Основные законы и понятия химии

Какой объем водорода при н.у. выделится при растворении 4,8 г магния в избытке соляной кислоты?

 

Решение.

Mg + 2HCl ® MgCl₂ + H₂­

 

При растворении 24 г (1 моль) магния в HCl выделилось 22,4 л (1 моль) водорода; при растворении 4,8 г магния –– Х л водорода.

 

X = (4,8 • 22,4) / 24 = 4,48 л водорода

 

Пример 2.

3,17 г хлора занимают объем равный 1 л (при н.у.). Вычислите по этим данным молекулярную массу хлора.

 

Решение.

Находим массу 22,4 л хлора

1 л––3,17 г  хлора

22,4 л–– Х г  хлора

X = 3,17 • 22,4 = 71 г

 

Следовательно, молекулярная масса хлора - 71.

 

Объединенный газовый закон - объединение трех независимых частных газовых законов: Гей-Люссака, Шарля, Бойля-Мариотта, уравнение, которое можно записать так:

 

P₁V₁ / T₁ = P₂V₂ / T₂

 

И наоборот, из объединенного газового закона

при P = const (P₁ = P₂) можно получить

V₁ / T₁ = V₂ / T₂

(закон Гей-Люссака);

 

при Т= const (T₁ = T₂):

P₁V₁ = P₂V₂

(закон Бойля-Мариотта);

 

при V = const

P₁ / T₁ = P₂ / T₂

(закон Шарля).

 

Уравнение Клайперона-Менделеева

 

Если записать объединенный газовый закон для любой массы любого газа, то получается уравнение Клайперона-Менделеева:

 

pV= (m / M) RT

 

где m - масса газа; M - молекулярная масса; p - давление; V - объем; T - абсолютная температура (°К); R - универсальная газовая постоянная (8,314 Дж/(моль • К) или 0,082 л атм/(моль • К)).

Для данной массы конкретного газа отношение m / M постоянно, поэтому из уравнения Клайперона-Менделеева получается объединенный газовый закон.

 

Пример.

Какой объем займет при температуре 17°C и давлении 250 кПа оксид углерода (II) массой 84 г?

 

Решение.

Количество моль CO равно:

n_(CO) = m(CO) / M(CO) = 84 / 28 = 3 моль

Объем CO при н.у. составляет

3 • 22,4 л = 67,2 л

 

Изобъединенного газового закона Бойля-Мариотта и Гей-Люссака:

 

(P • V) / T = (P₀ • V₀) / T₂

 

Следует

V_(CO) = (P₀ • T • V₀) / (P • T₀) = (101,3 • (273 + 17) • 67,2) / (250 • 273) = 28,93 л

 

Относительная плотность газов показывает, во сколько раз 1 моль одного газа тяжелее (или легче) 1 моля другого газа.

 

D_A(B) = r_(B) / r_(A) = M_(B) / M_(A)

 

Средняя молекулярная масса смеси газов равна общей массе смеси, деленной на общее число молей:

 

M_ср = (m₁ +.... + m_n) / (n₁ +.... + n_n) = (M₁ • V₁ + .... M_n • V_n) / (n₁ +.... + n_n)

 

Пример1.

Плотность некоторого газообразного вещества по водороду равна 17. Чему равна его плотность по воздуху (М_ср.=29).

 

Решение.

DH₂ = M_в-ва / MH₂ = М_в-ва / 2

 

М_в-ва= 2DH₂ = 34

 

D_возд = M_в-ва / M_{возд. ср} = 34 / 29 = 1,17

 

Пример2.

Определите плотность по воздуху смеси азота, аргона и углекислого газа, если массовые доли компонентов составляли 15, 50 и 35% соответственно.

 

Решение.

D_{смеси(по воздуху)} = M_смеси / M_возд. = М_смеси / 29

 

M_смеси = (15 • 28 + 50 • 40 + 35 • 44) / 100 = (420 + 2000 + 1540) / 100 = 39,6

 

D_{смеси(по воздуху)} = M_смеси / 29 = 39,6 / 29 = 1,37

 

Планетарная модель строения атома

(Э.Резерфорд, 1911 г.)

 

1.      Атомы химических элементов имеют сложное внутреннее строение.

 

2.      В центре атома находится положительно заряженное ядро, занимающее ничтожную часть пространства внутри атома.

 

3.      Весь положительный заряд и почти вся масса атома сосредоточена в ядре атома(масса электрона равна 1/1823 а.е.м.).

 

4.      Вокруг ядра по замкнутым орбиталям движутся электроны. Их число равно заряду ядра. Поэтому атом в целом - электронейтрален.

 

Ядро атома

 

Ядро атома состоит из протонов и нейтронов (общее название - нуклоны). Число протонов в ядре атома элемента строго определено - равно порядковому номеру элемента в периодической системе - Z. Число нейтронов в ядре атомов одного и того же элемента может быть различным - A - Z (где А - относительная атомная масса элемента; Z - порядковый номер).

Заряд ядра атома определяется числом протонов. Масса ядра определяется суммой протонов и нейтронов.

 

Изотопы

 

Изотопы - разновидности атомов определенного химического элемента, имеющие одинаковый атомный номер, но разные массовые числа. Обладают ядрами с одинаковым числом протонов и различным числом нейтронов, имеют одинаковое строение электронных оболочек и занимают одно и то же место в периодической системе химических элементов.

Относительные атомные массы элементов, приводимые в периодической системе - есть средние массовые числа природных смесей изотопов. Поэтому они и отличаются от целочисленных значений.

 

Пример.

Природный таллий (ат.н.81, ат. масса 204,383) состоит из двух изотопов:

 

таллий – 203

 

таллий - 205

 

Средняя атомная масса таллия равна:

 

A_ср.(Tl) = (0,295 • 203 + 0,705 • 205) / 2 = 204,383

 

Изотопы водорода имеют специальные символы и названия:

 

Химические свойства изотопов одного элемента одинаковы. Изотопы, имеющие одинаковые массовые числа, но различные заряды ядер, называются изобарами

 

Радиоактивность

 

Радиоактивность - самопроизвольное превращение неустойчивого изотопа одного химического элемента в изотоп другого элемента, сопровождающееся испусканием элементарных частиц или ядер (например, α- частиц).

Радиоактивность, проявляемая природными изотопами элементов, называется естественной радиоактивностью.

Самопроизвольный распад ядер описывается уравнением: m_t = m₀ • (1/2)^{t / T}1/2 где m_t и m₀ - массы изотопа в момент времени t и в начальный момент времени; Т_1/2 - период полураспада, который является постоянным для данного изотопа. За время Т_1/2 распадается половина всех ядер данного изотопа.