Kimia, konceptet bazë të së cilës do të shqyrtojmë, është një shkencë që studion substancat dhe transformimet e tyre që ndodhin me një ndryshim në strukturë dhe përbërje, dhe si rrjedhim vetitë. Para së gjithash, është e nevojshme të përcaktohet se çfarë do të thotë një term i tillë si "substancë". Nëse flasim për të në një kuptim të gjerë, është një formë e materies që ka një masë pushimi. Një substancë është çdo grimcë elementare, për shembull, një neutron. Në kimi, ky koncept përdoret në një kuptim më të ngushtë.
Për të filluar, le të përshkruajmë shkurtimisht termat dhe konceptet bazë të kimisë, shkencës atomike dhe molekulare. Pas kësaj, ne do t'i shpjegojmë ato, si dhe do të paraqesim disa ligje të rëndësishme të kësaj shkence.
Konceptet bazë të kimisë (substancë, atom, molekulë) janë të njohura për secilin prej nesh që në shkollë. Më poshtë është një përshkrim i shkurtër i tyre, si dhe terma dhe fenomene të tjera, jo aq të dukshme.
Atoms
Së pari, të gjitha substancat që studiohen në kimi përbëhen nga grimca të vogla të quajtura atome. Neutronet nuk janë objekt studimi i kësaj shkence. Duhet thënë gjithashtu se atomet mund të kombinohen me njëri-tjetrin, duke rezultuar në formimin e lidhjeve kimike. Përpër të thyer këtë lidhje, nevojitet energji. Rrjedhimisht, atomet nuk ekzistojnë individualisht në kushte normale (me përjashtim të "gazrave fisnikë"). Ata lidhen me njëri-tjetrin të paktën në çifte.
Lëvizje termike e vazhdueshme
Lëvizja e vazhdueshme termike karakterizon të gjitha grimcat që studiohen nga kimia. Konceptet bazë të kësaj shkence nuk mund të shprehen pa folur për të. Me lëvizje të vazhdueshme, energjia mesatare kinetike e grimcave është në përpjesëtim me temperaturën (megjithatë, duhet theksuar se energjitë e grimcave individuale janë të ndryshme). Ekin=kT / 2, ku k është konstanta e Boltzmann-it. Kjo formulë është e vlefshme për çdo lloj lëvizjeje. Meqenëse Ekin=mV2 / 2, lëvizja e grimcave masive është më e ngad altë. Për shembull, nëse temperatura është e njëjtë, molekulat e oksigjenit lëvizin mesatarisht 4 herë më ngadalë se molekulat e karbonit. Kjo për shkak se masa e tyre është 16 herë më e madhe. Lëvizja është lëkundëse, përkthimore dhe rrotulluese. Vibrimi vërehet në substanca të lëngshme, të ngurta dhe të gazta. Por përkthimi dhe rrotullimi kryhet më lehtë në gaze. Është më e vështirë në lëngje dhe akoma më e vështirë në trupat e ngurtë.
Molekulat
Le të vazhdojmë të përshkruajmë konceptet dhe përkufizimet bazë të kimisë. Nëse atomet bashkohen me njëri-tjetrin, duke formuar grupe të vogla (ato quhen molekula), grupe të tilla marrin pjesë në lëvizjen termike, duke vepruar si një tërësi e vetme. Deri në 100 atome janë të pranishme në molekulat tipike, dhe numri i tyre është i tillëtë quajtura komponime makromolekulare mund të arrijnë 105.
Substancat jomolekulare
Megjithatë, atomet shpesh bashkohen në kolektivë të mëdhenj nga 107 deri në 1027. Në këtë formë, ata praktikisht nuk marrin pjesë në lëvizjen termike. Këto lidhje kanë pak ngjashmëri me molekulat. Ato janë më shumë si copa të një trupi të fortë. Këto substanca zakonisht quhen jo molekulare. Në këtë rast, lëvizja termike kryhet brenda pjesës, dhe ajo nuk fluturon, si një molekulë. Ekziston gjithashtu një gamë e përmasave kalimtare, e cila përfshin lidhje të përbëra nga atome në një sasi nga 105 në 107. Këto grimca janë ose molekula shumë të mëdha, ose janë kokrra të vogla pluhuri.
