas podem consistir em átomos idênticos e diferentes.

Uma molécula é a menor partícula de uma substância que retém sua composição e propriedades químicas. A molécula não pode ser decomposta sem mudar propriedades quimicas substâncias. Entre as moléculas de uma substância existe uma atração mútua, que é diferente para diferentes substâncias. Moléculas em gases são atraídas umas pelas outras muito fracamente, enquanto entre as moléculas de substâncias líquidas e sólidas, as forças de atração são relativamente grandes. As moléculas de qualquer substância estão em constante movimento. Esse fenômeno explica, por exemplo, a mudança no volume das substâncias quando aquecidas.

Os átomos são as menores partículas quimicamente indivisíveis que compõem as moléculas. Um átomo é a menor partícula de um elemento que retém suas propriedades químicas. Os átomos diferem em cargas nucleares, massa e tamanho. Nas reações químicas, os átomos não surgem e não desaparecem, mas formam moléculas de novas substâncias. Um elemento deve ser considerado como uma espécie de átomos com a mesma carga nuclear.

As propriedades químicas dos átomos do mesmo elemento químico são as mesmas, tais átomos podem diferir apenas em massa. Variedades de átomos do mesmo elemento com massas diferentes são chamadas de isótopos. Portanto, existem mais variedades de átomos do que elementos químicos.

É necessário distinguir entre os conceitos de "elemento químico" e "substância simples".

A substância é certa população partículas atômicas e moleculares em qualquer um dos três estados agregados.

Estados agregados da matéria - um estado da matéria caracterizado por certas propriedades (a capacidade de manter a forma, o volume).

Existem três estados principais de agregação: sólido, líquido e gasoso. Às vezes, não é totalmente correto classificar o plasma como um estado de agregação. Existem outros estados de agregação, por exemplo, cristais líquidos ou condensado de Bose-Einstein.

O elemento químico é conceito geral sobre átomos com a mesma carga nuclear e propriedades químicas.

propriedades físicas característica de uma substância simples não pode ser atribuída a um elemento químico.

Substâncias simples são substâncias constituídas por átomos do mesmo elemento químico. O mesmo elemento pode formar várias substâncias simples.

Apresentação moderna das principais disposições da teoria atômica e molecular:

1. Todas as substâncias são feitas de átomos.
2. Os átomos de cada tipo (elemento) são iguais entre si, mas diferem dos átomos de qualquer outro tipo (elemento).
3. Quando os átomos interagem, formam-se moléculas: homonucleares (durante a interação de átomos de um elemento) ou heteronucleares (durante a interação de átomos de diferentes elementos).
4. Nos fenômenos físicos, as moléculas são preservadas, nos fenômenos químicos são destruídas; Nas reações químicas, os átomos, ao contrário das moléculas, são preservados.
5. As reações químicas consistem na formação de novas substâncias a partir dos mesmos átomos que compõem as substâncias originais.

Pergunta 31

Questão 8. Campos eletromagnéticos não ionizantes e radiação. radiação laser. Radiação ionizante.

Fatores prejudiciais e perigosos do ambiente de trabalho em salas onde são utilizados equipamentos modernos de informática, redes de telecomunicações e vários dispositivos eletrônicos.

Conceitos básicos de química, leis da estequiometria

A atomística química (teoria atômico-molecular) é historicamente o primeiro conceito teórico fundamental subjacente à ciência química moderna. A formação dessa teoria exigiu mais de cem anos e está associada às atividades de químicos proeminentes como M.V. Lomonossov, A. L. Lavoisier, J. Dalton, A. Avogadro, S. Cannizzaro.

A moderna teoria atômico-molecular pode ser apresentada na forma de uma série de disposições:

1. Os produtos químicos têm uma estrutura discreta (descontínua). As partículas de matéria estão em constante movimento térmico caótico.

2. A unidade estrutural básica de uma substância química é um átomo.

3. Os átomos de uma substância química estão ligados uns aos outros, formando partículas moleculares ou agregados atômicos (estruturas supramoleculares).

4. Substâncias complexas (ou compostos químicos) são compostos de átomos de diferentes elementos. Substâncias simples consistem em átomos de um elemento e devem ser consideradas como compostos químicos homonucleares.

