Ý tưởng cho rằng tất cả các chất đều bao gồm các hạt riêng lẻ đã nảy sinh từ rất lâu trước thời đại của chúng ta. Các nhà triết học Hy Lạp cổ đại tin tưởng. Rằng các chất được tạo thành từ những hạt nhỏ nhất không thể phân chia được - các nguyên tử, chuyển động liên tục. Có khoảng trống giữa các tập. Các nhà tư tưởng cổ đại tin rằng tất cả các chất đều khác nhau về hình dạng, số lượng và sự sắp xếp của các nguyên tử tạo thành chúng, và mọi thay đổi xảy ra trong tự nhiên đều được giải thích bằng sự kết nối hoặc phân tách của các nguyên tử.
Những ý tưởng nguyên tử của các triết gia cổ đại được phát triển bởi M.V. Lomonosov (1748) thành một học thuyết hài hòa về nguyên tử-phân tử, bản chất của nó tóm tắt như sau. Tất cả các chất đều bao gồm các hạt nhỏ - tiểu thể (phân tử) chuyển động liên tục. Các tiểu thể lần lượt bao gồm các nguyên tố (nguyên tử). Phân biệt rõ ràng khái niệm nguyên tử và phân tử, Lomonosov M.V. vượt xa các nhà hóa học nước ngoài. Rất lâu trước nhà khoa học người Anh Dalton, ông đã sử dụng các khái niệm nguyên tử để giải thích một số hiện tượng hóa học và vật lý. Ông tin rằng tính chất của các chất thu được phụ thuộc vào loại và số lượng nguyên tử, cũng như thứ tự liên kết của chúng với nhau. Một lát sau, các nhà hóa học đã xác định khái niệm nguyên tố hóa học.
Sự khởi đầu của thế kỷ 19 được đánh dấu bằng việc phát hiện ra ba định luật quan trọng nhất: định luật về hằng số thành phần (Proust, 1799), định luật về bội số đơn giản (Dalton, 1804), và định luật về các tỉ số thể tích đơn giản cho phản ứng. khí (Gay-Lussac, 1805). Năm 1808, Dalton đề xuất lý thuyết nguyên tử về cấu trúc của vật chất; các khái niệm “nguyên tử” và “phân tử” được đưa vào hóa học.
Sau này, dựa trên khoa học nguyên tử-phân tử, khối lượng nguyên tử và tính chất hóa học của các nguyên tố, D.I. Mendeleev phát hiện ra định luật tuần hoàn vào năm 1869 - một trong những định luật cơ bản của tự nhiên.
Hiện nay, lý thuyết nguyên tử-phân tử (cũng như định luật tuần hoàn) là nền tảng của hóa học. Các quy định chính của AMU như sau:
1. Tất cả các chất đều bao gồm các hạt không thể phân chia về mặt hóa học - nguyên tử.
nguyên tử đại diện các hạt nhỏ của một chất không thể tách rời về mặt hóa học thành các bộ phận cấu thành của chúng, chuyển đổi thành nhau hoặc bị phá hủy. Nguyên tử – một hệ thống các hạt cơ bản tương tác bao gồm một hạt nhân được hình thành bởi các proton và neutron và electron.
Nguyên tử của các nguyên tố khác nhau có khối lượng khác nhau. Một tập hợp các nguyên tử giống hệt nhau tạo thành một chất đơn giản tương ứng với một nguyên tố hóa học cụ thể. Các nguyên tử của các nguyên tố khác nhau tương tác với nhau theo tỷ lệ nguyên. Kết quả là sự hình thành phức tạp, đặc biệt là các phân tử.
2. Phân tử – trung hòa điện tích là tập hợp nhỏ nhất các nguyên tử được kết nối do tương tác hóa học theo một thứ tự nhất định (nghĩa là có cấu trúc nhất định), theo quy luật, không có các electron độc thân và có khả năng tồn tại độc lập .
Phân tử là những hạt nhỏ nhất của một chất riêng lẻ vẫn giữ được tính chất hóa học, tính chất hóa học của nó. Cả lực hút và lực đẩy đều tác dụng giữa các phân tử. Các phân tử chuyển động không ngừng (chuyển động tịnh tiến và chuyển động quay). Các phân tử có thể phân chia về mặt hóa học.
3. Nguyên tố hóa học – là tập hợp các nguyên tử có cùng điện tích hạt nhân.
4. Chất – một tập hợp nhất định các hạt nguyên tử và phân tử, các hạt liên kết và tập hợp của chúng, nằm ở bất kỳ trạng thái nào trong ba trạng thái kết hợp.
Chất đơn giản- đây là những chất bao gồm các nguyên tử của cùng một nguyên tố hóa học, và chất phức tạp được hình thành trong quá trình tương tác hóa học giữa các nguyên tử của các nguyên tố hóa học khác nhau.
Chúng ta đã biết rằng nhiều chất được tạo thành từ các phân tử và phân tử được tạo thành từ các nguyên tử. Thông tin về nguyên tử và phân tử được kết hợp thành khoa học nguyên tử-phân tử. Bạn biết rằng những nội dung chính của lời dạy này được phát triển bởi nhà khoa học vĩ đại người Nga M.V. Hơn hai trăm năm đã trôi qua kể từ đó, nghiên cứu về nguyên tử và phân tử đã có những bước phát triển hơn nữa. Ví dụ, hiện nay người ta biết rằng không phải tất cả các chất đều bao gồm các phân tử. Hầu hết các chất rắn chúng ta gặp trong hóa học vô cơ đều có cấu trúc phi phân tử.
Tuy nhiên, trọng lượng phân tử tương đối được tính cho cả hai chất có cấu trúc phân tử và phi phân tử. Về sau, các khái niệm “phân tử” và “trọng lượng phân tử tương đối” được sử dụng có điều kiện.
Những điều khoản chính của học thuyết nguyên tử-phân tử có thể được trình bày như sau:
1. Có chất có cấu trúc phân tử và không có cấu trúc phân tử.
2. Có những khoảng trống giữa các phân tử, kích thước của chúng phụ thuộc vào trạng thái kết tụ của chất và nhiệt độ. Khoảng cách lớn nhất tồn tại giữa các phân tử khí. Điều này giải thích khả năng nén dễ dàng của chúng. Chất lỏng có khoảng cách giữa các phân tử nhỏ hơn nhiều sẽ khó nén hơn. Trong chất rắn, khoảng cách giữa các phân tử thậm chí còn nhỏ hơn nên chúng hầu như không bị nén.
3. Các phân tử chuyển động liên tục. Tốc độ chuyển động của các phân tử phụ thuộc vào nhiệt độ. Khi nhiệt độ tăng, tốc độ chuyển động của phân tử tăng.
4. Giữa các phân tử có lực hút và lực đẩy lẫn nhau. Những lực này biểu hiện ở mức độ lớn nhất trong chất rắn và ít nhất trong chất khí.
5. Phân tử bao gồm các nguyên tử, giống như phân tử, chuyển động liên tục.
6. Nguyên tử loại này khác với nguyên tử loại khác về khối lượng và tính chất.
7. Trong các hiện tượng vật lý, các phân tử được bảo toàn; trong các hiện tượng hóa học, theo quy luật, chúng bị phá hủy.
8. Các chất có cấu trúc phân tử ở trạng thái rắn có các phân tử ở các nút của mạng tinh thể. Liên kết yếu giữa các phân tử nằm ở các nút của mạng tinh thể bị phá vỡ khi đun nóng. Do đó, các chất có cấu trúc phân tử thường có điểm nóng chảy thấp.
9. Các chất có cấu trúc phi phân tử có các nguyên tử hoặc các hạt khác ở các nút của mạng tinh thể. Có những liên kết hóa học mạnh mẽ giữa các hạt này, cần rất nhiều năng lượng để phá vỡ.
Bài tập
1. Chọn slide có một trong các nội dung của Dạy học nguyên tử-phân tử. Chọn những minh họa và ví dụ thực tế để chứng minh quan điểm này.
Ngày hoàn thành: 25/01-30/01/162. Xếp hạng slide tiếp theo sau slide của bạn dựa trên các tiêu chí sau:
1. Sự sẵn có của một minh họa tương ứng với điều khoản này. 0-1b
2. Các sự kiện được lựa chọn chứng minh quan điểm này. 0-1b
3. Tài liệu được trình bày bằng ngôn ngữ dễ tiếp cận. 0-1b
4. Thiết kế thẩm mỹ (hình minh họa chất lượng tốt, văn bản dễ đọc). 0-1b
Khoa học nguyên tử-phân tử- một tập hợp các quy định, tiên đề và định luật mô tả tất cả các chất là một tập hợp các phân tử bao gồm các nguyên tử.
