Kimia adalah ilmu tentang zat, sifat, struktur, dan transformasi timbal baliknya.
Secara historis, kimia muncul untuk mendapatkan seseorang zat yang diperlukan untuk hidupnya. Untuk mengatasi masalah ini, perlu dipelajari cara menghasilkan zat lain dari beberapa zat, mis. untuk melakukan transformasi kualitatif. Dan karena kualitas adalah seperangkat sifat zat, perlu untuk mengetahui apa yang bergantung pada sifat-sifat ini. Ini adalah alasan munculnya kimia teoretis.
Pokok bahasan kimia adalah unsur-unsur kimia dan senyawa-senyawanya, serta hukum-hukum yang mengatur berbagai reaksi kimia.
Reaksi kimia adalah proses pembentukan zat yang lebih kompleks dari yang sederhana, transisi beberapa zat kompleks ke yang lain, dan penguraian zat kompleks menjadi zat yang lebih sederhana dalam komposisi.
Kimia modern berkaitan dengan memperoleh zat dengan sifat yang diinginkan dan mengidentifikasi cara-cara untuk mengontrol sifat-sifat suatu zat. Ini adalah masalah utama kimia dan tulang punggungnya sebagai ilmu.
Berdasarkan objek yang dipelajari (zat), kimia biasanya dibagi menjadi anorganik dan organik. Penjelasan esensi fenomena kimia Kimia fisik, termasuk kimia kuantum, elektrokimia, termodinamika kimia, dan kinetika kimia, terlibat dalam menetapkan hukum umum mereka berdasarkan prinsip fisika dan data eksperimen. Kimia analitik dan koloid juga merupakan bagian independen.
Kombinasi kimia dengan ilmu alam lucu lainnya adalah biokimia, geokimia, fotokimia, dll.
Kami menekankan bahwa materi ada dalam dua bentuk fisik - materi dan medan.
Zat adalah berbagai jenis materi bergerak, yang massa sisanya tidak sama dengan nol. Semua zat adalah sel. Proses yang terjadi dalam suatu zat kimia atau dalam campuran berbagai zat adalah reaksi kimia.
Reaksi kimia selalu menghasilkan zat baru. Misalnya, ketika magnesium (logam putih-perak) dipanaskan dalam molekul oksigen (gas tidak berwarna), magnesium oksida (bubuk putih) terbentuk:
Reaksi kimia selalu disertai dengan efek fisika: penyerapan dan pelepasan energi, misalnya dalam bentuk perpindahan panas, perubahan keadaan agregasi reagen, perubahan warna campuran reaksi, dll. efek fisik ini yang sering digunakan untuk menilai jalannya reaksi kimia.
Dalam proses kimia (reaksi kimia), diperoleh zat baru dengan sifat yang berbeda dari pereaksi, tetapi atom unsur baru tidak pernah terbentuk.
Kondisi aliran proses kimia terutama mencakup faktor termodinamika yang mencirikan ketergantungan reaksi pada suhu, tekanan, dan beberapa kondisi lainnya. Untuk tingkat yang lebih besar, sifat dan terutama laju reaksi tergantung pada kondisi kinetik, yang ditentukan oleh adanya katalis dan aditif lain untuk reaksi, serta pengaruh pelarut dan kondisi lainnya.
Dalam kimia, zat sederhana dan kompleks dibedakan. Zat sederhana terdiri dari atom-atom dari satu jenis unsur, yaitu mereka lajang. Zat kompleks terdiri dari atom-atom unsur ukiran, mis. mereka multi-elemen. Zat kompleks atau dikenal sebagai senyawa kimia. Istilah ini berarti bahwa zat dapat diperoleh dengan reaksi kimia yang menggabungkan dari zat sederhana - sintesis kimia atau dipisahkan menjadi unsur-unsur dalam bentuk bebas (zat sederhana) dengan menggunakan reaksi penguraian kimia - analisis kimia.
2Hg + O2 \u003d 2HgO
kimia sederhana
senyawa zat
2HgO \u003d 2Hg + O2
kimia sederhana
senyawa materi
Partikel kimia terkecil, yang merupakan batas dekomposisi kimia suatu zat, adalah atom. Zat sederhana (jika bukan monoatomik, seperti helium He) terurai menjadi atom satu jenis, zat kompleks - menjadi atom jenis yang berbeda. Atom secara kimia tidak dapat dibagi.
Massa atom dari berbagai jenis adalah sekitar 10 -24 - 10 -22 g, ukuran (diameter) atom bervariasi antara 1 * 10 -10 - 5 * 10 -10 m.Oleh karena itu, atom dianggap sebagai partikel kimia terkecil.
Unsur kimia adalah jenis atom dengan muatan inti positif tertentu. Semua unsur kimia tercantum dalam sistem periodik unsur D. I. Mendeleev. Setiap elemen memiliki nomor urut (atom) sendiri dalam sistem periodik. Nilai nomor urut unsur dan nilai muatan inti atom dari unsur yang sama adalah sama. Oleh karena itu, unsur kimia adalah kumpulan atom dengan nomor seri yang sama.
Dalam Tabel Periodik Unsur Kimia, saat ini terdapat 109 unsur dengan nomor urut 1 sampai 109. Dari jumlah tersebut, 88 ditemukan di alam. Unsur-unsur seperti teknesium Tc, promethium Pm, astatine At dan fransium Fr dengan nomor seri 43, 61 , 85, 87 dan semua elemen berikut uranium U (nomor seri 92) diperoleh secara artifisial untuk pertama kalinya.
