ЛЕКЦИЯ № 1:

ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ И ПОНЯТИЯ ХИМИИ.

Зав. кафедрой естественных наукКонстантин Эдуардович

Герман

ХИМИЯ И МЕДИЦИНА

• “Медик без довольного познания химии совершенным быть не может”.

• «От одной химии уповать можно на исправление недостатков врачебной науки”.

Лекарственные вещества, достижения современной химии

• Лекарственные вещества известны с очень древних времен. В Древней Руси папоротник, мак, травы употреблялись как лекарства. И до сих пор в качестве лекарственных средств используются 25-30% различных отваров, настоек и экстрактов растительных организмов.

• Современная медицинская наука и практика широко используют достижения современной химии. Огромное количество лекарственных соединений поставляют химики, и за последние годы в области химии лекарств достигнуты новые успехи.

• Медицина обогащается все большим количеством новых лекарственных препаратов, вводятся более совершенные методы их анализа, позволяющие определить качество лекарств, содержание в них примесей.

• В каждой стране существует законодательство о фармацевтических препаратах, изданное отдельной книгой, которая называется фармакопеей

Луи Пастер (Louis Pasteur)• Еще в середине 19 столетия

производили лекарственные средства в разобщенных аптеках, в которых провизоры изготовляли препараты по только им известным рецептам, передававшимся по наследству.

• Однако развитие химии как науки постепенно изменило ситуацию.

• Работы Луи Пастера в 60-х годах 19 века послужили основой для производства вакцин, сывороток

Пауль Эрлих (Paul Ehrlich)• В 1904 г. немецкий врач Пауль Эрлих

заметил, что при введении некоторых красителей в ткани подопытных животных эти красители лучше окрашивают клетки бактерий, чем клетки животного, в которых эти бактерии живут. Напрашивался вывод: можно найти такое вещество, которое настолько “закрасит” бактерию, что она погибнет, но в то же время не тронет ткани человека.

• К 1909 г. Эрлих разработал лекарство, избирательно поражавшее трипаносомы, но малотоксичное для теплокровных животных – 3,3’-диамино-4.4’-дигидроксиарсенобензол. Так начиналась химия синтетических лекарственных препаратов.

Определение химии• Одно из первых

определений химии как науки дал М.В. Ломоносов: «Химическая наука рассматривает свойства и изменения тел... состав тел... объясняет причину того, что с веществами при химических превращениях происходит».

• По Д. Менделееву, химия — это систематическое учение об элементах и их соединениях.

ХИМИЧЕСКИЕ ДИСЦИПЛИНЫ В СИСТЕМЕ МЕДИЦИНСКОГО ОБРАЗОВАНИЯ

• Актуальная задача - Формирование всесторонне развитой творческой высокопрофессиональной личности врача с глобальным мышлением.

• В решении этой задачи важная роль, принадлежит курсу общей химии, который первым начинает химическое образование медиков, являющееся важной составной частью системы общего естественнонаучного образования.

• Устойчивое развитие общества напрямую связано с техническим прогрессом в жизнеобеспечении людей по следующим основным стратегическим направлениям: энергия, материалы, продовольствие, лекарства и здравоохранение

• Химическое соединение (химическое вещество) является объективно главной вещественной материальной земной реальностью, которая лежит в основе наиболее важных фундаментальных превращений и эволюционных процессов Земли.

• Химия раскрывает «вторую природу» (синтез веществ и материалов), вносит вклад в научное мировоззрение и мышление, в создание материальной базы, в том числе, лекарственных веществ и медицинского оборудования, химия становится элементом общей культуры.

• Химические знания являются не только элементом культуры, но и необходимым условием существования человека в окружающей среде.

ПРЕДМЕТ ХИМИИ (1)• Химия – естественная наука, изучающая вещества, их строение,

свойства и превращения.• Вещество – это любой вид материи, обладающий собственной

массой (массой покоя). • Вещество состоит из частиц, например, атомов, молекул, ионов.

13.4.2023 8

ФИЗИЧЕСКАЯ ФОРМА ОРГАНИЗАЦИИ МАТЕРИИ

ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ

Протоны, нейтроны,

электроны и др.

ХИМИЧЕСКАЯ ФОРМА ОРГАНИЗАЦИИ МАТЕРИИ

АТОМЫ Системы из элементарных

частиц

МОЛЕКУЛЫ Системы из атомов и ионов

МАКРОСИСТЕМЫ (ВЕЩЕСТВО В ТВЕРДОМ,

ЖИДКОМ И ГАЗООБРАЗНОМ

СОСТОЯНИИ)

Системы из атомов, молекул,

ионов

БИОЛОГИЧЕСКАЯ ФОРМА ОРГАНИЗАЦИИ МАТЕРИИ

КЛЕТКИ Системы из клеток – живые

организмы

ПРЕДМЕТ ХИМИИ (2)• Материя находится в непрерывном

движении(филос.: материя не существует без движения).

• Формы движения материи: механическая, химическая, тепловая, электрическая и др.

• Формы движения могут переходить друг в друга.

13.4.2023 9

13.4.2023 10

ПРЕДМЕТ ХИМИИ (3) Мерой движения и взаимодействия различных видов

материи служит энергия

Мерой инерции* материи является масса

Энергия и масса – важнейшие взаимосвязанные свойства материи

Е = m•с2,где с - скорость света в вакууме (с = 3•108 м/с)

Это соотношение (уравнение Эйнштейна) показывает, что масса может переходить в энергию и наоборот

*Инерция – это свойство тел сохранять состояние покоя или движения, пока какая-либо внешняя сила не выведет их из такого состояния

Знаменитая формула на небоскребе Тайбей 101 (Тайвань) во время одного из мероприятий Всемирного года физики (2005)

ПРЕДМЕТ ХИМИИ (4)

13.4.2023 11

15-20 млн. органических веществ 0,5 млн. неорганических веществ Каждое из веществ имеет внутреннее строение Внутреннее строение определяет химические свойства, в свою

очередь по химическим свойствам часто можно судить о строении вещества

Строение веществ изучает структурная химия и, в частности: стереохимия - изучает пространственное строение молекул и

влияние этого строения на физические свойства и на направление и скорость реакций; объектами изучения служат, главным образом, органические вещества

координационная химия - изучает строение неорганических - комплексных и внутрикомплексных или хелатных соединений

ПРЕДМЕТ ХИМИИ (5)

13.4.2023 12

• Превращения веществ, сопровождающиеся изменением состава, называются химическими реакциями.

• Химические реакции или химические процессы есть химическая форма движения материи

• При химических процессах происходит обмен атомами между различными веществами, перераспределение электронов между атомами, разрушение одних веществ и образование других. Таким образом, в результате химических процессов возникают новые вещества с новыми физическими и химическими свойствами

СКОЛЬКО ХИМИЙ НА СВЕТЕ?.

13.4.2023 13

АЛХИМИЯ

АНАЛИТИЧЕСКАЯ

ХИМИЯ

АГРОХИМИЯ

БИОХИМИЯ

ГЕОХИМИЯ

ГИДРОХИМИЯ

КОЛЛОИДНАЯ

ХИМИЯ

КОСМЕТИЧЕСКАЯ

ХИМИЯ

НЕФТЕХИМИЯ

НЕОРГАНИЧЕСКАЯ

ХИМИЯ

ОРГАНИЧЕСКАЯ

ХИМИЯ

НАНОХИМИЯ

ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

МЕДИЦИНСКАЯ

ХИМИЯ

ЭЛЕКТРОХИМИЯ

РАЗДЕЛЫ ХИМИИ (1)

13.4.2023 14

Общая химия - изучает общетеоретические вопросы химии:

основные понятия и законы; теорию строения атома и образования химических

связей в молекулах; общие закономерности протекания химических

реакций, в том числе элементы химической термодинамики и химической кинетики;

основы теории растворов электролитов и неэлектролитов, закономерности окислительно-восстановительных и электрохимических процессов.

РАЗДЕЛЫ ХИМИИ (2)

13.4.2023 15

• Неорганическая химия - занимается изучением химической природы элементов и их соединений, за исключением большинства соединений углерода (т.е. изучает химические элементы и их неорганические соединения)

• Органическая химия изучает соединения, состоящие в основном из углерода и водорода (т.е. органические соединения)

РАЗДЕЛЫ ХИМИИ (3)

13.4.2023 16

Физическая химия использует физические методы для изучения химических систем. Важное место в ней занимают вопросы энергетики химических процессов и химическая кинетика

Аналитическая химия – это наука о методах определения химического состава веществ

Коллоидная химия занимается исследованием свойств дисперсных (коллоидных) систем

Электрохимия изучает химические процессы, протекающие под действием электрического тока, а также способы получения электричества химическими методами

РАЗДЕЛЫ ХИМИИ (4)

13.4.2023 17

• Биохимия изучает сложнейшие химические процессы, протекающие в живых организмах

• Геохимия занимается исследованием химических процессов, протекающих в земной коре. Она изучает образование минералов, нефти и др.

• Радиохимия – это наука о химическом воздействии высокоэнергетического излучения на вещества; она занимается также изучением поведения радиоактивных изотопов

18

• Объектом изучения в химии являются химические элементы и их соединения

ОБЪЕКТЫ ИЗУЧЕНИЯ (2)

13.4.2023 19

• Химический элемент (лат. elementum - часть чего-то) – совокупность (вид) атомов с одинаковым зарядом ядра

• Заряд ядра равен числу протонов в нем. Это число является фундаментальным свойством элемента и называется атомным номером, так как совпадает с порядковым номером элемента в периодической системе элементов, именно оно определяет сущность химического элемента, его индивидуальность и отличие от всех других элементов

• http://www.webelements.com/

ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЯ ЭЛЕМЕНТОВ

116

1824

Периодическая зависимость свойств атомов от порядкового номера Z

Периодический закон Менделеева

1859, 1860,1861 гг. молодойМенделеев, как в свое время Ломоносов, находился в научной командировке в университете Гейдельберга (Германия).

Рекомендую прочитать Рекомендую прочитать биографию Менделеева в биографию Менделеева в ВикипедииВикипедии

Элементы таблицы Менделеева с номерами 114 и 116 получили имена

• Сверхтяжелые элементы таблицы Менделеева с номерами 114 и 116 официально получили свои имена - флеровий и ливерморий - в честь лабораторий, которые участвовали в их синтезе.

• 114 был получен в 2000 году путем бомбардировки на циклотроне У-400 мишени из плутония-242 ядрами кальция-48

• 116-й элемент - в 2004 году в реакции кальция-48 и кюрия-245.

• Академик Оганесян назвал 114 и 116 элементы "первыми птицами с острова стабильности".

Президент Международного союза теоретической и прикладной химии

профессор Тацуми Кацуюки.

Сверхтяжелые элементы• Ядра всех сверхтяжелых элементов очень неустойчивы и

распадаются на более мелкие ядра и частицы за считанные доли секунды.

• Физики разработали теорию, согласно которой ядра некоторых сверхтяжелых элементов могут иметь особую конфигурацию, позволяющую им существовать минуты, часы, дни и месяцы - речь идет об "острове стабильности" сверхтяжелых элементов.

• Теория предсказывает, что сверхтяжелые элементы могут быть стабильны и условии, что это будут нейтронно избыточные изотопы - с большим количеством нейтронов в ядре.

Флеров и

Оганесян

Помимо 114 и 116 элементов, в ОИЯИ в разное время были также синтезированы химические элементы с порядковыми номерами 104, 113, 115, 117 и 118. В знак признания выдающегося вклада ученых ОИЯИ в современную физику и химию, 105-му элементу таблицы Менделеева в 1997 году решением ИЮПАК присвоено название "дубний".

ОБЪЕКТЫ ИЗУЧЕНИЯ (3)

13.4.2023 25

Каждый элемент обозначается символом из одной или двух латинских букв названия элемента (например, He – для гелия, U – для урана)

118 химических элементов (элементы с порядковыми номерами 112-118 пока названий не имеют)

http://www.dayah.com/periodic/ В природе существуют элементы с атомным номером от 1 до 92;

исключение составляют технеций (атомный номер 43) и прометий (атомный номер 61), которые получены искусственно путем ядерных реакций

Все трансурановые элементы с атомными номерами от 93 и выше получены искусственно

В космосе наиболее распространены водород и гелий На Земле два десятка элементов составляют в основном массу земной

коры: O (46,6%), Si (27,7%), Al (8,1%), Fe (5,0%), Ca (3,6%), Na (2,8%), K (2,6%), Mg (2,1%), Ti (0,5%), P (0,2%), H (0,14%), Mn (0,1%), S (0,05%), F (0,05%), Cl (0,03%), Sr (0,03%), C (0,03), Ba (0,02%), Cr (0,02%), а на все остальные элементы приходится чуть больше 0,3% (масс.)

ОБЪЕКТЫ ИЗУЧЕНИЯ (4)

13.4.2023 26

• Химические элементы существуют в виде простых веществ, состоящих из атомов одного химического элемента, и в виде химических соединений (сложных веществ), состоящих из атомов разных элементов

• Н2 - простое вещество водород• О2 - простое вещество кислород • Н2О - сложное вещество вода, соединение

водорода и кислорода • Н2О2 – сложное вещество пероксид водорода,

соединение водорода и кислорода

ПРОСТЫЕ И СЛОЖНЫЕ ВЕЩЕСТВА

• -

13.4.2023 27

13.4.2023 28

• Аллотропия – способность химического элемента образовывать несколько простых веществ, называемых аллотропными модификациями

Аллотропные модификации углерода (С): алмаз, графит, фуллерен, графен, нанотрубки

Аллотропные модификации олова: α-Sn (серое олово, полупроводник со структурой алмаза) и β-Sn (обычное белое олово, типичный металл)

13.4.2023 29

Аллотропные модификации фосфора Р: белый (желтый), красный и черный

13.4.2023 30

Аллотропные модификации серы (S): ромбическая, моноклинная и пластическая (аморфная)

13.4.2023 31

Аллотропные модификации кислорода: молекулярный кислород O2 и озон O3

3O2 = 2O3

ВЕЩЕСТВА МОЛЕКУЛЯРНОГО И НЕМОЛЕКУЛЯРНОГО СТРОЕНИЯ

32

КЛАССИФИКАЦИЯ ВЕЩЕСТВ ПО ХИМИЧЕСКОМУ СОСТАВУ

33

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ (1)• Атом – электронейтральная частица,

состоящая из положительно заряженного ядра и вращающихся вокруг него отрицательно заряженных электронов

• Молекула – мельчайшая частица вещества, сохраняющая свойства данного вещества

• Ион – положительно или отрицательно заряженная частица, образованная при отдаче или присоединении атомом или группой атомов одного или нескольких электронов

• Катион – (+) заряженная частица, Kat• Анион – (-) заряженная частица, An

13.4.2023 34

Массы и размеры атомов химических элементов

• чрезвычайно малы – от 1,674 10∙ -27 до 4,27 ∙10-25кг

• m (H ) = 1,67 10∙ -27 кг

• m (O) = 2,66 10∙ -26 кг

• m (C) = 1,993 10∙ -26 кг

• В химии пользуются не их абсолютными значениями масс (mа), а относительными (Аr, где r означает «относительный» - от английского relative).

• Относительной атомной массой химического элемента называется отношение массы его атома к 1/12 массы изотопа углерода – 12С.

• 1/12 массы атома изотопа принята за атомную единицу массы (а. е. м.).

• 1а.е.м. = 1/12mа(С) = 1,993 10∙ -26/12 =1,667х10-27кг

Отбор кристаллов под микроскопом

36

Современный рентгеновский монокристальный дифрактометр стоит ~1000 000 USD. Данный Bruker APEX приобретен на

средства, выделенные указом Президента РФ для радиохимических исследований

37

Установка монокристаллов в гониометр

38

Правильно установленный монокристалл и система отражений от него в обратном

пространстве

39

40

Характер Н-связи в новом соединении Сaffeine*Co(H2O)6(ReO4)](ReO4)

Единицей измерения количества вещества является Моль.

• Моль – это количество вещества, содержащее столько структурных единиц (молекул, атомов, ионов, электронов, эквивалентов и т.д.), сколько содержится атомов в 0,012 кг изотопа углерода 12С.

