Пособие по неорганической химии

Пример. Элемент кислород образует две аллотропные модификации – кислород О₂ и озон О₃; элемент углерод – три: алмаз, графит и карбин.

Явление аллотропии вызывается двумя причинами:

1. Различным числом атомов в молекуле (например, кислород О₂ и озон О₃);

2. Образованием различных кристаллических форм (например – алмаз, графит, карбин).

Сложные вещества, или химические соединения – это вещества, образованные атомами разных элементов, т.е. это устойчивая совокупность частиц (атомов, молекул, ионов), обладающая определенным составом, физическими и химическими.

Пример. Поваренная соль (NaCl) образована атомами элементов натрия и хлора, вода (Н₂О) – атомами элементов водорода и кислорода.

Относительная атомная масса

Относительная атомная масса элементов – физическая величина, которая показывает, во сколько раз средняя масса атомов данного химического элемента больше 1/12 части массы атома углерода-12.

Относительные атомные массы (сложившийся термин – атомная масса) обозначается как А_r, где индекс r – начальная буква английского слова – relative – относительный.

Относительная молекулярная масса

Относительная молекулярная (формульная) масса – физическая величина, равная отношению средней массы структурной единицы данного химического вещества к 1/12 части массы атома углерода-12.

Относительная молекулярная масса показывает, во сколько раз масса молекулы данного вещества больше 1/12 массы углерода-12.

Моль. Молярная масса

Моль – это количество вещества, пропорциональное числу элементарных структурных единиц, составляющих данную порцию вещества. Зная массу одного атома углерода 1,993·10–²⁶ кг, можно вычислить число атомов (N_A) в 0,012 кг углерода:

N_A = 0,012 кг / 1,993·10–²⁶ кг = 6,02·10²³

Величина N_A называется постоянной Авогадро.

Химические уравнения записывают с помощью химических формул и знаков. Они служат для изображения химических реакций и отражают закон сохранения массы веществ.

В каждом уравнении имеется две части, соединенных знаком равенства. В левой части записывают формулы веществ, вступающих в реакцию, в правой – формулы веществ, образующихся в результате реакции. Число атомов каждого элемента в левой и правой частях уравнения должно быть одинаковым.

Пример:

2 Са + О₂ = 2СаО.

Основные законы химии

1. Закон сохранения массы вещества – масса веществ, вступающих в химическую реакцию, равна массе веществ, образующихся в результате реакции.

Пример. При взаимодействии двух атомов молекул водорода и хлора образуется две молекулы хлористого водорода:

Н₂ + Cl₂ = 2HCl

Поскольку атомы имеют постоянную массу, не меняется и масса веществ до и после реакции.

2. Закон постоянства состава – всякое чистое вещество независимо от способа его получения всегда имеет постоянный качественный и количественный состав.

Пример. Углекислый газ можно получить различными способами:

– из углерода и кислорода:

С + О₂ = СО₂;

– из оксида углерода и кислорода:

2 СО + О₂ = 2СО₂;

– действием кислот на карбонаты:

СаСО₃ + 2HCl = СО₂ + CaCl₂ + H₂O и др.

Независимо от способа получения, во всех случаях чистый оксид углерода будет иметь приведенный выше состав.

3. Газовые законы. Закон Авогадро. Молекулярный объем газа.

Закон объемных отношений – объемы вступающих в реакцию газов при одинаковых условиях (температуре и давлении) относятся друг к другу как простые целые числа.

Пример. 1 л хлора соединяется с 1 л водорода, образуя 2 л хлористого водорода:

Н₂ + Cl₂ = 2HCl,

или 2 л оксида серы (IV) соединяются с 1 л кислорода, образуя 2 л оксида серы (VI):

2 SO₂ + O₂ = 2SO_3.

Закон Авогадро – в равных объемах различных газов при одинаковых условиях (температура и давление) содержится одинаковое число молекул, т.е. 1 моль любого газа занимает одинаковый объем – 22,4 л/моль.

Пример расчета. При нормальных условиях, т.е. температуре 273 К и давлении 101 325 Па, масса 1 л водорода равна 0,09 г.

Молекулярная масса его равна

1,008x2 = 2,016 г/моль,

тогда объем, занимаемый 1 моль водорода, равен

2,016 г/моль:0,09 г/л = 22,4 л/моль.

При тех же условиях, масса 1 л кислорода равна 1,429 г, а его молекулярная масса – 32 г/моль, тогда объем газа равен

32 г/моль:1,429 г/л = 22,4 л/моль.

Следовательно, при нормальных условиях 1 моль различных газов занимает объем, равный 22,4 л. Этот объем называется молярным объемом газа.

Молярный объем газа – это отношение объема газа при данных условиях к количеству вещества этого газа:

V_M = V(В)/n(В),