Атом — наименьшая частица химического соединения, состоящая из положительно заряженного ядра и электронов. Число электронов в нейтральном атоме равно числу протонов в ядре. В химических реакциях атомы в целом остаются неизменными: происходит лишь перераспределение электронов между ними. Химический элемент — совокупность атомов с одинаковым зарядом ядра.

Электроны в атоме располагаются на определенных энергетических уровнях. На данном уровне может находиться не более N = 2п2 электронов, где величина п принимает только целые положительные значения: п = 1, 2, 3... Каждый электрон в атоме движется в области пространства, которая называется орбиталью.



Первому энергетическому уровню {п = 1) соответствует орбиталь шарообразной формы — ls-орбиталь. На ней могут находиться два электрона. На втором энергетическом уровне (л = 2) могут располагаться 8 электронов: два — на одной 2з-орбитали и шесть — на трех 2р-орбиталях, которые имеют форму гантели и расположены в пространстве вдоль трех взаимно перпендикулярных осей. На третьем энергетическом уровне (п = 3) могут располагаться 18 электронов: два — на

Зв-орбитали, шесть — на трех Зр-орбиталях и десять — на пяти 3<2-орбиталях. Энергетические уровни, соответствующие s-, р- и d-орбиталям, называют подуровнями.

С увеличением заряда ядра происходит последовательное заполнение энергетических уровней и подуровней. У водорода и гелия заполняется ls-орбиталь; у элементов от лития (ls22s') до неона (ls22s22p6) заполняются 2s - и 2р-орбитали; у элементов от натрия (ls22s22p63s1) до аргона (ls22s22pb3s23p6) заполняются 3s - и Зр-орбитали; у калия и кальция заполняется 4в-орбиталь.

Молекула — группа связанных между собой атомов, которая может существовать изолированно и сохраняет основные химические свойства вещества. Химические формулы отражают качественный и количественный состав молекул.

Простыми называют вещества, в состав которых входят атомы только одного элемента (сера S, кислород 02, озон 03). В состав сложных веществ входят атомы более одного элемента (вода Н20, метан СН4).

Химические свойства элемента определяют наиболее удаленные от ядра валентные электроны. Валентность — свойство атомов данного элемента присоединять определенное число атомов других элементов. Количественно валентность определяется числом атомов водорода, которое атом элемента может присоединять (или замещать). Валентность водорода равна единице. Валентность элемента может быть постоянной (Li, Са, А1) и переменной (N, S, Fe).

Ковалентной называется химическая связь, возникающая в результате образования общих электронных пар. Каждый из двух атомов, соединенных ковалентной связью, обычно отдает «в общее пользование» по одному электрону. При этом электронные орбитали этих атомов частично перекрываются. При образовании донорно-акцепторной связи оба электрона, осуществляющие связь, поставляются одним из двух атомов — донором, при этом второй атом называется акцептором. Ковалентная связь может быть одинарной (Н2, СН4), двойной (02, С2Н4), тройной (N2, С2Н2). Неполярной называется ковалентная связь, в которой пара электронов в равной степени принадлежит обоим связанным атомам (С12). В полярной ковалентной связи пара электронов сдвинута в сторону атома с большей электроотрицательностью, т. е. атома, сильнее притягивающего к себе электроны (Н20, С02, HF, НС1, HBr, HI, H2S, СН4). В молекуле СН4 ковалентная связь слабо полярная, в молекуле HF — сильно полярная. В пределе, когда пара электронов почти полностью сдвинута к одному из атомов, образуется ионная связь (CsF), которая осуществляется за счет электростатического притяжения противоположно заряженных ионов. Притяжение данного иона действует равномерно во все стороны, поэтому ионная связь (в отличие от ковалентной) ненаправленная.

Степень окисления атома, образующего ионную или ковалентную полярную связь, равна заряду, который приобрел бы атом в случае полного смещения к нему электронной пары.

Вещества могут иметь молекулярное или немолекулярное строение. Из молекул состоят многие твердые вещества (сера, иод), а также газообразные и жидкие при обычных условиях вещества (кислород, вода, бром). Молекулярное строение имеют органические соединения. В веществах ионного строения (NaCl, А1203) атомы связаны между собой ионной связью. К немолекулярным относятся также вещества атомного строения; в них все атомы связаны друг с другом ковалентными связями. Вещества атомного строения твердые и очень прочные (алмаз, кристаллический кремний).

Относительная атомная масса данного атома (Д.) равна отношению его массы к 1/12 массы атома 12С. Величина Аг безразмерная. Масса, равная 1/12 массы 12С, называется атомной единицей массы (а. е.м.), или углеродной единицей (у. е.). Относительные атомные массы химических элементов определяют с учетом распространенности их изотопов — разновидностей атомов данного элемента, которые отличаются числом нейтронов в ядре. Атом с данным числом протонов и нейтронов в ядре называется нуклидом. Например, для хлора известно около 20 изотопов, но только два из них стабильны — это нукиды 35С1 (75,77% природной смеси) и3 CI (24,23%). Поэтому для хлора Д. = = 35,45. Относительная молекулярная масса равна отношению массы молекулы к 1/12 массы 12С.

Количество вещества, содержащее столько же структурных единиц (атомов, молекул, ионов), сколько атомов содержится в 12 граммах изотопа 12С, называется молем. Молярная масса вещества равна отношению его массы к количеству вещества, т. е. это масса 1 моль вещества. Молярная масса — величина размерная, она выражается в единицах г/моль. Число атомов в 1 моль 12С называется постоянной Авогадро (NA = 6,02-1023 моль *). Разделив молярную массу вещества на постоянную Авогадро, можно узнать абсолютную массу молекулы, выраженную в граммах.

Молярный объем газа

Равные объемы газов при одинаковых условиях (температура, давление) содержат одинаковое число молекул. Поэтому 1 моль любого газа (он содержат NA молекул) при одинаковых условиях занимает одинаковый объем. Объем 1 моль газа (он называется молярным объемом) при нормальных условиях (температура О С, давление 1 атм, или 1,013-10° Па) равен 22,4 л. Для реальных газов молярный объём может несколько отличаться от приведенного значения.

Чистые вещества и смеси

Чистые вещества имеют постоянный состав. Смеси состоят из разных веществ, смешанных в любых пропорциях. Основные способы разделения смесей — отстаивание, фильтрование, выпаривание. В первых двух случаях жидкие вещества отделяются от нерастворимых в них твердых веществ. Пример отстаивания — медленное оседание твердых частиц глины, взвешенных в воде. Фильтрованием можно очистить растворимое вещество от нерастворимого. Пример — очистка смеси поваренной соли (хлорида натрия) с песком путем растворения соли в воде, фильтрования раствора с последующим его выпариванием.

Растворы

Истинным называется раствор, в котором растворенное вещество находится в виде отдельных молекул (сахара) или ионов (поваренная соль). Коллоидным называется раствор, в котором растворенное вещество находится в виде крупных частиц, различимых под микроскопом. Если коллоидные частицы твердые, образуется суспензия (например, тушь — взвесь мелких частиц сажи в воде). Если коллоидные частицы жидкие, образуется эмульсия (например, молоко — взвесь частиц жира в воде). Раствор, в котором при данной температуре вещество больше не растворяется, называется насыщенным. Массовая доля — это отношение массы растворенного вещества к общей массе раствора. Массовую долю можно выражать в долях единицы или в процентах.




See also: