§ 1 Maddenin kütlesini oluşturan şey
Her cismin kütlesi vardır. Örneğin bir torba elma gibi bir cismi ele alalım. Bu cismin kütlesi var. Kütlesi torbadaki her elmanın kütlesinin toplamı olacaktır. Bir torba pirincin de kendi kütlesi vardır; bu, çok küçük ve hafif olmalarına rağmen tüm pirinç tanelerinin kütlesinin toplanmasıyla belirlenir.
Bütün bedenler maddelerden yapılmıştır. Bir cismin kütlesi onu oluşturan maddelerin kütlesinden oluşur. Maddeler ise parçacıklardan, moleküllerden veya atomlardan oluşur, dolayısıyla madde parçacıklarının da kütlesi vardır.
§ 2 Atomik kütle birimi
En hafif hidrojen atomunun kütlesini gram cinsinden ifade edersek çok karmaşık bir sonuç elde ederiz. daha fazla çalışma sayı
1,66 ∙10-24g.
Oksijen atomunun kütlesi yaklaşık on altı kat daha fazladır ve 2,66∙10-23 g'dır, karbon atomunun kütlesi 1,99∙10-23 g'dır. Bir atomun kütlesi ma ile gösterilir.
Bu tür rakamlarla hesaplama yapmak sakıncalıdır.
Atomik (ve moleküler) kütleleri ölçmek için atomik kütle birimi (a.m.u.) kullanılır.
Bir atomik kütle birimi, bir karbon atomunun kütlesinin 1/12'sidir.
Bu durumda bir hidrojen atomunun kütlesi 1 amu, bir oksijen atomunun kütlesi 16 amu ve bir karbon atomunun kütlesi 12 amu olacaktır.
Kimyagerler uzun zamandır Herhangi bir elementin bir atomunun, bize tanıdık ve uygun olan kütle birimlerinde (gram, kilogram vb.) ne kadar ağır olduğuna dair en ufak bir fikri yoktu.
Bu nedenle başlangıçta atom kütlelerini belirleme görevi değiştirildi.
Bazı elementlerin atomlarının diğerlerinden kaç kat daha ağır olduğunu belirlemek için girişimlerde bulunuldu. Böylece bilim adamları bir elementin atomunun kütlesini başka bir elementin atomunun kütlesiyle karşılaştırmaya çalıştılar.
Bu sorunun çözümü aynı zamanda büyük zorluklarla ve her şeyden önce bir standardın, yani diğer elementlerin atom kütlelerinin karşılaştırılacağı kimyasal elementin seçimiyle doluydu.
§ 3 Bağıl atom kütlesi
Bilim adamları XIX yüzyıl Bu sorunu, maddelerin bileşiminin belirlenmesine ilişkin deneysel verilere dayanarak çözdü. En hafif atom olan hidrojen atomu standart olarak alındı. Deneysel olarak oksijen atomunun hidrojen atomundan 16 kat daha ağır olduğu bulunmuştur. bağıl kütle(hidrojen atomunun kütlesine göre) 16'dır.
Bu miktarın Ar harfleriyle gösterilmesi gerektiği konusunda anlaşmaya varıldı (“r” endeksi ilk harf İngilizce kelime"göreceli" - göreceli). Böylece bağıl atom kütlelerinin değerini yazmak kimyasal elementlerşöyle görünmeli aşağıdaki gibi: Hidrojenin bağıl atom kütlesi 1, oksijenin bağıl atom kütlesi 16, karbonun bağıl atom kütlesi 12'dir.
Bağıl atom kütlesi, bir kimyasal elementin atomunun kütlesinin kaç katı olduğunu gösterir. daha fazla kütle standart olan atom, dolayısıyla verilen değer hiçbir boyutu yoktur.
Daha önce de belirtildiği gibi, başlangıçta atom kütlelerinin değerleri hidrojen atomunun kütlesine göre belirlendi. Daha sonra atom kütlelerini belirleme standardı, bir karbon atomunun kütlesinin 1/12'si haline geldi (bir karbon atomu, bir hidrojen atomundan 12 kat daha ağırdır).
Bir elementin bağıl atom kütlesi (Ar), bir kimyasal elementin atomunun kütlesinin, bir karbon atomunun kütlesinin 1/12'sine oranıdır.
Kimyasal elementlerin atomik kütlelerinin değerleri, Kimyasal Elementlerin Periyodik Tablosunda D.I. Mendeleev. Periyodik tabloya bir göz atın ve herhangi bir hücresine bakın, örneğin 8 numaraya.
Alt satırdaki kimyasal işaret ve ismin altında, kimyasal elementin atom kütlesi belirtilir: oksijenin bağıl atom kütlesi 15.9994'tür. Lütfen dikkat: göreceli atom kütleleri Hemen hemen tüm kimyasal elementlerin kesirli değerleri vardır. Bunun nedeni izotopların varlığıdır. İzotopların aynı kimyasal elementin kütle bakımından biraz farklı olan atomları olduğunu hatırlatmama izin verin.
Okulda hesaplamalar genellikle tam sayılara yuvarlanmış göreceli atom kütlelerini kullanır. Ancak bazı durumlarda kullanırlar kesirli değerlerörneğin: klorun bağıl atom kütlesi 35,5'tir.
§ 4 Bağıl moleküler ağırlık
Bir molekülün kütlesi atomların kütlelerinden oluşur.
Bir maddenin bağıl moleküler kütlesi, bu maddenin bir molekülünün kütlesinin, bir karbon atomunun kütlesinin 1/12'sinden kaç kat daha büyük olduğunu gösteren bir sayıdır.
Bağıl molekül ağırlığı belirlenir - Bay
Maddelerin bağıl moleküler ağırlığı, maddelerin bileşimini ifade eden kimyasal formüller kullanılarak hesaplanır. Bağıl moleküler kütleyi bulmak için, niceliksel bileşimi, yani her bir elementin atom sayısını dikkate alarak, maddenin molekülünü oluşturan elementlerin bağıl atom kütlelerinin değerlerini toplamak gerekir. (içinde kimyasal formüller indeksler kullanılarak ifade edilir). Örneğin H2O formülüne sahip suyun bağıl molekül ağırlığı iki bağıl değerin toplamına eşittir.
Hidrojenin atom kütlesi ve oksijenin bağıl atom kütlesinin bir değeri:
H2SO4 formülüne sahip sülfürik asidin bağıl molekül ağırlığı toplamına eşittir
Hidrojenin bağıl atom kütlesinin iki değeri, kükürtün bağıl atom kütlesinin bir değeri ve oksijenin bağıl atom kütlesinin dört değeri: .
Bağıl molekül ağırlığı boyutsuz bir miktardır. Atomik kütle birimleriyle ifade edilen moleküllerin gerçek kütlesiyle karıştırılmamalıdır.
Kullanılan literatürün listesi:
- OLUMSUZ. Kuznetsova. Kimya. 8. sınıf. için öğretici eğitim kurumları. – M. Ventana-Graf, 2012.
Kullanılan görseller:
Bir atomun kütlesini ölçmek için, atomik kütle birimleri (a.m.u.) cinsinden ifade edilen bağıl atom kütlesi kullanılır. Bağıl molekül ağırlığı, maddelerin bağıl atom kütlelerinden oluşur.
