A kémia az anyagok, tulajdonságaik, szerkezetük és kölcsönös átalakulásaik tudománya.
Történelmileg a kémia azért jött létre, hogy az ember megszerezze az életéhez szükséges anyagokat. A probléma megoldásához meg kellett tanulni, hogyan lehet egyes anyagokból másokat előállítani, pl. magas színvonalú átalakításaikat elvégezni. És mivel a minőség az anyagok tulajdonságainak összessége, ki kellett deríteni, hogy mitől függenek ezek a tulajdonságok. Ez volt az oka az elméleti kémia megjelenésének.
A kémia tárgya a kémiai elemek és vegyületeik, valamint a különféle kémiai reakciókat szabályozó törvények.
A kémiai reakciók azok a folyamatok, amelyek során bonyolultabb anyagokat egyszerűbb anyagokból képződnek, egyes összetett anyagokat más anyagokká alakítanak át, és összetett anyagokat bomlanak le egyszerűbb összetételű anyagokká.
Modern kémia adott tulajdonságokkal rendelkező anyagok beszerzésével és az anyag tulajdonságainak ellenőrzésére szolgáló módok azonosításával foglalkozik. Ez a kémia fő problémája és rendszeralkotó elve, mint tudomány.
A vizsgált tárgyak (anyagok) alapján a kémiát általában szervetlenre és szervesre osztják. A fizikai kémia, ezen belül a kvantumkémia, az elektrokémia, a kémiai termodinamika és a kémiai kinetika a kémiai jelenségek lényegének magyarázatával és általános törvényszerűségeinek megállapításával foglalkozik fizikai elvek és kísérleti adatok alapján. Az analitikai és a kolloidkémia szintén független szekciók.
A kémia és más vicces természettudományok kombinációja a biokémia, a geokémia, a fotokémia stb.
Hangsúlyoztuk, hogy az anyag két fizikai formában létezik - szubsztancia és mező.
Az anyagok különböző típusú mozgó anyagok, amelyek nyugalmi tömege nem nulla. Minden anyag korpuszkuláris. A vegyi anyagokban vagy különféle anyagok keverékében lezajló folyamatok kémiai reakciók.
Kémiai reakciók során mindig új anyagok keletkeznek. Például a magnéziumot (ezüstös-fehér fém) molekuláris oxigénben (színtelen gáz) hevítve magnézium-oxid (fehér por) keletkezik:
A kémiai reakciókat mindig fizikai hatások kísérik: energia felvétele és felszabadulása, például hőátadás formájában, a reagensek aggregációs állapotának megváltozása, a reakcióelegy színének megváltozása stb. gyakran ezek a fizikai hatások alapján ítélik meg a kémiai reakciók előrehaladását.
A kémiai folyamatok (kémiai reakciók) során új, a reagensektől eltérő tulajdonságú anyagokat kapnak, de új elemek atomjai soha nem képződnek.
A kémiai folyamatok előfordulásának feltételei mindenekelőtt olyan termodinamikai tényezőket foglalnak magukban, amelyek a reakciók hőmérséklettől, nyomástól és néhány egyéb körülménytől való függését jellemzik. A reakciók jellege és különösen sebessége még nagyobb mértékben függ a kinetikai körülményektől, amelyeket a katalizátorok és egyéb adalékanyagok jelenléte, valamint az oldószerek és egyéb körülmények határoznak meg.
A kémiában egyszerű és összetett anyagokat különböztetnek meg. Az egyszerű anyagok egyfajta elem atomjaiból állnak, pl. egyszemélyesek. Az összetett anyagok faragott elemek atomjaiból állnak, azaz. több elemből állnak. Az összetett anyagokat egyébként kémiai vegyületeknek nevezik. Ez a kifejezés azt jelenti, hogy anyagok nyerhetők kémiai reakciókkal, vegyületek egyszerű anyagokból - kémiai szintézissel, vagy kémiai bomlási reakciók segítségével - kémiai elemzéssel - szabad elemekre (egyszerű anyagokra) szétválaszthatók.
2Hg + O 2 = 2HgO
egyszerű vegyszer
anyag vegyület
2HgO = 2Hg + O2
kémiai egyszerű
anyag vegyülete
A legkisebb kémiai részecskék, amelyek bármely anyag kémiai bomlásának határát jelentik, atomok. Egy egyszerű anyag (ha nem egyatomos, mint például a hélium He) egyfajta atomokra, egy összetett anyag atomokra bomlik. különböző típusok. Az atomok kémiailag oszthatatlanok.
A különböző típusú atomok tömege körülbelül 10 -24 - 10 -22 g, az atomok mérete (átmérője) 1 * 10 -10 - 5 * 10 -10 m. Ezért az atomokat a legkisebb kémiai részecskéknek tekintik.
A kémiai elem egy bizonyos típusú atom, amely bizonyos pozitív nukleáris töltéssel rendelkezik. Az összes kémiai elem szerepel D. I. Mengyelejev elemi periódusos rendszerében. Minden elemnek saját sorszáma van a periódusos rendszerben. Egy elem rendszámának értéke és egyazon elem atomjának atommagjának töltésének értéke megegyezik. Ez azt jelenti, hogy a kémiai elem azonos rendszámú atomok halmaza.
A kémiai elemek periódusos rendszerében jelenleg 109 elem található 1-től 109-ig terjedő sorszámmal, ebből 88-at találtak a természetben, olyan elemeket, mint a technécium Tc, a prométhium Pm, az asztatin At és a francium Fr 43-as sorszámmal, A 61, 85, 87 és az U urán utáni összes elemet (92-es sorozatszám) először nyerték mesterségesen.
