Реакционная способность веществ

 

Содержание

 

Введение

1. Физические и химические изменения веществ
2. Понятие о химическом элементе
3. Понятие о соединении
4. Основные законы химии
5. Реакционная способность веществ

     Список литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Химия –  это естественная наука, изучающая  состав, свойства и химические превращения  веществ, явления, которые сопровождают эти превращения, а также рассматривает  вопросы использования результатов  этих превращений. Самое краткое  определение предмета химии дал  великий русский ученый-химик  Д.И. Менделеев в книге "Основы химии". По Менделееву, химия —  это учение об элементах и их соединениях.

Отдельные химические процессы (получение материалов из руд, крашение тканей и др.) использовались еще на заре становления человеческой цивилизации. Позже, в Ш-IV веках, зародилась алхимия, задачей которой было превращение  неблагородных металлов в благородные (золото, серебро). Начиная с эпохи  Возрождения, химические исследования все в большей мере стали использовать для практических целей (металлургия, стеклоделие, керамика, получение красок и т. д.). Во второй половине XVII века Р. Бойль дал научное определение  понятия "химический элемент".

Превращение химии в подлинную науку завершилось  во второй половине XVIII века, когда был  сформулирован закон сохранения массы вещества при химических реакциях (М.В. Ломоносов, А.Л. Лавуазье). В начале XIX века Дж. Дальтон ввел понятие "молекула". Атомно-молекулярные представления  утвердились в 60-х годах XIX века. В  этот период A.M. Бутлеров создал теорию строения химических соединений, а  Д.И. Менделеев (1869 г.) открыл периодический  закон (периодическая система элементов  Менделеева). С конца XIX — начала XX века важнейшим направлением химии  стала разработка теоретических  основ науки (атомно-молекулярное учение), изучение закономерностей химических процессов.

В современной  химии постепенно оформились самостоятельные  области химической науки: неорганическая химия, органическая химия, химия полимеров, аналитическая химия, другие ответвленные науки. На стыке химии и других областей знания сложились такие науки, как физическая химия, агрохимия, геохимия, биохимия. На базе достижений химии появился также ряд технических наук, как, например, металлургия, термохимия, электрохимия и др.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Физические и химические изменения веществ

 

Вещество  представляет собой однородный (гомогенный) вид материи, т. е. такой материи, каждая частица которой имеет  одинаковые физические свойства. Различные  изделия, имеющие различное назначение и форму, могут быть изготовлены  из одного и того же материала, но их вещество будет одинаковым. Под веществом  будем понимать чистую материю, без  примесей. Под материалом — вещество того же наименования, полученное в  реальных условиях, т. е. имеющее неизбежные примеси.

Вещества  по своему составу делятся на простые  и сложные; по происхождению –  на натуральные (природные) и искусственные; по агрегатному состоянию – на твердые, жидкие и газообразные; по внутреннему строению – на аморфные (неупорядоченные по структуре) и  кристаллические, имеющие упорядоченную  периодическую структуру (кристаллическое  строение).

Вещества, взаимодействуя друг с другом, подвергаются различным изменениям и превращениям.

Физическим  изменением вещества называют такое  изменение, при котором внутреннее строение, состав и свойства не подвергаются изменению. Например, из древесины изготавливают  мебель, при этом внутреннее строение (структура), состав и свойства древесины  остаются прежними.

Химическими изменениями вещества называют такие, когда в результате взаимодействия не менее двух исходных веществ (химической реакции) появляются одно или несколько  других веществ, отличающихся от первоначальных составом, структурой и свойствами. Например, раскаленная сталь покрывается  на воздухе окалиной; уголь, сгорая, образует углекислый газ; в результате химической переработки природного газа получают водород, ацетилен, метиловый  спирт и другие продукты. Именно такими изменениями веществ, их получением, описанием и объяснением занимается химия.

Экспериментально  доказано, что многие физические изменения  сопровождаются химическими изменениями, и наоборот. Раскаленная сталь  на воздухе, как было сказано, покрывается  окалиной, а уголь, сгорая, дает тепло  и свет. Практическое применение химических изменений излагает химическая технология — область знания о методах  и средствах рациональной химической переработки сырья, полуфабрикатов и промышленных отходов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Понятие о химическом элементе

 

Если  подвергнуть, например, обыкновенный известняк  нагреву, получится известь и  углекислый газ. Известь и углекислый газ можно подвергнуть дальнейшему  разложению (известь на кальций и  кислород, углекислый газ на углерод  и кислород). Полученные вещества разложению уже не подвергаются. На сегодня  известно 116 таких веществ, их называют простейшими веществами или химическими  элементами.

Химическое  разложение, в результате которого получаются простейшие вещества, называется химическим анализом. В результате химического анализа определяется, какие элементы содержатся в исследуемом  веществе. Химическую реакцию анализа  упрощенно можно выразить уравнением: А = В + С, где А – исходное сложное  вещество, а В и С – полученные вещества (химические элементы).

Все известные  на сегодня химические элементы в  систематизированном виде в соответствии с периодическим законом, открытым Д.И. Менделеевым, расположены в Периодической  системе элементов Менделеева –  таблице, приведенной ниже.

Химические  элементы классифицируются на металлы (золото, платина, серебро, железо, медь, алюминий, кальций, ртуть и др.) и  неметаллы (сера, фосфор, углерод, азот, хлор, кислород и т. д.). Установлено, что в составе земной коры, морской  воды и атмосферы содержится примерно:

49,5 % кислорода 2,63 % натрия

25,3 % кремния 2,4 % калия

7,5 % алюминия 1,93 % магния

5,08 % железа 0,87 % водорода

3,39 % кальция менее 1 % остальных.

Из сказанного следует, что простейшие вещества являются основой всей живой и неживой  материи, а следовательно, и всей Вселенной.

Большинство веществ, находящихся в естественных условиях, состоят в соединениях  друг с другом, т. е. являются веществами сложными. Незначительное число элементов  в природе находится в свободном  состоянии (кислород, серебро, сера и  некоторые другие). Ряд химических элементов может существовать в  разных модификациях. Так, например, элемент  кислород образует два видоизменения: кислород и озон; углерод – три: алмаз, графит и корбин и т. д. Явление видоизменения одного и того же элемента, связанного со сложным внутренним строением химических элементов, называется аллотропией, а образующиеся простейшие вещества – аллотропными видоизменениями или модификациями.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Понятие о соединении

 

Если  нагревать цинковый порошок с  серой (два отдельных элемента), то в результате получается соединение, называемое сернистым цинком, которое  по своим свойствам отличается от исходных простейших веществ. Такое  соединение элементом называется синтезом. Синтез осуществляется только в результате химической реакции, при которой  появляется более сложное вещество с новыми свойствами и строением, отличными от свойств и строения исходных веществ.

Когда говорят  о химическом синтезе, то подразумевают  получение сложных соединений из исходных элементов (например, производство искусственного каучука, камфары и  т. д.). Полученные материалы в результате синтеза называют синтетическими материалами. Химический синтез можно упрощенно  выразить уравнением А + В = С, где А  и В –исходные вещества, а С  – синтезированное вещество. Способность  вещества соединяться с одним  или большим числом веществ называется валентностью, механизм которой будет  приведен ниже.

Простое перемешивание исходных материалов без их химического соединения называют смесью. Смеси состоят из нескольких веществ, каждое из которых сохраняет  свои индивидуальные свойства и может  быть выделено в чистом виде. При  смешивании веществ речь идет о физическом процессе.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Основные законы химии

 

Химические  процессы подчиняются всеобщим законам  природы – закону сохранения массы  вещества и закону сохранения энергии, а также ряду специфических для  химии законов, которыми управляются  все химические реакции.