Ao formular as principais disposições da teoria atômico-molecular, tivemos que introduzir vários conceitos, que precisam ser considerados com mais detalhes, pois são fundamentais na química moderna. Estes são os conceitos de "átomo" e "molécula", mais precisamente, partículas atômicas e moleculares.

As partículas atômicas incluem o próprio átomo, íons atômicos, radicais atômicos e íons de radicais atômicos.

Um átomo é a menor partícula eletricamente neutra de um elemento químico, que é o portador de suas propriedades químicas, e consiste em um núcleo carregado positivamente e uma camada de elétrons.

íon atômico- esta é uma partícula atômica que possui carga eletrostática, mas não possui elétrons desemparelhados, por exemplo, Cl - - ânion cloreto, cátion Na + - sódio.

radical atômico- uma partícula atômica eletricamente neutra contendo elétrons desemparelhados. Por exemplo, um átomo de hidrogênio é na verdade um radical atômico - H × .

Uma partícula atômica que tem uma carga eletrostática e elétrons desemparelhados é chamada de íon radical atômico. Um exemplo de tal partícula é o cátion Mn 2+ contendo cinco elétrons desemparelhados no subnível d (3d 5).

Uma das características físicas mais importantes de um átomo é sua massa. Como o valor absoluto da massa de um átomo é desprezível (a massa de um átomo de hidrogênio é 1,67 × 10 -27 kg), uma escala de massa relativa é usada em química, na qual 1/12 da massa do átomo de carbono de o isótopo-12 é escolhido como uma unidade. A massa atômica relativa é a razão entre a massa de um átomo e 1/12 da massa de um átomo de carbono do isótopo 12 C.

Deve-se notar que em sistema periódico DI. Mendeleev, são dadas as massas atômicas isotópicas médias dos elementos, que são representadas principalmente por vários isótopos que contribuem para a massa atômica do elemento em proporção ao seu conteúdo na natureza. Assim, o elemento cloro é representado por dois isótopos - 35 Cl (75 mol.%) e 37 Cl (25 mol.%). A massa isotópica média do elemento cloro é 35,453 amu. (unidades de massa atômica) (35×0,75 + 37×0,25).

Assim como as partículas atômicas, as partículas moleculares incluem moléculas propriamente ditas, íons moleculares, radicais moleculares e íons radicais.

Uma partícula molecular é o menor conjunto estável de partículas atômicas interconectadas, que é o portador das propriedades químicas de uma substância. A molécula é desprovida de carga eletrostática e não possui elétrons desemparelhados.

íon molecular- esta é uma partícula molecular que possui carga eletrostática, mas não possui elétrons desemparelhados, por exemplo, NO 3 - - ânion nitrato, NH 4 + - cátion amônio.

Radical molecularé uma partícula molecular eletricamente neutra contendo elétrons desemparelhados. A maioria dos radicais são espécies reativas com um tempo de vida curto (da ordem de 10 -3 -10 -5 s), embora radicais bastante estáveis ​​sejam agora conhecidos. Então o radical metila × CH 3 é uma partícula instável típica. No entanto, se os átomos de hidrogênio nele forem substituídos por radicais fenil, um radical molecular estável trifenilmetil é formado.

Moléculas com número ímpar de elétrons, como NO ou NO 2 , também podem ser consideradas radicais livres altamente estáveis.

Uma partícula molecular que tem uma carga eletrostática e elétrons desemparelhados é chamada de íon radical molecular. Um exemplo de tal partícula é o cátion radical oxigênio – ×O 2 + .

Uma característica importante de uma molécula é o seu peso molecular relativo. O peso molecular relativo (M r) é a razão entre a massa isotópica média de uma molécula, calculada levando em consideração a abundância natural de isótopos, para 1/12 da massa de um átomo de carbono do isótopo 12C.

Assim, descobrimos que a menor unidade estrutural de qualquer substância química é um átomo, mais precisamente uma partícula atômica. Por sua vez, em qualquer substância, exceto nos gases inertes, os átomos estão ligados uns aos outros por ligações químicas. Neste caso, é possível a formação de dois tipos de substâncias:

Compostos moleculares nos quais podem ser distinguidos os menores portadores de propriedades químicas com uma estrutura estável;

Compostos de estrutura supramolecular, que são agregados atômicos nos quais as partículas atômicas estão ligadas por uma ligação covalente, iônica ou metálica.

Assim, substâncias com estrutura supramolecular são cristais atômicos, iônicos ou metálicos. Por sua vez, as substâncias moleculares formam cristais moleculares ou moleculares-iônicos. A estrutura molecular também possui substâncias que estão em condições normais em estado gasoso ou líquido de agregação.

De fato, ao trabalhar com uma substância química específica, não estamos lidando com átomos ou moléculas individuais, mas com uma combinação de um grande número partículas, cujos níveis de organização podem ser exibidos pelo seguinte esquema:

Para uma descrição quantitativa de grandes conjuntos de partículas, que são macrocorpos, foi introduzido um conceito especial "quantidade de matéria", como um número estritamente definido de seus elementos estruturais. A unidade de quantidade de uma substância é o mol. Um mol é a quantidade de uma substância(n) , contendo tantas unidades estruturais ou fórmulas quantos átomos existem em 12 g de carbono do isótopo 12 C. Atualmente, esse número é medido com bastante precisão e é 6,022 × 10 23 (número de Avogadro, NA). Como unidades estruturaisátomos, moléculas, íons, ligações químicas e outros objetos do microcosmo podem atuar. O conceito de "unidade de fórmula" é usado para substâncias com estrutura supramolecular e é definido como a razão mais simples entre seus elementos constituintes (fórmula bruta). Neste caso, a unidade de fórmula assume o papel de uma molécula. Por exemplo, 1 mol de cloreto de cálcio contém 6,022×10 23 unidades de fórmula - CaCl 2 .

Um de caracteristicas importantes substância é sua massa molar (M, kg/mol, g/mol). A massa molar é a massa de um mol de uma substância. O peso molecular relativo e a massa molar de uma substância são numericamente iguais, mas têm dimensões diferentes, por exemplo, para a água, M r = 18 (as massas atômica e molecular relativas são adimensionais), M = 18 g/mol. A quantidade de uma substância e a massa molar estão relacionadas por uma relação simples:

As leis estequiométricas básicas, que foram formuladas na virada dos séculos XVII e XVIII, desempenharam um papel importante na formação da atomística química.

1. Lei da conservação de massa (M.V. Lomonosov, 1748).

A soma das massas dos produtos da reação é igual à soma das massas das substâncias que interagiram. Em forma matemática, esta lei é expressa pela seguinte equação:

Uma adição a esta lei é a lei de conservação da massa de um elemento (A. Lavoisier, 1789). De acordo com esta lei durante uma reação química, a massa de cada elemento permanece constante.

Leis de M. V. Lomonosov e A. Lavoisier encontraram uma explicação simples dentro da estrutura da teoria atomística. De fato, em qualquer reação, os átomos dos elementos químicos permanecem inalterados e na mesma quantidade, o que implica tanto a constância da massa de cada elemento individualmente quanto o sistema de substâncias como um todo.

As leis consideradas são de importância decisiva para a química, pois permitem modelar reações químicas por equações e realizar cálculos quantitativos com base nelas. No entanto, deve-se notar que a lei da conservação da massa não é absolutamente precisa. Como segue a teoria da relatividade (A. Einstein, 1905), qualquer processo que proceda com a liberação de energia é acompanhado por uma diminuição na massa do sistema de acordo com a equação:

onde DE é a energia liberada, Dm é a variação na massa do sistema, c é a velocidade da luz no vácuo (3,0×10 8 m/s). Como resultado, a equação da lei de conservação da massa deve ser escrita da seguinte forma:

Assim, as reações exotérmicas são acompanhadas por uma diminuição da massa e as reações endotérmicas são acompanhadas por um aumento da massa. Nesse caso, a lei da conservação da massa pode ser formulada da seguinte forma: em um sistema isolado, a soma das massas e energias reduzidas é uma constante. No entanto, para reações químicas, cujos efeitos térmicos são medidos em centenas de kJ/mol, o defeito de massa é 10 -8 -10 -9 g e não pode ser registrado experimentalmente.