Ione
Duhet të theksohet se atomet dhe grupet e tyre mund të kenë një ngarkesë elektrike. Në këtë rast, ato quhen jone në një shkencë siç është kimia, konceptet bazë të së cilës ne studiojmë. Meqenëse ngarkesat me të njëjtin emër sprapsin gjithmonë njëra-tjetrën, një substancë ku ka një tepricë të konsiderueshme të ngarkesave të caktuara nuk mund të jetë e qëndrueshme. Ngarkesat negative dhe pozitive në hapësirë ndryshojnë gjithmonë. Dhe substanca në tërësi mbetet elektrikisht neutrale. Vini re se ngarkesat e konsideruara të mëdha në elektrostatikë janë të papërfillshme nga pikëpamja e kimisë (për 105-1015 atome - 1e).
Objektet e studimit në kimi
Duhet sqaruar se objekte studimi në kimi janë ato dukuri në të cilat nuk kaatomet shkatërrohen, por vetëm rigrupohen, domethënë kombinohen në një mënyrë të re. Disa lidhje janë prishur, duke rezultuar në formimin e të tjerave. Me fjalë të tjera, substanca të reja shfaqen nga atomet që ishin pjesë e substancave origjinale. Megjithatë, nëse ruhen të dy atomet dhe lidhjet që ekzistojnë midis tyre (për shembull, gjatë avullimit të substancave molekulare), atëherë këto procese nuk janë më fushë e studimit të kimisë, por të fizikës molekulare. Në rastin kur atomet formohen ose shkatërrohen, bëhet fjalë për lëndët e studimit të fizikës bërthamore ose atomike. Megjithatë, kufiri midis fenomeneve kimike dhe fizike është i paqartë. Në fund të fundit, ndarja në shkenca të veçanta është e kushtëzuar, ndërsa natyra është e pandashme. Prandaj, është shumë e dobishme që kimistët të dinë fizikën.
Konceptet bazë të kimisë janë përshkruar shkurtimisht nga ne. Tani ju ftojmë t'i konsideroni ato në mënyrë më të detajuar.
Më shumë rreth atomeve
Atomet dhe molekulat janë ato me të cilat shumë e lidhin kiminë. Këto koncepte bazë duhet të përcaktohen qartë. Fakti që atomet ekzistojnë u mendua shkëlqyeshëm dy mijë vjet më parë. Pastaj, tashmë në shekullin e 19-të, shkencëtarët kishin të dhëna eksperimentale (ende indirekte). Po flasim për raportet e shumëfishta të Avogadro-s, ligjet e qëndrueshmërisë së përbërjes (më poshtë do të shqyrtojmë këto koncepte themelore të kimisë). Atomi vazhdoi të eksplorohej në shekullin e 20-të, kur u shfaqën shumë konfirmime të drejtpërdrejta eksperimentale. Ato u bazuan në të dhënat e spektroskopisë, në shpërndarjen e rrezeve X, grimcave alfa, neutroneve, elektroneve, etj. Madhësia e këtyre grimcave është afërsisht 1 E=1o-10m. Masa e tyre është rreth 10-27 - 10-25 kg. Në qendër të këtyre grimcave është një bërthamë e ngarkuar pozitivisht, rreth së cilës lëvizin elektronet me ngarkesë negative. Madhësia e bërthamës është rreth 10-15 m. Rezulton se lëvozhga elektronike përcakton madhësinë e atomit, por masa e saj është pothuajse plotësisht e përqendruar në bërthamë. Duhet të prezantohet një përkufizim tjetër, duke marrë parasysh konceptet bazë të kimisë. Një element kimik është një lloj atomi ngarkesa bërthamore e të cilit është e njëjtë.