A kémiai elemek közül a földhéjban a leggyakoribb az oxigén és a szilícium. Ezek az elemek az alumínium, a vas, a kalcium, a nátrium, a kálium, a magnézium, a hidrogén és a titán elemekkel együtt a földhéj tömegének több mint 99%-át teszik ki (a litoszférát a föld héjának tekintjük – szilárd). földkéreg, 17 km-ig terjedő mélységig, a hidroszféra - a tengerek és óceánok vize és a légkör - a léghéj, amely akár 15 km magasságig terjed).
A legalább két elem atomjaiból álló kémiai vegyületek legkisebb alkotórészei molekulák - elektromosan semleges atomcsoportok vagy ionok - elektromosan töltött atomok vagy atomcsoportok. A legtöbb összetett kémiai anyag nem molekulákból, hanem ionokból áll. Például minden só ionos vegyület.
Példa. A nátrium-klorid NaCl Na + és Cl - ionokból áll.
A kémiai vegyületek kémiai kötéseken keresztül jönnek létre. A kémiai kötéseknek három fő típusa van: kovalens, ionos és fémes.
A kovalens kötés olyan elektronpárok képződésével jön létre, amelyek mindkét atomhoz egyformán tartoznak. Az ionos kötés az ionok közötti elektrosztatikus vonzás, amely egy elektronpárnak az egyik atom felé történő teljes elmozdulásával jön létre. A fémes kötés a fémkristályokban lévő pozitív ionok közötti kötés, amely a kristályban szabadon mozgó elektronok vonzása miatt jön létre.
A kémiai kötés olyan kölcsönhatás, amely az egyes atomokat molekulákká, ionokká, kristályokká köti, pl. az anyag szerveződésének szerkezeti szintjei, amelyeket a kémiai tudomány vizsgál.
A kémiai kötés természetét a modern fogalmak szerint az elektronok és az atommagok által létrehozott elektromos mezők kölcsönhatása magyarázza, amelyek részt vesznek a kémiai vegyület képződésében.
Minden kémiai elemnek megvan a maga szimbóluma. A kémiai elem szimbólumok az elemek nemzetközi jelölései. Az elemek periódusos rendszerébe helyezte őket D.I. Mengyelejev. A kémiai elemek modern szimbólumait Berzelius svéd kémikus vezette be 1813-ban.
Minden anyagot egyedi kémiai képlete jelöl meg.
A kémiai képlet egy anyag minőségi és mennyiségi összetételének képe, amely kémiai elemek szimbólumait, valamint numerikus, alfabetikus és egyéb szimbólumokat használja. Például a H 2 O képlet azt mutatja, hogy a víz a hidrogén H és az oxigén O elemeket tartalmazza 2:1 atomarányban.
Bármely kémiai reakciót kémiai reakcióegyenlet formájában írnak le, például
2Na + Cl 2 = 2NaCl
A kémiai reakció egyenletében az együtthatók kiválasztása azon alapul, hogy az egyes elemek atomjainak összege nem változik a kémiai reakció során.
Legfontosabb jellemzője kémiai reakciók annak a ténynek köszönhető, hogy előfordulásukat energiaváltozások kísérik. A modern társadalomban megtermelt energia nagy része kémiai reakciókból származik, főként szén, kőolajtermékek és földgáz elégetéséből.
Egy kémiai folyamat lefolyásának optimális lebonyolításához ismerni kell azokat az általános törvényszerűségeket, amelyek meghatározzák az anyagok kémiai kölcsönhatása során az energia átalakulását. A jelenségek közötti kölcsönös összefüggések megállapítására és a kísérleti anyagok általánosítására a kémia gyakorlatában a termodinamikai módszer széles körben elterjedt. Mielőtt rátérnénk a kémiai termodinamika alapjainak bemutatására, megpróbáljuk meghatározni a termodinamikai módszer kezdeti fogalmait és alkalmazási tárgyát - a termodinamikai rendszert.
A rendszer alatt egy testet vagy testek csoportját értjük, amelyektől mentálisan elszigetelődnek környezet. Képzeljük el, hogy meg kell határoznunk a folyékony benzol égéshőjét. A kísérletet kalorimetrikus bombában hajtják végre, amely rendszernek tekinthető.
A vizsgált jelenségtől függően a rendszer lehet összetett és különböző méretű, de mindig nagyszámú részecskéből kell állnia, pl. legyen makroszkopikus. Csak makroszkopikus rendszerek esetén lehet olyan fogalmakat használni, mint a hőmérséklet, nyomás, hő és néhány más. A különféle rendszerek környezettel való kölcsönhatásának jellege alapján nyílt, zárt és elszigetelt rendszerekre oszthatók.
A nyílt rendszer olyan rendszer, amely energiát és anyagot cserélhet környezetével. Például egy pohár cukor vizes oldatával nyitott rendszernek tekinthető. A víznek az oldatból a környezetbe történő fokozatos elpárolgása és a hőcsere következtében a rendszer tömege és energiája egyaránt megváltozik.
A zárt rendszer olyan rendszer, amelyben nincs anyagcsere a környezettel, de energiacsere lehetséges vele. Ilyen rendszer például a dugóval lezárt pohárba helyezett cukoroldat. Ha az üveget dugóval lezárják, az oldatban a folyamat állandó térfogaton megy végbe. Ha a T 1 oldat hőmérséklete eltér a környezet T 2 hőmérsékletétől, akkor ha T 1 nagyobb, mint T 2, az oldatból származó energia egy része átkerül a környezetbe, és fordítva, ha T 1 kisebb, mint T 2, a rendszer energiája megnő, mivel az energia egy része a környezetből az oldatba kerül. A rendszer tömege nem változik.