Kavramlar
Kimyada bağıl atom kütlesinin ne olduğunu anlamak için, bir atomun mutlak kütlesinin gram cinsinden ifade edilemeyecek kadar küçük olduğunu, kilogram cinsinden çok daha az olduğunu anlamalısınız. Bu nedenle modern kimya Karbon kütlesinin 1/12'si atomik kütle birimi (amu) olarak alınır. Bağıl atom kütlesi, mutlak kütlenin karbonun mutlak kütlesinin 1/12'sine oranına eşittir. Başka bir deyişle, bağıl kütle, belirli bir maddenin atomunun kütlesinin, bir karbon atomunun kütlesinin 1/12'sini kaç kez aştığını yansıtır. Örneğin nitrojenin bağıl kütlesi 14'tür, yani. Azot atomu 14 a içerir. e.m. veya bir karbon atomunun 1/12'sinden 14 kat daha fazla.
Pirinç. 1. Atomlar ve moleküller.
Tüm elementler arasında hidrojen en hafifidir, kütlesi 1 birimdir. En ağır atomların kütlesi 300 a'dır. sabah
Molekül kütlesi, bir molekülün kütlesinin karbon kütlesinin 1/12'sini kaç kez aştığını gösteren bir değerdir. Ayrıca a ile ifade edilir. e.m. Bir molekülün kütlesi atomların kütlesinden oluşur, bu nedenle bağıl moleküler kütleyi hesaplamak için maddenin atomlarının kütlelerini toplamak gerekir. Örneğin suyun bağıl molekül ağırlığı 18'dir. Bu değer, iki hidrojen atomu (2) ve bir oksijen atomunun (16) bağıl atom kütlelerinin toplamıdır.
Pirinç. 2. Karbon girişi periyodik tablo.
Gördüğünüz gibi bu iki kavramın birçok ortak özelliği var:
- bağıl atom ve moleküler ağırlık maddeler boyutsuz miktarlardır;
- bağıl atom kütlesi Ar olarak belirtilir, moleküler kütle - Bay;
- Ölçü birimi her iki durumda da aynıdır - a. sabah
Molar ve moleküler kütleler sayısal olarak aynı, ancak boyut olarak farklıdır. Molar kütle, bir maddenin kütlesinin mol sayısına oranıdır. Bir molün kütlesini yansıtır. sayıya eşit Avogadro, yani 6,02 ⋅ 10 23 . Örneğin 1 mol suyun ağırlığı 18 g/mol'dür ve M r (H 2 O) = 18 a'dır. e.m. (bir atomik kütle biriminden 18 kat daha ağır).
Nasıl hesaplanır
Bağıl atom kütlesini matematiksel olarak ifade etmek için, 1/2 kısım karbon veya bir kısım karbonun belirlenmesi gerekir. atom birimi kütle 1,66⋅10 −24 g'dir. Bu nedenle bağıl atom kütlesi formülü aşağıdaki forma sahiptir:
Bir r (X) = m a (X) / 1,66⋅10 −24,
m a maddenin mutlak atom kütlesidir.
Kimyasal elementlerin göreceli atom kütlesi Mendeleev'in periyodik tablosunda belirtilmiştir, bu nedenle problemleri çözerken bağımsız olarak hesaplanmasına gerek yoktur. Bağıl atom kütleleri genellikle tam sayılara yuvarlanır. Bunun istisnası klordur. Atomlarının kütlesi 35,5'tir.
İzotoplara sahip elementlerin göreceli atom kütlesi hesaplanırken ortalama değerlerinin dikkate alındığına dikkat edilmelidir. Bu durumda atom kütlesi şu şekilde hesaplanır:
Bir r = ΣA r,i n ben ,
burada A r,i izotopların bağıl atom kütlesidir, ni ise doğal karışımlardaki izotopların içeriğidir.
Örneğin oksijenin üç izotopu vardır - 16 O, 17 O, 18 O. Bağıl kütleleri 15.995, 16.999, 17.999'dur ve doğal karışımlardaki içerikleri sırasıyla %99.759, %0.037, %0.204'tür. Yüzdeleri 100'e bölüp değerleri yerine koyarsak şunu elde ederiz:
Bir r = 15,995 ∙ 0,99759 + 16,999 ∙ 0,00037 + 17,999 ∙ 0,00204 = 15,999 akb
Periyodik tabloya bakıldığında oksijen hücresinde bu değeri bulmak kolaydır.
Pirinç. 3. Periyodik tablo.
Bağıl moleküler kütle, bir maddenin atomlarının kütlelerinin toplamıdır:
Bağıl molekül ağırlığı değeri belirlenirken sembol indeksleri dikkate alınır. Örneğin, H2CO3'ün kütlesinin hesaplanması şu şekildedir:
M r = 1 ∙ 2 + 12 + 16 ∙ 3 = 62 a. sabah
Bağıl moleküler kütleyi bilerek, bir gazın bağıl yoğunluğunu ikincisinden hesaplamak mümkündür; gaz halindeki bir maddenin ikincisinden kaç kat daha ağır olduğunu belirleyin. Bunu yapmak için D (y) x = M r (x) / M r (y) denklemini kullanın.
Ne öğrendik?
8. sınıf dersinde bağıl atom ve molekül kütlesini öğrendik. Bağıl atom kütlesi birimi, karbon kütlesinin 1/12'si, yani 1,66⋅10 −24 g olarak alınır. Kütleyi hesaplamak için, maddenin mutlak atom kütlesini atom kütle birimine bölmek gerekir. (amu). Bağıl atom kütlesi değeri şu şekilde verilmiştir: periyodik tablo Her element hücresinde Mendeleev. Bir maddenin moleküler kütlesi, elementlerin bağıl atom kütlelerinin toplamıdır.
Konuyla ilgili deneme
Raporun değerlendirilmesi
Ortalama derecelendirme: 4.6. Alınan toplam puan: 177.
Atomik ve moleküler kütleler
TEMEL KİMYASAL KAVRAMLAR VE YASALAR. MADDENİN DURUMLARI
Kimya, maddelerin ve onların dönüşümlerinin bilimidir
Madde– dinlenme kütlesine sahip ayrı parçacıklardan (atomlar, moleküller, iyonlar) oluşan bir madde türü. Maddenin varoluş şekli - hareket .
Doğanın temel kanunu madde ve hareketin yok edilemezliği kanunu sonucu var kütlenin korunumu kanunu , M.V. Lomonosov'un 1748'de yayınladığı ve 1760'ta yayınladığı: reaksiyona giren maddelerin kütlesi, reaksiyon sonucunda oluşan maddelerin kütlesine eşittir.
atomik moleküler bilim
M.V. Lomonosov aynı zamanda 1741'de formüle ettiği atom-moleküler teorinin de yaratıcısıdır.
Atom-moleküler öğretimin temel hükümleri:
1) Bütün maddeler aralarında boşluk bulunan moleküllerden oluşur. Molekül – en küçük parçacık kimyasal özelliklerine sahip bir madde.
2) Moleküller birbirleriyle belirli oranlarda birleşen atomlardan oluşur.
Atom – en küçük parçacık basit ve karmaşık maddelerin bileşiminde bulunan, kimyasal olarak bölünmeyen kimyasal element.
3) Moleküller ve atomlar sürekli hareket halindedir.
4) Atomlar belirli bir kütle ve büyüklükle karakterize edilir.
5) Farklı elementler farklı atomlara karşılık gelir ( eleman – atom türü).