Shpesh ekziston një përkufizim i një atomi si grimca më e vogël e materies, e pandashme kimikisht. Si të kuptojmë "kimikisht"? Siç kemi vërejtur tashmë, ndarja e fenomeneve në fizike dhe kimike është e kushtëzuar. Por ekzistenca e atomeve është e pakushtëzuar. Prandaj, është më mirë të përkufizohet kimia përmes tyre, dhe jo anasjelltas, atomet përmes kimisë.
Lidhja kimike
Kjo është ajo që i mban atomet së bashku. Nuk i lejon ata të shpërndahen nën ndikimin e lëvizjes termike. Vëmë re karakteristikat kryesore të lidhjeve - kjo është distanca dhe energjia ndërbërthamore. Këto janë gjithashtu konceptet bazë të kimisë. Gjatësia e lidhjes përcaktohet eksperimentalisht me një saktësi mjaft të lartë. Energjia - gjithashtu, por jo gjithmonë. Për shembull, është e pamundur të përcaktohet objektivisht se çfarë është në lidhje me një lidhje të vetme në një molekulë komplekse. Sidoqoftë, energjia e atomizimit të një substance, e nevojshme për të thyer të gjitha lidhjet ekzistuese, përcaktohet gjithmonë. Duke ditur gjatësinë e lidhjes, është e mundur të përcaktohet se cilët atome janë të lidhur (kanë një distancë të shkurtër) dhe cilët jo (kanë një distancë të gjatë).distanca).
Numri dhe koordinimi i koordinimit
Konceptet bazë të kimisë analitike përfshijnë këto dy terma. Çfarë përfaqësojnë ata? Le ta zbulojmë.
Numri i koordinimit është numri i fqinjëve më të afërt të një atomi të caktuar. Me fjalë të tjera, ky është numri i atyre me të cilët ai lidhet kimikisht. Koordinimi është pozicioni relativ, lloji dhe numri i fqinjëve. Me fjalë të tjera, ky koncept është më kuptimplotë. Për shembull, numri i koordinimit të azotit, karakteristik për molekulat e amoniakut dhe acidit nitrik, është i njëjtë - 3. Megjithatë, koordinimi i tyre është i ndryshëm - jo planar dhe planar. Përcaktohet në mënyrë të pavarur nga idetë për natyrën e lidhjes, ndërsa gjendja e oksidimit dhe valenca janë koncepte të kushtëzuara që krijohen për të parashikuar paraprakisht koordinimin dhe përbërjen.
Përkufizimi i një molekule
Ne kemi prekur tashmë këtë koncept, duke shqyrtuar shkurtimisht konceptet dhe ligjet bazë të kimisë. Tani le të ndalemi në të në më shumë detaje. Tekstet shkollore shpesh përcaktojnë një molekulë si grimcën më të vogël neutrale të një lënde që ka vetitë e saj kimike dhe gjithashtu është në gjendje të ekzistojë në mënyrë të pavarur. Duhet të theksohet se ky përkufizim tani është i vjetëruar. Së pari, ajo që të gjithë fizikantët dhe kimistët e quajnë molekulë nuk ruan vetitë e materies. Uji shpërndahet, por kjo kërkon të paktën 2 molekula. Shkalla e shpërbërjes së ujit është 10-7. Me fjalë të tjera, vetëm një molekulë mund t'i nënshtrohet këtij procesi.nga 10 milionë Nëse keni një molekulë, apo edhe njëqind, nuk do të mund të merrni një ide për ndarjen e saj. Fakti është se efektet termike të reaksioneve në kimi zakonisht përfshijnë energjinë e ndërveprimit midis molekulave. Prandaj, ato nuk mund të gjenden nga njëri prej tyre. Si vetitë kimike ashtu edhe ato fizike të një substance molekulare mund të përcaktohen vetëm nga një grup i madh molekulash. Përveç kësaj, ka substanca në të cilat grimca "më e vogël" e aftë të ekzistojë në mënyrë të pavarur është pafundësisht e madhe dhe shumë e ndryshme nga molekulat e zakonshme. Një molekulë është në të vërtetë një grup atomesh që nuk janë të ngarkuar elektrikisht. Në një rast të veçantë, ky mund të jetë një atom, për shembull, Ne. Ky grup duhet të jetë në gjendje të marrë pjesë në difuzion, si dhe në llojet e tjera të lëvizjes termike në tërësi.
