Атомно-молекулярне вчення в хімії.
У розвиток атомно-молекулярного вчення великий внесок внесли М. В. Ломоносов, Дж. Дальтон, А. Лавуазьє, Ж. Пруст, А. Авогадро, Й. Берцеліус, Д. І. Менделєєв, А. М. Бутлеров. Перший визначив хімію як науку М. В. Ломоносов. Ломоносов створив вчення про будову речовини, заклав основу атомно-молекулярної теорії. Воно зводиться до наступних положень:
Кожна речовина складається з найдрібніших, далі фізично неподільних частинок (Ломоносов називав їх корпускулами, згодом вони були названі молекулами).
Молекули знаходяться в постійному, самовільному русі.
Молекули складаються з атомів (Ломоносов назвав їх елементами).
Атоми характеризуються певним розміром і масою.
Молекули можуть складатися як з однакових, так і різних атомів.
Молекула - це найменша частинка речовини, яка зберігає його склад і хімічні властивості. Атомами називаються дрібні, хімічно неподільні частки, з яких складаються молекули.
Всі речовини складаються з атомів.
Атоми кожного виду (елементу) однакові між собою, але відрізняються від атомів будь-якого іншого виду (елементу).
При взаємодії атомів утворюються молекули: гомоядерних (при взаємодії атомів одного елемента) або гетероядерні (при взаємодії атомів різних елементів).
При фізичних явищах молекули зберігаються, при хімічних - руйнуються; при хімічних реакціях атоми на відміну від молекул зберігаються.
Хімічні реакції полягають в утворенні нових речовин з тих же самих атомів, з яких складаються початкові речовини.
Закон збереження маси речовин.
У 1756 р на основі проведених досліджень М.В. Ломоносов прийшов до висновку про незмінність ваги речовин при хімічних перетвореннях і вивів закон збереження речовини при протіканні хімічних реакцій: вага всіх речовин, що вступають в хімічну реакцію, дорівнює вазі всіх продуктів реакції. Наприклад: в хімічній реакції: С + О2 = СО2 маса речовин, що вступили в реакцію, дорівнює М (С) + М (О2) = 12 г / моль + 2 × 16 = 32 г / моль = 44 г / моль,
а маса продукту реакції дорівнює М (СО2) = 12 + 2 × 16 = 44 г / моль.
Закон збереження маси підтвердив, що атоми є неподільними і при хімічних реакціях не змінюються. Молекули при реакціях обмінюються атомами, але загальне число атомів кожного виду не змінюється, і тому загальна маса речовин в процесі реакції зберігається.
Закон сталості складу речовин.
Основним законом хімії є закон сталості складу, відкритий Прустом в 1801 році. Він формулюється так: Все індивідуальні хімічні речовини мають постійний якісний і кількісний склад і певна хімічна будова, незалежно від способу полученія.Із закону сталості складу випливає, що при утворенні складного речовини елементи з'єднуються один з одним в певних масових співвідношеннях.
Основні поняття термодинаміки: система, фаза, види систем, параметри стану систем, види процесів.
Термодинаміка - наука, що вивчає взаємні переходи теплоти і роботи в рівноважних системах і при переході до рівноваги. Термодинаміка вивчає: 1. Переходи енергії з однієї форми в іншу, від однієї частини системи до іншої; 2. Енергетичні ефекти, що супроводжують різні фізичні і хімічні процеси і залежність їх від умов протікання даних процесів; 3. Можливість, напрямок і межі мимовільного протікання процесів в розглянутих умовах. Об'єкт вивчення термодинаміки - термодинамічна система - група тіл, що знаходяться у взаємодії, подумки або реально відокремлені від навколишнього середовища. Системи бувають: Ізольована система - система, яка не обмінюється з навколишнім середовищем ні речовиною, ні енергією. Закрита система - система, яка обмінюється з навколишнім середовищем енергією, але не обмінюється речовиною. Відкрита система - система, яка обмінюється з навколишнім середовищем і речовиною, і енергією. Гомогенна система - система, всередині якої немає поверхонь, які поділяють відрізняються за властивостями частини системи (фази). Гетерогенна система - система, всередині якої присутні поверхні, що розділяють відрізняються за властивостями частини системи. Фаза - сукупність гомогенних частин гетерогенної системи, однакових за фізичним та хімічним властивостям, відокремлена від інших частин системи видимими поверхнями розділу. Сукупність усіх фізичних і хімічних властивостей системи характеризує її термодинамічний стан. Всі величини, що характеризують будь-яке макроскопічне властивість даної системи - термодинамічні параметри. Дослідним шляхом встановлено, що для однозначної характеристики даної системи необхідно використовувати деяке число параметрів, які називаються незалежними; всі інші параметри розглядаються як функції незалежних параметрів. В якості незалежних параметрів стану зазвичай вибирають параметри, піддаються безпосередньому виміру, наприклад температуру, тиск, концентрацію і т.д. Будь-яке зміна термодинамічної стану системи (зміни хоча б одного параметра стану) є термодинамічний процесс.Обратімий процес - процес, що допускає можливість повернення системи в початковий стан без того, щоб в навколишньому середовищі залишилися які-небудь зміни. Рівноважний процес - процес, при якому система проходить через безперервний ряд рівноважних станів.
Внутрішня енергія системи, теплота, робота
У кожному тілі, в кожному речовині в прихованому вигляді міститься внутрішня енергія, яка складається з енергії руху і взаємодії атомів, молекул, ядер і інших частинок, внутрішньоядерних і інші види енергії, крім кінетичної енергії руху системи, і потенційної енергії її положення. Абсолютну величину внутрішньої енергії визначити неможливо. Вона являє собою здатність системи до скоєння роботи або передачі теплоти. Однак можна визначити її зміна U при переході з одного стану в інший: # 916; U = U2 - U1. де U2 і U1- внутрішня енергія системи в кінцевому і початковому станах. якщо # 916; U> 0 -внутрішнє енергія системи зростає, якщо # 916; U <0 – внутренняя энергия системы убывает. U – термодинамическая функция состояния, так как ее количество не будет зависеть от пути и способа перехода системы, а будет определяться лишь разностью в этих состояниях. При переходе из одного состояния в другое система может обмениваться с окружающей средой веществом или энергией в форме теплоты и работы. Теплота Q представляет собой количественную меру хаотического движения частиц данной системы или тела. Энергия более нагретого тела в форме теплоты передается менее нагретому телу. При этом не происходит переноса вещества. Работа А является количественной мерой направленного движения частиц, мерой энергии, передаваемой от одной системы к другой за счет перемещения вещества от одной системы к другой под действием тех или иных сил, например гравитационных. Теплоту и работу измеряют в джоулях (Дж), килоджоулях (кДж) и мегаджоулях (МДж). Положительной считается работа, совершаемая системой против внешних сил (А> 0) і теплота, що підводиться до системи (Q> 0). Теплота і робота залежать від способу проведення процесу, тобто вони є функціями шляху. Кількісне співвідношення між зміною внутрішньої енергії, теплотою і роботою встановлює перший закон термодинаміки: Q = # 916; U + А. Якщо до системи підводить теплота Q, то вона витрачається на зміну внутрішньої енергії системи # 916; U і на здійснення системою роботи А над навколишнім середовищем. Теплоту і роботу можна виміряти, звідси, # 916; U = Q - А. Перший закон термодинаміки є формою вираження закону збереження енергії. Згідно з цим законом, енергія не може ні створюватися, ні зникати, але може перетворюватися з однієї форми в іншу. Його справедливість доведена багатовіковим досвідом людства.
Зміна ентальпії, що відбувається при розчиненні одного моля речовини в певному розчиннику з утворенням нескінченно розведеного розчину, називається ентальпії розчинення або теплотою розчинення. Ентальпію розчинення неважко виміряти експериментально. Ентальпія гідратації хлориду натрію являє собою суму ентальпій
10. Основні закони термохімії: закон Лавуазьє - Лапласа. Закон Гесса і наслідок з нього. Закон Лавуазьє і Лапласа: | # 8710; Hразложенія | = | - # 8710; Hобразованія |; Закон Гесса: Тепловий ефект хімічної реакції, що проводиться в ізобарно-ізотермічних або ізохорно-ізотермічних умовах, залежить тільки від виду та стану вихідних речовин і продуктів реакції і не залежить від шляху її протікання. Слідство: парниковий ефект реакції дорівнює різниці між сумою теплот утворення продуктів реакції та сумою теплот утворення вихідних речовин з урахуванням коеффеціентов.
Властивості розбавлених розчинів. Дифузія. Залежність швидкості дифузії від температури, розміру часток, в'язкості середовища, ступеня нерівномірності концентрації. Значення дифузії в технологічних процесах і фізіології харчування.
Колігативні властивості - це властивості розчинів, обумовлені тільки мимовільним рухом молекул, тобто вони визначаються не хімічним складом, а числом кінетичних одиниць - молекул в одиниці об'єму або маси. До таких Колігативні властивостей відносяться: Зниження тиску насиченої пари, Підвищення температури кипіння розчинів, Зниження температури замерзання розчинів, Виникнення осмотичного тиску. Дифузія Проникнення однієї речовини в іншу при їх зіткненні. Дотримуючись закону броунівського руху які свідчать що всі молекули постійно в хаотичному русі і з підвищенням температури відстань між ними збільшується, можна зробити висновок що процес дифузії (расстворенія одного вешества в іншому (перемішування молекул) відбувається швидше. Суть методу полягає у визначенні коефіцієнта дифузії колоїдних частинок шляхом вимірювання спектрального складу розсіяного світла. Результати прямих вимірювань розмірів асфальтенових ассоциатов в модельних розчинах вуглеводнів описані в абот [64]. В якості об'єктів дослідження були обрані первинні асфальтени, виділені з гудрону суміші західно-сибірських нафт і індивідуальні вуглеводні толуол, циклогексан, н-пентан. Показано, що розміри асфальтенових ассоциатов в залежності від їх концентрації в розчині (до 10% травні.) і розчинника варіюються від 2,0 до 13,5 нм. ніж серед щільніше тим дифузії менше. наприклад дифузія в повітрі швидше ніж в воді.
