Химия - Фролов В.В.
Скачать (прямая ссылка):
Вещество состоит из отдельных мельчайших частиц — молекул, атомов и ионов. Эти частицы обладают определенным внутренним строением. Молекулы сложных веществ состоят из разных атомов, вступивших между собой в химическое взаимодействие. Сложных веществ, состав которых может быть упрощен в результате химических операций, в мире очень много: только органических соединений известно более двух миллионов. Молекулы простых веществ состоят из одинаковых атомов, также взаимодействующих между собой. Многие простые вещества имеют, однако, атомное строение (инертные газы, металлы), т. е. состоят не из молекул, а из атомов.
Атом представляет собой сложную систему из отрицательно заряженных электронов и положительно заряженного ядра. Ядро, в свою очередь, состоит из элементарных частиц, в определенных условиях переходящих друг в друга (например, 10п+?\р +_<[е). Строение атома и атомного ядра еще не до конца изучено современной физикой.
Строение атома обусловливает его химические свойства. Вступив во взаимодействие с атомами другого простого вещества, атом
?
РИС. 1. Потенциальная яма — результирующая энергия связи двух элементарных частиц (ионов) в зависимости от расстояния между ними:
/ ......- энергия сил притяжения (Кулон); 2 --
энергия сил отт Ш| кипа ни я (Пори); Я ....... суммарная энергия
9
нарушает свое стабильное строение и утрачивает химические свойства исходного простого вещества, образуя с другими атомами молекулы нового химического вещества с новым комплексом химических и физических свойств. В этом и заключается сущность химических реакций.
При образовании молекул простого вещества из одинаковых атомов не происходит принципиального изменения химических свойств, а изменяется лишь активность или способность вступать в химические реакции. Например, молекулярный азот Ы2 вступает в химические реакции с большим трудом, чем атомарный, но его химические свойства такие же, как у атомарного азота.
Физические свойства веществ определяются их внутренним строением, характером связей, возникших между атомами, и их пространственным расположением. Одни и те же атомы, расположенные в разном геометрическом порядке (кристаллы) или соединившиеся в молекулы различного состава, образуют простые вещества с различными физическими свойствами при почти одинаковых химических свойствах. Это явление называется аллотропией.
Примером аллотропии является способность атомов углерода образовывать кристаллы алмаза, графита и нитевидные кристаллы карбина. Эти три модификации Одного и того же вещества обладают разной кристаллической структурой и физическими свойствами за счет различия связей между атомами углерода. Другой пример аллотропии — кислород 02 и озон 03, различие в физических свойствах которых объясняется разным числом атомов кислорода в молекуле и соединяющими их связями.
В определенных условиях одна аллотропная модификация данного простого вещества может переходить в другую.
Так как химические свойства разных аллотропных модификаций простых веществ очень близки между собой, то можно определить понятие химического элемента: химическим элементом называется вид атомов, обладающих одинаковым зарядом ядра, равным порядковому номеру в периодической системе элементов Д. И. Менделеева. Абстрагируясь таким образом от физических свойств аллотропных модификаций простых веществ, мы облегчаем себе задачу и рассматриваем только 107 элементов периодической системы Д. И. Менделеева, в то время как простых веществ известно около 250. Процессы, происходящие в веществах при воздействии на них внешних условий, в зависимости от степени изменяемости вещества можно разделить на несколько видов.
Физические процессы (плавление, нагрев, испарение), изменяя физические свойства вещества, не изменяют строения атомов и молекул, из которых состоит данное вещество, и не приводят к изменению химических свойств*.
:" Накопление большого количества энергии в веществе может привести к переходу его в плазменное состояние, т. е. вызвать в нем процессы диссоциации молекул н ионизации атомов и молекул (Нп; Н+; Н^— водородная плазма), что создает большую концентрацию электронов. Если в плазменном состоянии вещество не вступало в какие-либо химические процессы, то при отводе накопленной энергии (охлаждение) вещество плазмообразователн остается без изменений.
10
Химические процессы изменяют строение атомов и молекул, из которых состоит данное вещество (или вещества), и в результате получаются новые вещества с новыми химическими и физическими свойствами. Химические процессы (или реакции) происходят с в ы-д е л е н и е м или п о г л о щ е н и ем э н е р г и и, и вещества реагируют между собой в определенных массовых отношениях.
Физико-химические процессы (например, растворение) являются граничными между физическими и химическими процессами, но, как правило, не приводят к радикальному изменению химических свойств участвующих в них веществ.
Ядерные процессы связаны с перестройкой атомов, составляющих вещество, что влечет за собой изменение физических и химических свойств вещества. При этом изменяется порядковый номер этих атомов в периодической системе:
