Урок №16. Атомно-молекулярное учение
Атомно-молекулярное учение развил и впервые применил в химии великий русский ученый Ломоносов. Сущность учения Ломоносова можно свести к следующим положениям :
Все вещества состоят из «корпускул» (так Ломоносов называл молекулы).
Молекулы состоят из «элементов» (так Ломоносов называл атомы).
Частицы — молекулы и атомы — находятся в непрерывном движении. Тепловое состояние тел есть результат движения их частиц.
Молекулы простых веществ состоят из одинаковых атомов, молекулы сложных веществ из различных атомов.
Атомистическое учение в химии применил английский ученый Джон Дальтон. В своей основе учение Дальтона повторяет учение Ломоносова. Вместе с тем оно развивает его дальше, поскольку Дальтон впервые пытался установить атомные массы известных тогда элементов. Однако Дальтон отрицал существование молекул у простых веществ, что по сравнению с учением Ломоносова является шагом назад. По Дальтону, простые вещества состоят только из атомов, и лишь сложные вещества — из «сложных атомов» (в современном понимании — молекул). Отрицание Дальтоном существования молекул простых веществ мешало дальнейшему развитию химии. Атомно-молекулярное учение в химии окончательно утвердилось лишь в- середине XIX в. Молекула — это наименьшая частица данного вещества, обладающая его химическими свойствами. Химические свойства молекулы определяются ее составом и химическим строением. Атом — наименьшая частица химического элемента, входящая в состав молекул простых и сложных веществ. Химические свойства элемента определяются строением его атома. Отсюда следует определение атома, соответствующее современным представлениям: атом — это электронейтральная частица, состоящая из положительно заряженного атомного ядра и отрицательно заряженных электронов. Согласно современным представлениям из молекул состоят вещества в газообразном и парообразном состоянии. В твердом состоянии из молекул состоят лишь вещества, кристаллическая решетка которых имеет молекулярную структуру.
Основные положения атомно-молекулярного учения можно сформулировать так:
Существуют вещества с молекулярным и немолекулярным строением.
Между молекулами имеются промежутки, размеры которых зависят от агрегатного состояния вещества и температуры. Наибольшие расстояния имеются между молекулами газов. Этим объясняется их легкая сжимаемость. Труднее сжимаются жидкости, где промежутки между молекулами значительно меньше. В твердых веществах промежутки между молекулами еще меньше, поэтому они почти не сжимаются.
Молекулы находятся в непрерывном движении. Скорость движения молекул зависит от температуры. С повышением температуры скорость движения молекул возрастает.
Между молекулами существуют силы взаимного притяжения и отталкивания. В наибольшей степени эти силы выражены в твердых веществах, в наименьшей — в газах.
Молекулы состоят из атомов, которые, как и молекулы, находятся в непрерывном движении.
Атомы одного вида отличаются от атомов другого вида массой и свойствами.
При физических явлениях молекулы сохраняются, при химических, как правило, разрушаются.
У веществ с молекулярным строением в твердом состоянии в узлах кристаллических решето находятся молекулы. Связи между молекулами, расположенными в узлах кристаллической решетки, слабые и при нагревании разрываются. Поэтому вещества с молекулярным строением, как правило, имеют низкие температуры плавления.
У веществ с немолекулярным строением в узлах кристаллических решеток находятся атомы или другие частицы. Между этими частицами существуют сильные химические связи, для разрушения которых требуется много энергии. Поэтому вещества с немолекулярным строением имеют высокие температуры плавления.
Объяснение физических и химических явлений с точки зрения атомно-молекулярного учения. Физические и химические явления получают объяснение с позиций атомно-молекулярного учения. Так, например, процесс диффузии объясняется способность молекул (атомов, частиц) одного вещества проникать между молекулами (атомами, частицами) другого вещества. Это происходит потому, что молекулы (атомы, частицы) находятся в непрерывном движении и между ними имеются промежутки. Сущность химических реакций заключается в разрушении химических связей между атомами одних веществ и в перегруппировке атомов с образованием других веществ.
Химия основные положения атомно молекулярного учения
Известно, что химия изучает вещества и их свойства. Для того чтобы объяснить почему то или иное вещество вступает или не вступает в химические процессы, нужно заглянуть внутрь его. Но атомы и молекулы, из которых состоят вещества, нельзя увидеть даже с помощью мощного микроскопа. Из материалов урока вы узнаете, как ученые-химики познавали и познают микромир.
1. Роль и место метода моделирования в химии
Моделирование – это один из способов познания реального мира, при котором представления об изучаемом объекте строятся не путем непосредственного наблюдения, а по косвенным данным.
Модель может быть выполнена из какого-либо материала (т.е. быть реальной), а может существовать только в нашем воображении. Первоначально созданная модель может перестраиваться или вовсе заменяться другой моделью при встрече с противоречащими данной модели фактами.
Запомните, что природа гораздо разнообразнее, чем любая, даже самая хорошая, теоретическая модель. Поэтому все разрабатываемые теоретические модели постоянно приходится совершенствовать.
Различают несколько видов моделирования:
Моделирование как метод познания бывает единственно необходимым для исследования некоторых явлений.
Таким образом, все названные методы научного познания являются важными и необходимыми для познания окружающего мира.
2. Сущность теоретического моделирования
Так как же зарождались первые модели веществ и химических реакций? Еще во времена Античности ученых интересовал вопрос: «Можно ли из одного вещества получить какое угодно другое вещество?».
Древнегреческий философ Аристотель предположил, что основу всего составляют 4 стихии: огонь, вода, воздух и земля. Эти стихии находятся во взаимосвязи и взаимодействии.
Рис. 1. Теория «4 стихий» Аристотеля
Аристотель считал огонь, воду, воздух и землю неделимыми элементами, которые могут превращаться друг в друга, а также соединяться друг с другом, образуя новые тела. Соединение элементов с противоположными свойствами считалось невозможным: огонь не может соединиться с водой, а воздух с землей.
Предположение Аристотеля было очевидным, поэтому его представления владели умами более тысячи лет. Например, мы знаем, что вода не горит. В соответствие с данной моделью Аристотель считал, что из одного вещества можно получить любое другое вещество. Главное – подобрать условия его превращения.
3. Модельные представления Аристотеля и Демокрита
Другая модель строения вещества была предложена еще одним древнегреческим ученым Демокритом.
Рис. 2. Древнегреческий философ Демокрит
Он считал, что вещества состоят из неделимых частиц – атомов. Атомы отличаются формой и размером. Благодаря особенностям своей формы и размера атомы могут соединяться, образуя вещества.
В соответствии с моделью Демокрита, из одного вещества нельзя получить какое угодно другое вещество. Но учение об атомах было неочевидным, поэтому модель Демокрита была забыта вплоть до 17 в.
4. Основные положения атомно-молекулярной теории
Атомно-молекулярное учение развил и впервые применил в химии великий русский ученый Ломоносов. Сущность учения Ломоносова можно свести к следующим положениям.
1. Все вещества состоят из «корпускул» (так Ломоносов называл молекулы).
2. Молекулы состоят из «элементов» (так Ломоносов называл атомы).
3. Частицы — молекулы и атомы — находятся в непрерывном движении. Тепловое состояние тел есть результат движения их частиц.
4. Молекулы простых веществ состоят из одинаковых атомов, молекулы сложных веществ — из различных атомов.
Атомистическое учение в химии применил английский ученый Джон Дальтон. В своей основе учение Дальтона повторяет учение Ломоносова. Вместе с тем оно развивает его дальше, поскольку Дальтон впервые пытался установить атомные массы известных тогда элементов. Однако Дальтон отрицал существование молекул у простых веществ, что по сравнению с учением Ломоносова является шагом назад. По Дальтону, простые вещества состоят только из атомов, и лишь сложные вещества — из «сложных атомов» (в современном понимании — молекул). Отрицание Дальтоном существования молекул простых веществ мешало дальнейшему развитию химии. Атомно-молекулярное учение в химии окончательно утвердилось лишь в- середине XIX в.Молекула — это наименьшая частица данного вещества, обладающая его химическими свойствами. Химические свойства молекулы определяются ее составом и химическим строением. Атом — наименьшая частица химического элемента, входящая в состав молекул простых и сложных веществ. Химические свойства элемента определяются строением его атома. Отсюда следует определение атома, соответствующее современным представлениям: атом — это электронейтральная частица, состоящая из положительно заряженного атомного ядра и отрицательно заряженных электронов. Согласно современным представлениям из молекул состоят вещества в газообразном и парообразном состоянии. В твердом состоянии из молекул состоят лишь вещества, кристаллическая решетка которых имеет молекулярную структуру.
Основные положения атомно-молекулярного учения можно сформулировать так:
Объяснение физических и химических явлений с точки зрения атомно-молекулярного учения. Физические и химические явления получают объяснение с позиций атомно-молекулярного учения. Так, например, процесс диффузии объясняется способность молекул (атомов, частиц) одного вещества проникать между молекулами (атомами, частицами) другого вещества. Это происходит потому, что молекулы (атомы, частицы) находятся в непрерывном движении и между ними имеются промежутки. Сущность химических реакций заключается в разрушении химических связей между атомами одних веществ и в перегруппировке атомов с образованием других веществ.
Положения атомно-молекулярного учения. Основные стехиометрические законы химии.
Положения атомно-молекулярного учения. Основные стехиометрические законы химии.
Основные положения атомно-молекулярной теории
1. Каждое вещество состоит из мельчайших, далее физически неделимых частиц ( Ломоносов называл их корпускулами, впоследствии они были названы молекулами).
2. Молекулы находятся в постоянном, самопроизвольном движении.
3. Молекулы состоят из атомов ( Ломоносов назвал их элементами).
4. Атомы характеризуются определенным размером и массой.
5. Молекулы могут состоять как из одинаковых, так и различных атомов.
Основные стехиометрические законы химии
Стехиометрия — раздел химии, в котором рассматриваются массовые или объемные соотношения между реагирующими веществами. Исключительное значение для развития химии имело установление основных стехиометрических законов.
1. Закон сохранения массы веществ (М. В. Ломоносов, 1748-1756 гг., А. Лавуазье, 1777 г.).
Масса веществ, вступивших в реакцию, равна массе веществ, получившихся в результате реакции.
Закон сохранения массы веществ может быть объяснен с точки зрения атомно-молекулярного учения так: при химических реакциях атомы не исчезают и не могут возникать из ничего; общее число атомов остается постоянным до и после реакции
Закон сохранения массы веществ М. В. Ломоносов связывал с законом сохранения энергии (количества движения). Он рассматривал эти законы в единстве как всеобщий закон природы.
Закон сохранения массы веществ дает материальную основу для составления уравнений химических реакций. Опираясь на него, можно проводить расчеты по химическим уравнениям.
2. Закон постоянства состава вещества (Ж. Л. Пруст, 1808 г.).
Каждое чистое вещество независимо от способа его получения всегда имеет постоянный качественный и количественный состав.
Атомно-молекулярное учение позволяет объяснить закон постоянства состава. Например, воду можно получить по любой из следующих реакций:
2Н2+О2=2Н2О
Са(ОН)2=СаО+Н2О
CuSO4•5Н2О=CuSO4+5Н2О
Химически чистая вода содержит 11,19% водорода и 88,81% кислорода, независимо от способа ее получения, то есть на один атом кислорода приходится два атома водорода. Иной состав свидетельствует либо о наличии примесей, либо о том, что это другое вещество.
Координационная связь как особый вид КС. Пример.
Донорно-акцепторный механизм (координационная связь) — химическая связь между двумя атомами или группой атомов, осуществляемая за счет неподеленной пары электронов одного атома (донора) и свободной орбитали другого атома (акцептора). Донорно-акцепторный механизм возникает часто при комплексообразовании за счет свободной пары электронов, принадлежавшей (до образования связи) только одному атому (донору) и оcуществляемой при образовании связи. Донорно-акцепторная связь отличается от обычной ковалентной только происхождением связующих электронов. Например, реакция аммиака с кислотой состоит в присоединении протона, отдаваемого кислотой, к неподеленной электронной паре донора (азота): В ионе NH4 + все четыре связи азота с водородом равноценны, хотя отличаются происхождением. Донорами могут быть атомы азота, кислорода, фосфора, серы и др. Роль акцепторов может выполнять протон, а также атомы с незаполненным октетом (напр., атомы элементов III группы таблицы Д. И. Менделеева, а также атомы-комплексообразователи, имеющие незаполненные энергетические ячейки в валентном электронном слое).
Эта связь часто присутствует в промежуточных продуктах (интермедиатах) реакции. Соединение с такой связью называется донорно-акцепторным комплексом или комплексом с переносом заряда (КПЗ).
Ионная связь: свойства, сходство и отличия от ковалентной. Примеры.
Ионная связь – частный случай ковалентной, когда образовавшаяся электронная пара полностью принадлежит более электроотрицательному атому, становящемуся анионом. Основой для выделения этой связи в отдельный тип служит то обстоятельство, что соединения с такой связью можно описывать в электростатическом приближении, считая ионную связь обусловленной притяжением положительных и отрицательных ионов. Взаимодействие ионов противоположного знака не зависит от направления, а кулоновские силы не обладают свойством насыщености. Поэтому каждый ион в ионном соединении притягивает такое число ионов противоположного знака, чтобы образовалась кристаллическая решетка ионного типа. В ионном кристалле нет молекул. Каждый ион окружен определенным числом ионов другого знака (координационное число иона). Ионные пары могут существовать в газообразном состоянии в виде полярных молекул. В газообразном состоянии NaCl имеет дипольный момент
Ионная связь характерна для соединений элементов, электроотрицательности которых различаются очень сильно, например щелочных металлов с галогенами.
Сходство с ковалентной связью заключается в том, что сложно провести резкую грань между ковалентной полярной и ионной связью, мнения разных авторов на этот счет могут различаться.
Различие ионной и ковалентной связи в том, что ионная сильнее поляризована, вплоть до полного перехода электронной пары к более электроотрицательному элементу.
Сущность водородной связи. Межмолекулярные взаимодействия. Примеры.
Водородные связи могут образовываться между атомом водорода, связанным с атомом электроотрицательного элемента, и электроотрицательным элементом, имеющим свободную пару электронов(О,F,N). Водородная связь обусловлена электростатическим притяжением, которому способствуют малые размеры атома водорода, и отчасти, донорно-акцепторным взаимодействием. Водородная связь может быть межмолекулярной и внутримолекулярной. Связи 0-Н имеют выраженный полярный характер: Водородная связь гораздо более слабая, чем ионная или ковалентная, но более сильная, чем межмолекулярное взаимодействие. Водородные связи обуславливают некоторые физические свойства веществ (например, высокие температуры кипения). Особенно распространены водородные связи в молекулах белков, нуклеиновых кислот и других биологически важных соединений, обеспечивая им определенную пространственную структуру (организацию).
Классификация растворов.
Растворы классифицируют по различным признакам. По плотности растворы подразделяются на тяжелые (1500 кг/м 3 и более) и легкие (менее 1500 кг/м 3 ).
По скорости схватывания растворы подразделяются на быстросхватывающиеся и медленносхватывающиеся.
По количеству вяжущего растворы подразделяются на жирные и тощие. Жирными называют растворы с избытком вяжущего. Такие растворы пластичны, но при твердении могут потрескаться и дают большую усадку. Тощие растворы содержат недостаточное количество вяжущего материала. Такие растворы малопластичны, менее удобны в работе, но они дают небольшую усадку, что позволяет использовать их в облицовочных работах.
По виду вяжущего материала растворы подразделяются на глиняные, известковые, гипсовые, известково-гипсовые, цементные, цементно-известковые.
В зависимости от среды твердения различают воздушные растворы, твердеющие в воздушно-сухих условиях (например, гипсовые), и гидравлические, начинающие твердеть на воздухе и продолжающие твердеть в воде или во влажной среде (цементные).
Коллигативные свойства растворов —— это те их свойства, которые при данных условиях оказываются равными и независимыми от химической природы растворённого вещества; свойства растворов, которые зависят лишь от количества кинетических единиц и от их теплового движения. Напр.: равенство давлений газов, если они заключены в равные по объему приборы в равно молекулярных количествах; равенство давлений паров, т. е. температур кипения, и температур замерзания жидких изосмотических растворов, образованных данной жидкостью и любыми растворенными в ней телами и т.д.
Положения атомно-молекулярного учения. Основные стехиометрические законы химии.
Химия основные положения атомно молекулярного учения
В основе физики и химии лежит атомно-молекулярное учение. Источником для зарождения атомно-молекулярного учения являются труды древнегреческих философов, основным научным методом которых являлись дискуссия, спор. Для поиска первопричин в спорах обсуждались многие логические задачи, одной из которых являлась задача о камне: что произойдет, если начать его дробить? Большинство философов считало, что этот процесс можно продолжать бесконечно, и только Левкипп утверждал, что этот процесс не бесконечен: при дроблении, в конце концов, получится такая частица, дальнейшее деление которой будет просто невозможно. Основываясь на этой концепции, Левкипп (500–440 гг. до н.э.) утверждал: «Материальный мир дискретен, он состоит из мельчайших частиц и пустоты».
Ученик Левкиппа Демокрит (460–370 гг. до н.э.) назвал мельчайшие частицы, из которых состоит вещество, «неделимые», что в переводе на греческий значит «атомы». Демокрит, развивая новое учение – атомистику, приписал атомам такие современные свойства, как размер и форму, способность к движению.
Последователь Демокрита Эпикур (342–270 гг. до н.э.) придал древнегреческой атомистике завершенность, предположив, что у атомов существует внутренний источник движения и они сами способны взаимодействовать друг с другом.
Хотя атомистика древних греков и выглядит удивительно современно, ни одно из ее положений не было доказано. Об учении атомистов не вспоминали почти 20 веков. И только в середине XVIII в. учение было возрождено, развито и впервые применено в химии великим русским ученым М.В. Ломоносовым. Основные положения учения были изложены впервые в 1741 г. в работе «Элементы математической химии».
Несколько позднее атомистическое учение в химии было применено и развито Дальтоном («Новая система химической философии», 1808 г.).
Основные положения атомно-молекулярной теории
Основные положения атомно-молекулярной теории
Первый определил химию как науку М. В. Ломоносов. Он считал, что химия должна строиться на точных количественных данных –“на мере и весе”. Ломоносов создал учение о строении вещества, заложил основу атомно-молекулярной теории.
Оно сводится к следующим положениям, изложенным в работе “Элементы математической химии”:
Молекула – это наименьшая частица вещества, сохраняющая его состав и химические свойства. Молекула не может дробиться дальше без изменения химических свойств вещества. Между молекулами вещества существует взаимное притяжение, различное у разных веществ. Молекулы в газах притягиваются друг к другу очень слабо, тогда как между молекулами жидких и твердых веществ силы притяжения относительно велики. Молекулы любого вещества находятся в непрерывном движении. Этим явлением объясняется, например, изменение объема веществ при нагревании.
Атомами называются мельчайшие, химически неделимые частицы, из которых состоят молекулы. Атом – это наименьшая частица элемента, сохраняющая его химические свойства. Атомы различаются зарядами ядер, массой и размерами.
При химических реакциях атомы не возникают и не исчезают, а образуют молекулы новых веществ. Элемент следует рассматривать как вид атомов с одинаковым зарядом ядра.
Химические свойства атомов одного и того же химического элемента одинаковы, такие атомы могут отличаться только массой. Разновидности атомов одного и того же элемента с различной массой, называются изотопами.
Поэтому, разновидностей атомов больше, чем химических элементов.
Необходимо различать понятия “химический элемент” и “простое вещество”.
Вещество – это определенная совокупность атомных и молекулярных частиц в любом из трех агрегатных состояний. Химический элемент – это общее понятие об атомах с одинаковым зарядом ядра и химическими свойствами. Физических свойств, характерных для простого вещества, химическому элементу приписать нельзя.
Простые вещества – это вещества, состоящие из атомов одного и того же химического элемента. Один и тот же элемент может образовывать несколько простых веществ.
Далее приведено современное изложение основных положений атомно-молекулярного учения:
Также вы можете посмотреть ВИДЕО-уроки на эту тему:
И выполнить задания из ЦТ и ЕГЭ на эту тему вы можете здесь