Dari unsur-unsur kimia, oksigen dan silikon adalah yang paling umum di kulit bumi. Unsur-unsur ini, bersama dengan unsur-unsur aluminium, besi, kalsium, natrium, kalium, magnesium, hidrogen dan titanium, membentuk lebih dari 99% massa kulit bumi (litosfer dianggap sebagai kulit bumi - padat kerak bumi, memanjang hingga kedalaman 17 km, hidrosfer - air laut dan samudera, dan atmosfer - selubung udara yang memanjang hingga ketinggian 15 km).
Senyawa kimia yang terdiri dari atom-atom paling sedikit memiliki dua unsur sebagai penyusun terkecil molekul – gugus atom yang bermuatan listrik netral, atau ion – atom atau gugus atom yang bermuatan listrik. Sebagian besar zat kimia kompleks tidak terdiri dari molekul, tetapi dari ion. Misalnya, semua garam adalah senyawa ionik.
Contoh. Natrium klorida NaCl terdiri dari ion Na + dan Cl -.
Senyawa kimia dibentuk oleh ikatan kimia. Ada tiga jenis utama ikatan kimia: kovalen, ionik, dan logam.
Ikatan kovalen terjadi karena pembentukan pasangan elektron, yang sama-sama dimiliki oleh kedua atom. Ikatan ion adalah gaya tarik elektrostatik antara ion-ion yang dibentuk oleh perpindahan penuh pasangan elektron ke salah satu atom. Ikatan logam adalah ikatan antara ion positif dalam kristal logam, yang terjadi karena gaya tarik elektron yang bergerak bebas melalui kristal.
Ikatan kimia adalah interaksi yang mengikat atom individu menjadi molekul, ion, kristal, mis. tingkat struktural organisasi materi, yang dipelajari oleh ilmu kimia.
Sifat ikatan kimia, menurut konsep modern, dijelaskan oleh interaksi medan listrik yang diciptakan oleh elektron dan inti atom yang berpartisipasi dalam pembentukan senyawa kimia.
Setiap unsur kimia memiliki simbolnya sendiri. Simbol unsur kimia adalah sebutan internasional untuk unsur. Mereka ditempatkan dalam sistem periodik unsur oleh D.I. Mendeleev. Simbol modern unsur kimia diperkenalkan pada tahun 1813 oleh ahli kimia Swedia Berzelius.
Setiap zat ditentukan oleh rumus kimianya sendiri.
Rumus kimia adalah gambar komposisi kualitatif dan kuantitatif suatu zat menggunakan simbol unsur kimia, serta tanda numerik, alfabet, dan lainnya. Misalnya, rumus H 2 O menunjukkan bahwa air mengandung unsur hidrogen H dan oksigen O dengan perbandingan 2:1 atomnya.
Setiap reaksi kimia ditulis sebagai persamaan reaksi kimia, misalnya,
2Na + Cl2 = 2NaCl
Pemilihan koefisien dalam persamaan reaksi kimia didasarkan pada fakta bahwa jumlah atom setiap unsur tidak berubah selama berlangsungnya reaksi kimia.
Fitur yang paling penting reaksi kimia disebabkan oleh fakta bahwa jalannya disertai dengan perubahan energi. Sebagian besar energi yang dihasilkan masyarakat saat ini berasal dari reaksi kimia, terutama dari pembakaran batu bara, produk minyak bumi, dan gas alam.
Untuk melaksanakan proses kimia secara optimal, perlu diketahui hukum-hukum umum yang menentukan transformasi energi selama interaksi kimia zat. Metode termodinamika telah digunakan secara luas dalam praktik kimia untuk membangun hubungan timbal balik antara fenomena dan untuk menggeneralisasi bahan percobaan. Sebelum melanjutkan ke presentasi dasar-dasar termodinamika kimia, kami akan mencoba mendefinisikan konsep awal dan objek penerapan metode termodinamika - sistem termodinamika.
Sebuah sistem dipahami sebagai tubuh atau sekelompok tubuh, mental terisolasi dari lingkungan. Bayangkan Anda ingin menentukan panas pembakaran benzena cair. Eksperimen dilakukan dalam bom kalorimetri, yang dapat dianggap sebagai suatu sistem.
Tergantung pada fenomena yang sedang dipertimbangkan, sistem dapat menjadi kompleks dan dengan ukuran yang berbeda, tetapi harus selalu terdiri dari sejumlah besar partikel, mis. menjadi makroskopik. Hanya untuk sistem makroskopik dimungkinkan untuk beroperasi dengan konsep seperti suhu, tekanan, panas, dan beberapa lainnya. Berdasarkan sifat interaksi berbagai sistem dengan lingkungan, mereka dibagi menjadi sistem terbuka, tertutup dan terisolasi.
Sistem terbuka adalah sistem yang dapat bertukar energi dan materi dengan lingkungannya. Sistem terbuka, misalnya, dapat mencakup gelas dengan larutan gula berair. Sebagai hasil dari penguapan bertahap air dari larutan ke lingkungan dan perpindahan panas, baik massa sistem dan energinya akan berubah.
Sistem tertutup adalah sistem di mana tidak ada pertukaran materi dengan lingkungan, tetapi pertukaran energi dengan lingkungan dimungkinkan. Contoh dari sistem semacam itu adalah larutan gula yang ditempatkan dalam gelas bersumbat. Ketika gelas ditutup, proses dalam larutan akan dilakukan pada volume konstan. Jika suhu larutan T1 berbeda dengan suhu T2 lingkungan, maka ketika T1 lebih besar dari T2, sebagian energi dari larutan akan dipindahkan ke lingkungan, dan sebaliknya, ketika T1 kurang dari T2, energi sistem akan meningkat karena transisi beberapa bagian energi dari lingkungan ke dalam larutan. Massa sistem tidak akan berubah dalam kasus ini.