6) Moleküller basit maddeler Karmaşık moleküller farklı atomlardan oluşurken, bunlar aynı atomlardan oluşur.
Kompozisyonun Değişmezliği Yasası
Kütlenin korunumu yasasının keşfi kimyanın bilime geçişini işaret etti. nicel yöntemler araştırma. Birçok maddenin bileşimi incelendi ve 1799-1807'de bileşim değişmezliği yasası oluşturuldu. J. Proust : her türlü şey saf maddeüretim yöntemleri ve doğadaki konumu ne olursa olsun değişmez bir kaliteye ve kaliteye sahiptir. niceliksel bileşim.
Basit katlar kanunu
Kompozisyonun değişmezliği yasasından, oluşum sırasında şu sonucu çıkar: karmaşık madde elemanlar belirli ağırlık oranlarında birbirine bağlanır. Pek çok element birbiriyle farklı ağırlık oranlarında birleşerek bir form oluşturabilir. farklı maddeler(CO, CO2). CO ve CO2, N20, NO ve NO2 moleküllerinde bileşim kademeli olarak değil aniden değişir, bu da maddenin ayrı bir yapısını gösterir. Deneyimlerle doğrulanan bu yasa ilk kanıttı. atomların varlığının gerçekliği.
Atomik ve moleküler kütleler
Atomlar ve moleküller var mutlak kütleler yaklaşık 10 –24 –10 –21 g, karşılaştırma için uygun değildir, bu nedenle kimyagerler göreceli değerler atom kütlesi. Bağıl atom kütlesi kavramı 1803 yılında J. Dalton tarafından ortaya atılmıştır. Kütle birimi olarak en hafif atom olan hidrojenin kütlesini almıştır. Şu anda 12C izotopunun bir karbon atomunun kütlesinin 1/12'si yani 1.66043 x 10 –24 g kütlesi standart olarak kabul edilmektedir.
Bağıl atom (A R) ağırlık belirli bir atomun, karbon izotopu 12 C atomunun kütlesinin 1/12'sinden kaç kat daha ağır olduğunu gösterir.
Değeri kullanma spesifik ısı kapasitesi deneysel olarak kolayca belirlenebilen ( 1 gram madde tarafından alınan veya verilen ısı miktarının sıcaklıktaki buna karşılık gelen değişime oranı) atom kütlesinin yaklaşık değerini bulabilirsiniz. İstisnalar, çok daha düşük ısı kapasitesine sahip olan hafif elementler, özellikle ametallerdir (berilyum, bor, silikon, elmas).
Günümüzde elementlerin atomik kütleleri kütle spektroskopisi ile belirlenmektedir. Atomların kütleleri, manyetik alanda hareket eden iyonlarının yörüngesindeki sapma ile belirlenir, çünkü sapmanın büyüklüğü iyon kütlesinin yüküne oranına bağlıdır.
Bağıl molekül ağırlığı (M r)kaç kez olduğunu gösterir bu molekül 12 C atomunun kütlesinin 1/12'sinden daha ağırdır.
 ,
| (1.4) |
Nerede M m molekülün kütlesidir.
Kimyanın temel yasaları
Maddelerin kantitatif bileşimini ve reaksiyona giren maddeler arasındaki kantitatif ilişkileri (kütle, hacim) dikkate alan kimya dalına denir. stokiyometri. Buna göre bileşiklerdeki elementler arasındaki veya bileşiklerdeki maddeler arasındaki niceliksel ilişkilerin hesaplanması kimyasal reaksiyonlar denir stokiyometrik hesaplamalar. Kütlenin korunumu yasalarına, bileşimin sabitliğine, çoklu oranlara ve ayrıca gaz yasalarına dayanırlar - hacimsel ilişkiler ve Avogadro. Listelenen yasalar stokiyometrinin temel yasaları olarak kabul edilir.
Kütlenin Korunumu Kanunu- fizik kanunu, buna göre ağırlık fiziksel sistem tamamen doğal ve korunaklı yapay süreçler. Maddenin yaratılmamış ve yok edilemez olduğunu savunan tarihsel, metafizik biçiminde hukuk, eski çağlardan beri bilinmektedir. Daha sonra, bir madde miktarının ölçüsünün ağırlık (daha sonra kütle) olduğu niceliksel bir formülasyon ortaya çıktı. Kütlenin korunumu yasası tarihsel olarak formülasyonlardan biri olarak anlaşılmıştır. maddenin korunumu kanunu. Bunu formüle eden ilk kişilerden biri antik Yunan filozofu Empedokles'ti (MÖ 5. yüzyıl): hiçbir şey yoktan var olamaz ve var olan hiçbir şekilde yok edilemez. Daha sonra benzer bir tez Demokritos, Aristoteles ve Epikür tarafından dile getirildi (Lucretius Cara tarafından yeniden anlatıldığı gibi). Ölçü olarak kütle kavramının ortaya çıkışıyla birlikte madde miktarı ağırlıkla orantılı olarak, maddenin korunumu yasasının formülasyonu açıklığa kavuşturuldu: kütle değişmezdir (korunur), yani tüm süreçler altında toplam kütle azalmaz veya artmaz(Newton'un zaten varsaydığı gibi ağırlık değişmez değildir, çünkü Dünya'nın şekli ideal küre). Mikro dünya fiziğinin yaratılmasına kadar kütlenin korunumu yasasının doğru ve açık olduğu düşünülüyordu. I. Kant bu yasayı doğa biliminin bir varsayımı olarak ilan etti (1786). Lavoisier " Temel ders kitabı Kimya" (1789), maddenin kütlesinin korunumu yasasının kesin bir niceliksel formülasyonunu verir, ancak bunu yeni ve önemli bir yasa olarak ilan etmez, yalnızca iyi bilinen ve köklü bir gerçek olarak geçerken ondan bahseder. Kimyasal reaksiyonlar için Lavoisier yasayı şu şekilde formüle etti: ne yapay süreçlerde ne de doğal süreçlerde hiçbir şey olmaz ve her işlemde [kimyasal reaksiyonda] önce ve sonra aynı miktarda maddenin olduğu, ilkelerin nitelik ve niceliğinin aynı kaldığı, yalnızca yer değiştirmeler ve yeniden gruplaşmalar meydana geldi.
20. yüzyılda kütlenin iki yeni özelliği keşfedildi: 1. Kütle fiziksel nesne ona bağlı iç enerji. Emildiğinde dış enerji kütle büyür ve kaybolduğunda azalır. Buradan kütlenin yalnızca yalıtılmış bir sistemde, yani enerji alışverişinin olmadığı durumda korunduğu sonucu çıkar. dış çevre. Kütledeki değişim özellikle fark edilir. nükleer reaksiyonlar. Ancak ısının salınmasının (veya emilmesinin) eşlik ettiği kimyasal reaksiyonlar sırasında bile kütle korunmaz, ancak bu durumda kütle kusuru ihmal edilebilir düzeydedir; 2. Kütle eklenen bir miktar değildir: Bir sistemin kütlesi, onu oluşturan bileşenlerin kütlelerinin toplamına eşit değildir. İÇİNDE modern fizik Kütlenin korunumu yasası, enerjinin korunumu yasasıyla yakından ilgilidir ve aynı sınırlamayla yerine getirilir - sistem ile dış çevre arasındaki enerji alışverişini hesaba katmak gerekir.
Kompozisyonun Değişmezliği Yasası(J.L. Proust, 1801-1808) - kimyasal olarak belirlenmiş herhangi bir saf bağlantı hazırlanma yöntemi ne olursa olsun aynı kimyasal elementlerden oluşur, kütlelerinin oranları sabittir ve atomlarının bağıl sayıları tamsayılarla ifade edilir.. Bu kimyanın temel yasalarından biridir. Sabit bileşim kanunu daltonidler (sabit bileşimli bileşikler) için doğrudur ve berthollitler (değişken bileşimli bileşikler) için doğru değildir. Ancak basitlik adına birçok Berthollid'in bileşimi sabit olarak yazılmıştır.
Katlar Kanunu 1803 yılında J. Dalton tarafından keşfedildi ve kendisi tarafından atomizm açısından yorumlandı. Bu kimyanın stokiyometrik yasalarından biridir: eğer iki element birbiriyle birden fazla bileşik oluşturuyorsa, elementlerden birinin diğer elementin aynı kütlesi başına kütleleri tam sayılarla ilişkilidir, genellikle küçüktür.
Mol. Molar kütle
İÇİNDE uluslararası sistem birim (SI) Bir maddenin miktar birimi mol olarak alınır.
Mol- bu kadar çok şey içeren madde miktarı yapısal birimler(moleküller, atomlar, iyonlar, elektronlar vb.), 0,012 kg karbon izotopu 12 C'de kaç atom bulunur?
Bir karbon atomunun kütlesini bildiğimizde (1,933 × 10 -26 kg), 0,012 kg karbondaki N A atomlarının sayısını hesaplayabiliriz.
N A = 0,012/1,933×10 -26 = 6,02×10 23 mol -1
6,02×10 23 mol -1 denir Avogadro sabiti(N A adı, boyut 1/mol veya mol -1). Herhangi bir maddenin bir molündeki yapısal birimlerin sayısını gösterir.
Molar kütle- boyut, orana eşit Bir maddenin kütlesinin madde miktarına oranı. Kg/mol veya g/mol boyutuna sahiptir. Genellikle M olarak adlandırılır.
İÇİNDE genel durum Bir maddenin g/mol cinsinden ifade edilen molar kütlesi sayısal olarak bu maddenin bağıl atomik (A) veya bağıl moleküler kütlesine (M) eşittir. Örneğin C, Fe, O2, H2O'nun bağıl atom ve moleküler kütleleri sırasıyla 12, 56, 32, 18 ve molar kütleleri sırasıyla 12 g/mol, 56 g/mol, 32 g/mol'dür. , 18 g/mol.
Bir maddenin kütlesi ve miktarının farklı kavramlar olduğu unutulmamalıdır. Kütle kilogram (gram) cinsinden ifade edilir ve madde miktarı mol cinsinden ifade edilir. Bir maddenin kütlesi (m, g), madde miktarı (ν, mol) ve molar kütle(M, g/mol) basit ilişkiler vardır
m = νM; v = m/M; M = m/v.
Bu formülleri kullanarak bir maddenin belirli bir miktarının kütlesini hesaplamak, bir maddenin bilinen bir kütlesindeki mol sayısını belirlemek veya bir maddenin molar kütlesini bulmak kolaydır.
Bağıl atom ve moleküler kütleler
Kimyada geleneksel olarak kullanılmaz mutlak değerler kütle ama göreceli. 1961'den bu yana, bir karbon-12 atomunun kütlesinin 1/12'si olan, yani karbon 12 C'nin izotopu olan atomik kütle birimi (kısaltılmış a.m.u.), 1961'den bu yana bağıl atom kütlelerinin bir birimi olarak benimsenmiştir.
Bağıl molekül ağırlığı Bir maddenin (M r) oranına eşit bir miktardır ortalama ağırlık Bir maddenin doğal izotopik bileşiminin molekülleri, bir karbon atomunun kütlesinin 1/12'sine kadar 12 C.
Bağıl moleküler kütle, sayısal olarak molekülü oluşturan tüm atomların bağıl atom kütlelerinin toplamına eşittir ve maddenin formülü kullanılarak kolayca hesaplanır; örneğin, maddenin formülü B x D y C'dir. z, o zaman
M r = xA B + yA D + zA C.
Moleküler kütle a.m.u boyutuna sahiptir. ve sayısal olarak molar kütleye (g/mol) eşittir.
Gaz kanunları
Bir gazın durumu tamamen sıcaklığı, basıncı, hacmi, kütlesi ve molar kütlesi ile karakterize edilir. Bu parametreleri birbirine bağlayan yasalar tüm gazlar için birbirine çok yakındır ve gazlar için kesinlikle doğrudur. ideal gaz Parçacıklar arasında tamamen etkileşimin olmadığı ve parçacıkları maddi noktalar olan.
Birinci niceliksel araştırma Gazlar arasındaki reaksiyonlar Fransız bilim adamı Gay-Lussac'a aittir. Gazların termal genleşmesine ilişkin yasaların ve hacimsel ilişkiler yasasının yazarıdır. Bu yasalar 1811'de İtalyan fizikçi A. Avogadro tarafından açıklandı. Avogadro Yasası - kimyanın önemli temel ilkelerinden biri şöyle diyor: “ Aynı sıcaklık ve basınçta alınan farklı gazların eşit hacimleri aynı sayıda molekül içerir».
Sonuçlar Avogadro yasasından:
1) çoğunluğun molekülleri basit atomlar iki atomlu (H2, O2, vb.);
2) aynı numara Aynı koşullar altında farklı gazların molekülleri aynı hacmi kaplar.
3) ne zaman normal koşullar herhangi bir gazın bir molü 22,4 dm3 (l)'ye eşit bir hacim kaplar. Bu hacme denir gazın molar hacmi(V o) (normal koşullar - to = 0 °C veya
To = 273 K, P o = 101325 Pa = 101,325 kPa = 760 mm. rt. Sanat. = 1 atmosfer).
4) koşullar ne olursa olsun, herhangi bir maddenin bir molü ve herhangi bir elementin bir atomu ve toplama durumu aynı sayıda molekül içerir. Bu Avogadro sayısı (Avogadro sabiti) - deneysel olarak bu sayının eşit olduğu tespit edilmiştir
NA = 6,02213∙10 23 (moleküller).
Böylece: gazlar için 1 mol – 22,4 dm 3 (l) – 6,023∙10 23 molekül – M, g/mol;
madde için 1 mol – 6,023∙10 23 molekül – M, g/mol.
Avogadro yasasına göre: aynı basınçta ve aynı kütle sıcaklıklarında (m) eşit hacimler gazlar molar kütleleri (M) olarak adlandırılır
m 1 /m 2 = M 1 /M 2 = D,
nerede D- bağıl yoğunluk ilk gaz ikincinin üzerindedir.
Buna göre R. Boyle kanunu – E. Mariotte Sabit bir sıcaklıkta, belirli bir gaz kütlesinin ürettiği basınç, gazın hacmiyle ters orantılıdır.
P o /P 1 = V 1 /V o veya PV = sabit.
Bu, basınç arttıkça gazın hacminin azaldığı anlamına gelir. Bu yasa ilk olarak 1662'de R. Boyle tarafından formüle edildi. Fransız bilim adamı E. Marriott da yaratılışında yer aldığından İngiltere dışındaki ülkelerde bu yasaya denir. çift isim. temsil eder özel durum ideal gaz kanunu(İdeal olarak gaz davranışının tüm yasalarına uyan varsayımsal bir gazı tanımlar).
