Содержание
Введение
1. Химическийэлемент
2. Химическая связьи типы химической связи
3. Закон постоянствасостава вещества Пруста
4. Закон кратныхотношений Дж.Дальтона
5. Валентностьхимических элементов
Заключение
Список литературы
Ведение
Мир химии существуетмиллиарды лет. Химические явления сопровождают всю нашу жизнь и даже определяютсаму возможность ее существования.
Вторая половина XX векаознаменовала новый виток развития химии. Быстрое развитие математики,электроники и появления в арсенале химиков точных измерительных приборов икомпьютеров позволили вести расчеты, которые раньше были весьма затруднительны,а порой и невозможны. Моделирование химических процессов, обработка большихобъемов данных, расчеты структур сложных веществ позволили ученым значительнорасширить значимость химии. Удешевление исследований и экспериментов, а такжеповышение их точности позволило применить их и для менее наукоемких отраслей.
Все вышеприведенныефакторы обуславливают актуальность и значимость тематики работы.
Целью данной работыявляется систематизация, накопление и закрепление знаний о химии как науке овеществах и их превращениях.
В соответствии споставленной целью в работе предполагается решить следующие задачи:
— изучить понятия: химическийэлемент, химическая связь, а так же типы химических связей;
— рассмотреть законыПруста и Дальтона;
— научится определятьвалентность химических элементов.
1.Химический элемент
Каждый химический элемент- это совокупность атомов с одинаковым зарядом атомных ядер и одинаковым числомэлектронов в атомной оболочке. Ядро атома состоит из протонов, число которыхравно атомному номеру элемента, и нейтронов, число которых может бытьразличным. Разновидности атомов одного и того же химического Элемента, имеющиеразличные массовые числа (равные сумме масс протонов и нейтронов, образующихядро), называется изотопами. В природе многие химические Элементы представленыдвумя или большим числом изотопов. Известно 276 стабильных изотопов,принадлежащих 81 природному химическому Элементу, и около 2000 радиоактивныхизотопов. Изотопный состав природных элементов на Земле, как правило,постоянен; поэтому каждый элемент имеет практически постоянную атомную массу,являющуюся одной из важнейших характеристик элемента. Известно более 110химических Элементов, они, преимущественно нерадиоактивные, создают всемногообразие простых и сложных веществ. Простое вещество — форма существованияэлемента в свободном виде. Некоторые химические Элементы существуют в двух илиболее аллотропных модификациях (например, углерод в виде графита и алмаза), различающихсяпо физическим и химическим свойствам; число простых веществ достигает 400.Иногда понятия «элемент» и — «простое вещество»отождествляются, поскольку в подавляющем большинстве случаев нет различия вназваниях химических Элементов и образуемых ими простых веществ; "… темне менее в понятиях такое различие должно всегда существовать", — писал в1869 году Д. И. Менделеев.[1] Сложное вещество — химическое соединение — состоит из химически связанных атомов двух илинескольких различных элементов; известно более 100 тыс. неорганических имиллионы органических соединений. Для обозначения химических элементов служатхимические знаки, состоящие из первой или первой и одной из последующих буквлатинского названия элемента (С одним исключением, вторая буква химическогоЭлемента Кюрия, названного в честь Марии Складовской-Кюри, «m» означает Мария). В химическихформулах и химических уравнениях каждый такой знак (символ) выражает, кроменазвания элемента, относительную массу химического Элемента, равную его атомноймассе. Изучение химических Элементов составляет предмет химии, в частностинеорганической химии.[2]
Историческая справка. Вдонаучный период химии как нечто непреложное принималось учение Эмпедокла отом, что основу всего сущего составляют четыре стихии: огонь, воздух, вода,земля. Это учение, развитое Аристотелем, полностью восприняли алхимики. В 8-9веках они дополнили его представлением о сере (начале горючести) и ртути(начале металличности) как составных частях всех металлов. В 16 веке возниклопредставление о соли как начале нелетучести, огнепостоянства. Против учения о 4стихиях и 3 началах выступил Р. Бойль, который в 1661 году дал первое научноеопределение химических элементов как простых веществ, которые не состоят изкаких-либо других веществ или друг из друга и образуют все смешанные (сложные)тела. В 18 веке почти всеобщее признание получила гипотеза И. И. Бехера и Г. Э.Шталя, согласно которой тела природы состоят из воды, земли и начала горючести- флогистона. В конце 18 века эта гипотеза была опровергнута работами А. Л.Лавуазье. Он определил химические Элементы как вещества, которые не удалось разложитьна более простые и из которых состоят другие (сложные) вещества, то есть посуществу повторил формулировку Бойля. Но, в отличие от него, Лавуазье далпервый в истории науки перечень реальных химических Элементов. В него вошли всеизвестные тогда (1789) неметаллы (О, N, H, S, Р, С), металлы (Ag, As, Bi, Co, Ca, Sn, Fe, Mn, Hg, Mo, Ni, Au, Pt, Pb, W, Zn), а также«радикалы» [муриевый (Cl),плавиковый (F) и борный (В)] и «земли» — еще не разложенные известь СаО, магнезия MgO, барит ВаО, глинозем Аl2О2 и кремнезем SiO2 (Лавуазье полагал, что «земли» — вещества сложные, но покаэто не было доказано на опыте, считал их химическими Элементами). Как даньвремени он включил в список химических Элементов невесомые «флюиды» — свет и теплород. Едкие щелочи NaOH иKOH он считал веществами сложными, хотяразложить их электролизом удалось позже — только в 1807 году (Г. Дэви).Разработка Дж. Дальтоном атомной теории имела одним из следствий уточнениепонятия элемента как вида атомов с одинаковой относительной массой (атомнымвесом). Дальтон в 1803 составил первую таблицу атомных масс (отнесенных к массеатома водорода, принятой за единицу) пяти химических Элементов (О, N, С, S, P). Тем самымДальтон положил начало признанию атомной массы как главной характеристикиэлемента. Дальтон, следуя Лавуазье, считал химические Элементы веществами неразложимыми на более простые[3].
Последующее быстроеразвитие химии привело, в частности, к открытию большого числа химическихЭлементов. В списке Лавуазье было всего 25 химических Элементов, включая«радикалы», но не считая «флюидов» и «земель». Ковремени открытия периодического закона Менделеева (1869) было известно уже 63элемента. Открытие Д. И. Менделеева позволило предвидеть существование и свойстваряда неизвестных тогда химических Элементов и явилось основой для установленияих взаимосвязи и классификации. Открытие радиоактивности в конце 19 векапоколебало более чем столетнее убеждение в том, что атомы нельзя разложить. Всвязи с этим почти до середины 20 века продолжалась дискуссия о том, что такоехимические Элементы. Конец ей положила современное теория строения атома,которая позволила дать строго объективную дефиницию химических Элементов,приведенную в начале статьи.
Распространенность вприроде. Распространенность химических Элементов в космосе определяетсянуклеогенезом внутри звезд. Образование ядер химических Элементов связано сразличными ядерными процессами в звездах. Поэтому на разных этапах своейэволюции различные звезды и звездные системы имеют неодинаковый химическиесостав. Распространенность и распределение химических Элементов во Вселенной,процессы сочетания и миграции атомов при образовании космического вещества,химические состав космических тел изучает космохимия. Основную массукосмического вещества составляют H и He (99,9%). Наиболее разработаннойчастью космохимии является геохимия[4].
Из 111 химическихЭлементов только 89 обнаружены в природе, остальные, а именно технеций (атомныйномер Z = 43), прометий (Z = 61), астат (Z = 85), франций (Z = 87) и трансурановые элементы,получены искусственно посредством ядерных реакций (ничтожные количества Тс, Pm, Np, Fr образуются приспонтанном делении урана и присутствуют в урановых рудах). В доступной частиЗемли наиболее распространены 10 элементов с атомными номерами в интервале от 8до 26. В земной коре они содержатся в следующих относительных количествах:Элемент Атомный номер Содержание, % по массе O 8 47,00 Si 14 29,50 Al 13 8,05 Fe 26 4,65 Ca 20 3,30 Na 11 2,50 K 19 2,50 Mg 12 1,87 Ti 22 0,45 Mn 25 0,10
Классификация и свойства[5].Наиболее совершенную естественную классификацию химических элементов, раскрывающуюих взаимосвязь и показывающую изменение их свойств в зависимости от атомныхномеров, дает периодическая система элементов Д. И. Менделеева. По свойствамхимические Элементы делятся на металлы и неметаллы, причем периодическаясистема позволяет провести границу между ними. Для химических свойств металловнаиболее характерна проявляемая при химических реакциях способность отдаватьвнешние электроны и образовывать катионы, для неметаллов — способностьприсоединять электроны и образовывать анионы. Неметаллы характеризуются высокойэлектроотрицателъностью. Различают химические элементы главных подгрупп, илинепереходные элементы, в которых идет последовательное заполнение электронныхподоболочек s и р, и химические элементы побочныхподгрупп, или переходные, в которых идет достраивание d- и f-подоболочек.При комнатной температуре два химических элемента существуют в жидком состоянии(Hg и Вг), одиннадцать — в газообразном(Н, N, О, F, Cl, He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn), остальные — ввиде твердых тел, причем температура плавления их колеблется в очень широкихпределах — от около 30 °С (Cs28,5 °С; Ga 29,8 °С) до 3000 °С и выше (Та 2996°С; W 3410 °С; графит около 3800 °С)[6].