Sistem terisolasi adalah sistem yang volumenya tetap dan tidak bertukar energi dan materi dengan lingkungan. Jenis sistem ini akan mencakup larutan gula dalam air yang ditempatkan dalam wadah tertutup, yang dindingnya terbuat dari bahan isolasi panas yang ideal. Konsep "sistem terisolasi" adalah konsep (abstrak) yang ideal, karena dalam praktiknya tidak ada bahan yang sama sekali tidak dapat menghantarkan panas.
Sistem tersebut dapat bersifat homogen (homogen) atau heterogen (heterogen).
Suatu sistem disebut homogen jika terdiri dari satu fasa. Sebuah sistem heterogen tentu mengandung beberapa fase.
Totalitas semua sifat kimia dan fisik suatu sistem disebut keadaan sistem. Biasanya mempertimbangkan properti tersebut. yang dapat dinyatakan secara unik dalam hal fungsi suhu. tekanan dan konsentrasi zat dari sistem. Sifat seperti itu disebut termodinamika (kapasitas panas, energi internal, entalpi, dll.), Mereka adalah bagian dari sifat umum (fisik dan kimia) sistem. Untuk deskripsi lengkap keadaan sistem, cukup mengetahui jumlah terkecil dari sifat termodinamika yang paling mudah ditentukan secara eksperimental (tekanan P, volume V, suhu T dan konsentrasi (C 1) komponen). Parameter keadaan sistem saling berhubungan oleh suatu relasi, yang disebut persamaan keadaan. Jika sistem terdiri dari satu zat dan tekanan, volume dan suhu dipilih sebagai parameter, maka persamaan keadaan di pandangan umum dapat ditulis seperti ini:
Untuk n model gas ideal, persamaan keadaannya adalah persamaan Mendeleev-Clapeyron:
Menerapkan konsep dasar, pertimbangkan energi proses kimia.
Topik 2. Peran kimia dalam pembangunan masyarakat
2.1. Sistem pengetahuan modern di bidang kimia
Konsep dasar dan hukum kimia. Tingkat organisasi materi dipelajari dalam kimia: atom, unsur kimia, ion, molekul, zat kimia. Hukum periodik dan artinya bagi ilmu pengetahuan modern
Semua unsur kimia diatur dalam tabel periodik. Pada tahun 1869, D. Mendeleev untuk pertama kalinya menemukan bahwa beberapa sifat unsur berulang secara periodik, yaitu unsur-unsur dalam kolom (golongan) yang sama dari tabel periodik memiliki sifat yang serupa. Anggota dari golongan yang sama dalam tabel memiliki jumlah elektron yang sama pada kulit terluar atomnya dan membentuk ikatan dengan jenis yang sama, biasanya dengan valensi yang sama. Gas inert dengan kulit elektron terluar yang terisi tidak membentuk ikatan sama sekali. Dengan demikian, tabel periodik mencerminkan pemahaman yang mendalam tentang ikatan kimia dan perilaku kimia. Selain itu, memungkinkan untuk memprediksi keberadaan elemen baru, banyak di antaranya kemudian ditemukan atau disintesis.
zat kimia di alam: sederhana dan kompleks, organik dan anorganik. Minyak dan gas alam sebagai sumber bahan organik
Minyak dan gas alam adalah bahan bakar fosil primer yang paling penting. Sumur minyak pertama dibor pada pertengahan abad ke-19. Dengan penemuan mobil, bahan bakar hidrokarbon ini mulai digunakan sebagai sumber bensin. Sejak itu, minyak dan produknya telah digunakan sebagai bahan bakar untuk pembangkit panas, tanah, udara dan transportasi maritim, untuk pembangkit listrik termal dan sebagai sumber produk minyak dan pelumas. Minyak diekstraksi dari sumur bor, diangkut dengan pipa atau kapal tanker ke kilang, di mana ia diubah menjadi bahan bakar dan petrokimia. Minyak dan gas alam yang diproduksi terutama di Arab Saudi, AS dan Rusia, saat ini menyumbang sekitar 60% dari konsumsi energi dunia. Pada tingkat konsumsi minyak saat ini, cadangannya yang diketahui akan habis pada pertengahan abad ke-21.
Umumnya ditemui dengan minyak mentah adalah gas alam, hidrokarbon terutama terdiri dari metana dan etana. Gas alam dihasilkan dari sumur dan kemudian diangkut baik dalam bentuk gas alam melalui pipa atau setelah dicairkan dengan pendinginan di kapal tanker. Gas cair menempati sekitar 1/600 dari volume produk gas. Penggunaan gas alam sebagai sumber energi terus berkembang.
Klasifikasi dan sifat kimia dasar bahan organik dan senyawa anorganik
Senyawa organik adalah hidrokarbon. Karena kemampuan atom karbon untuk membentuk ikatan kimia satu sama lain dan dengan atom sebagian besar unsur, jumlah senyawa organik sangat besar dan melebihi 4 juta.Mereka dicirikan oleh kemampuan transformasi yang kompleks dan beragam, studi tentang yang terlibat dalam kimia organik. Senyawa organik alami, seperti asam nukleat, protein, lipid, hormon, vitamin, memainkan peran utama dalam konstruksi dan kehidupan tanaman dan organisme hidup.
Sifat senyawa organik tergantung pada jumlah gugus CH 2 dalam rantai karbon (misalnya, metana CH 4, etana C 2 H 6, propana C 3 H 8, dll.).
Senyawa anorganik adalah paduan logam, mineral, garam, asam, alkali. Untuk sintesis senyawa anorganik, metode pengaruh fisik digunakan - suhu dan tekanan ultra-tinggi, ultrasound, getaran, radiasi cahaya yang kuat, medan magnet, gelombang kejut, dan gaya sentrifugal. Cukup sering, suhu rendah dan sangat rendah, vakum super dalam, dan studi proses dalam kondisi tanpa bobot digunakan.
Solusi berair dan tidak berair.
Air adalah pelarut yang sangat baik untuk banyak zat. Hal ini disebabkan kemampuan molekulnya untuk membentuk ikatan kimia dengan molekul lain. Pelarut tidak berair seperti asetonitril atau asam asetat juga banyak digunakan.
Banyak reaksi kimia terjadi dalam larutan cair, termasuk. teknis dan vital. Pelarut adalah suatu komponen yang konsentrasinya lebih tinggi dari konsentrasi komponen lain. Pelarut mempertahankan keadaannya selama pembentukan larutan. Titik didih larutan berada di atas titik didih pelarut, dan titik beku larutan berada di bawah titik beku pelarut murni.
Suatu larutan di mana keseimbangan terbentuk antara pelarutan dan pembentukan (pengendapan, kristalisasi) suatu zat disebut jenuh, dan konsentrasi larutan semacam itu disebut kelarutan. Kelarutan dipengaruhi oleh sifat pelarut. Untuk senyawa organik, zat tersebut larut lebih baik dalam pelarut yang secara kimiawi mirip dengannya, seperti hidrokarbon dalam pelarut hidrokarbon.
Struktur dan sifat unik air
Air adalah senyawa kimia paling sederhana dan zat paling umum di Bumi. Itu menyertai setiap saat dalam hidup kita. Tapi tahukah kita rahasia apa yang disimpan oleh elemen menakjubkan itu, dari mana asalnya, siapa dan mengapa memberikannya ke planet kita?
Air lebih dari sekadar zat fisik, gagasan tentang kehidupan terhubung dengan air. Tidak ada yang lebih lembut dan lebih lentur daripada air, tetapi air menajamkan batu dan memotong batu yang paling keras. Air memiliki sifat fisik, tetapi tidak seorang ilmuwan pun dapat menjelaskan mengapa kerapatan air meningkat pada suhu di bawah nol, dan menurun pada suhu positif. Setiap zat berkontraksi ketika didinginkan, sementara air, sebaliknya, mengembang. Berada di pori-pori dan kapiler, air dapat menciptakan tekanan yang luar biasa. Pada biji-bijian, misalnya, pada saat perkecambahan, dapat mencapai 400 atmosfer. Itulah sebabnya kecambah menembus aspal dengan mudah.
Sampai saat ini, ilmu pengetahuan tidak mengetahui mengapa air dapat berada dalam tiga keadaan, mengapa air memiliki tegangan permukaan tertinggi, mengapa air adalah pelarut paling kuat di Bumi, dan bagaimana air dapat naik melalui batang pohon besar, mengatasi tekanan puluhan atmosfer. Berbagai eksperimen yang dilakukan di berbagai negara mengarah pada penemuan bahwa air memiliki ingatan; ia merasakan dan menangkap setiap dampak yang terjadi di ruang sekitarnya. Mencetak informasi, air memperoleh sifat baru, sementara itu komposisi kimia(H2O) tetap sama. Ternyata struktur air, yaitu. bagaimana molekul diatur jauh lebih penting daripada komposisi kimia.
Momen dampak terkuat pada air adalah emosi manusia (positif atau negatif). Sejumlah penelitian telah mengungkapkan bahwa gelombang cinta, kelembutan, perhatian menggabungkan molekul menjadi kombinasi yang ketat dan indah (bunga) dan, sebaliknya, ketakutan, agresi, kebencian menciptakan senyawa yang sobek dan tak berbentuk. Perubahan terarah yang sama terjadi pada struktur air ketika pertama kali disinggung dengan musik Bach, Mozart, Beethoven, dan kemudian hard rock dan suara serupa yang dihasilkan oleh jiwa-jiwa yang samar-samar.
Cinta meningkatkan energi air, menyusunnya, dan agresi dengan tajam menurunkannya. Itulah sebabnya air terstruktur adalah anugerah terbesar bagi semua kehidupan di Bumi. Di Alam, sungai dan aliran sungai mengalir di sepanjang saluran yang melengkung dengan mulus, sementara air domestik, yang melewati banyak sudut siku-siku, kehilangan sebagian besar energinya. Struktur air tubuh setiap orang identik dengan struktur air tempat ia dilahirkan.
Di semua agama dunia (Kristen, Islam, Yudaisme) adalah kebiasaan untuk membaca doa sebelum makan atau menguduskan makanan pada hari raya keagamaan. Ternyata frekuensi osilasi doa apa pun dalam bahasa apa pun adalah 8 hertz, yang sesuai dengan frekuensi osilasi medan magnet bumi. Oleh karena itu sarannya - jangan duduk di meja dengan pikiran buruk dan jangan makan makanan dalam keadaan buruk (dalam hal ini menjadi beracun), tetapi untuk pemurnian lebih baik minum air. Orang yang mengirimkan pikiran negatif, mencemari airnya sendiri, yang terdiri dari 75-90% tubuh, mengisinya secara negatif. Bukankah itu sebabnya sebagian besar kejahatan serius dilakukan di daerah-daerah di mana orang paling sering menggunakan bahasa kotor.
Di Jepang, mereka melakukan eksperimen dan menentukan bahwa air bereaksi terhadap kata-kata yang mengandung agama, membentuk kristal yang indah dan teratur secara geometris. Reaksi yang sama terjadi ketika kata-kata cinta, harapan, jiwa diterapkan pada cangkir air laboratorium. Ini berarti, menurut para ilmuwan Jepang, bahwa konsep Alam kita sama dengan setiap agama. Namun, dengan kata-kata "Aku benci kamu", "kamu membuatku jijik", koneksi jelek dan robek diperoleh.
Banyak percobaan untuk menemukan kata yang memiliki efek paling menguntungkan pada air menunjukkan bahwa itu bukan satu, tetapi kombinasi dari dua: cinta dan rasa syukur.
Air tawar menyumbang kurang dari 1% dari semua cadangannya. Lebih dari 1 miliar orang di Bumi tidak memiliki akses ke air minum yang aman. Jika situasi ini tetap tidak berubah, maka air dapat menjadi penyebab konflik internasional. Sekarang mereka berjuang untuk minyak dan gas, tetapi mereka akan berjuang untuk air. Air semakin memperoleh status sumber daya utama, yang mulai muncul dalam dialog antar negara.
Jadi, kami menarik dua kesimpulan. Pertama, air harus dilindungi sebagai aset alam yang paling berharga, dan kedua, masing-masing dari kita memiliki setetes air dari samudera purba dan setiap tindakan, pikiran, kata-kata, emosi kita diingat oleh air!
Indeks hidrogen (pH) sebagai ukuran keasaman lingkungan
Salah satu indikator utama yang bergantung pada kesehatan kita adalah keseimbangan asam-basa atau pH (pH). Tingkat pH adalah 7,41. Bahkan sedikit penurunan keseimbangan asam-basa menuju pengasaman menyebabkan penurunan tajam dalam aktivitas proses intraseluler. Organ dan sistem tubuh mulai bekerja dengan tekanan besar, kondisi kesehatan memburuk, dan efisiensi menurun. Jika tidak, semakin banyak kotoran dalam tubuh, semakin lemah sistem kekebalan tubuh bekerja.
Makanan hewani mengoksidasi, dan makanan nabati membuat tubuh menjadi alkali hingga 80%. Semakin asam lingkungan tubuh, semakin banyak mikroflora patogen, jamur, virus diaktifkan di dalamnya. Ditempatkan di lingkungan asam, mereka mulai berkembang pesat, dan ditempatkan di lingkungan basa, mereka mati. Kesimpulan - makan lebih banyak sayuran dan buah-buahan dan lebih sedikit makanan hewani (daging, ikan, telur, susu). Dengan demikian, pH berfungsi sebagai ukuran kekuatan asam atau basa. Penyimpangan pH dari norma secara signifikan menyebabkan gangguan pada tubuh. PH tanah memiliki pengaruh yang signifikan terhadap hasil, dan pH air memiliki dampak yang signifikan terhadap ekologi reservoir.
Konsep konsentrasi maksimum yang diizinkan (MAC)
Limbah produksi industri mencemari tanah, air dan udara. Jumlah maksimum zat berbahaya per satuan volume atau massa, yang, bila terpapar setiap hari untuk waktu yang tidak terbatas, tidak menyebabkan perubahan yang menyakitkan pada tubuh dan perubahan herediter yang merugikan pada keturunan, dianggap sebagai konsentrasi maksimum yang diizinkan (MAC). Untuk setiap zat, tingkat MPC-nya sendiri ditetapkan secara hukum, dan MPC dari zat yang sama berbeda untuk objek lingkungan yang berbeda. Misalnya, untuk timbal dan senyawa organiknya dalam air waduk untuk keperluan rumah tangga dan budaya, MPC adalah 0,005 mg / l, di udara tempat industri - 0,01 mg / m 3, dan di atmosfer - 0,007 mg / m 3 .
Kontrol kimia-analitik dan diagnostik keadaan lingkungan
Udara adalah campuran gas yang membentuk atmosfer bumi. Yang paling penting adalah nitrogen (78%) dan oksigen (21%). Udara juga mengandung sejumlah kecil argon, neon, helium, metana, dan gas lainnya. Uap air, ozon dan karbon monoksida hadir dalam berbagai konsentrasi. Udara juga mengandung sisa-sisa amonia dan hidrogen sulfida. Semua gas ini penting untuk menjaga kehidupan dan kesehatan manusia. Uap air merupakan sumber penting dari presipitasi. Karbon monoksida (CO 2) sangat penting untuk fotosintesis dan radiasi infra merah.
Ozon di stratosfer (lapisan atmosfer yang terletak pada ketinggian 10 sampai 50 km, disebut lapisan ozon), adalah semacam layar dari radiasi ultraviolet matahari. Namun, di permukaan tanah, itu adalah komponen utama kabut asap - aerosol dari asap, kabut, dan debu yang muncul di atmosfer kota-kota industri. Setiap warga, terutama kota-kota besar, merasakan betapa tercemarnya udara akibat sifat otomotif atau industri.
Untuk mengurangi dampak negatif terhadap kesehatan manusia ini: persyaratan komposisi gas buang kendaraan diperketat (kualitas bahan bakar ditingkatkan dan sistem pembakaran bahan bakar ditingkatkan); ditransfer perusahaan industri di luar kota; pengumpulan terpusat limbah industri dan rumah tangga, dll.
Fisikawan, dan terutama ahli kimia, harus berubah dalam kegelapan, tidak mengetahui partikel internal struktur yang tidak peka.