Các nhà triết học Hy Lạp cổ đại Rất lâu trước khi bắt đầu kỷ nguyên của chúng ta, họ đã đưa ra lý thuyết về sự tồn tại của nguyên tử trong các tác phẩm của mình. Từ chối sự tồn tại của các vị thần và các thế lực khác, họ cố gắng giải thích mọi hiện tượng tự nhiên khó hiểu và bí ẩn bằng nguyên nhân tự nhiên - sự kết nối và tách biệt, tương tác và trộn lẫn của các hạt mà mắt người không thể nhìn thấy - nguyên tử. Nhưng trong nhiều thế kỷ, các mục sư của nhà thờ đã đàn áp những người theo học thuyết về nguyên tử và bắt bớ họ. Nhưng do thiếu các thiết bị kỹ thuật cần thiết, các nhà triết học cổ đại không thể nghiên cứu tỉ mỉ các hiện tượng tự nhiên, và dưới khái niệm “nguyên tử”, họ đã che giấu khái niệm hiện đại về “phân tử”.
Chỉ vào giữa thế kỷ 18 nhà khoa học vĩ đại người Nga M.V. Lomonosov các khái niệm nguyên tử-phân tử được chứng minh trong hóa học. Những quy định chính trong việc giảng dạy của ông được nêu trong tác phẩm “Các yếu tố của toán học hóa học” (1741) và một số tác phẩm khác. Lomonosov đặt tên cho lý thuyết này thuyết động học hạt.
MV Lomonosov phân biệt rõ ràng giữa hai giai đoạn trong cấu trúc của vật chất: nguyên tố (theo nghĩa hiện đại - nguyên tử) và tiểu thể (phân tử). Cơ sở của lý thuyết động học hạt của ông (giảng dạy nguyên tử-phân tử hiện đại) là nguyên tắc gián đoạn của cấu trúc (tính rời rạc) của vật chất: bất kỳ chất nào cũng bao gồm các hạt riêng lẻ.
Năm 1745 MV. Lomonosov đã viết:“Một phần tử là một phần của cơ thể không bao gồm bất kỳ phần tử nào nhỏ hơn và khác nhau... Tiểu thể là tập hợp các phần tử thành một khối nhỏ. Chúng đồng nhất nếu chúng bao gồm cùng một số phần tử giống nhau được kết nối theo cùng một cách. Các tiểu thể không đồng nhất khi các phần tử của chúng khác nhau và được kết nối theo những cách khác nhau hoặc với số lượng khác nhau; sự đa dạng vô hạn của các cơ thể phụ thuộc vào điều này.
phân tử là hạt nhỏ nhất của một chất có đầy đủ tính chất hóa học của nó. Các chất có cấu trúc phân tử, bao gồm các phân tử (hầu hết là phi kim loại, chất hữu cơ). Một phần đáng kể của các chất vô cơ bao gồm các nguyên tử(mạng tinh thể nguyên tử) hoặc ion (cấu trúc ion). Các chất như vậy bao gồm oxit, sunfua, các loại muối khác nhau, kim cương, kim loại, than chì, v.v. Chất mang tính chất hóa học trong các chất này là sự kết hợp của các hạt cơ bản (ion hoặc nguyên tử), nghĩa là tinh thể là một phân tử khổng lồ.
Các phân tử được tạo thành từ các nguyên tử. nguyên tử- thành phần nhỏ nhất, không thể phân chia về mặt hóa học của phân tử.
Hóa ra lý thuyết phân tử giải thích các hiện tượng vật lý xảy ra với các chất. Việc nghiên cứu nguyên tử giúp ích cho lý thuyết phân tử trong việc giải thích các hiện tượng hóa học. Cả hai lý thuyết này - phân tử và nguyên tử - được kết hợp thành lý thuyết nguyên tử-phân tử. Bản chất của học thuyết này có thể được hình thành dưới dạng một số luật và quy định:
- các chất được tạo thành từ các nguyên tử;
- khi các nguyên tử tương tác, các phân tử đơn giản và phức tạp được hình thành;
- trong các hiện tượng vật lý, các phân tử được bảo toàn, thành phần của chúng không thay đổi; bằng hóa chất - chúng bị phá hủy, thành phần của chúng thay đổi;
- phân tử của các chất bao gồm các nguyên tử; trong các phản ứng hóa học, các nguyên tử, không giống như phân tử, được bảo toàn;
- nguyên tử của một nguyên tố giống nhau nhưng khác với nguyên tử của nguyên tố khác;
- phản ứng hóa học liên quan đến sự hình thành các chất mới từ cùng một nguyên tử tạo nên các chất ban đầu.