İle J. Gay-Lussac yasası : Sabit basınçta gazın hacmi doğru orantılı olarak değişir. mutlak sıcaklık(T)
V 1 /T 1 = V o /T o veya V/T = sabit.
Gaz hacmi, basınç ve sıcaklık arasındaki ilişki ifade edilebilir genel denklem Boyle-Mariotte ve Gay-Lussac yasalarını birleştirerek ( kombine gaz kanunu )
PV/T = P o V o /T o,
burada P ve V, belirli bir T sıcaklığındaki gazın basıncı ve hacmidir; P o ve V o - normal koşullar altında gazın basıncı ve hacmi (n.s.).
Mendeleev-Clapeyron denklemi(ideal bir gazın durum denklemi), bir gazın kütlesi (m, kg), sıcaklık (T, K), basınç (P, Pa) ve hacmi (V, m3) ile molar kütlesi arasındaki ilişkiyi kurar ( M, kg/mol)
burada R evrensel gaz sabitidir, eşittir 8,314 J/(mol K). Ayrıca gaz sabitinin iki değeri daha vardır: P – mmHg, V – cm3 (ml), R = 62400 ;
P – atm, V – dm3 (l), R = 0,082.
Kısmi basınç(lat. kısmi- kısmi, enlemden itibaren. pars- parça) - tek bir bileşenin basıncı gaz karışımı. Bir gaz karışımının toplam basıncı, bileşenlerinin kısmi basınçlarının toplamıdır.
Bir sıvı içinde çözünmüş bir gazın kısmi basıncı, aynı sıcaklıktaki sıvı ile denge durumunda gaz oluşumu aşamasında oluşacak gazın kısmi basıncıdır. Bir gazın kısmi basıncı, gaz moleküllerinin termodinamik aktivitesi olarak ölçülür. Gazlar her zaman yüksek kısmi basınç alanından düşük basınç alanına doğru akacaktır; ve neyle daha fazla fark akış o kadar hızlı olacaktır. Gazlar kısmi basınçlarına göre çözünür, yayılır ve reaksiyona girer ve gaz karışımındaki konsantrasyona bağlı olmaları gerekmez. Kısmi basınçların eklenmesi yasası 1801'de J. Dalton tarafından formüle edildi. Aynı zamanda doğru teorik temel Moleküler kinetik teorisine dayanan çalışma çok daha sonra yapıldı. Dalton yasaları - iki fiziksel yasalar Bir gaz karışımının toplam basıncını ve çözünürlüğünü belirleyen ve kendisi tarafından formüle edilen XIX'in başı yüzyıl:
Bir gaz karışımının bileşenlerinin çözünürlüğü kanunu: sabit bir sıcaklıkta, sıvının üzerinde bulunan gaz karışımının bileşenlerinin her birinin belirli bir sıvıdaki çözünürlüğü, kısmi basınçlarıyla orantılıdır.
Her iki Dalton kanunu da kesinlikle tatmin edicidir. ideal gazlar. Gerçek gazlar için bu yasalar, çözünürlüklerinin düşük olması ve davranışlarının ideal gaza yakın olması koşuluyla geçerlidir.
Eşdeğerler kanunu
1 mol hidrojen atomu (1 g) ile etkileşime giren veya kimyasal reaksiyonlarda bu miktardaki hidrojenin yerini alan bir element veya madde miktarına denir. eş değer bu elementin veya maddeler(E).
Eşdeğer kütle(Me, g/mol) bir maddenin bir eşdeğerinin kütlesidir.
Molar kütleler (M) biliniyorsa, bileşiğin bileşiminden eşdeğer kütle hesaplanabilir:
1) M e (eleman): M e = A/B,
burada A, elementin atom kütlesidir, B, elementin değerliliğidir;
2) M e (oksit) = M / 2n (O 2) = M e (ele.) + M e (O 2) = M e (element) + 8,
burada n(O2) oksijen atomlarının sayısıdır; M e (O2) = 8 g/mol - eşdeğer oksijen kütlesi;
3) Me (hidroksit) = M/n (on-) = Me (element) + Me (OH -) = Me (element) + 17,
burada n(he-) OH- gruplarının sayısıdır; Me (OH-) = 17 g/mol;
4) M e (asitler) = M/n (n+) = Me (H +) + Me (asit artığı) = 1 + M e (asit artığı),
burada n(n+) H+ iyonlarının sayısıdır; Me(H+) = 1 g/mol; M e (asit kalıntısı) – eşdeğer kütle asit kalıntısı;
5) Me (tuzlar) = M/n me İçimde = Me (element) + Me (asit kalıntısı),
burada n me metal atomlarının sayısıdır; İçimde metalin değeri var.
Gaz halindeki maddelerin hacimleri hakkında bilgi içeren bazı problemleri çözerken eşdeğer hacmin (V e) değerinin kullanılması tavsiye edilir.
Eşdeğer hacim verilen koşullar altında işgal edilen hacimdir
1 eşdeğer gaz halindeki madde. Yani hidrojen için hayır. eşdeğer hacim 22,4 1/2 = 11,2 dm3, oksijen için - 5,6 dm3'tür.
Eşdeğerler yasasına göre: birbirleriyle reaksiyona giren m 1 ve m 2 maddelerinin kütleleri (hacimleri) eşdeğer kütleleri (hacimleri) ile orantılıdır.
m1/M e1 = m2/M e2.
Maddelerden biri gaz halinde ise, o zaman
m/M e = V o / V e.
Her iki madde de gaz halinde ise
V o1 /V e 1 = V o2 /V e2.
Atomik yapı
Periyodik yasa ve periyodik element sistemi, atomun yapısına yönelik araştırmalar için güçlü bir itici güç görevi gördü; bu, evrenin yasalarının anlaşılmasını değiştirdi ve nükleer enerji kullanma fikrinin pratikte uygulanmasına yol açtı.
Periyodik yasa keşfedildiğinde moleküller ve atomlar hakkındaki fikirler yeni yeni oluşmaya başlamıştı. Dahası, atom yalnızca en küçük değil, aynı zamanda temel (yani bölünmez) bir parçacık olarak kabul edildi. Atomun yapısının karmaşıklığının doğrudan kanıtı, bazı elementlerin atomlarının kendiliğinden parçalanmasının keşfiydi. radyoaktivite. 1896 yılında Fransız fizikçi A. Becquerel, uranyum içeren maddelerin karanlıkta bir fotoğraf plakasını aydınlattığını, gazı iyonlaştırdığını ve floresan maddelerin parlamasına neden olduğunu keşfetti. Daha sonra bu yeteneğe yalnızca uranyumun sahip olmadığı ortaya çıktı. P. Curie ve Marie Skłodowska-Curie iki yeni radyoaktif element keşfetti: polonyum ve radyum.