• Число атомов (NА)в 0,012 кг углерода (т.е. в 1 моль) легко определить, зная массу атома углерода – 1,993х10-26 кг

• NА = 0,012 кг/моль : 1,993 10 ∙ -26 кг = 6,02 10 ∙ 23 моль-1

• Эта величина называется постоянной Авогадро.• Масса 1 моль вещества называется молярной массой (М)

и она равна отношению массы этого вещества m к его количеству n

• M = m/n г/моль или кг/моль

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ (3)• Относительная атомная масса элемента Ar (или просто атомная

масса) – масса атома, выраженная в атомных единицах массыАтомные массы элементов приведены в периодической системе элементов

http://www.hemi.nsu.ru/mendl.htm http://www.dayah.com/periodic/

Относительная атомная масса элемента показывает во сколько раз масса его атома больше 1/12 массы атома углерода. Это безразмерная величина.

• Масса молекулы любого вещества равна сумме масс атомов, образующих эту молекулу. Поэтому молекулярная масса равна сумме соответствующих атомных масс.

• Относительная молекулярная масса Мr (или просто молекулярная масса) – масса молекулы, выраженная в атомных единицах массыНапример: молекулярная масса молекулы воды Н2О, молекула которой содержит два атома водорода и один атом кислорода, равна

Мr (Н2О) = 2·1,0079 + 15,9994 = 18,0152 а.е.м.

13.4.2023 42

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ (5)• Молярная масса (М) – масса 1 моля вещества

в граммах[М] = [г/моль]

Молярная масса численно равна относительной молекулярной массе

М = Мr

Мr (Н2О) = 18,0152 а.е.м. М(Н2О) = 18,0152 г/моль

• Молярная масса равна произведению массы m0 одной молекулы данного вещества на постоянную Авогадро

М = NA · m0

13.4.2023 43

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ (6)• Моль – единица количества вещества

13.4.2023 44

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ (7)

13.4.2023 45

• Молярный объем газа VM – объем одного моля газа при нормальных условиях (н.у.)н.у.: Т = 0 °С или 273 К; р = 101 325 Па, или 760 мм Hg, или 1 атм

VM = 22,4 л/моль (дм3/моль)• Молярный объем газа (22,4 л) содержит 6,02•1023 молекул

(число Авогадро)

• Закон Авогадров равных объемах различных газов при одинаковых условиях (температура, давление и т.д.) содержится одинаковое число молекул

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ (8)• Молярный объем газа

13.4.2023 46

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ (7)Моль это: 6,02•1023 частиц масса вещества в граммах, численно равная молярной

массе вещества 22,4 л (дм3) вещества в газообразном состоянии при

нормальных условиях

1 моль = 6,02•1023 частиц = М = 22,4 л (газ)

n – количество вещества, число молей вещества, мольm – масса, гV – объем газа, л , дм3 N – количество частиц (атомов, молекул, ионов и пр.)

13.4.2023 Основы химии. А. Згуро 47

ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ ХИМИИ

13.4.2023 48

Закон сохранения материи и энергииЕсли в одном месте что-то убудет, то в другом обязательно

прибудет. Энергия и масса не исчезают, они просто трансформируются из одного состояния в другое.

Ежели где убудет несколько материи, то умножится в другом Ежели где убудет несколько материи, то умножится в другом местеместе ( (Ломоносов. 1758)Ломоносов. 1758)

При любых процессах в изолированной системе энергия не производится и не уничтожается, она может только переходить из одной формы в другую.Для незамкнутой системы увеличение/уменьшение ее энергии равно убыли/возрастанию энергии взаимодействующих с ней тел и физических полей.

Закон сохранения массы – частный случай закона сохранения материи и энергииМасса веществ, вступающих в химическую реакцию, равна массе веществ, образующихся в результате реакции.

Закон постоянства состава.• сформулирован в 1808г. Ж.Прустом: • Всякое чистое вещество, независимо от способов его

получения, всегда имеет постоянный качественный и количественный состав.

• В качестве примера рассмотрим состав воды: качественный ее состав- она состоит из кислорода и водорода, количественный состав – 88,89% и 11,11%,соответственно.

• Она имеет выше приведенный состав независимо от того, как она получена: синтезом из водорода и кислорода, реакцией нейтрализации или из кристаллогидратов.