Nhờ lý thuyết nguyên tử-phân tử của nó MV Lomonosov được coi là người sáng lập ra ngành hóa học khoa học.
blog.site, khi sao chép toàn bộ hoặc một phần tài liệu, cần có liên kết đến nguồn gốc.
Các khái niệm cơ bản về hóa học, các định luật cân bằng hóa học
Nguyên tử hóa học (lý thuyết nguyên tử-phân tử) về mặt lịch sử là khái niệm lý thuyết cơ bản đầu tiên hình thành nên nền tảng của khoa học hóa học hiện đại. Sự hình thành của lý thuyết này mất hơn một trăm năm và gắn liền với hoạt động của các nhà hóa học xuất sắc như M.V. Lomonosov, A.L. Lavoisier, J. Dalton, A. Avogadro, S. Cannizzaro.
Lý thuyết nguyên tử-phân tử hiện đại có thể được trình bày dưới dạng một số quy định:
1. Các chất hóa học có cấu trúc rời rạc (không liên tục). Các hạt vật chất chuyển động nhiệt hỗn loạn không ngừng.
2. Đơn vị cấu tạo cơ bản của chất hoá học là nguyên tử.
3. Các nguyên tử trong chất hóa học liên kết với nhau tạo thành hạt phân tử hoặc tập hợp nguyên tử (cấu trúc siêu phân tử).
4. Các chất phức tạp (hoặc hợp chất hóa học) bao gồm các nguyên tử của các nguyên tố khác nhau. Các chất đơn giản bao gồm các nguyên tử của một nguyên tố và nên được coi là hợp chất hóa học đồng nhân.
Khi xây dựng các nguyên lý cơ bản của lý thuyết nguyên tử-phân tử, chúng tôi phải đưa ra một số khái niệm cần được thảo luận chi tiết hơn vì chúng là nền tảng của hóa học hiện đại. Đây là những khái niệm về “nguyên tử” và “phân tử”, chính xác hơn là các hạt nguyên tử và phân tử.
Các hạt nguyên tử bao gồm chính nguyên tử, các ion nguyên tử, các gốc nguyên tử và các ion gốc nguyên tử.
Nguyên tử là hạt trung hòa điện nhỏ nhất của một nguyên tố hóa học, là chất mang các tính chất hóa học của nó và bao gồm một hạt nhân tích điện dương và một lớp vỏ electron.
Ion nguyên tử là hạt nguyên tử có điện tích nhưng không có electron độc thân, ví dụ Cl - là anion clorua, Na + là cation natri.
Gốc nguyên tử- Hạt nguyên tử trung hòa về điện, chứa các electron độc thân. Ví dụ, nguyên tử hydro thực sự là một gốc nguyên tử - H × .
Một hạt nguyên tử có điện tích tĩnh điện và các electron độc thân được gọi là ion gốc nguyên tử. Một ví dụ về hạt như vậy là cation Mn 2+, chứa năm electron chưa ghép cặp ở phân lớp d (3d 5).
Một trong những đặc tính vật lý quan trọng nhất của nguyên tử là khối lượng của nó. Vì giá trị tuyệt đối của khối lượng nguyên tử là không đáng kể (khối lượng của nguyên tử hydro là 1,67 × 10 -27 kg) nên hóa học sử dụng thang khối lượng tương đối, trong đó 1/12 khối lượng của nguyên tử cacbon của đồng vị- 12 được chọn làm đơn vị. Khối lượng nguyên tử tương đối là tỷ số giữa khối lượng của một nguyên tử với 1/12 khối lượng của nguyên tử cacbon của đồng vị 12 C.
Cần lưu ý rằng trong hệ thống tuần hoàn D.I. Mendeleev trình bày khối lượng nguyên tử đồng vị trung bình của các nguyên tố, phần lớn được biểu thị bằng một số đồng vị đóng góp vào khối lượng nguyên tử của một nguyên tố tỷ lệ với hàm lượng của chúng trong tự nhiên. Do đó, nguyên tố clo được biểu thị bằng hai đồng vị - 35 Cl (75 mol.%) và 37 Cl (25 mol.%). Khối lượng đồng vị trung bình của nguyên tố clo là 35,453 amu. (đơn vị khối lượng nguyên tử) (35×0,75 + 37×0,25).
Tương tự như các hạt nguyên tử, các hạt phân tử bao gồm chính các phân tử, các ion phân tử, các gốc phân tử và các ion gốc.
Hạt phân tử là tập hợp ổn định nhỏ nhất của các hạt nguyên tử liên kết với nhau, mang tính chất hóa học của một chất. Phân tử không có điện tích và không có electron độc thân.
ion phân tử là hạt phân tử có điện tích nhưng không có electron độc thân, ví dụ NO 3 - là anion nitrat, NH 4+ là cation amoni.
gốc phân tử là một hạt phân tử trung hòa về điện có chứa các electron chưa ghép cặp. Hầu hết các gốc là các hạt phản ứng có thời gian tồn tại ngắn (vào khoảng 10 -3 -10 -5 giây), mặc dù hiện nay các gốc khá ổn định đã được biết đến. Vậy gốc metyl × CH 3 là hạt có độ ổn định thấp điển hình. Tuy nhiên, nếu các nguyên tử hydro trong nó được thay thế bằng các gốc phenyl thì gốc triphenylmethyl ổn định sẽ được hình thành.
Các phân tử có số electron lẻ, chẳng hạn như NO hoặc NO 2, cũng có thể được coi là gốc tự do có tính ổn định cao.
Một hạt phân tử có điện tích tĩnh điện và các electron độc thân được gọi là ion gốc phân tử. Một ví dụ về hạt như vậy là cation gốc oxy – ×O 2 + .
Một đặc tính quan trọng của một phân tử là trọng lượng phân tử tương đối của nó. Khối lượng phân tử tương đối (M r) là tỷ số giữa khối lượng đồng vị trung bình của một phân tử, được tính toán có tính đến hàm lượng tự nhiên của các đồng vị, trên 1/12 khối lượng nguyên tử cacbon của đồng vị 12 C.
Vì vậy, chúng ta đã phát hiện ra rằng đơn vị cấu trúc nhỏ nhất của bất kỳ chất hóa học nào là nguyên tử, hay đúng hơn là hạt nguyên tử. Đổi lại, trong bất kỳ chất nào, ngoại trừ khí trơ, các nguyên tử được kết nối với nhau bằng liên kết hóa học. Trong trường hợp này, có thể hình thành hai loại chất:
· các hợp chất phân tử trong đó có thể cô lập các chất mang tính chất hóa học nhỏ nhất có cấu trúc ổn định;
· các hợp chất có cấu trúc siêu phân tử, là tập hợp nguyên tử trong đó các hạt nguyên tử được liên kết bằng liên kết cộng hóa trị, ion hoặc kim loại.
Theo đó, các chất có cấu trúc siêu phân tử là tinh thể nguyên tử, ion hoặc kim loại. Đổi lại, các chất phân tử tạo thành tinh thể phân tử hoặc ion phân tử. Các chất ở điều kiện bình thường ở trạng thái kết tụ ở dạng khí hoặc lỏng cũng có cấu trúc phân tử.
Trên thực tế, khi làm việc với một chất hóa học cụ thể, chúng ta không xử lý các nguyên tử hoặc phân tử riêng lẻ mà là một tập hợp một số lượng rất lớn các hạt, mức độ tổ chức của chúng có thể được biểu thị bằng sơ đồ sau:
Để mô tả định lượng các dãy hạt lớn, là các hạt vĩ mô, một khái niệm đặc biệt về “lượng vật chất” đã được đưa ra, như một số lượng được xác định chặt chẽ của các phần tử cấu trúc của nó. Đơn vị đại lượng của một chất là mol. Mol là một lượng chất(N) , chứa số đơn vị cấu trúc hoặc công thức bằng số nguyên tử có trong 12 g đồng vị cacbon 12 C. Hiện nay, con số này được đo khá chính xác và là 6,022 × 10 23 (số Avogadro, N A). Các nguyên tử, phân tử, ion, liên kết hóa học và các vật thể khác của thế giới vi mô có thể đóng vai trò là đơn vị cấu trúc. Khái niệm “đơn vị công thức” được sử dụng cho các chất có cấu trúc siêu phân tử và được định nghĩa là mối quan hệ đơn giản nhất giữa các thành phần cấu thành nó (công thức tổng). Trong trường hợp này, đơn vị công thức đảm nhận vai trò của một phân tử. Ví dụ: 1 mol canxi clorua chứa 6,022 × 10 23 đơn vị công thức - CaCl 2.
Một trong những đặc tính quan trọng của một chất là khối lượng mol của nó (M, kg/mol, g/mol). Khối lượng mol là khối lượng của một mol chất. Khối lượng phân tử tương đối và khối lượng mol của một chất giống nhau về số lượng, nhưng có kích thước khác nhau, ví dụ, đối với nước M r = 18 (khối lượng nguyên tử và phân tử tương đối là giá trị không thứ nguyên), M = 18 g/mol. Lượng chất và khối lượng mol có liên quan với nhau bằng một mối quan hệ đơn giản:
Các định luật cân bằng hóa học cơ bản được hình thành vào đầu thế kỷ 17 và 18 đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành nguyên tử hóa học.
1. Định luật bảo toàn khối lượng (M.V. Lomonosov, 1748).
Tổng khối lượng các sản phẩm phản ứng bằng tổng khối lượng các chất đã tham gia phản ứng. Ở dạng toán học, định luật này được thể hiện bằng phương trình sau:
Một bổ sung cho định luật này là định luật bảo toàn khối lượng của một nguyên tố (A. Lavoisier, 1789). Theo luật này Trong phản ứng hóa học khối lượng mỗi nguyên tố không đổi.
Luật MV Lomonosova và A. Lavoisier đã tìm ra lời giải thích đơn giản trong khuôn khổ lý thuyết nguyên tử. Thật vậy, trong bất kỳ phản ứng nào, các nguyên tử của các nguyên tố hóa học không thay đổi và với số lượng không đổi, điều này đòi hỏi cả sự không đổi về khối lượng của từng nguyên tố riêng lẻ và toàn bộ hệ thống các chất.
Các định luật đang được xem xét có tầm quan trọng quyết định đối với hóa học, vì chúng cho phép người ta mô hình hóa các phản ứng hóa học bằng cách sử dụng các phương trình và thực hiện các phép tính định lượng dựa trên chúng. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng định luật bảo toàn khối lượng không hoàn toàn chính xác. Như sau theo thuyết tương đối (A. Einstein, 1905), bất kỳ quá trình nào xảy ra với sự giải phóng năng lượng đều đi kèm với sự giảm khối lượng của hệ theo phương trình:
trong đó DE là năng lượng được giải phóng, Dm là độ biến thiên khối lượng của hệ, c là tốc độ ánh sáng trong chân không (3,0×10 8 m/s). Do đó, phương trình của định luật bảo toàn khối lượng phải được viết dưới dạng sau:
Do đó, phản ứng tỏa nhiệt đi kèm với sự giảm khối lượng và phản ứng thu nhiệt đi kèm với sự tăng khối lượng. Trong trường hợp này, định luật bảo toàn khối lượng có thể được phát biểu như sau: trong một hệ cô lập tổng khối lượng và năng lượng giảm là một đại lượng không đổi. Tuy nhiên, đối với các phản ứng hóa học có hiệu ứng nhiệt được đo bằng hàng trăm kJ/mol, độ lệch khối lượng là 10 -8 -10 -9 g và không thể phát hiện được bằng thực nghiệm.
2. Định luật về tính không đổi của thành phần (J. Proust, 1799-1804).
Một chất hóa học riêng lẻ có cấu trúc phân tử có thành phần định tính và định lượng không đổi, không phụ thuộc vào phương pháp điều chế nó.. Những hợp chất tuân theo định luật thành phần không đổi được gọi là mù màu. Daltonide đều là những hợp chất hữu cơ được biết đến hiện nay (khoảng 30 triệu) và một phần (khoảng 100 nghìn) chất vô cơ. Các chất có cấu trúc phi phân tử ( Bertolit), không tuân theo định luật này và có thể có thành phần thay đổi, tùy thuộc vào phương pháp lấy mẫu. Chúng bao gồm phần lớn (khoảng 500 nghìn) chất vô cơ. Đây chủ yếu là các hợp chất nhị phân của các nguyên tố d (oxit, sunfua, nitrua, cacbua, v.v.). Một ví dụ về hợp chất có thành phần thay đổi là oxit titan(III), thành phần của nó thay đổi từ TiO 1,46 đến TiO 1,56. Nguyên nhân dẫn đến thành phần thay đổi và tính bất hợp lý của các công thức Bertolide là do sự thay đổi thành phần của một số tế bào cơ bản của tinh thể (khiếm khuyết trong cấu trúc tinh thể), không dẫn đến sự thay đổi mạnh về tính chất của chất. Đối với Daltonids, hiện tượng như vậy là không thể xảy ra, vì sự thay đổi thành phần của phân tử dẫn đến sự hình thành một hợp chất hóa học mới.
