1 реферат

Сейчас невозможно представить себе нашу жизнь без химических процессов, будь то получение лекарств, продуктов и многое другое.
Окружающий нас мир (мы полагаем) – природа – различные формы движущейся материи. Материя может существовать в виде элементарных частиц, имеющих массу покоя и полей, лишённых массы покоя.
Взаимодействуя друг с другом, элементарные частицы образуют более сложные системы – различные атомы. Наконец, атомы, взаимодействуя друг с другом, образуют различные вещества. Каждое вещество обладает некоторым набором характерных признаков – свойствами: плотностью, электропроводностью, окраской, запахом, твёрдостью и т.д., то, что отличает одно вещество от другого.
В определённой совокупности вещества образуют материалы – бумагу, лекарство, стекло, сталь.
При изменении условий – нагревании, освещении, ударе – могут происходить превращения одних веществ в другие – самопроизвольные или в результате взаимодействия нескольких веществ.
Химия – это область естествознания, наука о веществах и их превращениях.
Современная химия представляет собой разветвлённую область знаний:
геометрическое строение кристаллов (кристаллохимия)
электронное строение (квантовая химия)
в живых организмах (биохимия)
зависимость свойств веществ от их состава и строения (физическая химия)
о превращениях в космосе (космохимия)
На базе современных химических знаний создаются новые технологии, позволяющие получать из природного сырья принципиально новые вещества и материалы: различные сплавы, сверхпроводящие материалы, полимеры, красители.
1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ЗАКОНЫ ХИМИИ1.1 Основные понятия химииХимия – это наука о веществах, их свойствах и превращениях, происходящих в результате химических реакций, а также о фундаментальных законах, которым эти превращения подчиняются. Поскольку все вещества состоят из атомов, которые благодаря химическим связям способны формировать молекулы, то химия занимается в основном изучением взаимодействий между атомами и молекулами, полученными в результате таких взаимодействий.
Предметом изучения химии являются состав, строение, свойства и превращения веществ, а также явления, сопровождающие эти превращения.
Несмотря на разнообразие химических явлений в природе существуют законы, которым все они подчиняются. Такими основополагающими обобщениями, как химии, так и естествознания в целом, являются атомно-молекулярное учение и закон сохранения массы веществ
1.1.1 ВеществоВещество – вид материи с определёнными химическими и физическими свойствами. Совокупность атомов, атомных частиц или молекул, находящаяся в определённом агрегатном состоянии. Из веществ состоят физические тела (медь – вещество, а медная монета – физическое тело).
Простые вещества состоят из атомов одного вида, а сложные вещества (химические соединения) состоят из атомов разного вида и образуются при химическом взаимодействии атомов разных химических элементов.
Примеры. Простые вещества: молекулярные азот N2, водород Н2, хлор Сl2, натрий Nа состоят из элементов одного вида – соответственно азота N, водорода Н, хлора С1 и натрия Na. Сложные вещества: аммиак NН3 – включает элементы азот N и водород Н, хлорид натрия NaCl – элементы натрий Na и хлор С1.
Простые вещества следует отличать от понятий «атом» и «химический элемент». Простые вещества представляют собой формы существования элементов в свободном виде; каждому элементу соответствует, как правило, несколько простых веществ (аллотропных форм), которые могут различаться по составу, например, атомарный кислород О, молекулярные кислород О2 и озон О3, или по кристаллической решетке, например, алмаз и графит для элемента углерод С. Очевидно, что простые вещества могут быть одно- и многоатомными.
Сложные вещества иначе называются химическими соединениями. Этот термин означает, что вещества могут быть получены с помощью химических реакций соединения из простых веществ – химического синтеза или разделены на элементы в свободном виде (простые вещес тва) с помощью химических реакций разложения – химического анализа
1.1.2 АтомАтомы – это мельчайшие химические частицы, являющиеся пределом химического разложения любого вещества. Простое вещество (если оно не является одноатомным, как, например, гелий Не) разлагается на атомы одного вида, сложное вещество – на атомы разных видов.