M.V. Lomonosov
Saat ini unsur kimia suatu zat disebut zat yang semua atomnya memiliki muatan inti yang sama,
meskipun mereka berbeda dalam massanya, akibatnya berat atom unsur-unsur tidak dinyatakan sebagai bilangan bulat.
molekul masih disebut partikel terkecil dari suatu zat, yang menentukan sifat-sifatnya dan dapat eksis secara mandiri. Namun, molekul sekarang juga mencakup berbagai sistem mekanika kuantum lainnya (ionik, kristal atom tunggal, polimer, dan makromolekul lainnya). Yang terakhir ini sangat penting untuk pemahaman yang jelas tentang struktur dari sudut pandang pendekatan sistem, di mana di bawah struktur menyiratkan hubungan dan interaksi yang teratur antara elemen-elemen sistem, yang karenanya sifat integral barunya muncul. Dalam sistem kimia seperti molekul, itu adalah sifat spesifik dari interaksi atom penyusunnya yang menentukan sifat-sifat molekul.
Kimia mempelajari proses transformasi molekul selama interaksi dan ketika terkena faktor eksternal (panas, cahaya, arus listrik, medan magnet), di mana ikatan kimia baru terbentuk. Di bawah ikatan kimia dipahami sebagai hasil interaksi antar atom, yang dinyatakan dalam penciptaan konfigurasi atom tertentu, yang membedakan satu jenis molekul dari yang lain. Ikatan kimia menimbulkan interaksi kulit elektron atom. Jika konfigurasi atom cocok bersama-sama, satu struktur bulat muncul, agak lebih besar dari sebelum masing-masing atom secara individual. Ini adalah bagaimana molekul jenuh diperoleh, dan hampir tidak mungkin untuk menempelkan atom lain padanya, mis., ikatan kimia jenuh. Dengan diperkenalkannya konsep valensi, ia mulai menjelaskan struktur dan sifat kimia molekul. Yang paling umum adalah empat jenis ikatan kimia: ionik, kovalen, logam dan hidrogen. Ikatan kimia yang dilakukan oleh pembentukan pasangan elektron yang umum untuk atom yang berinteraksi disebut ikatan kovalen. Ikatan kimia berdasarkan interaksi elektrostatik ion disebut ionik. Ikatan kimia berdasarkan sosialisasi elektron valensi semua atom dalam kristal disebut
metalik. Ikatan kimia akibat interaksi molekul polar, salah satunya hidrogen, disebut hidrogen. Ikatan kimia dapat dipertimbangkan dari sudut pandang konversi energi: jika, ketika membuat molekul, energinya kurang dari jumlah energi atom-atom penyusunnya yang terisolasi, maka ia dapat eksis, yaitu ikatannya stabil.
Setiap zat dicirikan oleh sifat fisik dan kimia tertentu. Ketika zat sederhana apa pun masuk ke dalam reaksi kimia dan membentuk zat baru, maka ia kehilangan sebagian besar sifatnya. Misalnya, besi, jika digabungkan dengan belerang, kehilangan kilau logamnya, kelenturannya, sifat magnetiknya, dll. Akibatnya, tidak ada besi dalam besi sulfida, seperti yang kita kenal dalam bentuk zat sederhana. Tetapi karena besi metalik dapat diperoleh kembali dari besi sulfida (FeS) melalui reaksi kimia, dikatakan bahwa unsur besi termasuk dalam komposisi besi sulfida, artinya dengan ini bahan penyusun besi metalik. Dengan cara yang sama, hidrogen (H) dan oksigen (O), yang merupakan bagian dari air, terkandung dalam air tidak dalam bentuk gas hidrogen dan oksigen dengan sifat khasnya, tetapi dalam bentuk unsur - hidrogen dan oksigen. Jika unsur-unsur berada dalam "keadaan bebas", yaitu, mereka tidak terikat secara kimia dengan unsur lain, maka mereka membentuk zat sederhana.
Untuk waktu yang lama tidak ada perbedaan yang dibuat antara unsur dan zat sederhana. Konsep "unsur" sebagai istilah ilmiah pertama kali digunakan oleh R. Boyle pada tahun 1661. Sejak zaman Boyle, setiap zat sederhana yang dapat diperoleh sebagai hasil penguraian zat kompleks, tetapi tidak mampu lebih lanjut penguraian menjadi zat yang lebih sederhana, telah dianggap sebagai unsur.
Teori flogiston oksidasi logam juga dibantah oleh banyak eksperimen oleh M.V. Lomonosov. Menurut teori ini, proses oksidasi logam dianggap sebagai reaksi dekomposisi: logam dianggap sebagai zat yang kompleks, dan skalanya sederhana, yaitu, skala besi + flogiston.
M. V. Lomonosov, setelah melakukan eksperimen dalam retort tertutup, menemukan bahwa massa bejana dengan besi yang dikalsinasi tidak berubah jika ditimbang tanpa membukanya. Ilmuwan Prancis A. Lavoisier juga menunjukkan bahwa pembakaran adalah reaksi kombinasi suatu zat dengan oksigen atmosfer. Lavoisier meletakkan semua bahan kimia yang berdiri di atas kepalanya dalam bentuk phlogistiknya.
Awal XIX di. ditandai dengan ditemukannya pola kuantitatif baru. Perkembangan teori atom-molekul memungkinkan Dalton untuk mengungkapkan hipotesis atom dan memperkenalkan ke dalam kimia konsep berat atom relatif unsur dan menentukan berat atom beberapa unsur. Menurut Dalton, unsur dapat didefinisikan sebagai sejenis atom yang dicirikan oleh nilai berat atom tertentu, dan zat sederhana terdiri dari jenis atom tertentu, oleh karena itu, zat sederhana adalah unsur. Kebingungan itu menjadi jelas kemudian ketika ditemukan bahwa banyak zat sederhana terdiri dari molekul daripada atom. Untuk pertama kalinya, Mendeleev dalam hal ini menunjukkan perlunya membedakan dengan jelas antara dua konsep: unsur dan zat sederhana, atau benda sederhana. Jika zat sederhana (tubuh) sesuai dengan konsep partikel, maka elemen - tentang atom. Karbon adalah elemen, tetapi batu bara, grafit, dan berlian adalah benda sederhana.