29. Осмос і осмотичний тиск. Закон Вант - Гоффа. Осмос - процес однобічної дифузії через напівпроникну мембрану молекул розчинника в бік більшої концентрації розчиненого речовини з обсягу з меншою концентрацією розчиненої речовини. Осмотичний тиск (позначається π) - надлишковий гідростатичний тиск на розчин, відокремлений від чистого розчинника напівпроникною мембраною, при якому припиняється дифузія розчинника через мембрану. Правило Вант-Гоффа - емпіричне правило, що дозволяє в першому наближенні оцінити вплив температури на швидкість хімічної реакції в невеликому температурному інтервалі (зазвичай від 0 ° C до 100 ° C). Я. Х. Вант-Гофф на підставі безлічі експериментів сформулював наступне правило
30. Плазмоліз, плазмоптіс і тургор в живих клітинах. Плазмоліз (plasmolysis) - Відділення пристінкового шару цитоплазми від твердої оболонки растітельнойклеткі в гіпертонічному по відношенню до клітинного соку розчині. При поверненні нормальних осмотических умов тургор клітини зазвичай відновлюється (при різкому Плазмоліз клітини гинуть). Шар протоплазми живої клітини, що межує з оболонкою, має властивість напівпроникності. Він пропускає воду, але затримує велику частину розчинених у воді речовин. Таким чином, даний шар, службовець мембраною, перешкоджає вирівнюванню концентрацій в клітці і в міжклітинному просторі. У зв'язку з цим розчинені в клітинному соку речовини надають ка протоплазму осмотичнийтиск. Завдяки осмотичного тиску протоплазма щільно притиснута до оболонки клітини, яка розтягується на всі боки. Це напружений стан клітини носить назву тургору.
31. Розчини ізотонічні, гіпертонічні, гіпотонічні. Значення осмосу в засвоєнні їжі. Ізотонія- рівність осмотичного тиску в рідких середовищах і тканинах організму, яке забезпечується підтримкою осмотически еквівалентних концентрацій містяться в них речовин. Ізотон - одна з найважливіших фізіологічних констант організму, що забезпечуються механізмами саморегуляції. Ізотонічний розчин - розчин, що має осмотичний тиск, що дорівнює внутрішньоклітинного. Клітка, занурена в ізотонічний розчин, знаходиться в рівноважному стані -молекули води дифундують через клітинну мембрану в рівній кількості всередину і назовні, не накопичуючись і не гублячись кліткою. Відхилення осмотичного тиску від нормального фізіологічного рівня тягне за собою порушення обмінних процесів між кров'ю, тканинною рідиною і клітинами організму. Сильне відхилення може порушити структуру і цілісність клітинних мембран. Гіпертонічний розчин - розчин, який має велику концентрацію речовини по відношенню до внутрішньоклітинної. При зануренні клітини в гіпертонічний розчин, відбувається її дегідратація - внутрішньоклітинна вода виходить назовні, що призводить до висихання і зморщування клітини. Гіпертонічні розчини застосовуються при осмотерапія для лікування внутрішньомозкового крововиливу. Гіпотонічний розчин - розчин, що має меншу осмотичнийтиск по відношенню до іншого, тобто володіє меншою концентрацією речовини, що не проникає через мембрану. При зануренні клітини в гіпотонічний розчин, відбувається осмотичний проникнення води всередину клітини з розвитком її гипергидратации - набухання з подальшим цитолизом. Рослинні клітини в даній ситуації пошкоджуються не завжди; при зануренні в гіпотонічний розчин, клітина буде підвищувати тургорное тиск, відновлюючи своє нормальне функціонування. Явище осмосу має величезне значення в житті рослин і тварин. Завдяки наявності осмотичного тиску в рослинних клітинах рослини через кореневу систему всмоктують велике колічествоводи, з якої проникають і поживні речовини. Вода, а з нею і розчинені живильні речовини надходять з коренів в провідні судини і направляються до точок росту, які у деяких відоврастеній розташовані на відстані декількох десятків метрів від кореневої системи
У реакціях приєднання молекула органічної сполуки і молекула простого або складного речовини з'єднуються в нову молекулу, при цьому інші продукти реакції не утворюються:
До реакцій приєднання відносяться також реакції полімеризації: