Kimya: əsas anlayışlar, təriflər, şərtləri və qanunlar

Kimya, düşüneceğimiz əsas anlayışlar, strukturu və tərkibində bir dəyişiklik və bu səbəbdən xüsusiyyətləri ilə meydana gələn maddələrin və bunların dönüşümlərini öyrənən bir elmdir. Əvvəlcə "maddənin" nə demək olduğunu müəyyən etmək lazımdır. Geniş mənada danışan bu, bir çox istirahət yeri olan bir formadır. Maddə hər hansı elementar hissəcikdir, məsələn, bir neytrondur. Kimyada bu konsepsiya daha dar bir mənada istifadə olunur.

Əvvəla, biz kimya, atom-molekulyar nəzəriyyənin əsas termin və anlayışlarını qısaca təsvir edirik. Bundan sonra bunları izah edəcəyik və bu elmin bəzi mühüm qanunlarını təsvir edəcəyik.

Kimya əsas anlayışları (maddə, atom, molekul) hər birimizə məktəbdən tanış olur. Aşağıda bunların qısa bir təsviri, eləcə də digər, daha az açıq şərtlər və hadisələr.

Atomlar

Kimyada tədqiq edilən bütün maddələr ilk növbədə atom adlanan kiçik hissəciklərdən ibarətdir. Neytronlar bu elmi öyrənmə obyekti deyil. Atomların bir-birinə bağlanması, kimyəvi əlaqələrin meydana gəlməsinə səbəb ola biləcəyi də ifadə edilməlidir. Bu əlaqəni pozmaq üçün enerji lazımdır. Nəticədə adi şəraitdə atomlar özləri tərəfindən deyildir ("nəcib qazlar" istisna olmaqla). Onlar bir-biri ilə ən azı cütləşirlər.

Davamlı istilik hərəkətləri

Sürekli termal hərəkət, kimya tədqiqatının bütün hissəciklərini xarakterizə edir. Bu elmin əsas anlayışları bu barədə danışmadan ifadə edilə bilməz. Davamlı hərəkətlə, hissəciklərin orta kinetik enerjisi temperatura mütənasibdir (lakin fərdi hissəciklərin enerjisi fərqli olduğunu qeyd etmək lazımdır). Ekkin = kT / 2, burada k Boltzmann sabitidir. Bu formul hər cür hərəkət üçün etibarlıdır. Ekin = mV 2/2 olduğundan kütləvi hissəciklərin hərəkətləri daha yavaş olur. Məsələn, temperatur eyni olsa, oksigen molekulları orta hesabla karbon molekullarından 4 dəfə daha yavaş hərəkət edir. Çünki onların kütləsi 16 dəfə çoxdur. Hərəkət, titrəmə, translational və rotasiya edir. Vibrasiyalı maye, bərk və qazlı maddələrdə müşahidə olunur. Lakin translational və fırlanma ən asan qazlarda həyata keçirilir. Maye halında, daha çətindir və qatılarda daha çətindir.

Moleküllər

Kimyanın əsas anlayışlarını və təriflərini izah etməyə davam edək. Atomlar bir-birinə kiçik qruplar yaratmaq üçün birləşirlər (molekullar deyilir), bu cür qruplar birbaşa hərəkət edən termik hərəkətdə iştirak edirlər. Tipik molekullarda 100-ə qədər atom var və yüksək molekulyar birləşmələrdə onların sayı 105-ə çata bilər.

Qeyri-molekulyar maddələr

Ancaq atomlar tez-tez böyük kollektivlərə 107-dən 1,027-ə birləşdirilir və bu formada onlar termal hərəkətdə iştirak etməzlər. Bu birliklər molekullara çox azdır. Onlar daha möhkəm bədən parçalarına bənzəyirlər. Bu maddələr adətən qeyri-molekulyar adlanır. Bu vəziyyətdə, termal hərəkət parçanın içərisində həyata keçirilir və molekul kimi uçmaq deyil. 105 dən 107-ə qədər bir miqdarda atomdan ibarət birləşmələrin daxil olduğu bir keçid bölgəsi də vardır və bu hissəciklər ya çox böyük molekullardır və ya kiçik toz parçacıqlarını təmsil edirlər.

İonlar

Qeyd etmək lazımdır ki, atomlar və onların qrupları elektrik yükünə malik ola bilər. Bu vəziyyətdə, onlar kimya kimi bir elmdə ionları deyirlər, biz öyrəndiyimiz əsas konsepsiyalar. Belə ittihamları həmişə bir-birinə hörmət qoyduğundan, müəyyən ittihamların əhəmiyyətli dərəcədə artıq olduğu maddə sabit ola bilməz. Məkanda mənfi və pozitiv ittihamlar həmişə alternativdir. Və bütünlüklə maddə elektriklə neytral qalır. Qeyd edək ki, elektrostatikada böyük hesab olunan ittihamlar kimya baxımından əhəmiyyətsizdir (105-1015 atomla - yə).

Kimyada tədqiqat obyektləri

Kimyada tədqiq edilən obyektlər atomların yaranmadığı və azaldılmadığı hadisələrdir, ancaq təkrar qruplaşmaq, yəni yeni bir şəkildə yenidən birləşdirməkdir. Bəzi əlaqələr pozulur, başqalarının formalaşmasına səbəb olur. Başqa sözlə, ilk maddələrin tərkibində olan atomlardan yeni maddələr görünür. Aralarında mövcud olan atomlar və bağlar (məsələn, molekulyar maddələrin buxarlanması zamanı) saxlanılırsa, bu proseslər kimya deyil, molekulyar fizikanın tədqiqatının bir hissəsidir. Atomlar meydana gəldikdə ya da məhv edildikdə, nüvə və atom fizikası mövzusundan bəhs edirik. Ancaq kimyəvi və fiziki hadisələr arasındakı sərhəd bulanıklaşır. Nəticədə ayrı-ayrı elmlərə bölünmə şərtdir, təbiət isə bölünməzdir. Buna görə kimyaçılar fizika biliklərini çox yaxşı bilirlər.

Kimyanın əsas anlayışları bizə qısa təsvir edilmişdir. İndi onları daha ətraflı nəzərdən keçirməyi təklif edirik.

Atomlar haqqında daha çox məlumat

Atom və molekullar kimya kimya ilə birləşən şeydir. Əsas anlayışlar dəqiq müəyyən edilməlidir. Atomların mövcudluğu, iki min il əvvəl parlaq bir şəkildə təxmin edildi. Daha sonra, 19-cu əsrdə elm adamları eksperimental məlumatlara (hələ dolayı olaraq) malik idi. Avogadro'nun çoxlu əlaqələrindən, kompozisiya sabitlik qanunlarından (aşağıda kimyanın əsas əsas anlayışlarını nəzərdən keçirəcəyik) danışırıq. 20-ci əsrdə, birbaşa birbaşa eksperimental sübutlar ortaya çıxdığında atomun araşdırılması davam etdirildi. X-şüalarının, alfa parçacıklarının, neytronların, elektronların və s. Dağılmasına dair spektroskopiya məlumatlarına əsaslanırdı. Bu hissəciklərin həcmi təxminən 1 E = 1 ^-10 m, onların kütləsi isə 10 ^{-27- 10-25} kq- ^dır . Bu hissəciklərin mərkəzində ətrafındakı mənfi yüklənmiş elektronlar olan pozitiv yüklü bir çekirdekdir. Nüvənin həcmi təxminən ^10-15 m-dir, elektron qabığın atomun həcmini təyin etdiyi ancaq kütləsi demək olar ki, tamamilə nüvədə konsentrədir. Kimyanın əsas anlayışlarını nəzərə alaraq başqa bir tərif tətbiq edilməlidir. Kimyəvi element , yükü eyni olan atom növləridir.

Tez-tez bir atomun kimyəvi maddələrlə bölünməz maddələrin ən az hissəsi kimi tərifi var. "Kimyəvi cəhətdən" necə başa düşülür? Daha əvvəl qeyd etdiyimiz kimi, fenomenlərin fiziki və kimyəvi şəraitə bölünməsi. Atomların varlığı şərtsizdir. Buna görə kimya kimya vasitəsilə atomsa deyil, əksinə deyil, onların vasitəsilə daha yaxşı müəyyənləşdirilir.

Kimyəvi bağlama

Bu səbəblə atomlar bir yerdə tutulur. Onlar istilik hərəkətinin təsiri altında ayrı uçmağa imkan vermir. Əlaqələrin əsas xüsusiyyətlərinə diqqət yetirək - bu, cənubdakı məsafə və enerji. Bu da kimya əsas anlayışlarıdır. Bondun uzunluğu eksperimental olaraq kifayət qədər yüksək dəqiqliyi ilə müəyyən edilir. Enerji - çox, lakin həmişə deyil. Məsələn, kompleks bir molekulda bir istiqrazın nə olduğunu obyektiv şəkildə müəyyən etmək mümkün deyil. Lakin bütün mövcud istiqrazları pozmaq üçün zəruri olan maddənin atomizasiya enerjisi həmişə müəyyənləşdirilir. Əlaqənin uzunluğunu bilmək, hansı atomların (qısa məsafədə) bağlı olduğunu və (uzun məsafə olmayan) müəyyən edilə bilər.

Koordinasiya sayı və koordinasiya

Analitik kimyanın əsas anlayışları bu iki terminə aiddir. Onlar nə deməkdir? Bunu anlayaq.

Koordinasiya sayı müəyyən bir atomun yaxın qonşularının sayını təşkil edir. Başqa sözlə, bu kimya ilə əlaqəli olanların sayıdır. Koordinasiya qonşuların nisbi mövqeyi, növü və sayıdır. Başqa sözlə, bu konsepsiya daha mənalıdır. Məsələn, ammonyak və nitrat turşusu molekullarına aid olan azotun koordinasiya sayı eynidır - 3. Lakin onların koordinasiyası fərqlidir - planar və düz deyil. Oksidləşmə və valentlik dərəcəsi əvvəlcədən koordinasiya və kompozisiyanın proqnozlaşdırılması üçün yaradılan şərti anlayışlar olsa da, bağın xarakterindən asılı olaraq müəyyən edilir.

Bir molekulun təyin edilməsi

Biz artıq bu anlayışa toxunaraq, kimya əsas anlayışlarını və qanunlarını qısaca nəzərdən keçiririk. İndi bu mövzuda daha ətraflı düşünək. Dərsliklərdə tez-tez molekulun kimyəvi xüsusiyyətlərinə malik bir maddənin ən kiçik neytral hissəsi kimi təsvir olunur və müstəqil olaraq mövcud ola bilər. Qeyd etmək lazımdır ki, bu təriflər artıq köhnəlmişdir. Birincisi, bütün fiziklər və kimyacılar molekulyar zəng nədir, maddənin xüsusiyyətləri qoruma. Su ayrışır, amma minimum 2 molekul tələb edir. Su ayrılma dərəcəsi 10 ^-7 dir. Digər bir deyişlə, bu prosesə yalnız 10 milyondan bir molekula məruz qala bilər, bir molekulu varsa və ya hətta yüzdə birdirsə, onun ayrışması barədə bir fikir əldə edə bilməzsiniz. Əslində, kimya içərisində reaksiyaların termik təsirləri adətən moleküllər arasında qarşılıqlı təsir enerjisini ehtiva edir. Buna görə də onlardan biri tərəfindən tapıla bilməz. Bir molekulyar maddənin kimyəvi və fiziki xüsusiyyətləri yalnız böyük molekul qrupu tərəfindən müəyyən edilə bilər. Bundan əlavə, müstəqil olaraq mövcud olan "kiçik" hissəciklər qeyri-müəyyən dərəcədə böyük və adi molekullardan fərqli olan maddələrdir. Bir molekül, həqiqətən, elektriklə doldurulmayan bir atom qrupudur. Xüsusilə, bu bir atom ola bilər, məsələn, Ne. Bu qrup bütünlüklə fəaliyyət göstərən, istilik hərəkətlərinin digər növləri ilə yanaşı diffuziyaya də qatılmalıdır.

