Конспект лекцій для студентів спеціальності 208 «Агроінженерія»



Сторінка1/7
Дата конвертації05.11.2016
Розмір1.52 Mb.
  1   2   3   4   5   6   7


Міністерство освіти і науки України



Хімія
Конспект лекцій

для студентів спеціальності 208 «Агроінженерія»

денної і заочної форм навчання

Луцьк


РВВ Луцького НТУ

2015


УДК 613.2 (07)

ББК 51.23 я8

З 52

До друку ________________ Голова навчально-методичної ради Луцького НТУ



Електронна копія друкованого видання передана для внесення в репозиторій

Луцького НТУ _____________ Директор бібліотеки

Затверджено Навчально-методичною радою Луцького НТУ,

протокол № 3 від « 17 » 11 2015 року.

Рекомендовано до видання навчально-методичною радою технологічного факультету Луцького НТУ,

протокол № 3 від « 12 » 11 2015 року.

___________ Голова навчально-методичної ради технологічного факультету

Розглянуто і схвалено на засіданні кафедри М та ПФКМ Луцького НТУ,

протокол № 4 від «20» жовтня 2015 року.

Укладачі: О.І. Гулай, кандидат технічних наук, доцент Луцького НТУ


Рецензент: В.Я. Шемет, кандидат хімічних наук, доцент Луцького НТУ


Відповідальний

за випуск: М.Д. Мельничук, кандидат технічних наук, доцент Луцького НТУ


З 52 Хімія [Текст] : конспект лекцій для студентів спеціальності 208 «Агроінженерія» денної і заочної форм навчання / уклад. О.І. Гулай. – Луцьк: Луцький НТУ, 2015. – 92 с.


Видання призначене для аудиторної і самостійної роботи студентів при вивченні дисципліни «Загальна хімія». Призначене для студентів спеціальності 181 «Харчові технології» денної і заочної форм навчання.
© О.І. Гулай 2015

ВСТУП
Хімія - наука, що вивчає закони розвитку хімічної форми руху матерії, є однією з фундаментальних природничо-наукових дисциплін. Досягнення хімії і суміжних з нею наук визначають можливості розширення сировинної бази промислових виробництв, створення нових джерел енергії, нових синтетичних матеріалів, а також економне та раціональне використання природних ресурсів.

У даному виданні наведено конспект дев’яти лекцій за основними темами курсу «Хімія», в якому передбачено 18 лекційних годин. Він призначений для підготовки до лабораторних занять, модульних контрольних робіт та екзамену. До кожної лекції наведено план, питання з якого можна використати для самоперевірки за даною темою.

Конспект лекцій рекомендовано для студентів напряму «Охорона праці». Його можуть використовувати і студенти інших спеціальностей, у яких передбачено навчальною программою 18 год. лекцій з дисципліни «Хімія».

ЛЕКЦІЯ №1

ОСНОВНІ ПОНЯТТЯ І ЗАКОНИ ХІМІЇ.


  1. Хімія як наука. Предмет хімії.

  2. Основні поняття хімії (атом, молекула, хімічний елемент, проста речовина, хімічна сполука, атомна та молекулярна маса, моль).

  3. Основні закони хімії:

    • закон збереження маси та енергії;

    • закон постійного складу;

    • закон кратних відношень;

    • закон Авогадро;

    • закон еквівалентів.


1. Хімія – наука про склад, властивості і будову речовин, про їхні перетворення, про залежність властивостей від складу і будови речовин, про взаємодію, добування і використання речовин.

Предметом хімії, як і будь-якої природничої науки є матерія і рух в їх непорушній єдності. Матерія має дві основні форми існування: речовина і поле. Речовина - об'єднання матеріальних частинок, наприклад, молекул, атомів, електронів, і т. д., які мають власну масу спокою. Поле – це вид матерії, який не має власної маси спокою. Між полем і речовиною існує тісний взаємозв’язок. Основною властивістю матерії є її здатність рухатись. Існують кілька форм руху матерії: механічна, фізична, хімічна, біологічна, геологічна. Одна форма руху може переходити в іншу.



Предметом хімії є хімічна форма руху. Характерною особливістю хімічної форми руху є те, що при хімічних процесах речовини, молекули, іони не зберігають свого початкового складу і структури, а зазнають перетворень.

Головні завдання хімії в наш час – пошук і добування нових речовин із заданими властивостями.

Сучасна хімія користується як теоретичними, так і експерементальними методами. Теоретичні методи базуються на законах термодинаміки і квантової механіки, є фундаментом природознавства. В експерементальних методах використовують різноманітні фізичні і фізико-хімічні прийоми дослідження. Широко застосовуються спектроскопія, рентгеноструктурний аналіз, вивчення магнітних властивостей, мас-електрометрія, хроматографія.

Хімія, як одна з природничих наук, посідає серед них чільне місце і тісно взаємодіє з ними. Так, вона тісно пов’язана з математикою, застосовуючи математичні прийоми для вирішення і розв’язання своїх завдань; з фізикою, застосовуючи фізичні явища для дослідження певних властивостей речовин. Разом з тим вона є тісно пов’язана з іншими науками, де сама пояснює спостережувані явища. На межі таких тісних взаємодій і народилася біохімія, геохімія, фармацевтична хімія, фізична хімія і т. д.

Головною метою вивчення курсу неорганічної хімії є формування вихідного рівня знань студентів, необхідного для успішного вивчення подальших дисциплін, прищеплення студентам навичок хімічного мислення, уміння передбачати можливість взаємодії речовин та продукти їх хімічного перетворення.
2. Основні поняття хімії.

Хімічний елемент – сукупність атомів, що мають однаковий заряд ядра і характеризуються певною атомною масою.

Хімічні елементи позначаються віповідними символами, які складаються з першої чи двох перших букв латинської назви цього елемента.



Атом – найменша частинка хімічного елемента, що зберігає його типові властивості. Атом складається з ядра (позитивнозарядженого) і негативно заряджених електронів, які перебувають на певних енергетичних рівнях. Атоми різних елементів відрізняються один від одного величиною заряду ядра і мають різні атомні маси.

Молекула – найменша частинка речовин, яка здатна самостійно існувати і має всі хімічні властивості речовин.

Простою речовиною називають індивідуальну речовину, молекули або кристали якої складаються з атомів одного елемента, наприклад, Н2 , N2 , алмаз, сірка, графіт.

Хімічною сполукою (складною речовиною), називають індивідуальну речовину, молекули або кристали якої складаються з атомів двох або більше елементів, наприклад, HCl, NaCl, HNCS, CaC2.

Атомна маса – це маса атома, виражена в атомних одиницях маси.

Атомна одиниця маси (а.о.м.) дорівнює 1.66710-24 г.



Атомна маса показує, у скільки разів маса даного елемента більша за 1/12маси нукліду вуглецю (1 а.о.м.)

Молекулярну масу речовини можна визначити як відносну масу молекули, що виражена в атомних одиницях маси. Молекулярна маса речовини дорівнює сумі атомних мас елементів, що входять до складу молекули.

Моль – це кількість речовин, що містять стільки структурних одиниць (молекул, атомів, іонів, еквівалентів, тощо), скільки атомів містить 12 г нукліду вуглецю.

Кількість структурних одиниць (молекул, іонів, атомів, електронів), що містить один моль речовини, дорівнює 6,021023. Ця величина носить назву числа Авогадро.



Молярна маса – маса одного моля даної речовини в грамах. Молярну масу вимірюють в грамах на моль ( г/моль ). Чисельно вона дорівнює молекулярній масі тієї або іншої речовини.

М= m/ (г/моль), m=M (г), = m/M (моль)

Хімічні формули виражають елементний склад речовини і співвідношення атомів різних видів (чи кількість атомів одного виду) в молекулі цієї речовини.

Хімічні рівняння реакцій вказують на співвідношення, в якому речовини будуть вступати в реакцію з утворенням визначених продуктів, якщо така реакція можлива. Щоб записати рівняння реакції, перш за все, необхідно знати формули реагентів і продуктів, а потім підібрати коефіцієнт реакції.

3. Основні закони хімії.

Закон збереження маси і енергії.

Один з фундаментальних і загальних законів природи – закон збереження маси – встановив російський вчений М.В. Ломоносов в 1756 р..



Маса речовин, що вступили в реакцію, дорівнює масі речовин, що утворилися внаслідок реакції.

Взаємозв’язок маси і енергії відкрив Ейнштейн і він виражає фундаментальний закон збереження маси-енергії, який виражається рівнянням:

Е = -mс2

Е і m – взаємозв’язані зміни енергії і маси,

с – швидкість світла

Отже, енергія, яка надається деякій масі речовини, витрачається не тільки на збільшення швидкості, але і на приріст маси. З наближенням швидкості тіла до швидкості світла, майже вся надана тілу енергія витрачається на збільшення необмежено зростаючої маси. Цей ефект, названий релятивістським, є необхідний для розуміння будови речовини і відіграє ведичезну роль в світі елементарних частинок і атомів, де електрони можуть переміщуватися із швидкостями, які наближаються до швидкості світла.

У звичайному, так званому макросвіті, швидкості руху істотно менші швидкості світла і тому релятивістський ефект практично рівний нулю. І навпаки, на відміну від неістотних при хімічних перетвореннях змін маси речовини еквівалентні їм енергетичні ефкти реакцій змінюються в широких межах. Так 1моль Al при окисленні киснем вилучає 837кДж теплоти, 1моль бензолу (рідк.) при згорянні в кисні – 3275кДж. Подібні теплові ефекти є специфічною рисою всіх хімічних реакцій і кількісною мірою хімічної форми руху.

Закон постійного складу.

Кожна хімічна сполука, яким би із способів вона не була отримана, має один і той же склад.

Був відкритий в 1801 р. в результаті багаторічної наукової суперечки французьких хіміків Бертом і Пруста.

Оксид сульфуру (IV) можна добути різними способами:

S +O2SO2

Cu + 2H2SO4(конц.) CuSO4 + SO2 + 2H2O

2H2S + 3O22SO2 + 2H2O

Проте незалежно від способу добування склад його однаковий.

У ХХ ст. Курнаковим було показано, що в природі є два типи сполук: із сталим складом та змінним складом.

Сполуки, які мають сталий склад і цілочислове атомне співвідношення компонентів, називаються дальтонідами. До них належать речовини, які перебувають в газоподібному (СО2, NO, NH3 , HCl) або рідкому (С6Н62О) стані, чи можуть бути легко переведені в них. До сполук сталого складу належать також кристалічні речовини з молекулярною структурою (І2). Для сполук сталого складу характерний ковалентний зв’язок між атомами і тому вони мають молекулярну структуру.

Сполуки, що мають змінний склад, а стеохіометричне співвідношення компонентів яких не відповідає цілим числам, називаються бертолідами. Ці сполуки не мають молекулярної структури, це переважна більшість кристалічних структур перехідних металів, а також оксиди, сульфіди, гідриди, нітриди, карбіди та інші бінарні сполуки d- і f- елементів. (VC0,66-0,88, ТіН0,88-1,00).

Отже, склад хімічних сполук залежно від типу хімічного зв’язку, агрегатного стану речовин та умов їх добування може бути як сталим, так і змінним.

Сучасне формулювання закону cталості складу: Якщо хімічна сполука має молекулярну структуру, то незалежно від умов її добування склад її залишається сталим. Склад хімічної сполуки, що немає молекулярної структури, може змінюватись у певних межах (ділянка гомогенності) залежно від умов добування.

Закон кратних відношень.

У двох сполуках, які утворені з одних і тих же елементів, на одну і ту ж масову кількість одного елементу припадають такі кількості другого елементу, які відносяться, як невеликі цілі числа. Встановлений Дж.Дальтоном (1803).

Так, наприклад, вуглець і кисень утворюють два оксиди: СО і СО2:






WC

WO

C :О

О1:О2

CO

42,86%

57,14%

1 : 1,333

1

CO2

27,27%

72,73%

1 : 2,666

2

Цей закон стосується сполук сталого складу, тобто тих, що мають молекулярну структуру. Для сполук, що не мають молекулярної структури, масові кількості одного елемента, що припадають на ту саму кількість іншого елемента, можуть відноситись між собою як дробові числа.