2. Химическая связь и типы химической связи
Химическая связь — этовзаимодействие частиц (атомов, ионов), осуществляемое путем обмена электронами.Различают несколько видов связи.
Ковалентная связьобразуется в результате обобществления электронов (с образованием общихэлектронных пар), которое происходит в ходе перекрывания электронных облаков. Вобразовании ковалентной связи участвуют электронные облака двух атомов[7].
Различают две основныеразновидности ковалентной связи:
1. неполярную;
2. полярную.
1. Ковалентная неполярнаясвязь образуется между атомами неметалла одного и того лее химическогоэлемента. Такую связь имеют простые вещества, например О2; N2; C12. Можнопривести схему образования молекулы водорода: (на схеме электроны обозначеныточками).
2. Ковалентная полярнаясвязь образуется между атомами различных неметаллов.
Ионной называется связьмежду ионами, т. е. заряженными частицами, образовавшимися из атома или группыатомов в результате присоединения или отдачи электронов. Ионная связьхарактерна для солей и щелочей. Сущность ионной связи лучше рассмотреть напримере образования хлорида натрия. Натрий, как щелочной металл, склоненотдавать электрон, находящийся на внешнем электронном слое. Хлор же, наоборот,стремится присоединить к себе один электрон. В результате натрий отдает свойэлектрон хлору.
В итоге образуютсяпротивоположно заряженные частицы — ионы Na+ и Сl-, которые притягиваются другк другу. При ответе следует обратить внимание, что вещества, состоящие изионов, образованы типичными металлами и неметаллами. Они представляют собойионные кристаллические вещества, т. е. вещества, кристаллы которых образованыионами, а не молекулами[8].
После рассмотрениякаждого вида связи следует перейти к их сравнительной характеристике.
Для ковалентнойнеполярной, полярной и ионной связи общим является участие в образовании связивнешних электронов, которые еще называют валентными. Различие же состоит в том,насколько электроны, участвующие в образовании связи, становятся общими. Еслиэти электроны в одинаковой мере принадлежат обоим атомам, то связь ковалентнаянеполярная; если эти электроны смещены к одному атому больше, чем другому, тосвязь ковалентная полярная. В случае, если электроны, участвующие в образованиисвязи, принадлежат одному атому, то связь ионная.
Металлическая связь —связь между ион-атомами в кристаллической решетке металлов и сплавах,осуществляемая за счет притяжения свободно перемещающихся (по кристаллу) электронов(Mg, Fe).
Все вышеперечисленныеотличия в механизме образования связи объясняют различие в свойствах веществ сразными видами связей.
3. Закон постоянства состава вещества Пруста
К основным законам химииотносится закон постоянства состава:
Всякое чистое веществонезависимо от способа его получения всегда имеет постоянный качественный иколичественный состав.
Атомно-молекулярноеучение позволяет объяснить закон постоянства состава. Поскольку атомы имеютпостоянную массу, то и массовый состав вещества в целом постоянен.
Закон постоянства состававпервые сформулировал французский ученый-химик Ж.Пруст в 1808 г. Он писал:«От одного полюса Земли до другого соединения имеют одинаковый состав иодинаковые свойства. Никакой разницы нет между оксидом железа из Южногополушария и Северного. Малахит из Сибири имеет тот же состав, как и малахит изИспании. Во всем мире есть лишь одна киноварь».
В этой формулировкезакона, как и в приведенной выше, подчеркивается постоянство состава соединениянезависимо от способа получения и места нахождения[9].
Развитие химии показало,что наряду с соединениями постоянного состава существуют соединения переменногосостава. По предложению Н.С. Курнакова первые названы дальтонидами (в память английскогохимика и физика Дальтона), вторые — бертоллидами (в память французского химикаБертолле, предвидевшего такие соединения). Состав дальтонидов выражаетсяпростыми формулами с целочисленными стехиометрическими индексами, например Н2О,НCl, ССl4, СO2. Состав бертоллидов изменяется и не отвечает стехиометрическимотношениям.
В связи с наличиемсоединений переменного состава в современную формулировку закона постоянствасостава следует внести уточнение.
Состав соединениймолекулярной структуры, т.е. состоящих из молекул, — является постояннымнезависимо от способа получения. Состав же соединений с немолекулярнойструктурой (с атомной, ионной и металлической решеткой) не является постоянными зависит от условий получения[10].
4. Закон кратных отношений Дж.Дальтона
Кратных отношений закон,закон Дальтона, один из основных законов химии: если два вещества (простых илисложных) образуют друг с другом более одного соединения, то массы одноговещества, приходящиеся на одну и ту же массу другого вещества, относятся какцелые числа, обычно небольшие. К. о. з. открыт в 1803 Дж. Дальтоном иистолкован им с позиций атомизма.