Dengan menggunakan konsep unsur kimia, kita dapat mengatakan bahwa tugas terpenting kimia adalah mempelajari sifat-sifat unsur dalam menemukan pola umum dalam perilakunya dan dalam hubungannya satu sama lain. Pada pertengahan abad XIX. sudah ada 63 elemen dan bahan percobaan yang cukup kaya mengenai sifat fisik dan kimianya telah dikumpulkan, dan sifat umum kelompok ditetapkan. Informasi juga dikumpulkan tentang karakteristik seperti massa atom unsur dan valensinya, yaitu kemampuan untuk membentuk berbagai bentuk senyawa. Pertama-tama, perlu untuk memecahkan pertanyaan utama: apakah unsur-unsur kimia itu terpisah, independen, atau apakah mereka secara alami saling berhubungan menjadi satu sistem.
Upaya pertama untuk memecahkan masalah ini dimulai pada paruh pertama abad ke-19. Debereiner (1829) mengelompokkan elemen ke dalam triad; Odling (1857) menempatkan 48 elemen dalam satu tabel dari 13 kelompok elemen serupa; Newlands dan de Charcountua (1863) mendistribusikan 63 elemen dalam urutan menaik dari massa atomnya; tabel elemen diterbitkan oleh ahli kimia Jerman L. Meyer, di mana boron, aluminium, dan hidrogen tidak ada. Setidaknya ada lima puluh upaya klasifikasi, dan semuanya pada dasarnya tidak berhasil. Kegagalan mereka didasarkan pada cara berpikir metafisik. Akhirnya, pada tahun 1869, D. I. Mendeleev mengusulkan sistematisasi periodik sifat-sifat unsur.
Pendekatan dialektis-materialistik terhadap sistematisasi elemen adalah alasan utama keberhasilan D. I. Mendeleev. Sistem periodik unsur memiliki pengaruh besar pada perkembangan kimia selanjutnya, itu adalah alat yang ampuh untuk penelitian lebih lanjut. Berdasarkan hukum periodik, D. I. Mendeleev meramalkan keberadaan 12 elemen baru, dan untuk tiga di antaranya (gallium - Ga, germanium - Ge dan skandium - Sc) ia menjelaskan secara rinci sifat-sifatnya. Dalam setengah abad, hampir semua elemen yang terletak sebelum uranium ditemukan di alam. Utas panduan untuk menemukan dan membangun sifat kimia elemen adalah hukum periodik dan metode prediksi yang digunakan oleh D. I. Mendeleev. Hukum periodik dan sistem periodik telah menerima konfirmasi penuh dan pengembangan lebih lanjut ketika menetapkan struktur atom unsur. Sekarang data aktual dalam kimia telah berkembang ribuan kali. Ada data 8 juta individu senyawa kimia komposisi konstan dan miliaran senyawa komposisi variabel.
Rumusan modern hukum periodik adalah sebagai berikut: semua sifat unsur dan posisinya dalam sistem periodik bergantung pada besarnya muatan positif inti atom. Teori struktur atom menjelaskan perubahan periodik dalam sifat-sifat unsur selama transisi dari satu periode ke periode lain: dengan meningkatnya Z, struktur kulit elektron atom diulang.
Hal ini terutama berlaku untuk tingkat energi terluar di mana elektron valensi berada. Dalam satu periode, dengan peningkatan muatan inti, lapisan luar terisi secara bertahap, mencapai penyelesaiannya dalam atom gas mulia. Urutan ini diulang di setiap periode, sebagai akibatnya transisi diamati di dalamnya dari logam pada awal periode ke non-logam dan gas mulia pada akhirnya. Berdasarkan teori struktur atom, hukum periodik menerima formulasi modern: sifat-sifat zat sederhana, serta bentuk dan sifat senyawa unsur, secara periodik bergantung pada muatan atom. inti.
Berat atom suatu unsur didefinisikan sebagai rata-rata aritmatika dari massa isotop yang menyusun unsur tersebut. Atom yang memiliki muatan inti yang sama (dan karena itu sifat kimianya identik) tetapi jumlah neutronnya berbeda disebut isotop. Misalnya, klorin terdiri dari dua isotop dengan nomor massa 75,53% dari isotop 35 Cl dan 24,47% dari 37 Cl, sehingga massa atom rata-rata klorin sama dengan 35,453. Penemuan isotop membutuhkan revisi konsep "unsur kimia". Unsur kimia adalah jenis atom yang dicirikan oleh sejumlah muatan inti positif. Adanya unsur kimia dalam bentuk beberapa zat sederhana disebut alotropi. Grafit, intan, batubara adalah modifikasi alotropik dari unsur karbon.
Dengan perkembangan metode penelitian kuantitatif dalam kimia, fakta eksperimental dikumpulkan, generalisasi yang mengarah pada penemuan apa yang disebut hukum stoikiometrik - hukum komposisi keteguhan, hukum ekivalen, dan hukum rasio berganda. Hukum-hukum inilah yang berkontribusi pada persetujuan akhir dari teori atom dan molekul dalam kimia. Dasar ilmu kimia adalah teori atom dan molekul, hukum kekekalan materi, hukum periodik D. I. Mendeleev dan teori struktur kimia.
Ketentuan utama teori atom-molekul adalah sebagai berikut:
1. Zat terdiri dari molekul; Molekul berbagai zat berbeda dalam komposisi kimia, ukuran, sifat fisik dan kimia.
2. Molekul bergerak terus menerus; ada saling tarik-menarik dan tolak-menolak di antara mereka. Kecepatan pergerakan molekul tergantung pada keadaan agregasi zat.