Атомы неделимы химическим путем.
Масса атомов разных видов составляет порядка 10−24–10−22 г, размеры (диаметр) атомов колеблются в пределах 1*10−10−5*10−10 м, поэтому атомы считаются мельчайшими химическими частицами.
Атомы одного вида являются атомами одного химического элемента, атомы разных видов – атомами разных химических элементов. К важнейшему свойству и главному отличительному признаку атома каждого элемента относится положительный заряд его ядра.
1.1.3 МолекулаМолекула – это наименьшая частица химического соединения, обладающая его химическими свойствами. Это определение молекулы действительно только при учете следующих двух ограничений.
Во-первых, в форме молекул могут быть не только соединения, но и простые вещества. Молекулы химического соединения, т. е. сложного вещества, многоэлементные (Н2О, NH3, CO2, H2SO4), молекулы простых веществ − одноэлементные (Н2, О2, N2, C12, S, P и др.). Поэтому в приведенном выше определении молекулы речь идет о многоэлементных молекулах.
Во-вторых, большинство химически сложных веществ состоит не из молекул, а из ионов. Ионными соединениями являются все соли, а также солеобразные соединения. Составными частями таких соединений являются одноэлементные или многоэлементные ионы, соединенные между собой (в кристаллической решетке) ионной связью.
1.1.4 Химический элементХимический элемент – это вид атомов, характеризующийся определенными зарядами ядер и строением электронных оболочек. В настоящее время известно 110 элементов: 89 из них найдены в природе (на Земле), остальные получены искусственным путем. Атомы существуют в свободном состоянии, в соединениях с атомами того же или других элементов, образуя молекулы. Способность атомов вступать во взаимодействие с другими атомами и образовывать химические соединения определяется его строением. Атомы состоят из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов, движущихся вокруг него, образуя электронейтральную систему, которая подчиняется законам, характерным для микросистем.
1.1.5 Простые и сложные вещества1.2 Основные законы химии;
Нижеперечисленные законы принято считать основными законами химии.
Закон эквивалентов. По закону эквивалентов химические элементы соединяются между собой или замещают друг друга в количествах, пропорциональных их молярным массам эквивалентов:
m1/m2=Мэкв1/ Мэкв2
где m1 и m2 – массы реагирующих или образующихся веществ, Мэкв1 и Мэкв2 – эквивалентные массы этих веществ.
Закон сохранения вещества. В 1756 г. М.В. Ломоносов, после длительных испытаний, пришел к важному открытию: вес всех веществ, вступающих в химическую реакцию, равен весу всех продуктов реакции.
Этот закон отражается в законе сохранения массы, который заключается в следующем: масса веществ, вступивших в химическую реакцию, равна массе всех продуктов реакции. Вещества не исчезают и не возникают из ничего, а происходит химическое превращение. Закон является основой при составлении химических реакций и количественных расчетов в химии.
Закон постоянства состава. В 1808 г. Ж. Пруст сформулировал закон, который гласит, что независимо от способа получения все индивидуальные вещества имеют постоянный количественный и качественный состав.
Закон кратных отношений. В 1803 г. Д. Дальтон открыл закон, заключающийся в том, что если два химических элемента образуют несколько соединений, то весовые доли одного и того же элемента в этих соединениях, приходящиеся на одну и ту же весовую долю второго элемента, относятся между собой как небольшие целые числа.
Закон объемных отношений. В 1808 г. Гей-Люссак сформулировал закон, который гласил: «Объемы газов, вступающих в химические реакции, и объемы газов, являющихся продуктами реакции, соотносятся между собой как небольшие целые числа».
Газовые законы. Важную роль в развитии химической науки сыграли газовые законы (справедливы только для газов).