1891'de W. Crookes ve J. Stoney tarafından keşfedilen katot ışınlarını çağırmayı önerdi. elektronlar- Nasıl temel parçacıklar elektrik. J. Thomson 1897'de elektronların akışını bir elektrik devresinden geçirerek inceliyor ve manyetik alan, e/m değerini belirledi - elektron yükünün kütlesine oranı, bu da bilim adamı R. Millikan'ın 1909'da elektron yükünün değerini q = 4,8∙10 -10 belirlemesine yol açtı. elektrostatik üniteler veya 1,602∙10 -19 C (Coulomb) ve buna göre elektron kütlesine –
9,11∙10 -31 kg. Geleneksel olarak, bir elektronun yükü bir negatif birim olarak kabul edilir. elektrik yükü ve ona bir değer atayın (-1). A.G. Stoletov, elektronların doğada bulunan tüm atomların bir parçası olduğunu kanıtladı. Atomlar elektriksel olarak nötrdür, yani genellikle elektrik yükleri yoktur. Bu, atomların elektronların yanı sıra pozitif parçacıklar da içermesi gerektiği anlamına gelir.
Thomson ve Rutherford modelleri
Atomun yapısına ilişkin hipotezlerden biri 1903 yılında J.J. Thomson. Bir atomun, atomun tüm hacmi boyunca eşit olarak dağılmış pozitif bir yükten oluştuğuna ve bu yük içinde salınan elektronlardan oluştuğuna inanıyordu; tıpkı bir "karpuz" veya "kuru üzümlü tatlı"daki tohumlar gibi. Thomson'ın hipotezini ve daha fazlasını test etmek için kesin tanım iç yapı 1909-1911'de atom E. Rutherford, G. Geiger (daha sonra ünlü Geiger sayacının mucidi) ve öğrencileriyle birlikte orijinal deneyler yaptılar.
|
Atomun yapısının gezegen modeli
Atomik yapının gezegensel modelinin özü aşağıdaki ifadelerle özetlenebilir:
1. Atomun merkezinde, atomun içindeki boşluğun çok küçük bir kısmını kaplayan pozitif yüklü bir çekirdek vardır;
2. Atomun tüm pozitif yükü ve kütlesinin neredeyse tamamı çekirdeğinde yoğunlaşmıştır (elektronun kütlesi 1/1823 amu'dur);
3. Elektronlar çekirdeğin etrafında döner. Sayıları çekirdeğin pozitif yüküne eşittir.
Bu modelin pek çok deneysel veriyi açıklamada oldukça açık ve kullanışlı olduğu ortaya çıktı ancak eksiklikleri hemen ortaya çıktı. Özellikle, çekirdeğin etrafında ivmeyle hareket eden (merkezcil bir kuvvetin etkisi altında olan) bir elektron, aşağıdakilere göre olmalıdır: elektromanyetik teori, sürekli enerji yayar. Bu, elektronun çekirdeğin etrafında dönmesine ve sonunda onun üzerine düşmesine neden olur. Atomların sürekli yok olduğuna dair hiçbir kanıt yoktu, bu da E. Rutherford'un modelinin bir şekilde yanlış olduğu anlamına geliyor.
Moseley Yasası
X-ışınları 1895'te keşfedildi ve sonraki yıllarda yoğun bir şekilde araştırıldı; deneysel amaçlarla kullanılmaya başlandı; bunların belirlenmesi için vazgeçilmezdirler. iç yapı kristaller, kimyasal elementlerin seri numaraları. G. Moseley atom çekirdeğinin yükünü kullanarak ölçmeyi başardı. röntgen. Atom çekirdekleri arasındaki temel farkı yaratan nükleer yüktür. farklı unsurlar. G. Moseley çekirdeğin yükünü adlandırdı eleman seri numarası. Bekar pozitif yükler daha sonra adlandırıldı protonlar(1 1 r).
X-ışını radyasyonu atomun yapısına bağlıdır ve ifade edilir Moseley yasası: karşılıklı dalga boylarının karekökleri doğrusal bağımlılık elemanların seri numaralarından. Moseley yasasının matematiksel ifadesi:
,
burada l, X-ışını spektrumundaki maksimum zirvenin dalga boyudur; a ve b, belirli bir X-ışını serisinin benzer çizgileri için aynı olan sabitlerdir. Seri numarası(Z) çekirdekteki protonların sayısıdır. Ancak adı ancak 1920'de ortaya çıktı " proton"ve özellikleri incelendi. Bir protonun yükü, bir elektronun yüküne büyüklük olarak eşit ve işaret olarak zıttır, yani 1,602 × 10 -19 C ve geleneksel olarak (+1), bir protonun kütlesi 1,67 × 10 -27 kg'dır, bu bir elektronun kütlesinin yaklaşık 1836 katıdır. Böylece, bir elektron ve bir protondan oluşan bir hidrojen atomunun kütlesi pratik olarak 1 1 p ile gösterilen bir protonun kütlesiyle çakışır.
Tüm elementler için atom kütlesi miktardan daha fazla Bileşimlerinde bulunan elektron ve proton kütleleri. Bu değerlerdeki fark, atomlarda adı verilen başka tür parçacıkların varlığından kaynaklanmaktadır. nötronlar(1 on), yalnızca 1932'de İngiliz bilim adamı D. Chadwick tarafından keşfedildi. Nötronların kütleleri neredeyse protonlara eşittir ancak elektrik yükü yoktur. Atom çekirdeğinde bulunan proton ve nötron sayılarının toplamına ne ad verilir? atomun kütle numarası. Proton sayısı elementin atom numarasına, nötron sayısı ise elementin kütle numarası (atom kütlesi) ile atom numarası arasındaki farka eşittir. Belirli bir elementin tüm atomlarının çekirdekleri aynı ücret yani aynı sayıda proton içerirler ancak nötron sayıları farklı olabilir. Aynı nükleer yüke ve dolayısıyla aynı özelliklere sahip olan ancak farklı numara nötronlar ve bu nedenle farklı kütle numaraları denir izotoplar ("izos" - eşit, "topos" - yer ). Her izotop iki miktarla karakterize edilir: kütle numarası (sol üstte gösterilir) kimyasal işaret element) ve seri numarası (elementin kimyasal işaretinin solunda altta yer alır). Örneğin, kütle numarası 12 olan bir karbon izotopu şu şekilde yazılır: 12 6 C veya 12 C veya "karbon-12" sözcükleriyle. İzotoplar tüm kimyasal elementler için bilinir. Dolayısıyla oksijenin kütle numaraları 16, 17, 18: 16 8 O, 17 8 O, 18 8 O olan izotopları vardır. Potasyum izotopları: 39 19 K, 40 19 K, 41 19 K. Bunları açıklayan izotopların varlığıdır. D.I.'de yaptığı yeniden düzenlemeler. Mendeleev. Atomların yapısı henüz bilinmediğinden bunu yalnızca maddelerin özelliklerine dayanarak yaptığını unutmayın. Modern bilim büyük Rus bilim adamının haklılığını doğruladı. Böylece, doğal potasyum esas olarak hafif izotoplarının atomlarından ve argon - ağır olanlardan oluşur. Bu nedenle potasyumun bağıl atom kütlesi argonunkinden daha azdır, ancak seri numarası(atom nükleer yükü) potasyum daha fazladır.
Bir elementin atom kütlesi, bolluğu dikkate alınarak tüm doğal izotoplarının ortalama değerine eşittir. Örneğin doğal klorun %75,4'ü kütle numarası 35 olan izotop ve %24,6'sı kütle numarası 37 olan izotoptan oluşur; Klorun ortalama atom kütlesi 35.453'tür. Periyodik tabloda verilen elementlerin atom kütleleri
DI. Mendeleev'e göre, doğal izotop karışımlarının ortalama kütle sayıları vardır. Tamsayı değerlerden farklı olmalarının nedenlerinden biri de budur.
Kararlı ve kararsız izotoplar. Tüm izotoplar aşağıdakilere ayrılmıştır: kararlı ve radyoaktif. Kararlı izotoplar radyoaktif bozunmaya uğramazlar, bu nedenle doğal koşullar. Kararlı izotop örnekleri 16 O, 12 C, 19 F'dir. Çoğu doğal unsurlar iki veya daha fazlasının karışımından oluşur Daha kararlı izotoplar Tüm unsurlardan en büyük sayı Kalayın kararlı izotopları vardır (10 izotop). İÇİNDE nadir durumlardaörneğin alüminyum veya florda doğada yalnızca bir tane bulunur kararlı izotop ve geri kalan izotoplar kararsızdır.
Radyoaktif izotoplar sırasıyla doğal ve yapay olarak ayrılır; her ikisi de kendiliğinden bozunur ve kararlı bir izotop oluşana kadar α- veya β-partikülleri yayar. Kimyasal özellikler Tüm izotoplar temelde aynıdır.
İzotoplar tıpta yaygın olarak kullanılmaktadır ve bilimsel araştırma. İyonlaştırıcı radyasyon canlı dokuyu yok etme yeteneğine sahiptir. Kötü huylu tümör dokuları radyasyona sağlıklı dokulardan daha duyarlıdır. Bu tedavi etmenizi sağlar kanser yardımıyla γ-radyasyon (radyasyon tedavisi) genellikle kullanılarak elde edilir radyoaktif izotop kobalt-60. Radyasyon hastanın vücudunda tümörden etkilenen bölgeye yönlendirilir; tedavi seansı genellikle birkaç dakika sürer ve birkaç hafta boyunca tekrarlanır. Seans sırasında hastanın vücudunun diğer tüm kısımları, sağlıklı dokuların tahribatını önlemek için radyasyonu geçirmeyen malzeme ile dikkatlice kaplanmalıdır.
yöntemde etiketli atomlar Radyoaktif izotoplar, bir elementin vücuttaki “rotasını” izlemek için kullanılır. Yani hasta bir hasta tiroid bezi Doktorun iyotun hastanın vücudundan geçişini izlemesine olanak tanıyan bir radyoaktif iyot-131 preparatı uygulanır. Yarılanma ömründen bu yana
İyot-131 sadece 8 gün sonra radyoaktivitesi hızla azalır.
Amerikalı fiziksel kimyacı W. Libby tarafından geliştirilen radyokarbon yöntemine (jeokronoloji) dayanarak organik kökenli nesnelerin yaşını belirlemek için radyoaktif karbon-14'ün kullanılması özellikle ilginçtir. Bu yöntem ödüllendirildi Nobel Ödülü 1960 yılında. W. Libby, yöntemini geliştirirken şunları kullandı: bilinen gerçek radyoaktif izotop karbon-14'ün (karbon monoksit (IV) formunda) oluşumu üst katmanlar dünyanın atmosferi nitrojen atomları nötronlar tarafından bombalandığında kozmik ışınlar
14 7 N + 1 0 n → 14 6 C + 1 1 p
Radyoaktif karbon-14 bozunarak beta parçacıkları yayar ve tekrar nitrojene dönüşür.
14 6 C → 14 7 N + 0 -1 β
Kütle numaraları (atom kütleleri) aynı olan farklı elementlerin atomlarına denir. izobarlar. Periyodik tabloda İle 59 çift ve 6 üçlü izobar vardır. Örneğin 40 18 Ar 40 19 K 40 20 Ca.
Nötron sayıları aynı olan farklı elementlerin atomlarına ne ad verilir? izotonlar. Örneğin, 136 Ba ve 138 Xe - atomun çekirdeğinde her birinin 82 nötronu vardır.
Periyodik yasa ve
Kovalent bağ
1907'de N.A. Morozov ve daha sonra 1916-1918'de. Amerikalı J. Lewis ve I. Langmuir eğitim kavramını tanıttılar Paylaşılan elektron çifti ile kimyasal bağ ve değerlik elektronlarının noktalarla gösterilmesi önerildi
Etkileşen iki atomun elektronlarının oluşturduğu bağa denir kovalent. Morozov-Lewis-Langmuir'in fikirlerine göre:
1) atomlar aralarında etkileşime girdiğinde, her iki atoma ait paylaşılan - ortak - elektron çiftleri oluşur;
2) ortak elektron çiftleri nedeniyle, moleküldeki her atom, dış enerji seviyesinde (s 2 p 6) sekiz elektron alır;
3) konfigürasyon s 2 p 6 kararlı bir konfigürasyondur inert gaz ve süreçte kimyasal etkileşim her atom bunu başarmak için çabalıyor;
4) ortak elektron çiftlerinin sayısı, moleküldeki elementin kovalanlığını belirler ve atomdaki sekize kadar eksik olan elektron sayısına eşittir;
5) Serbest bir atomun değeri, eşleşmemiş elektronların sayısına göre belirlenir.
Kimyasal bağlar farklı şekillerde tasvir edilmiştir:
1) elektronları noktalar halinde kullanmak kimyasal sembol eleman. Daha sonra bir hidrojen molekülünün oluşumu diyagramla gösterilebilir.
Н× + Н× ® Н: Н;
2) bir moleküler kuantum hücresine zıt dönüşlere sahip iki elektronu yerleştirmek için kuantum hücrelerini (orbitalleri) kullanmak
Düzenleme şeması, moleküler enerji seviyesinin orijinalden daha düşük olduğunu göstermektedir. atom seviyeleri, yani moleküler durum maddeler atomik olanlardan daha kararlıdır;
3) sıklıkla, özellikle organik kimya, bir kovalent bağ, bir çift elektronu simgeleyen bir çizgi (örneğin H-H) ile temsil edilir.
Klor molekülündeki kovalent bağ da iki kullanılarak gerçekleştirilir. paylaşılan elektronlar veya elektron çifti.
Gördüğünüz gibi, her klor atomunun üç yalnız çifti ve bir eşlenmemiş elektronu vardır. Kimyasal bir bağın oluşumu, her atomun eşleşmemiş elektronları nedeniyle meydana gelir. Eşleşmemiş elektronlar ortak bir elektron çiftine bağlanır. paylaşılan çift.
Yöntem değerlik tahvilleri
Hidrojen molekülü örneğini kullanarak kimyasal bağ oluşumunun mekanizması hakkındaki fikirler diğer moleküllere de uzanır. Bu temelde oluşturulan kimyasal bağlanma teorisine çağrıldı. değerlik bağı yöntemi (VBC). Anahtar noktalar:
1) kovalent bağ zıt yönlü spinlere sahip iki elektron bulutunun üst üste binmesi sonucu oluşur ve ortaya çıkan ortak elektron bulutu iki atoma aittir;
2) kovalent bağ ne kadar güçlü olursa o kadar güçlü olur daha büyük ölçüde etkileşen elektron bulutları örtüşür. Elektron bulutlarının örtüşme derecesi, boyutlarına ve yoğunluklarına bağlıdır;
3) bir molekülün oluşumuna elektron bulutlarının sıkışması ve molekülün boyutunun atomların boyutuna göre azalması eşlik eder;
4) dıştaki s- ve p-elektronlar enerji seviyesi ve ön-dış enerji seviyesinin d-elektronları.
Sigma (s) ve pi (p) bağları
Bir klor molekülünde, atomlarının her biri, sekiz elektron s 2 p 6'dan oluşan tam bir dış seviyeye sahiptir ve bunlardan ikisi (elektron çifti) aynı derecede her iki atoma da aittir. Bir molekülün oluşumu sırasında elektron bulutlarının üst üste binmesi şekilde gösterilmektedir.
Klor Cl 2 (a) ve hidrojen klorür HCl (b) moleküllerinde kimyasal bağ oluşumunun şeması
Kimyasal bağ, bunun için bağlantı hattı atom çekirdeği, bağlanan elektron bulutunun simetri eksenidir. sigma (σ)-bağı. “Önden” bir örtüşme olduğunda ortaya çıkar atomik yörüngeler. H2 molekülünde s-s yörüngeleri üst üste bindiğinde bağlar; Cl2 molekülündeki p-p-orbitalleri ve HCl molekülündeki s-p-orbitalleri sigma bağlarıdır. Atomik yörüngelerin “yanal” örtüşmesi mümkündür. Bağ eksenine dik olarak yönlendirilmiş p-elektron bulutları üst üste bindiğinde, yani. y ve z eksenleri boyunca, bu eksenin her iki yanında yer alan iki örtüşme bölgesi oluşturulur. Bu kovalent bağa denir pi (p)-bağı. π bağı oluşumu sırasında elektron bulutlarının daha az örtüşmesi vardır. Ek olarak örtüşme bölgeleri, bir σ bağının oluşumu sırasında olduğundan çekirdeklerden daha uzakta bulunur. Bu nedenlerden dolayı π bağı, σ bağına göre daha az mukavemete sahiptir. Bu nedenle enerji çift bağ enerjinin iki katından az tek bağ, bu her zaman bir σ-bağıdır. Ek olarak σ bağı eksenel, silindirik simetriye sahiptir ve atom çekirdeğini birleştiren çizgi etrafında dönen bir cisimdir. Aksine, π bağı silindirik simetriye sahip değildir.
Tek bir bağ her zaman saf veya hibrit bir σ bağıdır. Bir çift bağ, birbirine dik olarak yerleştirilmiş bir σ- ve bir π-bağından oluşur. σ bağı π bağından daha güçlüdür. Çoklu bağ içeren bileşiklerde her zaman bir σ bağı ve bir veya iki π bağı bulunur.
Kovalent bağ oluşumuna yönelik diğer bir olası mekanizma ise verici-alıcıdır. Bu durumda bir atomun iki elektronlu bulutu ve diğer atomun serbest yörüngesi nedeniyle kimyasal bir bağ oluşur. Örnek olarak amonyum iyonunun (NH4 +) oluşum mekanizmasını ele alalım. Bir amonyak molekülünde nitrojen atomunun yalnız bir elektron çifti vardır (iki elektronlu bulut).
Hidrojen iyonunun serbest (doldurulmamış) bir 1s yörüngesi vardır ve bu H + olarak gösterilebilir (burada kare bir hücre anlamına gelir). Bir amonyum iyonu oluştuğunda, iki elektronlu nitrojen bulutu, nitrojen ve hidrojen atomlarına ortak hale gelir, yani moleküler bir elektron bulutuna dönüşür. Bu, dördüncü bir kovalent bağın ortaya çıktığı anlamına gelir. Amonyum iyonunun oluşum süreci diyagramla gösterilebilir
Hidrojen iyonunun yükü ortak hale gelir (delokalize olur, yani tüm atomlar arasında dağılır) ve nitrojene ait iki elektronlu bulut (yalnız elektron çifti) H + ile ortak hale gelir. Diyagramlarda hücresinin görüntüsü sıklıkla atlanır.
Yalın bir elektron çifti sağlayan atoma denir bağışçı ve onu kabul eden (yani serbest bir yörünge sağlayan) atoma denir. akseptör .
Bir atomun (verici) iki elektronlu bulutu ve başka bir atomun (alıcı) serbest yörüngesi nedeniyle kovalent bir bağ oluşma mekanizmasına verici-alıcı denir. Bu şekilde oluşan kovalent bağa donör-alıcı veya koordinasyon bağı denir.
Ancak bu değil özel tür bağ, ancak kovalent bir bağın oluşumu için yalnızca farklı bir mekanizma (yöntem). Amonyum iyonundaki N-H çeyrek bağının özellikleri diğer üç bağdan farklı değildir.
Donörler çoğunlukla diğer elementlerin atomlarıyla ilişkili N, O, F, Cl atomlarını içeren moleküllerdir. Alıcı, boş bir parçacık olabilir elektronik seviyelerörneğin, doldurulmamış d-alt seviyelerine sahip d-elementlerinin atomları.
Kovalent bağların özellikleri
Bağlantı uzunluğu nükleerler arası mesafedir. Kimyasal bir bağın uzunluğu ne kadar kısa olursa o kadar güçlü olur. Moleküllerdeki bağ uzunluğu: HC3 -CH3 1,54 ; H2C=CH2
1,33 ; NS≡CH 1,20 .Tekli bağlar açısından bu değerler artar, tepkimeÇoklu bağ içeren bileşikler artar. Bağ kuvvetinin bir ölçüsü bağ enerjisidir.
İletişim enerjisi bağı kırmak için gereken enerji miktarına göre belirlenir. Genellikle 1 mol madde başına kilojoule cinsinden ölçülür. Bağ çokluğu arttıkça bağ enerjisi artar ve uzunluğu azalır. Bileşiklerdeki (alkanlar, alkenler, alkinler) bağ enerjisi değerleri: C-C 344 kJ/mol; C=C 615 kJ/mol; С≡С 812 kJ/mol. Yani, bir çift bağın enerjisi tek bir bağın enerjisinin iki katından daha azdır ve üçlü bir bağın enerjisi tek bir bağın enerjisinin üç katından daha azdır, dolayısıyla alkinler bu hidrokarbon grubundan daha reaktiftir. .
Altında doygunluk Atomların sınırlı sayıda kovalent bağ oluşturma yeteneğini anlayın. Örneğin, bir hidrojen atomu (bir eşleşmemiş elektron) bir bağ oluşturur, bir karbon atomu (uyarılmış durumda dört eşleşmemiş elektron) dörtten fazla bağ oluşturmaz. Bağların doygunluğu nedeniyle moleküller belirli bir bileşime sahiptir: H2, CH4, HCl, vb. Ancak doymuş kovalent bağlarda bile daha fazla karmaşık moleküller verici-alıcı mekanizmasına göre.
Odak kovalent bağ belirler mekansal yapı moleküller, yani şekilleri. Bunu HCl, H2O, NH3 moleküllerinin oluşumu örneğini kullanarak ele alalım.
MBC'ye göre, etkileşen atomların elektron yörüngelerinin maksimum örtüşmesi yönünde kovalent bir bağ oluşur. Bir HCl molekülü oluştuğunda, hidrojen atomunun s-orbitali, klor atomunun p-orbitaliyle örtüşür. Bu tip moleküller doğrusal bir şekle sahiptir.
Açık harici seviye Oksijen atomunun iki eşleşmemiş elektronu vardır. Yörüngeleri karşılıklı olarak diktir, yani. birbirine göre 90° açıyla yerleştirilmiştir. Su molekülü oluştuğunda