Закон сохранения массы вещества установили М.В. Ломоносов (1756 г.) и А.Л. Лавуазье (1789 г.) почти  независимо друг от друга. Они далеко продвинули развитие химии тем, что  при химических реакциях применили  физические методы, в частности, взвешивание.

Закон сохранения массы в химических процессах  можно сформулировать так: масса  веществ, вступающих в химическую реакцию, равна массе веществ, образующихся в результате реакции. Например, при  разложении воды масса воды будет  равна сумме массы водорода и  массы кислорода. Из закона сохранения вещества вытекает, что вещество нельзя ни создать из ничего, ни уничтожить совсем.

Количественным  выражением закона сохранения массы  веществ применительно к производственному  химическому процессу является материальный баланс, в котором подтверждается, что масса веществ, поступивших  на технологическую операцию (приход), равна массе полученных веществ (расход).

Закон сохранения массы веществ М.В. Ломоносов связывал с законом сохранения энергии. Он рассматривал эти законы в единстве. Взгляды Ломоносова подтверждены современной  наукой.

Закон сохранения энергии действует во всех случаях  и повсюду, где одна форма энергии  переходит в другую. Например, при  переходе энергии пара в турбине  в энергию вращательного движения, т. е. механическую энергию, при переходе электрической энергии в электрической  лампочке в световую и т. д. Так  же как нельзя ни уничтожить, ни создать  вещество, нельзя ни создать, ни уничтожить энергию.

Особым  видом энергии является химическая энергия, которая освобождается  или расходуется при каждой химической реакции. Химическую энергию, как любой  вид энергии, можно превратить в  механическую (использование взрывчатых веществ), тепловую (сжигание топлива), электрическую (гальванические элементы) и т. п. Измерить химическую энергию  непосредственно нельзя. Ее величина определяется, как и величина тепловой энергии, в килоджоулях (в кДж).

Различают химические реакции с выделением тепла и химические реакции с  поглощением тепла. Первые называются экзотермическими, вторые – эндотермическими реакциями. Изучением тепловых явлений  при химических реакциях занимается термохимия.

Количественным  выражением закона сохранения энергии  в химическом производстве является тепловой (энергетический) баланс. Применительно  к тепловым процессам химической переработки закон сохранения энергии  формулируется так: количество тепловой энергии, принесенной в зону взаимодействия веществ, равно количеству энергии, вынесенной веществами из этой зоны.

К специфическим  законам химии относятся такие  законы, как закон постоянства  состава (Ж. Пруст, 1808 г.), закон постоянных весовых отношений (Дж. Дальтон, 1800 г.), закон простых объемных отношений  для газов (Ж.Л. Гей-Люссак, 1808 г.) и  в качестве его развития – закон  А. Авогадро (1811 г.). Данными законами руководствуются ученые-химики и  практики для проведения химических расчетов.

 

 

 

 

 

 

 

5. Реакционная способность веществ

 

Химическая  система – совокупность микро  и макро количеств веществ, способных  воздействием внешних факторов (условий) к превращениям с образованием новых  химических соединений.

Реакционная способность – характеристика относительной хим. активности молекул, атомов, ионов, радикалов. Для количественной оценки реакционной способности рассматривают реакционные серии, т.е. ряды однотипных реакций, проводимых в одинаковых условиях, напр.: (стандартная реакция)

где Х-общая группа атомов, которая претерпевает изменения в данной реакции (реакционный центр), Z₀, Z_l,..., Z_n-неизменяющиеся мол. фрагменты, Р₀, Р₁,..., Р_n -продукты реакции. Отношения констант скоростей k₁/k₀,..., k_n/k₀ количественно характеризуют реакционную способность в ряду реагентов Z_iX (i = 0, 1, ..., п). В правильно составленной реакц. серии изменение механизма реакции должно быть исключено, т. е. константы скорости должны характеризовать одну и ту же элементарную реакцию.