В 1811 г. Авогадро ди Кваренья (Закон Авогадро) доказал, что- в равных объемах любых газов при постоянных условиях (температуре и давлении) содержится одинаковое число молекул. В одинаковых условиях одно и то же число молекул занимают равные объемы, а 1 моль любого при T=273°К и p=101,3 кПа газа занимает объем 22,4 л, который называется молярным объемом газа (Vm).
Независимо друг от друг трое ученых вывели следующие законы:
закон Гей-Люссака при P = const: V1/T1 = V2/T2;
закон Бойля-Мариотта при Т= const: P1V1 = P2V2;
закон Шарля при V = const: P1/T1= P2/T2.
При объединении этих трех законов получаем:
P1V1/T1 = P2V2/T2.
Если условия отличаются от нормальных, то применяют уравнение Клапейрона – Менделеева:
pV = nRT = (m/M)RT,
где p – давление газа, V – его объем, n – количество молей газа, R – универсальная газовая постоянная (8,314 Дж/(моль*К).
Количество газа при нормальных условиях рассчитывают по формуле:
n = V/Vm = V/22,4.
Плотность газов при заданных давлении и температуре прямо пропорциональна их молярной массе:
ρ = m/V = pM/(RT) = (p/RT)M.
Относительная плотность газов показывает, во сколько раз один газ тяжелее другого. Плотность газа В по газу А определяется следующим образом:
DA(B) = ρ(В)/ρ(А) = М(В)/М(А).
Это основные законы химии. В заключение приведем Закон парциальных давлений (закон Дальтона). Парциальное давление в смеси равно тому давлению газа, которым он обладал бы, если бы занимал такой же объем, какой занимает вся смесь при той же температуре. При условии, что в газовой смеси нет химического взаимодействия, общее давление газовой смеси равно сумме парциальных давлений газов, входящих в эту смесь:
pобщ=p1+p2+p3+…+pn
Состав газовых смесей может выражаться количеством вещества (n), массовыми (ωn), объемными (φn) и молярными (χ) долями:
ωn=mn/m;
φn=Vn/V;
χ=ni/∑ni.
2 ВИДЫ ХИМИЧЕСКОЙ СВЯЗИ2.1 Виды химической связиХимические элементы встречаются в природе главным образом не в виде отдельных атомов, а в виде сложных или простых веществ. Лишь благородные газы – гелий, неон, аргон, криптон и ксеон – находятся в природе в атомном состоянии, что объясняется устойчивостью электронных оболочек атомов благородных газов. Во всех других простых и сложных веществах атомы связаны химическими силами. Существует несколько типов химической связи, важнейшие из них – ковалентная, ионная и металлическая.
2.1.1 Химическая связьХимическая связь между атомами химических элементов имеет электростатическую природу и образуется за счет взаимодействия внешних (валентных) электронов, в большей или меньшей степени удерживаемых положительно заряженными ядрами связываемых атомов.
Тип химической связи зависит от того, насколько велика разность значений электроотрицательностей соединяющихся атомов элементов. Чем больше отличаются по электроотрицательности атомы элементов, образующих связь, тем химическая связь полярнее. Провести резкую границу между типами химических связей нельзя. В большинстве соединений тип химической связи оказывается промежуточным; например, сильнополярная ковалентная химическая связь близка к ионной связи. В зависимости от того, к какому из предельных случаев ближе по своему характеру химическая связь, ее относят либо к ионной, либо к ковалентной полярной связи.
2.1.2 Ионная химическая связьИонная связь образуется при взаимодействии атомов, которые резко отличаются друг от друга по электроотрицательности. Например, типичные металлы литий (Li), натрий (Na), калий (K), кальций (Ca), стронций (Sr), барий (Ba) образуют ионную связь с типичными неметаллами, в основном с галогенами.
Кроме галогенидов щелочных металлов, ионная связь также образуется в таких соединениях, как щелочи и соли. Например, в гидроксиде натрия (NaOH) и сульфате натрия (Na2SO4) ионные связи существуют только между атомами натрия и кислорода (остальные связи – ковалентные полярные).