3. Luật tương đương (I. Richter, J. Dalton, 1792-1804).
Khối lượng các chất phản ứng tỉ lệ thuận với khối lượng tương đương của chúng.
trong đó E A và E B là khối lượng tương đương của các chất phản ứng.
Khối lượng tương đương của một chất là khối lượng mol của chất đó.
Chất tương đương là một hạt thực hoặc có điều kiện cho hoặc nhận một cation hydro trong phản ứng axit-bazơ, một electron trong phản ứng oxi hóa khử hoặc tương tác với một chất tương đương của bất kỳ chất nào khác trong phản ứng trao đổi. Ví dụ, khi kẽm kim loại phản ứng với axit, một nguyên tử kẽm thay thế hai nguyên tử hydro, nhường hai electron:
Zn + 2H + = Zn 2+ + H 2
Zn 0 - 2e - = Zn 2+
Do đó, đương lượng của kẽm là 1/2 nguyên tử của nó, tức là 1/2 Zn (hạt có điều kiện).
Số chỉ phần nào của đơn vị phân tử hoặc công thức của một chất là tương đương với nó được gọi là hệ số tương đương - fe. Khối lượng tương đương, hoặc khối lượng mol tương đương, được định nghĩa là tích của hệ số tương đương và khối lượng mol:
Ví dụ, trong phản ứng trung hòa, axit sulfuric tạo ra hai cation hydro:
H 2 SO 4 + 2KOH = K 2 SO 4 + 2H 2 O
Theo đó, đương lượng của axit sunfuric là 1/2 H 2 SO 4, hệ số tương đương là 1/2 và khối lượng tương đương là (1/2) × 98 = 49 g/mol. Kali hydroxit liên kết với một cation hydro, do đó tương đương của nó là đơn vị công thức, hệ số tương đương bằng 1 và khối lượng tương đương bằng khối lượng mol, tức là. 56 gam/mol.
Từ các ví dụ đã xem xét, rõ ràng khi tính khối lượng tương đương cần xác định hệ số tương đương. Có một số quy tắc cho việc này:
1. Hệ số tương đương của một axit hoặc bazơ bằng 1/n, trong đó n là số cation hydro hoặc anion hydroxit tham gia phản ứng.
2. Hệ số tương đương muối bằng thương số 1 chia cho tích hóa trị (v) của dư lượng cation kim loại hoặc axit và số lượng (n) của chúng trong muối (chỉ số cân bằng hóa học trong công thức):
Ví dụ: với Al 2 (SO 4) 3 - f e = 1/6
3. Hệ số tương đương của chất oxy hóa (chất khử) bằng thương số 1 chia cho số electron đã gắn (cho) bởi chất đó.
Cần chú ý đến thực tế là cùng một hợp chất có thể có hệ số tương đương khác nhau trong các phản ứng khác nhau. Ví dụ, trong các phản ứng axit-bazơ:
H 3 PO 4 + KOH = KH 2 PO 4 + H 2 Of e (H 3 PO 4) = 1
H 3 PO 4 + 2KOH = K 2 HPO 4 + 2H 2 Of e (H 3 PO 4) = 1/2
H 3 PO 4 + 3KOH = K 3 PO 4 + 3H 2 Of e (H 3 PO 4) = 1/3
hoặc trong các phản ứng oxi hóa khử:
KMn 7+ O 4 + NaNO 2 + H 2 SO 4 ® Mn 2+ SO 4 + NaNO 3 + K 2 SO 4 + H 2 O
MnO 4 - + 8H + + 5e - ® Mn 2+ + 4H 2 O f e (KMnO 4) = 1/5
Khoa học nguyên tử-phân tử được phát triển và ứng dụng lần đầu tiên trong hóa học bởi nhà khoa học vĩ đại người Nga M.V. Những quy định chính của học thuyết này được nêu trong tác phẩm “Các yếu tố của hóa học toán học” (1741) và một số tác phẩm khác. Bản chất những lời dạy của Lomonosov có thể được rút gọn thành những điều khoản sau.
1. Tất cả các chất đều bao gồm các “tiểu thể” (như Lomonosov gọi là phân tử).
2. Các phân tử bao gồm các “nguyên tố” (như Lomonosov gọi là nguyên tử).
3. Các hạt - phân tử và nguyên tử - chuyển động liên tục. Trạng thái nhiệt của vật thể là kết quả của sự chuyển động của các hạt của chúng.