Gördüyünüz kimi, kimyanın əsas konsepsiyası belə sadə deyil. Bir molekül diqqətlə araşdırılmalı bir şeydir. Onun öz xüsusiyyətləri, eləcə də molekulyar kütləsi var. İndi ikincisi haqqında danışacağıq.

Molekulyar çəki

Təcrübə ilə molekulyar ağırlığı necə müəyyənləşdirmək olar? Bir yol - Avogadro qanununa əsasən, buxarın nisbi sıxlığı. Ən doğru metod kütlə spektrometrikdir. Elektron elektron molekuldan sökülür. Nəticədə ion ilk növbədə bir elektrik sahəsində sürətlənir, sonra bir maqnit yolu ilə rədd edilir. Zədənin kütləə nisbəti dəqiq sapmanın böyüklüyünə görə müəyyən edilir. Həlli olan xüsusiyyətlərə əsaslanan üsullar da var. Bununla belə, bütün bu hallarda olan molekullar mütləq hərəkətdə olmalıdır - həllində, vakuumda, bir qazda. Əgər hərəkət etmirlərsə, onların kütlələrini obyektiv hesablamaq mümkün deyil. Və bu halda onların varlığı aşkar etmək çətindir.

Qeyri-molekulyar maddələrin xüsusiyyətləri

Onlardan danışaraq, onlar molekullardan deyil, atomlardan ibarət olduğunu qeyd edirlər. Lakin, bu da soyuq qazlara aiddir. Bu atomlar sərbəst hərəkət edir, buna görə də onları monotomik molekullar hesab etməli. Ancaq bu əsas şey deyil. Daha da önemlisi, qeyri-molekulyar maddələrdə bir-birinə bağlı bir çox atom vardır. Qeyd etmək lazımdır ki, bütün maddələrin qeyri-molekulyar və molekulyar birləşmələrə bölünməsi kifayət deyil. Əlaqəyə görə bölmə daha mənalıdır. Məsələn, qrafit və almaz xassələrinin fərqini nəzərə alın. Hər ikisi karbondur, amma birinci yumşaqdır, ikincisi isə ağırdır. Bir-birindən nə fərqlidirlər? Fark dəqiqliklə bağlıdır. Grafitin strukturunu nəzərə alsaq, görəcəyik ki, güclü bağlar yalnız iki ölçüdədir. Lakin üçüncü, interatomik məsafələrdə çox əhəmiyyətlidir, buna görə də güclü bir əlaqə yoxdur. Qrafit asanlıqla səpir və bu qatlardan keçir.

Strukturun əlaqələndirilməsi

Əks təqdirdə, bu məkan ölçüsü deyilir. Onların içərisində davamlı (demək olar ki, sonsuz) skelet sistemi (güclü bağlar) ilə xarakterizə olan kosmik ölçülərinin sayıdır. Alabileceği değerler 0, 1, 2 ve 3'dür. Buna görə üç boyutlu bağlı, qatlı, zəncir və ada (moleküler) strukturları ayırmaq lazımdır.

Kompozisiyanın sabitliyi haqqında qanun

Biz artıq kimya əsas anlayışlarını öyrənmişik. Maddə qısa olaraq bizim tərəfindən nəzərdən keçirildi. İndi onunla bağlı olan qanundan danışaq. Adətən aşağıdakı kimi formullaşdırılır: hər hansı fərdi maddə (yəni təmiz), necə alındıqdan asılı olmayaraq eyni kəmiyyət və keyfiyyət tərkibinə malikdir. Amma "saf maddənin" anlayışı nə deməkdir? Bunu anlayaq.