2.2 Ионные кристаллические решеткиТвердые вещества существуют в кристаллическом и аморфном состоянии и преимущественно имеют кристаллическое строение. Оно отличается правильным местоположением частиц в точно определенных точках, характеризуется периодической повторяемостью в объемном, трехмерном пространстве. Если мысленно соединить эти точки прямыми – получим пространственный каркас, который и называют кристаллической решеткой. Понятие «кристаллическая решетка» относится к геометрическому образу, который описывает трехмерную периодичность в размещении молекул (атомов, ионов) в кристаллическом пространстве.
Точки расположения частиц называются узлами решетки. Внутри каркаса действуют межузловые связи. Вид частиц и характер связи между ними: молекулы, атомы, ионы – определяют тип кристаллической решетки. Всего выделяют четыре таких типа: ионные, атомные, молекулярные и металлические.
Если в узлах решетки расположены ионы (частицы с отрицательным или положительным зарядом), то это ионная кристаллическая решетка, характеризующаяся одноименными связями.
Эти связи весьма прочны и стабильны. Поэтому вещества с таким типом строения обладают достаточно высокой твердостью и плотностью, нелетучи и тугоплавки. При низких температурах они проявляют себя как диэлектрики. Однако при плавлении таких соединений нарушается геометрически правильная ионная кристаллическая решетка (расположение ионов) и уменьшаются прочностные связи.
При температуре, близкой к температуре плавления, кристаллы с ионной связью уже способны проводить электрический ток. Такие соединения легко растворимы в воде и других жидкостях, которые состоят из полярных молекул.
Ионная кристаллическая решетка свойственна всем веществам с ионным типом связи - соли, гидроксиды металлов, бинарные соединения металлов с неметаллами. Ионная связь не имеет направленности в пространстве, потому что каждый ион связан сразу с несколькими противоионами, сила взаимодействия которых зависит от расстояния между ними (закон Кулона). Ионно-связанные соединения имеют немолекулярное строение, они представляют собой твердые вещества с ионными решетками, высокой полярностью, высокими температурами плавления и кипения, в водных растворах являющиеся электропроводными. Соединений с ионными связями в чистом виде практически не встречается.
Ионная кристаллическая решетка присуща некоторым гидроксидам и оксидам типичных металлов, солям, т.е. веществам с ионной химической связью.
3. ВОДА. РАСТВОРЫ3.1 Вода как растворительВода как растворитель играет предельно важную роль далеко не только в плане нашего быта. Исследователи давно говорят, что данное волшебное соединение является основой для образования жизни вообще. И именно поэтому его наличие выступает обязательным условием для существования чего-то более сложного, нежели неживая природа.
Растворимость тех или иных химических элементов напрямую связана с существованием воды, так как она чаще всего выступает той средой, которая преобразует все вокруг себя и создает новые формы органической и неорганической материи.
Человек примерно на 70% состоит из воды (имеется ввиду кровь, межклеточная жидкость, плазма крови и прочие вещества), у большинства других существ этот показатель колеблется от 50 до 95%. Очевидно, что свойства данного соединения оказывают решающую роль на происходящие вокруг нас и внутри нас процессы синтеза, регенерации и многие другие.
Прежде всего вода хорошо растворяет ионные и многие полярные соединения. Такое свойство воды связано в значительной мере с ее высокой диэлектрической проницаемостью (78,5).
Другой многочисленный класс веществ, хорошо растворимых в воде, включает такие полярные органические соединения, как сахара, альдегиды, кетоны, спирты. Их растворимость в воде объясняется склонностью молекул воды к образованию полярных связей с полярными функциональными группами этих веществ, например, с гидроксильными группами спиртов и сахаров или с атомом кислорода карбонильной группы альдегидов и кетонов. Ниже приведены примеры водородных связей, важных для растворимости веществ в биологических системах. Вследствие высокой полярности вода вызывает гидролиз веществ.
Так как вода составляет основную часть внутренней среды организма, то она обеспечивает процессы всасывания, передвижения питательных веществ и продуктов обмена в организме.
Необходимо отметить, что вода является конечным продуктом биологического окисления веществ, в частности глюкозы. Образование воды в результате этих процессов сопровождается выделением большого количества энергии приблизительно 29 кДж/моль.
Важны и другие аномальные свойства воды: высокое поверхностное натяжение, низкая вязкость, высокие температуры плавления и кипения и более высокая плотность в жидком состоянии, чем в твердом.
3.2 Растворимость веществ
Способность вещества растворяться в воде или другом растворителе называется растворимостью. Количественной характеристикой растворимости является коэффициент растворимости, который показывает, какая максимальная масса вещества может раствориться в 1000 или 100 г воды при данной температуре. Растворимость вещества зависит от природы растворителя и вещества, от температуры и давления (для газов). Растворимость твердых веществ в основном увеличивается при повышении температуры. Растворимость газов с повышением температуры уменьшается, но при повышении давления увеличивается.
По растворимости в воде вещества делят на три группы:
1. Хорошо растворимые (р.). Растворимость веществ больше 10 г в 1000 г воды. Например, 2000 г сахара растворяется в 1000 г воды, или в 1 л воды.
2. Малорастворимые (м.). Растворимость веществ от 0,01 г до 10 г вещества в 1000 г воды. Например, 2 г гипса (CaS04 * 2Н20) растворяется в 1000 г воды.
3. Практически нерастворимые (н.). Растворимость веществ меньше 0,01 г вещества в 1000 г воды. Например, в 1000 г воды растворяется 1,5 * 10_3 г AgCl.
При растворении веществ могут образоваться насыщенные, ненасыщенные и пересыщенные растворы.
Насыщенный раствор - это раствор, который содержит максимальное количество растворяемого вещества при данных условиях. При добавлении вещества в такой раствор вещество больше не растворяется.
Ненасыщенный раствор – это раствор, который содержит меньше растворяемого вещества, чем насыщенный при данных условиях. При добавлении вещества в такой раствор вещество еще растворяется.
Иногда удается получить раствор, в котором растворенного вещества содержится больше, чем в насыщенном растворе при данной температуре. Такой раствор называется пересыщенным. Этот раствор получают при осторожном охлаждении насыщенного раствора до комнатной температуры. Пересыщенные растворы очень неустойчивы. Кристаллизацию вещества в таком растворе можно вызвать путем потирания стеклянной палочкой стенок сосуда, в котором находится данный раствор. Этот способ применяется при выполнении некоторых качественных реакций.
Растворимость вещества может выражаться и молярной концентрацией его насыщенного раствора.
Скорость процесса растворения зависит от растворяемых веществ, состояния их поверхностей, температуры растворителя и концентрации конечного раствора.
Не следует смешивать понятия «насыщенный» и «разбавленный» раствор. Например, насыщенный раствор хлорида серебра (1.5*10-3г/л) явл. весьма разбавленным, а ненасыщенный р-р сахара(1000г/л)- концентрированным.
3.3 Зависимость растворимости газов, жидкостей и твердых веществ от различных факторовРастворимость газов в жидкостях зависит от ряда факторов: природы газа и жидкости, давления, температуры, концентрации растворенных в жидкости веществ (особенно сильно влияет на растворимость газов концентрация электролитов).
Наибольшее влияние на растворимость газов в жидкостях оказывает природа веществ. Так, в 1 литре воды при t = 18 °С и P = 1 атм. растворяется 0.017 л. азота, 748.8 л. аммиака или 427.8 л. хлороводорода. Аномально высокая растворимость газов в жидкостях обычно обусловливается их специфическим взаимодействием с растворителем – образованием химического соединения (для аммиака) или диссоциацией в растворе на ионы (для хлороводорода). Газы, молекулы которых неполярны, растворяются, как правило, лучше в неполярных жидкостях – и наоборот. Зависимость растворимости газов от давления выражается законом Генри – Дальтона:
Растворимость газа в жидкости прямо пропорциональна его давлению над жидкостью.