2. Lei da constância da composição (J. Proust, 1799-1804).

Individual Substância química estrutura molecular tem uma composição qualitativa e quantitativa constante, independente do método de sua produção. Os compostos que obedecem à lei da composição constante são chamados daltonídeos. Daltonidas são todos compostos orgânicos atualmente conhecidos (cerca de 30 milhões) e alguns (cerca de 100 mil) substâncias inorgânicas. Substâncias que têm uma estrutura não molecular ( Bertolídeos), não estão sujeitos a esta lei e podem ter composição variável, dependendo do método de obtenção da amostra. Estes incluem a maioria (cerca de 500 mil) de substâncias inorgânicas. Basicamente, são compostos binários de elementos d (óxidos, sulfetos, nitretos, carbonetos, etc.). Um exemplo de composto de composição variável é o óxido de titânio(III), cuja composição varia de TiO 1,46 a TiO 1,56. A razão para a composição variável e irracionalidade das fórmulas de Bertolide são mudanças na composição de uma parte das células elementares do cristal (defeitos na estrutura cristalina), que não implicam uma mudança acentuada nas propriedades da substância. Para os Daltonides, esse fenômeno é impossível, pois uma mudança na composição da molécula leva à formação de um novo composto químico.

3. Lei dos Equivalentes (I. Richter, J. Dalton, 1792-1804).

As massas dos reagentes são diretamente proporcionais às suas massas equivalentes..

onde EA e EB são as massas equivalentes dos reagentes.

A massa equivalente de uma substância é a massa molar de seu equivalente.

Um equivalente é uma partícula real ou condicional que doa ou adiciona um cátion hidrogênio em reações ácido-base, um elétron em reações redox, ou interage com um equivalente de qualquer outra substância em reações de troca.. Por exemplo, quando o zinco metálico interage com um ácido, um átomo de zinco desloca dois átomos de hidrogênio, enquanto cede dois elétrons:

Zn + 2H + = Zn 2+ + H 2

Zn 0 - 2e - = Zn 2+

Portanto, o equivalente de zinco é 1/2 de seu átomo, ou seja, 1/2 Zn (partícula condicional).

O número que mostra qual parte de uma molécula ou unidade de fórmula de uma substância é seu equivalente é chamado de fator de equivalência - f e. A massa equivalente, ou massa molar equivalente, é definida como o produto do fator de equivalência pela massa molar:

Por exemplo, na reação de neutralização ácido sulfúrico doa dois cátions de hidrogênio:

H 2 SO 4 + 2KOH \u003d K 2 SO 4 + 2H 2 O

Assim, o equivalente de ácido sulfúrico é 1/2 H 2 SO 4 , o fator de equivalência é 1/2 e a massa equivalente é (1/2) × 98 = 49 g/mol. O hidróxido de potássio se liga a um cátion de hidrogênio, portanto, seu equivalente é uma unidade de fórmula, o fator de equivalência é igual a um e a massa equivalente é igual à massa molar, ou seja, 56 g/mol.

Pode-se ver pelos exemplos considerados que ao calcular a massa equivalente, é necessário determinar o fator de equivalência. Existem várias regras para isso:

1. O fator de equivalência de um ácido ou base é 1/n, onde n é o número de cátions hidrogênio ou ânions hidróxido envolvidos na reação.

2. O fator de equivalência de sal é igual ao quociente de unidade dividido pelo produto da valência (v) do cátion metálico ou resíduo ácido e seu número (n) na composição do sal (índice estequiométrico na fórmula):

Por exemplo, para Al 2 (SO 4) 3 - f e \u003d 1/6

3. O fator de equivalência do agente oxidante (redutor) é igual ao quociente de unidade dividido pelo número de elétrons ligados (doados) por ele.

Deve-se atentar para o fato de que o mesmo composto pode ter um fator de equivalência diferente em diferentes reações. Por exemplo, em reações ácido-base:

H 3 PO 4 + KOH \u003d KH 2 PO 4 + H 2 Of e (H 3 PO 4) \u003d 1

H 3 PO 4 + 2KOH \u003d K 2 HPO 4 + 2H 2 Of e (H 3 PO 4) \u003d 1/2

H 3 PO 4 + 3KOH \u003d K 3 PO 4 + 3H 2 Of e (H 3 PO 4) \u003d 1/3

ou em reações redox:

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 Of e (KMnO 4) = 1/5