İki min il bundan əvvəl maddələrin strukturu birbaşa üsullarla tədqiq edilə bilmədikdə, hətta biz öyrətdikləri kimya əsas kimyəvi konsepsiyaları və qanunları hətta mövcud deyildikdə təsvir olundu. Məsələn, su dəniz və çayların təməlini təşkil edən bir maye. Heç bir qoxusu, rəngi, dadı yoxdur. Dondurma və ərimə bu temperaturda, mis sulfat isə mavi olur . Tuzlu dəniz suyu təmiz deyil, çünki. Lakin, duzların distillə ilə ayrılması mümkündür. Təxminən, kimya əsas kimyəvi konsepsiyaları və qanunları təsviri üsulla müəyyən edilmişdir.

Zamanın alimləri üçün fərqli yollarla (hidrogen yanması, suyun qurudulması, dəniz suyunun distillə edilməsi) eyni şəkildə tərkibə malik olan mayenin, eyni tərkibə malik olduğu aydın deyildir. Elmdə böyük bir kəşf bu gerçəyin sübutudur. Oxygen və hidrogen nisbəti asanlıqla dəyişə bilməyəcəyi aydın oldu. Bu elementlər atomlardan ibarətdir - bölünməz hissələr. Beləliklə maddələrin formulları əldə edilmiş və elm adamlarının molekullarla bağlı təqdimatı da əsaslandırılmışdır.

Bizim dövrümüzdə hər hansı bir maddə açıq-aydın ya da dolayısı ilə ərimə nöqtəsi, dadı və ya rənglə deyil, əsasən bir formula ilə müəyyən edilir. Su - H ₂ O. Digər molekullar varsa, artıq təmiz olmaz. Nəticədə, saf bir molekulyar maddə yalnız bir növün molekullarından ibarətdir.

Ancaq bu vəziyyətdə elektrolitlərlə necə olursunuz? Axı, yalnız molekulların deyil, ionları ehtiva edirlər. Daha dəqiq bir tərif lazımdır. Saf bir molekulyar maddə, bir növ molekullarından və ehtimal ki, onların geri çevrilən sürətli transformasiyasının məhsullarından (izomerizasiya, birləşmə, ayrışma) ibarətdir. Bu məzmunda "sürətli" sözü, bu məhsullardan xilas ola bilməyəcəyimiz deməkdir, dərhal yenidən görünür. "Dönər" sözü çevrilmənin tamamlanmadığını göstərir. Əgər belədirsə, bu qeyri-sabit olduğunu söyləmək daha yaxşıdır. Bu vəziyyətdə təmiz bir maddə deyil.

Maddəki kütlələrin qorunması Qanunu

Bu qanunun erkən dövrlərdən metaforik forması ilə tanınmışdır. Onun sözlərinə görə, maddə unudulmaz və pozulmazdır. Sonra onun kəmiyyət formulu gəldi. Onun sözlərinə görə, çəki (və 17-ci əsrin axırından - kütlə) maddənin miqdarıdır.

Bu qanunu bizim üçün adət şəklində 1748-ci ildə Lomonosov tərəfindən açılmışdır. 1789-cu ildə o, Fransız alim A. Lavoisier tərəfindən dəstəkləndi. Onun müasir formalaşması belə bir səslənir: Kimyəvi reaksiyaya daxil olan maddələrin kütləsi ondan gələn maddələrin kütləinə bərabərdir.

Avogadro qanunu, qaz həcmi münasibətləri qanunu

Son 1808-ci ildə Fransız alim JL Gay-Lussac tərəfindən hazırlanmışdır. Hal-hazırda bu Qanuna Gay-Lussac Qanunu deyilir. Onun sözlərinə görə, reaksiya qazlarının həcmi bir-birinə, eləcə də kiçik tamsayılar şəklində alınan qazın həcminə aiddir.