Растворимость жидкостей – степень взаимной растворимости жидкостей. Некоторые жидкости могут неограниченно растворяться в других жидкостях, т. е. смешиваются друг с другом в любых пропорциях, напр., спирт и вода. Др. взаимно растворяются лишь до определенного предела (напр., при взбалтывании эфира с водой образуется 2 слоя: верхний – насыщенный раствор воды в эфире, а нижний – насыщенный раствор эфира в воде).
Растворение твердого вещества в жидкости по существу мало чем отличается от растворения жидкости в жидкости. И в этом случае молекулы растворенного вещества постепенно распределяются среди молекул растворителя. Масса растворенного вещества, приходящаяся на единицу объема растворителя, носит название концентрации раствора. Вещество растворяется в жидкости до некоторой определенной концентрации, которая зависит от природы растворителя и растворяемого вещества, а также от температуры.
Закон Генри- Дальтона – относится к растворимости газов в жидкости в зависимости от упругости этого газа, производящего давление на жидкость.
При некотором определенном давлении и постоянной температуре растворяется в жидкости определенное количество газа, зависящее также и от свойств жидкости. При увеличении или уменьшении давления газовой атмосферы на жидкость с сохранением той же температуры увеличивается или уменьшается в таком же отношении количество растворенного газа.
Ненасыщенный раствор – раствор, в котором концентрация растворенного вещества меньше, чем в насыщенном растворе, и в котором при данных условиях можно растворить еще некоторое его количество.
Насыщенный раствор – раствор, в котором растворённое вещество при данных условиях достигло максимальной концентрации и больше не растворяется. Осадок данного вещества находится в равновесном состоянии с веществом в растворе.
Растворы, содержащие растворенного вещества больше, чем насыщенный раствор при той же температуре, называются пересыщенными растворами.
4. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ И ТЕОРИЯ СТРОЕНИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
4.1 Природные, искусственные и синтетические органические веществаПриродные органические вещества образуются естественным путем, без вмешательства человека.
Искусственные органические вещества человек получает по образцу известных ему природных веществ.
Синтетические органические вещества – это новые вещества, полученные человеком, которые в природе не существуют.
Органические вещества Неорганические вещества (сложные)
Тип химической связи между атомами. Ковалентные слабополярные или неполярные Ионные или ковалентные полярные
Наличие связи между одинаковыми атомами. Углерод-углеродные связи – основа существования всех органических веществ Связи между одинаковыми атомами, как правило, не образуются
Тип кристаллической решетки. Молекулярная кристаллическая решетка Ионная, атомная, реже молекулярная кристаллическая решетка
Относительная молекулярная масса Мг Значения относительных молекулярных масс варьируются в большом диапазоне, вплоть до очень высоких значений Значения относительных молекулярных масс невелики
Явления гомологии и изомерии Эти явления широко распространены — это важнейшая причина многообразия органических веществ Единичные случаи
Взаимодействие с другими веществами Скорости реакций невелики; выход продуктов, как правило, небольшой, так как образуются побочные продукты; реакции обратимы Взаимодействие протекает быстро, во многих случаях мгновенно и с количественным выходом продукта реакции
Образование полимерных соединений Многие вещества способны к реакциям полимеризации и поликонденсации, в результате которых образуются полимерные соединения Нехарактерно
Распространение на планете Земля Составляют основную массу биосферы Составляют основную массу неживой природы: атмосферы, гидросферы, литосферы
4.2 Теория строения органических соединений А.М. Бутлерова
Основные положения теории А. М. Бутлерова кратко могут быть изложены следующим образом:
В молекуле органического соединения атомы связаны в определенной последовательности, что и определяет его строение.