• Оксид углерода (II) СО - 42,88% (масс) С • 57,12% (масс) О• Оксид углерода (IV) СО2 - 27,29% (масс) С

• 72,71% (масс) О• Однако постоянный и неизменный химический состав

наблюдается только для молекул (NH3 , SO2), а также кристаллов с молекулярной структурой.

• Состав соединений с немолекулярной структурой (с атомной, ионной и металлической решеткой) не является постоянным и зависит от условий получения.

• Закон постоянства состава не применим к жидким и твердым растворам (Н2О и NаCl – раствор).

• Вещества постоянного состава называются дальтонидами (в честь Дальтона), а переменного состава – бертоллидами (в память Бертолле).

• Состав дальтонидов выражается формулами с целочисленными стехиометрическими индексами (HCl, CH4, Н2О), а бертоллиды – с дробными стехиометрическими индексами.

• Бертоллиды встречаются среди бинарных соединений оксидов, гидридов, сульфидов, нитридов, карбидов, силицидов и других неорганических веществ, имеющих кристаллическую структуру.

• К бертоллидам относится оксид железа II, состав его изображен формулой Fе1-хО, х < 1, т.е. в зависимости от условий можно получить оксиды железа состава Fе0,93О или Fе0,89О.

• Как вытекает из закона постоянства состава, элементы взаимодействуют между собой в строго определенных количественных соотношениях. В этом случае можно говорить об их эквивалентности (равноценности) при образовании химических соединений.

ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ СТЕХИОМЕТРИИ• Стехиометрия - раздел химии,

рассматривающий количественные (массовые, объемные) соотношения между реагирующими веществами.

а) закон сохранения массы и энергии• Еще в 1760 Ломоносов сформулировал единый закон

массы и энергии, до начала ХХ века эти законы рассматривались независимо друг от друга. Химия имела дело с законом сохранения массы, а физика – с законом сохранения энергии. В 1905 г А. Эйнштейн показал, что

между массой и энергией существует взаимосвязь, количественно выражаемая удивительным по простоте уравнением

• Е = m с∙ 2

• где: Е — энергия m — масса с — скорость света в вакууме ( 3 10∙ 8 м/сек.) Каждое химическое уравнение символизирует собой закон сохранения массы и энергии, который в уточненной формулировке гласит:

• Суммарные массы и энергии веществ, вступающих в реакцию, всегда равны суммарным массам и энергиям продуктов реакции.

• При химической реакции количество атомов до и после реакции остается одинаковым, например:

• NaOH + HCl = NaCl + H2O

• Однако практически все химические реакции сопровождаются тепловыми эффектами. Реакции, которые идут с выделением теплоты, называются экзотермическими, а с поглощением тепла - эндотермическими. При нейтрализации кислоты основанием на 1 моль образующейся воды выделяется 57,6 кДж теплоты:

• NaOH + HCl = NaCl + H2O + 57,53 кДж

• откуда видно противоречие закону сохранения массы. По уравнению Эйнштейна вычислим это уменьшение для нашей реакции

• E 57,53 10∙ 3

• m = — = ————— = 6,39 10∙ -13 кг

• c2 (3 10∙ 8)2

• Таким образом, при химических реакциях, поскольку они сопровождаются энергетическими эффектами, в действительности происходит изменение массы. Однако эти изменения настолько малы, что в химических процессах ими можно пренебречь

в) закон кратных отношений • Закон кратных отношений установлен 1803 году

Джоном Дальтоном.• Если два элемента образуют между собой

несколько соединений, то массы атома одного элемента, приходящиеся на одну и ту же массу атома другого элемента, относятся между собой как небольшие целые числа.

• На примере оксидов азота – их 5• N2O (1 16) : (2 14) = 0, 5714∙ ∙

• N O (1 16) : (1 14) = 1,428 ∙ ∙

• N2O3 (3 16) : (2 14) = 1,7143 ∙ ∙

• NO2 (2 16) : (1 14) = 2,2857 ∙ ∙

• N2O5 (5 16) : (2 14) = 2,8571 ∙ Джон Дальтон

Число атомов кислорода в молекулах этих соединений, приходящиеся Число атомов кислорода в молекулах этих соединений, приходящиеся на два атома азота, относятся между собой как 1 : 2 : 3 : 4 : 5 на два атома азота, относятся между собой как 1 : 2 : 3 : 4 : 5

ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ ХИМИИ • Закон объемных отношений

Объемы газов, вступающих в химическую реакцию, и объемы газов, образующихся в результате реакции, относятся между собой как небольшие целые числа.