3. Kapan fenomena fisik komposisi molekul tetap tidak berubah, dengan yang kimia mereka mengalami perubahan kualitatif dan kuantitatif dan yang lain terbentuk dari beberapa molekul.
4. Molekul terdiri dari atom. Atom dicirikan oleh ukuran dan massa tertentu. Sifat-sifat atom-atom dari unsur yang sama adalah sama dan berbeda dengan sifat-sifat atom-atom unsur lain.
Massa atom, dinyatakan dalam satuan massa atom (sma), disebut massa atom relatif. 1 pagi = = 1,667 10 -27 kg.
Unsur-unsur, bergabung dalam rasio kuantitatif yang berbeda satu sama lain, membentuk senyawa kimia - zat kompleks. Apa itu senyawa kimia? Apakah suatu senyawa memiliki komposisi variabel atau konstan?
Ahli kimia Prancis terkenal J. Proust, berbeda dengan C. Berthollet, percaya bahwa senyawa kimia murni apa pun, terlepas dari metode pembuatannya, memiliki komposisi yang terdefinisi dengan baik. Hal ini pada hukum ini, disebut hukum kekekalan komposisi, J. Proust menjelaskan perbedaan antara senyawa kimia dan campuran. Misalnya, CO 2 (karbon dioksida) dapat diperoleh dengan beberapa cara:
tetapi CO 2 murni selalu mengandung 27,29% C dan 72,71% O 2 berdasarkan massa.
Banyak unsur, bila digabungkan satu sama lain, dapat membentuk zat yang berbeda, yang masing-masing memiliki ciri
perbandingan tertentu antara massa unsur-unsur tersebut. Jadi, karbon dan oksigen membentuk karbon monoksida - CO dan CO 2 - karbon dioksida. Mempelajari senyawa semacam itu, ilmuwan Inggris D. Dalton menetapkan hukum kelipatan rasio: jika dua elemen membentuk beberapa senyawa satu sama lain, maka massa salah satu elemen, yang dalam senyawa ini jatuh pada massa yang sama dari yang lain, terkait satu sama lain sebagai bilangan kecil.
Dalton menganut teori atom tentang struktur materi; mempelajari sifat-sifat gas, ia menemukan hukum tekanan parsial gas. Hukum secara langsung bersaksi bahwa unsur-unsur yang termasuk dalam senyawa hanya dalam bagian-bagian tertentu, yang menunjukkan struktur materi yang terputus-putus. Mengembangkan teori atom-molekul, Dalton memperkenalkan konsep yang dekat dengan konsep modern tentang atom dan tentang massa atom relatif unsur. Tetapi tidak seperti hukum kekekalan massa, yang validitasnya sepenuhnya dikonfirmasi oleh penemuan-penemuan yang dibuat setelah pembentukannya, hukum-hukum kekekalan komposisi dan rasio berganda ternyata tidak begitu universal. Sehubungan dengan penemuan isotop, menjadi jelas bahwa rasio antara massa unsur-unsur yang membentuk suatu zat adalah konstan hanya jika komposisi isotop unsur-unsur ini konstan. Misalnya, air berat mengandung 20% (massa) hidrogen, dan air biasa hanya 11%.
Pada awal abad XX. (lebih dari 100 tahun kemudian), ilmuwan Rusia N. S. Kurnakov, mempelajari paduan logam, menemukan senyawa komposisi variabel, di mana massa yang berbeda dari elemen lain dapat jatuh pada satuan massa elemen tertentu. Untuk banyak senyawa dengan komposisi variabel, batas ditentukan di mana komposisinya dapat bervariasi, dan rumus TiO 2 lebih akurat menyatakan komposisinya sebagai TiO 1. 9_2.0. Tentu saja, rumus tersebut tidak menunjukkan komposisi molekul (zat memiliki struktur atom), tetapi hanya mencerminkan batas-batas komposisi zat. Sistem periodik adalah contoh dari himpunan berhingga yang dapat dihitung dari unsur-unsur kimia. Apakah mungkin untuk mengatur dengan cara ini banyak senyawa kimia, yang jumlahnya, meskipun besar, tidak terbatas? Sehingga
ternyata zat dengan jumlah nomor atom, berat molekul, dan kerapatan yang sama memiliki sifat fisika dan kimia yang sangat dekat. Cukup mengetahui komposisi kimia suatu zat dan kerapatannya untuk memprediksi semua sifat lainnya. N. S. Kurnakov menyarankan untuk menyebut senyawa bertholloid untuk menghormati C. Berthollet, yang pertama kali meramalkan keberadaan zat dengan komposisi variabel.
Jadi, ada kelas luas senyawa yang tidak mematuhi hukum senyawa stoikiometrik, yaitu pelanggaran hukum dikaitkan dengan keadaan agregat materi yang terdefinisi dengan baik.
Pada prinsipnya, tidak ada batas yang jelas antara senyawa komposisi konstan dan variabel dari sudut pandang fisika modern. Senyawa juga dapat dibentuk dari atom-atom dari satu unsur kimia - zat sederhana. Zat kompleks terbentuk dari atom-atom yang sifatnya berbeda, yaitu, molekul zat kompleks mencakup berbagai unsur. Air dibentuk oleh atom hidrogen dan oksigen, dan zat oksigen hanya dari molekul satu elemen - oksigen. Tetapi satu elemen oksigen membentuk dua modifikasi alotropik dari zat sederhana oksigen dan ozon, yang berbeda dalam struktur, struktur, sifat fisik dan kimia.