4. Phân tử của các chất đơn giản gồm có các nguyên tử giống nhau, phân tử của các chất phức tạp - gồm các nguyên tử khác nhau.
67 năm sau Lomonosov, nhà khoa học người Anh John Dalton đã áp dụng phương pháp giảng dạy nguyên tử vào hóa học. Ông đã phác thảo những nguyên tắc cơ bản của thuyết nguyên tử trong cuốn sách “Một hệ thống triết học hóa học mới” (1808). Về cốt lõi, cách dạy của Dalton lặp lại lời dạy của Lomonosov. Tuy nhiên, Dalton phủ nhận sự tồn tại của phân tử trong các chất đơn giản, đây là một bước lùi so với học thuyết của Lomonosov. Theo Dalton, các chất đơn giản chỉ bao gồm các nguyên tử và chỉ các chất phức tạp mới bao gồm các “nguyên tử phức tạp” (theo nghĩa hiện đại là phân tử). Lý thuyết nguyên tử-phân tử trong hóa học cuối cùng chỉ được hình thành vào giữa thế kỷ 19. Tại hội nghị quốc tế của các nhà hóa học ở Karlsruhe năm 1860, các định nghĩa về khái niệm phân tử và nguyên tử đã được thông qua.
Một phân tử là hạt nhỏ nhất của một chất nhất định có tính chất hóa học của nó. Tính chất hóa học của một phân tử được xác định bởi thành phần và cấu trúc hóa học của nó.
Nguyên tử là hạt nhỏ nhất của nguyên tố hóa học, là một phần của phân tử của các chất đơn giản và phức tạp. Tính chất hóa học của một nguyên tố được xác định bởi cấu trúc nguyên tử của nó. Điều này dẫn đến một định nghĩa về nguyên tử tương ứng với các khái niệm hiện đại:
Nguyên tử là một hạt trung hòa về điện, bao gồm hạt nhân nguyên tử tích điện dương và các electron mang điện tích âm.
Theo các khái niệm hiện đại, các chất ở trạng thái khí và hơi được tạo thành từ các phân tử. Ở trạng thái rắn, chỉ những chất có mạng tinh thể có cấu trúc phân tử mới bao gồm các phân tử. Hầu hết các chất vô cơ rắn không có cấu trúc phân tử: mạng tinh thể của chúng không bao gồm các phân tử mà gồm các hạt khác (ion, nguyên tử); chúng tồn tại ở dạng vật thể vĩ mô (tinh thể natri clorua, mảnh đồng, v.v.). Muối, oxit kim loại, kim cương, silicon và kim loại không có cấu trúc phân tử.
nguyên tố hóa học
Khoa học nguyên tử-phân tử giúp giải thích các khái niệm và định luật cơ bản của hóa học. Theo quan điểm của lý thuyết nguyên tử-phân tử, nguyên tố hóa học là mỗi loại nguyên tử riêng lẻ. Đặc tính quan trọng nhất của nguyên tử là điện tích dương của hạt nhân, bằng số lượng nguyên tử của nguyên tố. Giá trị của điện tích hạt nhân đóng vai trò là đặc điểm phân biệt của các loại nguyên tử khác nhau, cho phép chúng ta đưa ra định nghĩa đầy đủ hơn về khái niệm nguyên tố:
Nguyên tố hóa học- Đây là một loại nguyên tử nhất định có cùng điện tích dương trên hạt nhân.
Có 107 yếu tố được biết đến. Hiện nay, công việc tiếp tục sản xuất nhân tạo các nguyên tố hóa học có số nguyên tử cao hơn.
Tất cả các yếu tố thường được chia thành kim loại và phi kim loại. Tuy nhiên, sự phân chia này là có điều kiện. Một đặc điểm quan trọng của các nguyên tố là sự phong phú của chúng trong vỏ trái đất, tức là ở lớp vỏ rắn phía trên của Trái đất, độ dày của nó được cho là khoảng 16 km. Sự phân bố các nguyên tố trong vỏ trái đất được nghiên cứu bởi địa hóa học - môn khoa học về hóa học của Trái đất. Nhà địa hóa học A.P. Vinogradov đã biên soạn một bảng thành phần hóa học trung bình của vỏ trái đất. Theo những dữ liệu này, nguyên tố phổ biến nhất là oxy - 47,2% khối lượng vỏ trái đất, tiếp theo là silicon - 27,6, nhôm - 8,80, sắt -5,10, canxi - 3,6, natri - 2,64, kali - 2,6, magie - 2,10, hydro - 0,15%.