Siç mund ta shihni, konceptet bazë të kimisë nuk janë aq të thjeshta. Një molekulë është diçka që duhet studiuar me kujdes. Ka vetitë e veta si dhe peshën molekulare. Për këtë të fundit do të flasim tani.
pesha molekulare
Si të përcaktohet pesha molekulare nga përvoja? Një mënyrë bazohet në ligjin e Avogadro-s, sipas densitetit relativ të avullit. Metoda më e saktë është spektrometria e masës. Një elektron rrëzohet nga një molekulë. Joni që rezulton fillimisht përshpejtohet në një fushë elektrike, më pas devijohet magnetikisht. Raporti i ngarkesës me masën përcaktohet pikërisht nga madhësia e devijimit. Ka edhe metoda të bazuara në vetitë që kanë tretësirat. Megjithatë, molekulat në të gjitha këto raste me siguri do tëduhet të jetë në lëvizje - në tretësirë, në vakum, në gaz. Nëse nuk lëvizin, është e pamundur të llogaritet objektivisht masa e tyre. Dhe vetë ekzistenca e tyre në këtë rast është e vështirë të zbulohet.
Veçoritë e substancave jomolekulare
Duke folur për to, ata vërejnë se ato përbëhen nga atome, jo nga molekula. Megjithatë, e njëjta gjë vlen edhe për gazrat fisnikë. Këto atome lëvizin lirshëm, prandaj është më mirë t'i mendojmë ato si molekula monotomike. Megjithatë, kjo nuk është gjëja kryesore. Më e rëndësishmja, në substancat jo molekulare ka shumë atome që janë të lidhur së bashku. Duhet theksuar se ndarja e të gjitha substancave në jo molekulare dhe molekulare është e pamjaftueshme. Ndarja sipas lidhjes është më kuptimplotë. Konsideroni, për shembull, ndryshimin në vetitë e grafitit dhe diamantit. Të dy janë karboni, por i pari është i butë dhe i dyti është i fortë. Si ndryshojnë nga njëri-tjetri? Dallimi qëndron pikërisht në lidhjen e tyre. Nëse marrim parasysh strukturën e grafitit, do të shohim se lidhjet e forta ekzistojnë vetëm në dy dimensione. Por në të tretën, distancat ndëratomike janë shumë domethënëse, prandaj, nuk ka lidhje të fortë. Grafiti rrëshqet dhe ndahet lehtësisht në këto shtresa.
Lidhja e strukturës
Përndryshe quhet dimension hapësinor. Ai përfaqëson numrin e dimensioneve të hapësirës, të karakterizuar nga fakti se ato kanë një sistem të vazhdueshëm (pothuajse të pafund) bërthamash (lidhje të forta). Vlerat që mund të marrë janë 0, 1, 2 dhe 3. Prandaj, është e nevojshme të bëhet dallimi midis strukturave të lidhura tredimensionale, të shtresuara, zinxhirore dhe ishullore (molekulare).
Ligjikonsistenca e përbërjes
Ne kemi mësuar tashmë konceptet bazë të kimisë. Substanca u shqyrtua shkurtimisht nga ne. Tani le të flasim për ligjin që zbatohet për të. Zakonisht formulohet si më poshtë: çdo substancë individuale (domethënë e pastër), pavarësisht se si është marrë, ka të njëjtën përbërje sasiore dhe cilësore. Por çfarë do të thotë termi "substancë e pastër"? Le ta zbulojmë.
Dy mijë vjet më parë, kur struktura e substancave nuk mund të studiohej ende me metoda të drejtpërdrejta, kur konceptet themelore kimike dhe ligjet e kimisë të njohura për ne as që ekzistonin, u përcaktua në mënyrë përshkruese. Për shembull, uji është një lëng që përbën bazën e deteve dhe lumenjve. Nuk ka erë, ngjyrë, shije. Ka pika të tilla e të tilla ngrirjes dhe shkrirjes, sulfati i bakrit bëhet blu prej tij. Uji i kripur i detit është sepse nuk është i pastër. Megjithatë, kripërat mund të ndahen me distilim. Përafërsisht kështu, me një metodë përshkruese, u përcaktuan konceptet themelore kimike dhe ligjet e kimisë.
Për shkencëtarët e asaj kohe nuk ishte e qartë se lëngu, i cili izolohej në mënyra të ndryshme (djegia e hidrogjenit, dehidratimi i vitriolit, distilimi i ujit të detit), kishte të njëjtën përbërje. Një zbulim i madh në shkencë ishte prova e këtij fakti. U bë e qartë se raporti i oksigjenit dhe hidrogjenit nuk mund të ndryshojë pa probleme. Kjo do të thotë se elementët përbëhen nga atome - pjesë të pandashme. Kështu u morën formulat e substancave dhe u vërtetua ideja e shkencëtarëve për molekulat.
BNë ditët e sotme, çdo substancë, në mënyrë të qartë ose të nënkuptuar, përcaktohet kryesisht nga formula, dhe jo nga pika e shkrirjes, shija ose ngjyra. Uji - H2O. Nëse ka molekula të tjera, ajo nuk do të jetë më e pastër. Prandaj, një substancë molekulare e pastër është ajo që përbëhet nga molekula të një lloji.
Megjithatë, po në lidhje me elektrolitet në këtë rast? Në fund të fundit, ato përmbajnë jone, jo vetëm molekula. Duhet një përkufizim më rigoroz. Një substancë molekulare e pastër është ajo që përbëhet nga molekula të të njëjtit lloj, dhe gjithashtu, ndoshta, nga produktet e transformimit të shpejtë të tyre të kthyeshëm (izomerizimi, shoqërimi, shpërbërja). Fjala “shpejtë” në këtë kontekst do të thotë që ne nuk mund t'i heqim qafe këto produkte, ato shfaqen menjëherë përsëri. Fjala "i kthyeshëm" tregon se transformimi nuk ka përfunduar. Nëse është sjellë, atëherë është më mirë të thuhet se është e paqëndrueshme. Në këtë rast, ajo nuk është një substancë e pastër.
Ligji i ruajtjes së masës së materies
Ky ligj ka qenë i njohur në formë metaforike që nga kohërat e lashta. Ai tha se materia është e pakrijueshme dhe e pathyeshme. Më pas erdhi formulimi i saj sasior. Sipas tij, pesha (dhe nga fundi i shekullit të 17-të, masa) është një masë e sasisë së materies.
Ky ligj në formën e tij të zakonshme u zbulua në 1748 nga Lomonosov. Në vitin 1789, ai u plotësua nga A. Lavoisier, një shkencëtar francez. Formulimi i tij modern tingëllon kështu: masa e substancave që hyjnë në një reaksion kimik është e barabartë me masën e substancave që përftohen si rezultat.ajo.
Ligji i Avogadros, ligji i raporteve vëllimore të gazeve
E fundit prej tyre u formulua në 1808 nga JL Gay-Lussac, një shkencëtar francez. Ky ligj tani njihet si ligji i Gay-Lussac. Sipas tij, vëllimet e gazeve që reagojnë janë të lidhura me njëri-tjetrin, si dhe me vëllimet e produkteve të gazta që rezultojnë, si numra të plotë.
Modeli që zbuloi Gay-Lussac shpjegon ligjin që u zbulua pak më vonë, në 1811, nga Amedeo Avogadro, një shkencëtar italian. Ai thotë se në kushte të barabarta (presion dhe temperaturë) në gazet që kanë të njëjtat vëllime, ka të njëjtin numër molekulash.
Dy implikime të rëndësishme rrjedhin nga ligji i Avogadro. E para është se në të njëjtat kushte, një mol i çdo gazi zë një vëllim të barabartë. Vëllimi i secilit prej tyre në kushte normale (të cilat janë një temperaturë prej 0 ° C, si dhe një presion prej 101.325 kPa) është 22.4 litra. Pasoja e dytë e këtij ligji është si vijon: në kushte të barabarta, raporti i masave të gazeve që kanë vëllim të njëjtë është i barabartë me raportin e masave të tyre molare.
Ka një ligj tjetër që duhet përmendur. Le të flasim për të shkurtimisht.
Ligji dhe tabela periodike
D. I. Mendelejevi, bazuar në vetitë kimike të elementeve dhe në teorinë atomike dhe molekulare, zbuloi këtë ligj. Kjo ngjarje ka ndodhur më 1 mars 1869. Ligji periodik është një nga më të rëndësishmit në natyrë. Mund të formulohet si më poshtë: vetitë e elementeve dhe të formuarato substanca komplekse dhe të thjeshta kanë një varësi periodike nga ngarkesat e bërthamave të atomeve të tyre.
Tabela periodike e krijuar nga Mendelejevi përbëhet nga shtatë periudha dhe tetë grupe. Grupet janë kolonat e saj vertikale. Elementet brenda secilit prej tyre kanë veti të ngjashme fizike dhe kimike. Grupi, nga ana tjetër, ndahet në nëngrupe (kryesore dhe dytësore).
Rreshtat horizontale të kësaj tabele quhen pika. Elementet që ndodhen në to ndryshojnë nga njëri-tjetri, por kanë gjithashtu të përbashkët - që elektronet e tyre të fundit janë të vendosura në të njëjtin nivel energjetik. Ka vetëm dy elementë në periudhën e parë. Këto janë hidrogjeni H dhe heliumi He. Janë tetë elementë në periudhën e dytë. Në të katërtën janë tashmë 18. Mendeleev e caktoi këtë periudhë si të parën e madhe. E pesta gjithashtu ka 18 elemente, struktura e saj është e ngjashme me të katërtin. E gjashta përmban 32 elementë. E shtata nuk është përfunduar. Kjo periudhë fillon me francium (Fr). Mund të supozojmë se do të përmbajë 32 elementë, si i gjashti. Megjithatë, vetëm 24 janë gjetur deri më tani.
Rregulli i shantazhit
Sipas rregullit të rikthimit, të gjithë elementët priren të fitojnë ose humbasin një elektron në mënyrë që të kenë konfigurimin me 8 elektrone të gazit fisnik më afër tyre. Energjia e jonizimit është sasia e energjisë e nevojshme për të ndarë një elektron nga një atom. Rregulli i goditjes thotë se ndërsa lëvizni nga e majta në të djathtë përgjatë tabelës periodike, nevojitet më shumë energji për të nisur një elektron. Prandaj, elementët në anën e majtë priren të humbasin një elektron. Kundër,ata në anën e djathtë janë të etur për ta marrë atë.
Ne përvijuam shkurtimisht ligjet dhe konceptet bazë të kimisë. Sigurisht, ky është vetëm informacion i përgjithshëm. Në kuadrin e një artikulli është e pamundur të flitet në detaje për një shkencë kaq serioze. Konceptet dhe ligjet bazë të kimisë, të përmbledhura në artikullin tonë, janë vetëm një pikënisje për studime të mëtejshme. Në të vërtetë, në këtë shkencë ka shumë seksione. Ekziston, për shembull, kimia organike dhe inorganike. Konceptet bazë të secilit prej seksioneve të kësaj shkence mund të studiohen për një kohë shumë të gjatë. Por ato të paraqitura më sipër janë pyetje të përgjithshme. Prandaj, mund të themi se këto janë konceptet bazë të kimisë organike, si dhe ato inorganike.