Примеры:
1) Cостав окислов азота (в процентах помассе) выражается следующими числами:Закись азота N2O Окись азота NO Азотистый ангидрид H2O3 Двуокись азота NO2 Азотный ангидрид N2O5 N…63,7 46,7 36,8 30,4 25,9 O…36,3 53,3 63,2 69,6 74,1 Частное O\ N…0,57 1,14 1,71 2,28 2,85
Разделив числа нижнейстроки на 0,57, видим, что они относятся как 1: 2: 3: 4: 5.
2) Хлористый кальцийобразует с водой 4 гидрата, состав которых выражается формулами:CaCl2×H2O, CaCl2×2H2O, CaCl2×4H2O, CaCl2×6H2O, т. е. вовсех этих соединениях массы воды, приходящиеся на одну молекулу CaCl2,относятся как 1: 2: 4: 6[11].
химический атомнаявалентность электрон
5. Валентность химических элементов
Способность атомовприсоединять определенное число атомов других элементов называется валентностьюэлемента.
С одним атомомодновалентного элемента соединяется один атом другого одновалентного элемента,с атомом двухвалентного – два атома одновалентного или один атомдвухвалентного, с двумя атомами трехвалентного элемента – три атомадвухвалентного и т.д.
Таким образом,валентность элемента можно представить как число, которое показывает, сосколькими атомами одновалентного элемента может соединяться атом этогоэлемента. Это число записывается римскими цифрами.
Существуют два правила,которые помогают определять валентность элементов в их соединениях.
1) Валентностьводорода принимают за 1. Тогда в соответствии с формулой воды Н2О валентностькислорода равна 2.
2) Кислород всегдапроявляет в своих соединениях валентность 2.
У металлических элементов,находящихся в группах А, валентность равна номеру группы.
У неметаллическихэлементов проявляются в основном две валентности: высшая, равная номеру группы,и низшая, равная разности между числом 8 и номером группы, в которой находитсяданный элемент.
При соединении металлов снеметаллами последние проявляют низшую валентность.
Зная валентностиэлементов, можно составить формулу их соединения[12].
Заключение
Английскому ученомуР.Бойлю принадлежит заслуга введения в науку понятия о химическом элементе как составнойчасти вещества. Он называл химическим элементом вещество, которое нельзяразложить на более простые вещества.
Свойство атомовпритягивать к себе электроны называется электроотрицательностью. При химическихреакциях электроны переходят или смещаются к атомам элементов, обладающихбольшей электроотрицательностью. Поэтому сведения о ней особенно важны прихарактеристике химической связи.
Существует три случаяхимического взаимодействия между атомами:
1. Химические реакциипроисходят между атомами элементов, электроотрицательности которых резкоотличаются.
2. Химические реакциипроисходят между атомами элементов, электроотрицательности которых одинаковы.
3. Вступать в химическиереакции могут атомы элементов, электроотрицательности которых отличаются, но неочень сильно.
Закон постоянствавещества Пруста заключается в том, что в каких бы относительных количествах мыни взяли исходные вещества, соотношение атомов соответствующих элементов всоединении, которое получается в результате химической реакции, будет одним итем же, другими словами – состав образующегося вещества будет один и тот же[13].
А закон кратных отношенийДальтона — что существование двух (или нескольких) соединений, образующихся привзаимодействии любой пары химических элементов, возможно лишь в том случае,когда состав соединений будет отличаться один от другого на целые атомы.
И наконец, использованиезакона постоянства вещества и закона кратных отношений позволило Д. Дальтонуустановить значения относительных атомных масс элементов, принимая за единичную— массу атома водорода.
Валентность элементахарактеризует способность его атомов присоединять определенное число атомовдругих элементов.
За единицу валентностипринимают единицу водорода.
Валентность элементаможно определить на основании его положения в таблице Д.И.Менделеева: уметаллов А-групп она, как правило, равна номеру группы, в которой он находится;у неметаллов – высшая валентность равна номеру группы, а низшая – разностимежду числом 8 и номером группы[14].
Список литературы
1. Тейлор Г. Основыорганической химии для студентов нехимических специальностей.- М.:1989.
2. Вольхин В.В. Общаяхимия. Основной курс. — СПб. М.: 2008.
3. Ахметов Н.С.Общая и неорганическая химия.- М., 2003
4. Артеменко А.И.Органическая химия.- М., 2007
5. Глинка Н.Л. Общаяхимия. — М., 2008
6. Ким А.М.Органическая химия. — Новосибирск, 2007
7. Коровин И.В.Общая химия. — М., 2010