Gay-Lussac aşkar Pattern, 1811-ci ildə, bir az sonra açıldı hüquq, izah edir, Amedeo avogadro, İtalyan alim. Bu qazların bərabər şərait (təzyiq və temperatur) altında eyni həcmi, bu molekulların eyni sayda olan bildirir.

Iki əhəmiyyətli nəticələri Avogadro qanunundan edin. ilk eyni şərtlər altında, hər hansı bir qaz bir mole bərabər həcmi tutur ki, yatır. ya (temperatur 0 ° C və 101,325 kPa var) normal şəraitdə Həcmi 22.4 litr oldu. Bu qanunun ikinci nəticəsi belə onların nisbəti bərabər bərabər şəraitdə eyni miqdarda olan qazların çəki nisbəti molar kütləvi.

əlbəttə qeyd etmək lazımdır başqa hüquq var. Biz qısa bu barədə sizə xəbər verəcəkdir.

Dövri qanun və masa

elementlərin kimyəvi xassələrinin və bu qanunu kəşf atom və molekulyar elm əsasında D. İ Mendeleyev. Bu hadisə 1869 Dövri Hüquq təbiətdə ən mühüm biridir, 1 mart keçirilib. mürəkkəb və sadə maddələrin əmələ elementlərin xassələri və atomları nuclei günahından dövri asılılıq var: Bu aşağıdakı kimi ifadə etmək olar.

Mendeleyev tərəfindən yaradılmışdır Dövri cədvəl, yeddi dövrləri və səkkiz qrupları ibarətdir. Qruplar öz şaquli sütun çağırıb. Onların hər biri Elements oxşar fiziki və kimyəvi xüsusiyyətləri var. qrup, öz növbəsində, sub-qruplar (əsas və yan) bölünür.

Bu cədvəldə üfüqi satır dövrlər baxın. onlara olan Elements öz aralarında fərqli, lakin onlar ortaq var - həqiqəti eyni enerji səviyyədə onların son elektron. ilk dövrdə yalnız iki elementləridir. H hidrogen və helium Odur. səkkiz elementləri ikinci dövr var. onların artıq 18 Mendeleyev dördüncü ilk böyük kimi bu dövr təyin. beşinci və 18 elementləri, onun strukturu dördüncü kimi. 32 elementləri - altıncı hissəsi kimi. yeddinci bitmiş deyil. Bu müddət Fransız (Fr) ilə başlayır. Biz 32 elementləri, eləcə də altıncısı ehtiva edir ki, güman etmək olar. Ancaq bu günə qədər yalnız 24 tapıldı.

qayda otketa

qaydaya görə bütün elementləri bir elektron əldə etmək və ya onlara yaxın nəcib qaz 8 elektron konfiqurasiya etmək üçün onu itirmək edirlər otketa. ionlaşma enerji - atom elektron ayırmaq tələb olunan enerji məbləği. Otketa qayda dövri masa soldan sağa hərəkət zaman bir elektron aradan qaldırılması üçün daha çox enerji lazımdır ki. Buna görə də, sol tərəfində maddələr, bir elektron itirməyə təmin etmək üçün çalışırıq. Əksinə, can sağ tərəfində yerləşən o, onu almaq.

Qanunlar və kimya əsas anlayışlar, biz qısa qeyd. Əlbəttə ki, bu, yalnız ümumi məlumat. bir məqalədə bu detal belə bir ciddi elm haqqında danışmaq mümkün deyil. Əsas anlayışlar və bu maddədə göstərildiyi kimi kimya qanunları - daha öyrənilməsi üçün bir başlanğıc nöqtəsidir. Bütün sonra, bu elm çox bölmələr var. Məsələn, üzvi və qeyri-üzvi kimya üçün var. Bu elm bölmələrin hər biri əsas anlayışlar uzun müddət tədqiq edilə bilər. Amma yuxarıda təsvir, ümumi məsələlər baxın. Ona görə də biz bu əsas üzvi kimya anlayışlar, eləcə də qeyri-üzvi var ki, demək olar.