Атом углерода в составе органических соединений имеет валентность равную четырем.
При одинаковом составе молекулы возможно несколько вариантов соединения атомов этой молекулы между собой. Такие соединения, имеющие один состав, но различное строение были названы изомерами, а подобное явление – изомерией.
Зная строение органического соединения можно предсказать его свойства; зная свойства органического соединения можно предсказать его строение.
Атомы, образующие молекулу подвержены взаимному влиянию, что определяет их реакционную способность. Непосредственно связанные атомы оказывают большее влияние друг на друга, влияние не связанных непосредственно атомов значительно слабее.
Ученик А.М. Бутлерова – В. В. Марковников продолжил изучение вопроса взаимного влияния атомов, что нашло свое отражение в 1869 году в его диссертационной работе «Материалы по вопросу о взаимном влиянии атомов в химических соединениях».
Заслуга А.М. Бутлерова и значение теории химического строения исключительно велико ля химического синтеза. Открылась возможность предсказать основные свойства органических соединений, предвидеть пути их синтеза. Благодаря теории химического строения химики впервые оценили молекулу как упорядоченную систему со строгим порядком связи между атомами. И в настоящее время основные положения теории Бутлерова, несмотря на изменения и уточнения, лежат в основе современных теоретических представлений органической химии.
4.3 Основные положения теории химического строения. Изомерия и изомеры.Основные положения теории химического строения А.М. Бутлерова:
1. Атомы в молекулах соединены друг с другом в определенной последовательности согласно их валентностям. Последовательность межатомных связей в молекуле называется ее химическим строением и отражается одной структурной формулой (формулой строения).
2. Химическое строение можно устанавливать химическими методами. (В настоящее время используются также современные физические методы).
3. Свойства веществ зависят от их химического строения.
4. По свойствам данного вещества можно определить строение его молекулы, а по строению молекулы - предвидеть свойства.
5. Атомы и группы атомов в молекуле оказывают взаимное влияние друг на друга.
Теория Бутлерова явилась научным фундаментом органической химии и способствовала быстрому ее развитию. Опираясь на положения теории, А.М. Бутлеров дал объяснение явлению изомерии, предсказал существование различных изомеров и впервые получил некоторые из них.
Развитию теории строения способствовали работы Кекуле, Кольбе, Купера и Вант-Гоффа. Однако их теоретические положения не носили общего характера и служили, главным образом, целям объяснения экспериментального материала.
Изомеры – это вещества, имеющие одинаковый состав (число атомов каждого типа), но разное взаимное расположение атомов – разное строение.
Изомерия – это явление существования веществ с одинаковым составом, но различным строением.
Например, формуле C4H10 соответствуют два изомерных соединения н-бутан с линейным углеродным скелетом и изобутан (2-метилбутан) с разветвленным скелетом:
При этом температура кипения н-бутана –0,5оС, а изобутана –11,4оС.
Различают два основных вида изомерии: структурную и пространственную (стереоизомерию).
Структурные изомеры отличаются друг от друга взаимным расположением атомов в молекуле; стереоизомеры – расположением атомов в пространстве.
Структурные изомеры – соединения с одинаковым составом, но различным порядком связывания атомов, т.е. с различным химическим строением. Молекулярная формула у структурных изомеров одинаковая, а структурная различается.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Химия – очень древняя наука. В химии необходимо отметить, прежде всего, существование особого «химического взгляда» на природу, который не может быть сведен к физическому, несмотря на все успехи физической химии в нынешнем столетии. То есть у химии давно были обнаружены качества некоторого особого типа. Так, согласно известному химику А.А. Бутакову, химические реакции «нельзя объяснить только действием сил электрического притяжения и отталкивания. Их действием объясняется лишь физическая сторона химического процесса. Химическая форма движения материи представляет собой процессы изменения частиц вещества, которые, в конечном счете, определяются действием периодического закона».
