Косметика > Косметика и оборудование

Основы общей химии

Химия — это наука о веществах, их свойствах, строении и превращениях, происходящих в результате химических реакций, а также о законах, которым эти превращения подчиняются.

Поскольку все вещества состоят из атомов, которые благодаря химическим связям между ними способны формировать молекулы, то химия занимается в основном изучением взаимодействий между атомами и молекулами, полученными в результате таких взаимодействий.

Предмет химии - химические элементы и их соединения, а также закономерности, которым подчиняются различные химические реакции.

Химические реакции - это процессы образования из простых по составу веществ более сложных, переход одних сложных веществ в другие и разложение сложных веществ на более простые по составу вещества.

Химия изучает и описывает эти процессы как в макромасштабе, на уровне макроколичеств веществ, так и в микромасштабе, на атомно-молекулярном уровне.

1. Основные понятия общей химии

Атом - электронейтральная частица, состоящая из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов.

Валентность — количество химических связей, которое образует один атом.

Химическая связь — это взаимодействие атомов, обуславливающее устойчивость молекулы или кристалла как целого. Химическая связь определяется взаимодействием между заряженными частицами (ядрами и электронами).

Каждый атом принадлежит определённому химическому элементу.

Химический элемент - совокупность атомов с одинаковым положительным зарядом ядра.

Элемент имеет название, порядковый номер, и положение в периодической таблице Менделеева. В настоящее время известно 118 химических элементов. Каждый элемент обозначен символом, который представляет одну или две буквы из его латинского названия (водород обозначен буквой H — первой буквой его латинского названия Hydrogenium).

Все элементы делят на металлы и неметаллы. К неметаллам относят 22 элемента: водород, бор, углерод, кремний, азот, фосфор, мышьяк, кислород, серу, селен, теллур, галогены и благородные газы, к металлам - все остальные элементы.

Химические элементы могут иметь несколько форм существования: в виде свободных атомов, простых и сложных веществ, а также ионов и радикалов.

Молекула - отдельная электронейтральная частица, которая образуется при возникновении ковалентных связей между атомами одного или нескольких элементов и определяет химические свойства вещества.

Атомы в молекулах соединены друг с другом в определённой последовательности. Изменение этой последовательности приводит к образованию нового вещества с новыми свойствами.

Соединение атомов происходит в соответствии с их валентностью.

Свойства веществ зависят не только от их состава, но и от «химического строения», то есть от порядка соединения атомов в молекулах и характера их взаимного влияния. Наиболее сильно влияют друг на друга атомы, непосредственно связанные между собой.

Вещество - форма материи, состоящая из частиц, которые имеют массу покоя, например, атомов, молекул, ионов (в отличие от частиц поля, не имеющих массы покоя).

Простое вещество — вещество, состоящее из атомов одного химического элемента: водород, кислород и т. д.

Сложное вещество — вещество, состоящее из атомов разных химических элементов: кислоты, вода и др.

Периодический закон — фундаментальный закон природы, открытый Д. И. Менделеевым в 1869 году при сопоставлении свойств известных в то время химических элементов и величин их атомных масс.

В настоящее время Периодический закон Д. И. Менделеева имеет следующую формулировку: «свойства химических элементов, а также формы и свойства образуемых ими простых веществ и соединений находятся в периодической зависимости от величины зарядов ядер их атомов».

Особенность Периодического закона среди других фундаментальных законов заключается в том, что он не имеет выражения в виде математического уравнения. Графическим (табличным) выражением закона является Периодическая система химических элементов, первоначальный вариант которой был разработан Д. И. Менделеевым в 1869—1871 годах.

Свойства — совокупность признаков по которым одни вещества отличаются от других, они бывают химическими и физическими.

• Физические свойства — признаки вещества, при характеристике которых вещество не изменяет свой химический состав (плотность, агрегатное состояние, температуры плавления и кипения и т. п.)
• Химические свойства — способность веществ взаимодействовать с другими веществами или изменяться под действием определённых условий. Результатом является превращение одного вещества или веществ в другие вещества.

Агрегатные состояния вещества — состояние вещества, характеризующееся определенными свойствами (способность сохранять форму, объем). Выделяют три основных агрегатных состояния: твёрдое тело, жидкость и газ. Иногда не совсем корректно к агрегатным состояниям причисляют плазму. Существуют и другие агрегатные состояния, например, жидкие кристаллы.

Химические формулы - это способ отражения химического состава вещества.

Химические реакции - превращения одних веществ в другие.

Химические явления - явления, при котором одни вещества, обладающие определенным составом и свойствами, превращаются в другие вещества - с другим составом и другими свойствами.

2. Законы общей химии.

S Закон Авогадро — одно из важных основных положений химии, гласящее, что «в равных объёмах различных газов, взятых при одинаковых температуре и давлении, содержится одно и то же число молекул». Было сформулировано ещё в 1811 году Амедео Авогадро (1776—1856), профессором физики в Турине.

S Закон кратных отношений — Если один и тот же элемент образует несколько соединений с другим элементом, то на одну и ту же массовую часть первого элемента будут приходиться такие массовые части второго, которые относятся друг к другу как небольшие целые числа.

S Закон постоянства состава (Ж.Л. Пруст, 1801—1808гг.) — любое определенное химически чистое соединение независимо от способа его получения состоит из одних и тех же химических элементов, причем отношения их масс постоянны, а относительные числа их атомов выражаются целыми числами. Это один из основных законов химии.

X Закон сохранения массы — закон физики, согласно которому масса физической системы сохраняется при всех природных и искусственных процессах.

В метафизической форме, согласно которой вещество несотворимо и неуничтожимо, этот закон известен с древнейших времён. Позднее появилась количественная формулировка, согласно которой мерой количества вещества является вес (с конца XVII века — масса).

По признаку изучаемых объектов (веществ) химию принято делить на неорганическую и органическую.

Объяснением сущности химических явлений и установлением их общих закономерностей на основе физических принципов и экспериментальных данных занимается физическая химия, включающая квантовую химию, электрохимию, химическую термодинамику, химическую кинетику.

3. Важнейшие классы неорганических соединений и их номенклатура

Оксиды - это соединения двух элементов, один из которых кислород в степени окисления -2. По химическим свойствам оксиды подразделяют на несолеобразующие (СО, SiO, N20, NO) и солеобразующие.

Несолеобразующие (безразличные, индифферентные) оксиды не образуют ни гидратов, ни солей.

Выделяют пероксиды (перекиси) металлов (Na2O2, Ва02 и др.). Степень окисления кислорода в них -1, по своей природе это соли очень слабой кислоты - пероксида (перекиси) водорода Н202.

Основания - сложные вещества, состоящие из металла и одновалентных гидроксогрупп ОН, число которых равно валентности металла (гидроксид натрия NaOH, гидроксид меди (II) Си(0Н)2 и др.). Основания классифицируют по их растворимости в воде, по кислотности и по их силе.

X По растворимости основания делятся на растворимые (щелочи) и на нерастворимые.

X По кислотности основания делятся на однокислотные (NaOН, NН4OН), двухкислотные (Сu(ОН)2 Fe(OH)2), трехкислотные (Al(OH)3, Fe(OH)3).

X По силе основания делятся на сильные и слабые. К сильным относятся все щелочи, кроме гидроксида аммония.

Кислоты - сложные вещества, состоящие из водорода, способного замещаться металлом, и кислотного остатка, причем число атомов водорода равно валентности кислотного остатка. Кислоты классифицируются по основности, по наличию кислорода в составе кислоты и по их силе.

X По наличию кислорода в своем составе кислоты делятся на кислородсодержащие (HNO3 , H2SO4 и др.) и бескислородные ( НС1, H2S и др.).

X По силе кислоты делятся на сильные и слабые.

Соли - продукты замещения водорода в кислоте на металл или гидроксогрупп в основании на кислотный остаток.

• Важнейшие классы органических соединений и их номенклатура Органические соединения - это соединения углерода и водорода.

Органические соединения отличаются своей многочисленностью и разнообразием. Органические соединения классифицируют, учитывая два основных структурных признака:

• строение углеродной цепи (углеродного скелета);
• наличие и строение функциональных групп.

Углеродный скелет (углеродная цепь)- последовательность химически связанных между собой атомов углерода (Рис.1.2.1)

Функциональная группа - атом или группа атомов, определяющие принадлежность соединения к определенному классу и ответственные за его химические свойства (.

Группа атомов органического вещества, способная во многих реакциях переходить в молекулу продукта не изменяясь, называется радикалом и обозначается R, например, этильный радикал С2Н5 -

Все органические соединения делятся на классы. Принадлежность соединения к тому или иному классу определяется характером входящих в их состав функциональных групп - групп атомов, обусловливающих характерные химические свойства данного класса соединений (Т а б л и ц а 1.2.1).

К важнейшим классам органических соединений относятся:

1. углеводороды R - H

Углеводороды — органические соединения, состоящие исключительно из атомов углерода и водорода. Углеводороды считаются базовыми соединениями органической химии, все остальные органические соединения рассматривают как их производные. Поскольку углерод имеет четыре валентных электрона, а водород — один, простейший углеводород — метан (CH4).

2. галогенпроизвоидные углеводородов R - X (X - F, CI, Br, I) Кислородсодержащие органические соединения — соединения, содержащие в молекуле

связи углерод — водород и углерод — кислород. К кислородсодержащим относится большая часть органических соединений.

3. спирты R - ОН
4. альдегиды R - СОН
5. кетоны R - С(О)- R’
6. карбоновые кислоты R - COOH
7. простые эфиры R - O - R’
8. сложные эфиры R - С(О) - О - R’
9. нитросоединения R - NO2
10. амины R - NH2