Якщо в хімічних реакціях беруть участь гази, то вступає в силу закон об’ємних відношень: об’єми речовин, які вступають в реакцію відносяться між собою, а також до об’ємів газоподібних продуктів, як невеликі цілі числа. (фр. хімік Гей-Люсак).

Закон Авогадро.

Виходячи з простоти об’ємних відношень в реакціях між газами, італійський фізик А. Авогадро сформулював закон: в однакових (рівних) об’ємах різних газів при однакових зовнішніх умовах міститься однакове число молекул.

З закону Авогадро випливає:


  1. Однакове число молекул різних газів при рівних умовах займає однаковий об’єм;

  2. 1моль різних газів при температурі 273,16 К і тиску 1,013105 Па займає об’єм 0,0224м3, в якому міститься 6,021023структурних одиниць ( атомів, молекул) – це постійна Авогадро (NA).

Відповідно до закону Авогадро, маси однакових об’ємів газів за однакових умов відносяться як їхні молекулярні маси:

m1/m2=M1/M2

Відношення мас однакових об’ємів двох різних газів називають відносною густиною першого газу за другим.



Д2= М12 , ДН2= М/МН2 , Дпов= М/Мпов

Рівняння стану газу:



pV/T=p0V0/T0,

де V- об’єм газу при тиску Р і температурі Т;

V0- об’єм газу за нормального тиску Р0 і температури Т0 (273 К).

р0V0/T0=R – універсальна газова постійна.

R = 8,31 Дж/град моль = 0,082 дм3 атм/град моль= 62400 см3мм рт ст/градмоль

Рівняння Медєлєєва – Клапейрона:

pV= m/M RT.

Еквівалент. Закон еквівалентів.

З закону сталості складу (для дальтонідів) випливає, що елементи сполучаються один з одним в строго визначених кількісних співввідношеннях. t



Еквівалентом елемента називають таку його кількість, яка сполучається з 1моль атомів водню або заміщає таку ж кількість атомів водню в хімічних реакціях. Еквівалент елемента рівний 1/в (моль), де В – валентність. Наприклад, у ряді сполук HCl , H2S, NH3 , CH4 , еквівалент Cl, S, N, C відповідно є рівний 1моль, 1/2моль, 1/3моль, 1/4моль.

Маса 1 еквівалента елемента називається його еквівалентною масою.

Me(Cl)= 35,45 г /моль, Me(S)=32 ½ =16 г /моль, Me(N)= 14/3=4,67, Me(C)= 12/4=3 г/моль.

Еквівалентна маса елементу знаходиться як частка:

Me(E) = Ar (E) / B= ArE ,

де В- валентність, Е – еквівалент.

Багато елементів утворюють по декілька сполук один з одним. З цього випливає, що еквівалент елемента і його еквівалентна маса можуть мати різні значення, відповідно до складу сполуки, для якої були розраховані. Наприклад, СО і СО2. me( C ) = 12/2=6 г/моль, me(c)= 12/4=3 г/моль.

Поняття про еквіваленти поширюються також на складні речовини.



Еквівалентом складної речовини називається така її кількість, яка взаємодіє без залишку з одним еквівалентом водню чи взагалі з одним еквівалентом будь-якої іншої речовини.

Еквівалент кислоти:

Е = 1/основність, моль.

ЕH2SO4=1/2 моль, ЕHCl=1/1=1 моль, ЕH3PO4=1/3 моль.

Еквівалентна маса кислоти:

Me = ME = M/основність (г/моль).

Me HCl = 36.5/1=36.5 г/моль, MeH2SO4= 98/2 = 49 г/моль, MeH3PO4= 98/3 =32.67 г/моль.

Еквівалент основи:

Е = 1/кислотність, моль.

ЕNaOH = 1/1 = 1 моль, ЕBa(OH)2 = 1/2 моль.

  1   2   3   4   5   6   7


База даних захищена авторським правом ©lecture.in.ua 2016
звернутися до адміністрації

    Головна сторінка