Izolált rendszer az, amelynek térfogata állandó marad, és amely nem cserél energiát és anyagot a környezettel. Ez a fajta rendszer egy zárt edénybe helyezett vizes cukoroldatot tartalmazna, amelynek falai ideális hőszigetelő anyagból készülnek. Az „elszigetelt rendszer” fogalma ideális (absztrakt) fogalom, mivel a gyakorlatban nincs olyan anyag, amely egyáltalán ne vezetné a hőt.
A rendszer lehet homogén (homogén) vagy heterogén (heterogén).
Egy rendszert homogénnek nevezünk, ha egy fázisból áll. Egy heterogén rendszer szükségszerűen több fázist tartalmaz.
A rendszer összes kémiai és fizikai tulajdonságának halmazát a rendszer állapotának nevezzük. Ezeket a tulajdonságokat általában figyelembe veszik. amely egyedileg kifejezhető hőmérsékleti függvényekkel. nyomás és az anyagok koncentrációja a rendszerben. Az ilyen tulajdonságokat termodinamikainak nevezzük (hőkapacitás, belső energia, entalpia stb.), ezek a rendszer általános (fizikai és kémiai) tulajdonságainak részét képezik. Mert teljes leírás A rendszer állapotának függvényében elegendő ismerni a legkönnyebben kísérletileg meghatározható termodinamikai tulajdonságokat (P nyomás, V térfogat, T hőmérséklet és komponensek koncentrációja (C 1)). A rendszerállapot-paraméterek az állapotegyenletnek nevezett kapcsolat révén kapcsolódnak egymáshoz. Ha a rendszer egy anyagból áll és paraméterként nyomást, térfogatot és hőmérsékletet választunk, akkor az állapotegyenlet Általános nézetígy írható:
N ideális gázmodell esetén az állapotegyenlet a Mengyelejev-Clapeyron egyenlet:
Alapfogalmak alkalmazásával vegyük figyelembe a kémiai folyamatok energiáját.
2. témakör. A kémia szerepe a társadalom fejlődésében
2.1. A modern tudás rendszere a kémia területén
A kémia alapfogalmai és törvényei. Az anyag kémiában vizsgált szerveződési szintjei: atom, kémiai elem, ion, molekula, kémiai anyag. Periodikus törvény és jelentősége a számára modern tudomány
Minden kémiai elem rendezetten van elrendezve a periódusos rendszerben. 1869-ben D. Mengyelejev fedezte fel először, hogy az elemek bizonyos tulajdonságai periodikusan ismétlődnek, nevezetesen a periódusos rendszer azonos oszlopában (csoportjában) lévő elemek hasonló tulajdonságokkal rendelkeznek. A táblázatban ugyanannak a csoportnak a tagjai ugyanannyi elektront tartalmaznak az atomjaik külső héjában, és azonos típusú kötéseket alkotnak, általában azonos vegyértékkel. A töltött külső elektronhéjjal rendelkező inert gázok egyáltalán nem alkotnak kötéseket. Így a periódusos rendszer a kémiai kötések és a kémiai viselkedés mély megértését tükrözi. Ezenkívül lehetővé tette új elemek létezésének előrejelzését, amelyek közül sokat később fedeztek fel vagy szintetizáltak.
Vegyi anyagok a természetben: egyszerű és összetett, szerves és szervetlen. Olaj és földgáz, mint szerves anyagok forrása
Az olaj és a földgáz a legfontosabb elsődleges fosszilis tüzelőanyagok. Az első olajkitermelési kutat a 19. század közepén fúrták. Az autó feltalálásával ezt a szénhidrogén üzemanyagot benzinforrásként kezdték használni. Azóta az olajat és termékeit fűtőanyagként használják földre, levegőre és tengeri szállítás, hőerőművekhez és kőolajtermékek és kenőanyagok forrásaként. Az olajat fúrt kutakból nyerik ki, csővezetékeken vagy tartályhajókon szállítják a finomítókba, ahol üzemanyagokká és petrolkémiai anyagokká alakítják. Elsősorban ben termelt olaj és földgáz Szaud-Arábia, az Egyesült Államokban és Oroszországban, ma a globális energiafogyasztás mintegy 60%-át teszik ki. Az olajfogyasztás jelenlegi üteme mellett ismert készletei a 21. század közepére kimerülnek.
A kőolajjal általában megtalálható a földgáz, egy olyan szénhidrogén, amely elsősorban metánból és etánból áll. A földgázt kutakból nyerik ki, majd vagy földgáz halmazállapotban szállítják csővezetékeken, vagy tartályhajókban történő hűtéssel cseppfolyósítás után. A cseppfolyósított gáz a gáznemű termék térfogatának körülbelül 1/600-át foglalja el. A földgáz energiaforrásként való felhasználása folyamatosan növekszik.
Osztályozása és alapvető kémiai tulajdonságai szerves és szervetlen vegyületek
A szerves vegyületek szénhidrogének. A szénatomok egymással és a legtöbb elem atomjával kémiai kötést kialakító képessége miatt a szerves vegyületek száma igen nagy, meghaladja a 4 milliót, jellemző rájuk, hogy képesek bonyolult és változatos átalakulásokon átmenni – írja a tanulmány. amelynek a szerves kémia tárgya. A természetes szerves vegyületek, így a nukleinsavak, fehérjék, lipidek, hormonok, vitaminok nagy szerepet játszanak a növényi és élő szervezetek felépítésében és működésében.
A szerves vegyületek tulajdonságai a szénláncban lévő CH 2 csoportok számától függenek (például metán CH 4, etán C 2 H 6, propán C 3 H 8 stb.).
Szervetlen vegyületek fémötvözetek, ásványok, sók, savak, lúgok. A szervetlen vegyületek szintéziséhez fizikai befolyásolási módszereket alkalmaznak - ultramagas hőmérséklet és nyomás, ultrahang, rezgések, erős fénysugárzás, mágneses mezők, lökéshullámok és centrifugális erők. Gyakran alkalmazzák az alacsony és ultraalacsony hőmérsékletet, az ultramély vákuumot és a folyamatok súlytalan körülmények közötti tanulmányozását.
Vizes és nem vizes oldatok.
A víz számos anyag kiváló oldószere. Ez annak köszönhető, hogy molekulái képesek kémiai kötéseket kialakítani más molekulákkal. A nem vizes oldószereket, például az acetonitrilt vagy az ecetsavat is széles körben alkalmazzák.
Folyékony oldatokban sok kémiai reakció játszódik le, pl. technikai és létfontosságú. Az oldószer olyan komponens, amelynek koncentrációja magasabb, mint egy másik komponens koncentrációja. Az oldószer megőrzi állapotát, amikor oldatok keletkeznek. Az oldat forráspontja magasabb, mint az oldószer forráspontja, és az oldat fagyáspontja alacsonyabb, mint a tiszta oldószeré.
Telítettnek nevezzük azt az oldatot, amelyben egy anyag feloldódása és kialakulása (kicsapódás, kristályosodás) között egyensúly áll be, az ilyen oldat koncentrációját pedig oldhatóságnak nevezzük. Az oldhatóságot az oldószer jellege befolyásolja. Szerves vegyületek esetében az anyag jobban oldódik a hozzá kémiailag hasonló oldószerekben, például szénhidrogénekben lévő szénhidrogénekben.
A víz szerkezete és egyedi tulajdonságai
A víz a legegyszerűbb kémiai vegyület és a leggyakoribb anyag a Földön. Életünk minden pillanatát végigkíséri. De vajon tudjuk-e, milyen titkot őriz ez a csodálatos elem, honnan származik, ki adta bolygónknak és miért?
A víz több, mint egy fizikai anyag, maga az élet gondolata kapcsolódik a vízhez. A víznél nincs lágyabb és hajlékonyabb, de megélesíti a köveket és vágja a legkeményebb sziklákat is. A víznek vannak fizikai tulajdonságai, de egyetlen tudós sem tudja megmagyarázni, hogy a víz sűrűsége miért nő fagypont alatt és miért csökken pozitív hőmérsékleten. Bármely anyag összehúzódik lehűléskor, de a víz éppen ellenkezőleg, kitágul. A pórusokban és kapillárisokban lévő víz hatalmas nyomást tud létrehozni. Gabonában például a csírázás pillanatában elérheti a 400 atmoszférát. Ezért a hajtás könnyen áttöri az aszfaltot.
A tudomány mindeddig nem tudja, miért létezhet három halmazállapotban a víz, miért a víznek a legnagyobb a felületi feszültsége, miért a víz a legerősebb oldószer a Földön, és hogyan emelkedhet fel a víz hatalmas fák törzsén, legyőzve több tíz fák nyomását. atmoszférák. Számos, különböző országokban végzett kísérlet vezetett annak felfedezéséhez, hogy a víznek van memóriája; érzékeli és rögzíti a környező térben fellépő bármilyen hatást. Az információk bevésésével a víz új tulajdonságokra tesz szert, míg kémiai összetétel(H 2 O) változatlan marad. Kiderült, hogy a víz szerkezete, i.e. A molekulák szervezettsége sokkal fontosabb, mint a kémiai összetétel.
A vízre gyakorolt hatás legerősebb pillanata az emberi érzelmek (pozitív vagy negatív). Számos tanulmány feltárta, hogy a szeretet, a gyengédség és a gondoskodás hullámai szigorú, gyönyörű kombinációkká (virágok) egyesítették a molekulákat, és fordítva, a félelem, az agresszió és a gyűlölet rongyos, formátlan kapcsolatokat hozott létre. Ugyanezek a világosan irányított változások következnek be a víz szerkezetében, amikor először Bach, Mozart, Beethoven zenéjére, majd a nehéz rockra és a homályos lelkek által keltett hasonló hangokra kerül.
A szerelem növeli és strukturálja a víz energiáját, míg az agresszió élesen csökkenti. Ez az oka annak, hogy a strukturált víz a legnagyobb haszon a Földön élő összes élet számára. A természetben a folyók és patakok simán ívelt mederben folynak, miközben a hazai víz számos derékszöget leküzdve elveszti energiája nagy részét. Minden ember testének vízszerkezete azonos azzal a vízszerkezettel, ahol született.
Minden világvallásban (kereszténység, iszlám, judaizmus) szokás evés előtt imát olvasni, vagy vallási ünnepeken ételt megáldani. Kiderült, hogy bármilyen nyelvű imádság rezgési frekvenciája 8 hertz, ami megfelel a Föld mágneses mezejének rezgési frekvenciájának. Ezért a tanács - ne üljön rossz gondolatokkal az asztalhoz, és ne egyen rossz állapotú ételt (ebben az esetben mérgezővé válik), a tisztításhoz pedig jobb vizet inni. Aki negatív gondolatokat küld, az beszennyezi saját vizét, amely a szervezet 75-90%-át teszi ki, és negatívan tölti fel. Nem ezért követik el a legtöbb súlyos bűncselekményt azokon a területeken, ahol a legvalószínűbb, hogy az emberek trágár beszédet használnak?