Химию традиционно принято подразделять на пять разделов: неорганическая химия, органическая химия, физическая химия, аналитическая химия и химия высокомолекулярных соединений. Однако четких граней между этими разделами не существует.
В химии могут быть выделены два основных структурных стержня, которые связаны с основными этапами развития этой науки и, кроме того, дают представление о взаимосвязях химии с другими естественными науками.
Первый из этих стержней – появление веществ с заданными (необходимыми) свойствами, что является в то же время и главной задачей химии. Эта задача объединяет практически все химические знания, которые представляются в виде теорий, законов, методов, технологических инструкций и т.п. Она ближе к истокам химии и к конкретному производству (металлургии, выделке кож и т.п.), которое и сформировало саму эту науку.
Вторым структурным стержнем химии является теоретическая задача исследования генезиса (происхождения) свойств вещества. Ее решение допускает различные уровни обобщения представлений о химических веществах. В настоящее время выделяют четыре наиболее общих подхода:
1) исследование элементного и молекулярного состава вещества;
2) исследование структуры молекул веществ;
3) исследование термодинамических и кинетических условий, обеспечивающих протекание химических процессов;
4) исследование природы реагентов (катализаторов), процессов самоорганизации и эволюции химических соединений.
Одним из центральных понятий химии служит понятие «химическая связь». Химическая связь – взаимное притяжение атомов, приводящее к образованию молекул и кристаллов.
Известно, что атомы могут соединяться друг с другом с образованием как простых, так и сложных веществ. При этом образуются различного типа химические связи: ионная, ковалентная (неполярная и полярная), металлическая и водородная. Одно из наиболее существенных свойств атомов элементов, определяющих, какая связь образуется между ними - ионная или ковалентная, – это электроотрицательность, т.е. способность атомов в соединении притягивать к себе электроны.
Провести резкую границу между типами химических связей нельзя. В большинстве соединений тип химической связи оказывается промежуточным; например, сильнополярная ковалентная химическая связь близка к ионной связи
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Горелов, А.А. Концепции современного Естествознания/ А.А. Горелов. -М.:ВЛАДОС, 2000.-512 с.
2. Дикерсон, Р. Основные законы химии/ Р. Дикерсон, Г. Грей, Дж. Хейт: в 2 т. - М.: Мир, 1982.- 145с.
3. Зайцев, О. С. Задачи и вопросы по химии/ О.С. Зайцев.- М.: Химия, 1955.- 204с.
4. Коттон, Ф. Современная неорганическая химия / Ф. Коттон, Дж. Уилкинсон.- М.: Мир, 1969.-276с.
5. Краснов, К. С. Молекулы и химическая связь/К.С. Краснов.-М.: Высш. шк., 1997.- 154с.
6. Кукушкин, Ю. П. Строение атома и химическая связь / Ю. П. Кукушкин, Е. И. Маслов. - М.:Химия, 2000.- 196с.
7. Любимова, Н. Б. Вопросы и задачи по общей и неорганической химии/Н.Б. Любимова.- М.: Высш. шк:, 1996.
8. Минкин, В. И. Теория строения молекул / В. И. Минкин, Б. Я. Симкин, Р. М. Миняев.- Ростов на/Д: Феникс, 1999.- 243с.
9. Неорганическая химия / под ред. Ю. Д. Третьякова: в 3 т.т. 1. Физико-химические основы неорганической химии.- М.: Академия., 2005.
10. Соловьев, Ю. И. История химии / Ю. И. Соловьев, Д. Н. Трифонов, А. Н. Шамин М.: Просвещение, 1994.- 206с.
11. Спайс, Дж. Химическая связь и строение/ Дж. Спайс. М.: Мир, 1996.
12. Хорошавина С.Г Концепции современного естествознания/ . Курс лекций для студентов вузов. (серия учебники, учебные пособия).-Ростов-на-Дону: «Феникс», 2000. -480 с.