• Следствие. Стехиометрические коэффициенты в уравнениях химических реакций для газообразных веществ показывают, в каких объемных отношениях реагируют или получаются газообразные вещества.

2CO + O2 = 2CO2

2 объема CO реагируют с 1 объемом O2 и получается 2 объема CO2

13.4.2023 52

Закон эквивалентов• В 1792 г. немецким физиком Рихтером Рихтером был

сформулирован• закон эквивалентов: массы реагирующих

друг с другом веществ (m1,m2) пропорциональны молярным массам их эквивалентов (МЭ1,МЭ2)

• m1/m2 = Mэ1/Мэ2

• Из математической записи закона эквивалентов следует, что количество моль - эквивалентов веществ в реакции равны между собой.

n экв1 = nэкв2• Для реакций с участием газов используют молярный объем эквивалента –

это объем, занимаемый 1 моль-эквивалентом газа.• Так, МЭ(Н) = 1г/моль, если моль газа 2г/моль занимают V=22,4л, то 1

эквивалент – в два раза меньший объем, равный 11,2 л.• VЭКВ (Н2) = 22,4 : 2 = 11,2л.

ГАЗОВЫЕ ЗАКОНЫ• a) закон объемных отношений. • Для реакций веществ, находящихся в

газовом состоянии и дающих газообразные продукты, действителен не только закон эквивалентов, определяющий отношение масс, но и закон объемных отношений Гей-Люссака (1808г.).

• При постоянных давлении и температуре объемы реагирующих между собой газов, а также объемы газообразных продуктов реакции относятся как небольшие целые числа.

• Например: 2СО + О2 → 2СО2

• Отношение объемов равно:• V (CO) : V(O2) : V(CO2) = 2 : 1 : 2

• б) закон Авогадро.• В 1811 году Амедео Авогадро: в равных

объемах различных газов при одинаковых условиях (T и P) содержится равное число молекул.

• Следствия из закона Авогадро:• 1. При одинаковых условиях 1 моль любого газа

занимает одинаковый объем.• 2. При н.у. (т.е. Р =101325 Па и Т = 273,15 К) 1

моль различных газов занимает объем Vм = 22,4 л.

• Количество вещества газа определяется по формуле

• nг = Vг/Vм где Vг – объем газа

• 3. Относительная плотность первого газа по второму(D2).

• D2= m1/m2 = M1/M2, откуда

• М1 = D2 М∙ 2.

в) объединенный газовый закон:

• термин «объединенный» означает, что данный закон является объединением двух законов;

• 1 ) закон Бойля – Мариотта: при постоянной температуре объем данного количества газа обратно пропорционален давлению, под которым он находится , т.е. P ∙ V = const

• 2) закон Гей – Люссака: при постоянном давлении изменение объема газа прямо пропорционально температуре т.е. V/Т = const

• В химических расчетах при осуществлении перехода от нормальных условий или к нормальным используется выражение объединенного газового закона Бойля-Мариотта и Гей-Люссака:

• PO · VO P · V

• ——— = ——• TO T

Gay-Lussac

Robert Boyle Edme Mariotte

Уравнение состояния идеального газа (Клапейрона – Менделеева)

• R - универсальная газовая постоянная. Числовые значения R зависят от того, в каких единицах выражены объем и давление.

• PO =101325 Па, VO = 22,4 10∙ -3 м3, TO = 273 К

• PO · VO 1,01325 10∙ 5 Па 22,4 10∙ ∙ -3 м3

• R= ——— = —————————————— = 8,31• TO моль 273 К ∙

• Дж/моль К∙• с учетом R уравнение состояния идеального газа

принимает вид P ∙ V = n ∙ R T — для количества газа n моль n= m/M , тогда выражение уравнения состояния идеального газа или, иначе, уравнение Клапейрона – Менделеева имеет вид:

• PP ∙ ∙ VV = ( = (mm//MM))RR ∙ ∙ TT Benoît Paul Émile Clapeyron

Спасибо за внимание!