Japánban kísérleteket végeztek, és megállapították, hogy a víz reagál a vallásos tartalmú szavakra, és gyönyörű, geometriailag helyes kristályokat képez. Ugyanez a reakció következett, amikor a „szeretet, remény, lélek” szavakat alkalmazták a laboratóriumi vizespohárra. Ez a japán tudósok szerint azt jelenti, hogy a természetünk fogalma minden vallással egybeesik. Az „utállak”, „utálsz tőlem” szavakkal azonban csúnya, szakadt összefüggéseket sikerült elérni.
A vízre leginkább jótékony hatást kiváltó szó megtalálására irányuló számos kísérlet kimutatta, hogy ez nem egy, hanem kettő kombinációja: SzerelemÉs Hála.
Az édesvíz az összes készletének kevesebb mint 1%-át teszi ki. A Földön több mint 1 milliárd ember nem fér hozzá biztonságos ivóvízhez. Ha ez a helyzet változatlan marad, a víz nemzetközi konfliktusok oka lehet. Most az olajért és a gázért harcolnak, de a vízért is. A víz egyre inkább kulcsfontosságú erőforrás státuszt kap, amely kezd megjelenni az országok közötti párbeszédben.
Így két következtetést vonunk le. Először is, a vizet, mint a természet legértékesebb kincsét meg kell védeni, másodszor, mindannyiunknak van egy csepp víze az érintetlen óceánból, és minden cselekedetünkre, gondolatunkra, szavunkra, érzelmünkre a víz emlékszik!
A hidrogén index (pH) a környezet savasságának mértéke
Az egyik fő mutató, amelytől egészségünk függ, a sav-bázis egyensúly vagy a pH-érték. A pH-norma 7,41. Már a sav-bázis egyensúly enyhe csökkenése is a savasodás felé az intracelluláris folyamatok aktivitásának éles visszaesését okozza. A szervezet szervei és rendszerei nagy igénybevétel alatt elkezdenek dolgozni, romlik az egészségi állapot, csökken a teljesítmény. Ellenkező esetben minél több szennyeződés kerül a szervezetbe, annál gyengébb az immunrendszer.
Az állati táplálék oxidálja, a növényi táplálék pedig akár 80%-ban lúgosítja a szervezetet. Minél savasabb a szervezet környezete, annál több patogén mikroflóra, gombák és vírusok aktiválódnak benne. Savas környezetbe helyezve gyorsan fejlődni kezdenek, lúgos környezetbe helyezve pedig elpusztulnak. Következtetés - egyél több zöldséget és gyümölcsöt és kevesebb állati eredetű táplálékot (hús, hal, tojás, tej). Így a pH a sav vagy bázis erősségének mértékeként szolgál. A pH eltérése a normától jelentősen megzavarja a szervezet tevékenységét. A talaj pH-értéke jelentős hatással van a termőképességre, a víz pH-értéke pedig a tározó ökológiájára.
A legnagyobb megengedett koncentráció (MPC) fogalma
Pazarlás ipari termelés szennyezik a földet, a vizet és a levegőt. Maximálisan megengedhető koncentrációnak (MAC) tekintjük az egységnyi térfogatra vagy tömegre jutó maximális mennyiséget, amely napi, korlátlan ideig tartó expozíció mellett nem okoz fájdalmas elváltozásokat a szervezetben és kedvezőtlen örökletes elváltozásokat az utódokban. Minden egyes anyag esetében saját MPC-szint van törvényileg megállapított, és ugyanazon anyag MPC-értéke eltérő a különböző környezeti objektumok esetében. Például az ólom és szerves vegyületei esetében a háztartási, ivóvízi és kulturális tározók vizében az MPC 0,005 mg/l, az ipari helyiségek levegőjében - 0,01 mg/m3, a légkörben pedig - 0,007 mg/ m3 .
Környezeti állapotok kémiai-analitikai monitorozása, diagnosztikája
A levegő a Föld légkörét alkotó gázok keveréke. A legfontosabbak a nitrogén (78%) és az oxigén (21%). A levegő kis mennyiségben tartalmaz argont, neont, héliumot, metánt és egyéb gázokat is. A vízgőz, az ózon és a szén-monoxid változó koncentrációban van jelen. A levegő nyomokban ammóniát és kénhidrogént is tartalmaz. Mindezek a gázok fontosak az emberi élet és egészség megőrzéséhez. A vízgőz fontos csapadékforrás. A szén-monoxid (CO 2) szükséges a fotoszintézishez és az infravörös sugárzáshoz.
A sztratoszférában (a légkör 10-50 km magasságban fekvő rétege, az úgynevezett ózonréteg) az ózon egyfajta képernyő a nap ultraibolya sugárzásától. A talajszinten azonban ez a szmog fő összetevője - az ipari városok légkörében keletkező füst, köd és por aeroszoljai. Minden lakos, különösen a nagyvárosokban, érzi, mennyire szennyezett a levegő az autók vagy az ipari szennyeződések miatt.
Ennek az egészségre gyakorolt negatív hatásnak a csökkentése érdekében: szigorodnak a járművek kipufogógázainak összetételére vonatkozó követelmények (javul az üzemanyag minősége és javul az üzemanyag-égető rendszer); átadják ipari vállalkozások a város határain túl; központilag gyűjtik az ipari és háztartási hulladékot stb.
A fizikusoknak és különösen a vegyészeknek sötétben kell dolgozniuk, nem ismerve a szerkezet belső, érzéketlen részecskéit.
M. V. Lomonoszov
Jelenleg kémiai elem olyan anyag, amelynek minden atomja azonos nukleáris töltéssel rendelkezik
noha tömegükben különböznek, aminek következtében az elemek atomtömegét nem egész számokban fejezzük ki.
Molekula még mindig az anyag legkisebb részecskéjének nevezik, amely meghatározza annak tulajdonságait és önállóan is létezhet. A molekulák azonban ma már számos más kvantummechanikai rendszert is tartalmaznak (ionos, atomi egykristályok, polimerek és más makromolekulák). Ez utóbbi különösen fontos a szerkezet egyértelmű megértéséhez a rendszerszemléletű megközelítés szempontjából, ahol alább szerkezet A rendszer elemei között rendezett kapcsolat és kölcsönhatás következik be, aminek köszönhetően új integrált tulajdonságai keletkeznek. Egy kémiai rendszerben, például egy molekulában, az alkotó atomok kölcsönhatásának sajátos természete határozza meg a molekula tulajdonságait.
A kémia a molekulák kölcsönhatások és külső tényezők (hő, fény, elektromos áram, mágneses tér) hatásának kitett átalakulási folyamatait vizsgálja, amelyek során új kémiai kötések jönnek létre. Alatt kémiai kötés Az atomok közötti kölcsönhatás eredményeként értendő, amely az atomok bizonyos konfigurációjának létrejöttében fejeződik ki, megkülönböztetve az egyik típusú molekulát a másiktól. A kémiai kötések az atomok elektronikus héjának kölcsönhatását idézik elő. Ha az atomi konfigurációk illeszkednek egymáshoz, egyetlen lekerekített szerkezet alakul ki, valamivel nagyobb, mint az egyes atomok korábban. Ez telített molekulát eredményez, és szinte lehetetlen újabb atomot hozzáadni hozzá, vagyis a kémiai kötések telítettek. A vegyérték fogalmának bevezetésével elkezdte magyarázni a molekulák szerkezetét és kémiai tulajdonságait. A kémiai kötések négy leggyakoribb típusa az ionos, kovalens, fémes és hidrogénkötés. A kölcsönhatásban lévő atomokban közös elektronpárok képződésével létrejövő kémiai kötést kovalens kötésnek nevezzük. Az ionok elektrosztatikus kölcsönhatásán alapuló kémiai kötést ún ión. A kristályban lévő összes atom vegyértékelektronjainak megosztásán alapuló kémiai kötést nevezzük
fém. A poláris molekulák kölcsönhatása következtében létrejött kémiai kötést, amelyek közül az egyik a hidrogén, ún hidrogén. A kémiai kötéseket az energiaátalakítás szempontjából tekinthetjük: ha egy molekula létrejöttekor energiája kisebb, mint az azt alkotó, izolált atomok energiáinak összege, akkor létezhet, azaz a kötése stabil.
Minden anyagot bizonyos fizikai és kémiai tulajdonságok jellemeznek. Amikor egy egyszerű anyag kémiai reakcióba lép, és új anyagot képez, elveszíti tulajdonságainak nagy részét. Például a vas, ha kénnel keveredik, elveszíti fémes fényét, alakíthatóságát, mágneses tulajdonságait stb. Következésképpen a vas-szulfid nem tartalmaz vasat, ahogyan azt egyszerű anyag formájában ismerjük. De mivel a vas-szulfidból (FeS) kémiai reakciókkal ismét elő lehet állítani a fémvasat, azt mondják, hogy a vas-szulfid összetétele magában foglalja a vas elemet, vagyis azt az anyagot, amelyből a fémvas áll. Ugyanígy a víz részét képező hidrogént (H) és oxigént (O) a víz nem gáznemű hidrogén és oxigén formájában tartalmazza jellegzetes tulajdonságaikkal, hanem elemek - hidrogén és oxigén - formájában. Ha az elemek „szabad állapotban” vannak, azaz kémiailag nincsenek kapcsolatban semmilyen más elemmel, akkor egyszerű anyagokat alkotnak.
Sokáig nem tettek különbséget elem és egyszerű anyag között. Az „elem” fogalmát tudományos kifejezésként először R. Boyle használta 1661-ben. Boyle kora óta elemnek minden olyan egyszerű anyagot tekintenek, amely összetett anyagok lebontása eredményeként nyerhető, de nem. képes tovább bomlani még egyszerűbb anyagokra.
A fémoxidáció flogiszton elméletét M. V. Lomonoszov számos kísérlete is megcáfolta. Ezen elmélet szerint a fémoxidáció folyamatát bomlási reakciónak tekintették: a fémet összetett anyagnak tekintették, a vízkő pedig egyszerű volt, azaz vas - vízkő + flogiszton.
M. V. Lomonoszov lezárt retortákban végzett kísérletek során azt találta, hogy a kalcinált vasat tartalmazó edény tömege nem változik, ha felnyitás nélkül mérjük. A. Lavoisier francia tudós azt is kimutatta, hogy az égés egy anyag reakciója a levegő oxigénjével. Lavoisier talpra hozta mindazt a kémiát, ami a maga phlogisztikus formájában a fején állt.
Korai XIX V. új mennyiségi minták felfedezése jellemezte. Az atomi-molekuláris elmélet fejlődése lehetővé tette Daltonnak, hogy felállítsa az atomhipotézist, és bevezesse a kémiába az elemek relatív atomtömegének fogalmát, és meghatározza egyes elemek atomtömegét. Dalton szerint egy elem egy bizonyos atomtömeggel jellemezhető atomtípusként határozható meg, az egyszerű anyagok pedig bizonyos típusú atomokból állnak, ezért az egyszerű anyagok elemek. A zavart később tisztázták, amikor kiderült, hogy sok egyszerű anyag molekulákból, nem pedig atomokból képződik. Mengyelejev e tekintetben először mutatott rá arra, hogy világosan meg kell különböztetni két fogalmat: egy elemet és egy egyszerű szubsztanciát, vagy egy egyszerű testet. Ha egy egyszerű anyag (test) megfelel a részecske fogalmának, akkor egy elem az atom fogalmának. A szén egy elem, a szén, a grafit és a gyémánt pedig egyszerű testek.
A kémiai elemek fogalmát használva azt mondhatjuk, hogy a kémia legfontosabb feladata az elemek tulajdonságainak vizsgálata, viselkedésük és egymáshoz való viszonyuk általános mintázatainak felkutatásában. A 19. század közepére. Már 63 elem volt, és ezek fizikai és kémiai tulajdonságairól meglehetősen sok kísérleti anyag halmozódott fel, és általános csoporttulajdonságokat állapítottak meg. Információk gyűltek össze olyan jellemzőkkel kapcsolatban is, mint az elemek atomtömege és vegyértékük, azaz a vegyületek különféle formáinak kialakításának képessége. Mindenekelőtt az alapkérdést kellett megválaszolni: a kémiai elemek különállóak, függetlenek-e, vagy természetes módon kapcsolódnak-e össze egyetlen rendszerré.
A probléma megoldására tett első próbálkozások a 19. század első felére nyúlnak vissza. Döbereiner (1829) triádokba csoportosította az elemeket; Odling (1857) 48 elemet rendezett egyetlen, 13 hasonló elemcsoportból álló táblázatba; Newlands és de Charcountois (1863) 63 elemet osztott szét az atomtömeg növekedésének sorrendjében, és L. Meyer német vegyész adott ki egy elemtáblázatot, amelyben a bór, az alumínium és a hidrogén hiányzott. Legalább ötven besorolási kísérlet történt, amelyek lényegében mindegyik sikertelen volt. Kudarcaik metafizikai gondolkodásmódjukon alapultak. Végül 1869-ben D. I. Mengyelejev javasolta az elemek tulajdonságainak időszakos rendszerezését.
Az elemek rendszerezésének dialektikus-materialista megközelítése D. I. Mengyelejev sikerének fő oka. Az elemek periódusos rendszere nagy hatással volt a kémia későbbi fejlődésére, a további kutatások hatékony eszközévé vált. A periódusos törvény alapján D. I. Mengyelejev 12 új elem létezését jósolta, és ezek közül három esetében (gallium - Ga, germánium - Ge és skandium - Sc) részletesen leírta tulajdonságait. Fél évszázadon belül az uránig szinte minden elemet felfedeztek a természetben. Útmutató a kereséshez és a megállapításhoz kémiai természet elemei a D. I. Mengyelejev által használt periodikus törvény és előrejelzési módszer volt. A periódusos törvény és a periódusos rendszer teljes mértékben megerősítést nyert és további fejlődés az elemek atomjainak szerkezetének megállapításakor. Mára a kémia tényleges adatai több ezerszeresére nőttek. 8 millió állandó összetételű egyedi kémiai vegyületről és több milliárd változó összetételű vegyületről van információ.
A periódusos törvény modern megfogalmazása a következő: az elem összes tulajdonsága és a periódusos rendszerben elfoglalt helyzete az atommag pozitív töltésének nagyságától függ. Az atomszerkezet elmélete megmagyarázza az elemek tulajdonságainak periodikus változását az egyik periódusból a másikba való átmenet során: a Z növekedésével az atomok elektronhéjának szerkezete megismétlődik.
Ez különösen igaz azokra a külső energiaszintekre, amelyeken a vegyértékelektronok találhatók. Egy perióduson belül, az atommag töltésének növekedésével, a külső rétegek fokozatosan feltöltődnek, és a nemesgázok atomjaiban érik el teljesedésüket. Ez a sorozat minden periódusban megismétlődik, ami a periódus elején a fémekről a nemfémekre és a nemesgázokra való átmenetet eredményezi a periódus végén. Az atomszerkezet elméletének tükrében a periodikus törvény modern megfogalmazást kapott: az egyszerű anyagok tulajdonságai, valamint az elemek vegyületeinek formái és tulajdonságai periodikusan függenek az atommag töltésének nagyságától.
Egy elem atomtömege az elemet alkotó izotópok tömegének számtani átlaga. Izotópoknak nevezzük azokat az atomokat, amelyek azonos nukleáris töltéssel (és ezért azonos kémiai tulajdonságokkal), de eltérő számú neutronnal rendelkeznek. Például a klór két izotópból áll, amelyek tömegszáma 75,53% a 35 Cl izotópból és 24,47% a 37 Cl izotópból, így a klór átlagos atomtömege 35,453. Az izotópok felfedezéséhez szükség volt a „kémiai elem” fogalmának felülvizsgálatára. A kémiai elem egyfajta atom, amelyet az atommag bizonyos mennyiségű pozitív töltése jellemez. Létezés kémiai elem több egyszerű anyag formájában allotrópiának nevezzük. A grafit, a gyémánt, a szén a szén elem allotróp módosulatai.
A kémia kvantitatív kutatási módszereinek fejlődésével kísérleti tények halmozódtak fel, amelyek általánosítása az úgynevezett sztöchiometrikus törvények - az összetétel állandóságának, az ekvivalensek törvényének és a többszörös arányok törvényének - felfedezéséhez vezetett. Ezek a törvények járultak hozzá az atom-molekuláris elmélet végső jóváhagyásához a kémiában. A kémiai tudomány alapja az atom-molekuláris tudomány, az anyag megmaradásának törvénye, D. I. Mengyelejev periodikus törvénye és a kémiai szerkezet elmélete.
Az atomi-molekuláris tanítás főbb rendelkezései a következők:
1. Az anyagok molekulákból állnak; A különböző anyagok molekulái kémiai összetételükben, méretükben, fizikai és kémiai tulajdonságaikban különböznek egymástól.
2. A molekulák folyamatos mozgásban vannak; kölcsönös vonzalom és taszítás van köztük. A molekulák mozgási sebessége az anyagok aggregációs állapotától függ.
3. Mikor fizikai jelenségek a molekulák összetétele változatlan marad, míg a kémiaiaknál minőségi és mennyiségi változásokon mennek keresztül, egyes molekulákból pedig mások keletkeznek.
4. A molekulák atomokból épülnek fel. Az atomokat bizonyos méretek és tömegek jellemzik. Ugyanazon elem atomjainak tulajdonságai megegyeznek és különböznek más elemek atomjainak tulajdonságaitól.
Az atom tömegét atomi tömegegységben (amu) kifejezve relatív atomtömegnek nevezzük. 1 amu = = 1,667 10 -27 kg.
Az elemek különböző mennyiségi arányban kombinálva kémiai vegyületeket - összetett anyagokat - képeznek. Mi az a kémiai vegyület? Változó vagy állandó összetételű az összetett anyag?
A híres francia kémikus, J. Proust C. Berthollet-val ellentétben úgy vélte, hogy minden vegytiszta vegyület, függetlenül az előállítás módjától, teljesen határozott összetételű. Ezen a törvényen szerepel, ún az összetétel állandóságának törvénye, J. Proust elmagyarázta a kémiai vegyületek és keverékek közötti különbséget. Például a CO 2 (szén-dioxid) többféle módon is előállítható:
de a tiszta CO 2 mindig 27,29 tömeg% C-t és 72,71 tömeg% O 2 -t tartalmaz.
Számos elem egymással kombinálva különböző anyagokat képezhet, amelyek mindegyike jellemző
bizonyos arány ezeknek az elemeknek a tömegei között. Így a szén és az oxigén szén-monoxidot - CO és CO 2 - szén-dioxidot képez. Az ilyen vegyületek tanulmányozása során D. Dalton angol tudós megállapította több arány törvénye: ha két elem egymással több vegyületet alkot, akkor ezekben a vegyületekben az egyik elemnek a másik tömegére eső tömegei kis számként viszonyulnak egymáshoz.
Dalton ragaszkodott az anyag szerkezetének atomi elméletéhez; A gázok tulajdonságainak tanulmányozása során felfedezte a gázok parciális nyomásának törvényét. A törvény egyenesen arról tanúskodott, hogy az elemek csak bizonyos részekben szerepelnek a vegyületekben, ami az anyag nem folytonos szerkezetére utal. Az atom-molekuláris elmélet fejlesztése során Dalton bevezette az atomok és az elemek relatív atomtömegének fogalmát, amely közel áll a modernhez. De ellentétben a tömegmegmaradás törvényével, amelynek érvényességét a létrehozása után tett felfedezések teljes mértékben megerősítették, az összetétel állandóságának és a többszörös arányoknak a törvényei nem olyan univerzálisak. Az izotópok felfedezése kapcsán világossá vált, hogy az adott anyagot alkotó elemek tömegeinek aránya csak akkor állandó, ha ezen elemek izotópösszetétele állandó. Például a nehézvíz 20% (tömeg) hidrogént tartalmaz, a közönséges víz pedig csak 11%.
A 20. század elején. (több mint 100 évvel később) N. S. Kurnakov orosz tudós a fémötvözetek tanulmányozása során olyan változó összetételű vegyületeket fedezett fel, amelyekben egy adott elem tömegegységére vonatkoztatva egy másik elem eltérő tömege lehet. Sok változó összetételű vegyületnek vannak határai, amelyeken belül összetételük változhat, és a TiO 2 képlet pontosabban fejezi ki összetételét TiO-ként. 1. 9_2.0. Természetesen az ilyen képletek nem jelzik a molekula összetételét (az anyagok atomi szerkezetűek), hanem csak az anyag összetételének határait tükrözik. A periódusos rendszer egy példa a kémiai elemek rendezett, véges, megszámlálható halmazára. Lehetséges-e hasonló módon elrendezni kémiai vegyületek sokaságát, amelyek száma bár nagy, de nem korlátlan? És aztán
Kiderült, hogy az azonos rendszámú, molekulatömegű és sűrűségű anyagok fizikai-kémiai tulajdonságai rendkívül hasonlóak. Elég, ha ismerjük egy anyag kémiai összetételét és sűrűségét, hogy megjósoljuk minden egyéb tulajdonságát. N. S. Kurnakov javasolta, hogy a vegyületeket bertholloidoknak nevezzék C. Berthollet tiszteletére, aki először jósolta meg a változó összetételű anyagok létezését.
Így a vegyületeknek egy széles osztálya létezik, amelyek nem engedelmeskednek a sztöchiometrikus vegyületeknek vagy törvényeknek, azaz a törvények megsértése egy anyag egy nagyon specifikus aggregációs állapotához kapcsolódik.
A modern fizika szempontjából elvileg nincs egyértelmű határ az állandó és változó összetételű vegyületek között. Egy vegyület egy kémiai elem - egy egyszerű anyag - atomjaiból is előállítható. Különböző természetű atomokból összetett anyag képződik, vagyis az összetett anyagok molekulájának összetétele különféle elemeket tartalmaz. A vizet hidrogén- és oxigénatomok alkotják, és az oxigén anyag csak egy elem - oxigén - molekuláiból képződik. De az oxigén egyik eleme az oxigén és az ózon egyszerű anyagok két allotróp módosulatát képezi, amelyek szerkezetükben, szerkezetükben, fizikai és kémiai tulajdonságaikban különböznek egymástól.
