Входят химические соединения могут не. Химические соединения

Главная

По литературе

Для химического соединения характерны следующие отличительные особенности:

1) Кристаллическая решетка отличается от решеток компонентов, образующих соединение.

2) В соединении всегда сохраняется простое кратное соотношение его компонентов. Это позволяет выразить их состав простой формулой A m B n , где А и В – соответствующие элементы, n и m – простые числа.

3) Свойства соединения резко отличаются от свойств образующих его компонентов.

4) Температура плавления (диссоциации) постоянная.

5) Образование химического соединения сопровождается значительным тепловым эффектом.

Химические соединения образуются между компонентами, имеющими большое различие в электронном строении атомов и кристаллических решеток.

В качестве примера типичных химических соединений можно назвать такие, как соединения магния с элементами IV-VI групп периодической системы: Mg 2 Sn, Mg 2 Pb, Mg 2 P, Mg 3 Sb, MgS и другие.

Соединения одних металлов с другими носят общее название интерметаллических соединений, или интерметаллидов.

Соединения металла с неметаллом (нитриды, оксиды, карбиды и др.) могут иметь как металлическую, так и ионную связь. Соединения, имеющие металлическую связь, называют металлическими соединениями.

Большое число химических соединений, образующихся в металлических сплавах, отличается от типичных химических соединений, так как не подчиняется законам валентности и не имеет постоянного состава. Рассмотрим наиболее важные химические соединения, образующиеся в сплавах.

7.2.1.Фазы внедрения . Переходные металлы (Fe, Mn, Cr, Mo и др.) образуют с углеродом, азотом, бором и водородом, т.е. с элементами, имеющими малый атомный радиус, соединения: карбиды, нитриды, бориды и гидриды. Они имеют общность строения и свойств и часто называются фазами внедрения.

Фазы внедрения имеют формулу М 4 Х (Fe 4 N, Mn 4 N и др.), M 2 X (W 2 C, Fe 2 N и др.), MX (WC, TiC,TiN и др.).

Кристаллическая структура фаз внедрения определяется соотношением атомных радиусов неметалла (R x) и металла (R M). Если R x / R M <59, то атомы в этих фазах расположены по типу одной из кристаллических решеток: кубической или гексагональной, в которую внедряются атомы неметалла, занимая в ней определенные поры.

Фазы внедрения являются фазами переменного состава. Карбиды и Нитриды обладают высокой твердостью. Кристаллическая решетка фаз внедрения отличается от решетки металла.

7.2.2. Электронные соединения (фазы Юм-Розери). Эти соединения чаще образуются между одновалентными (Cu, Ag, Au, Li, Na) металлами или металлами переходных групп (Fe, Mn, Co и др.), с одной стороны, и с простыми металлами с валентностью от 2 до 5 (Be,

Mg, Zn, Cd, Al и др.), с другой стороны. Соединения этого типа имеют определенное соотношение числа валентных электронов к числу атомов, т.е. определенную электронную концентрацию. Эти соотношения, как показал английский металлофизик Юм-Розери, могут быть 3/2, 21/13 и 7/4, причем каждому соотношению соответствует определенная кристаллическая решетка: объемно центрированная кубическая или гексагональная решетка, сложная кубическая решетка и гранецентрированная кубическая решетка, соответственно.

7.2.3.Фазы Лавеса . Эти фазы имеют формулу АВ 2 и образуются между элементами, атомные диаметры которых находятся примерно в соотношении 1: 1,2. Например, MgZn 2 , TiCr 2 и др. Фазы Лавеса встречаются как упрочняющие интерметаллиды в жаропрочных сплавах.

Твердые растворы

Твердыми растворами называют фазы, в которых один из компонентов сплава сохраняет свою кристаллическую решетку, а атомы других (или другого) компонентов располагаются в решетке первого компонента (растворителя), изменяя ее размеры. Таким образом, твердый раствор, состоящий из нескольких компонентов, имеет один тип решетки и представляет собой одну фазу. Кроме того, твердый раствор существует не при определенном соотношении компонентов (как в химическом соединении), а в интервале концентраций.

Различают твердые растворы .

При образовании твердых растворов замещения атомы растворенного компонента замещают часть атомов растворителя в его кристаллической решетке (рис.26, б ).

При образовании твердого раствора внедрения (рис.26, в ) атомы растворенного компонента располагаются в межузлиях (пустотах) кристаллической решетки растворителя.

Рис.26. Кристаллическая решетка ОЦК: а - чистый металл, б - твердый раствор замещения, в - твердый раствор внедрения; А - атомы основного металла, В – атомы замещения, С – атомы внедрения.

Металлы могут в той или иной степени взаимно растворяться друг в друге в твердом состоянии, образуя твердые растворы замещения с ограниченной или неограниченной растворимостью. Твердые растворы с неограниченной растворимостью образуются при следующих условиях:

1) Компоненты должны обладать одинаковыми по типу (изоморфными) кристаллическими решетками.

2) Различие в атомных размерах компонентов должно быть незначительным и не превышать 10-15%.

3) Компоненты должны принадлежать к одной и той же (или родственной) группе периодической системы элементов.

В некоторых сплавах (например, Cu-Au, Fe-Al), образующих при высоких температурах растворы замещения (с неупорядоченным чередованием атомов компонентов), при медленном охлаждении или длительном нагреве при определенных температурах протекает процесс перераспределения атомов. Твердые растворы, устойчивые при сравнительно низких температурах, получили название упорядоченных твердых растворов, или сверхструктур . Упорядоченные твердые растворы можно рассматривать как промежуточные фазы между твердыми растворами и химическими соединениями. В отличие от химических соединений кристаллическая решетка упорядоченных твердых растворов представляет собой решетку растворителя. Образование упорядоченных твердых растворов сопровождается изменением физических и механических свойств. Прочность обычно возрастает, а пластичность падает.

Способность к образованию твердых растворов присуща не только чистым элементам, но и химическим соединениям. В этих случаях сохраняется кристаллическая решетка химического соединения, но избыточное количество атомов одного из компонентов может заменять какое-то количество атомов другого компонента. Кроме того, при этом в отдельных узлах могут появляться незанятые места – пустоты. Твердые растворы на базе химических соединений, образование которых сопровождается появлением пустых мест в узлах решетки, называются растворами вычитания.

РЕЗЮМЕ

Под сплавом подразумевают вещество, полученное сплавлением двух или более элементов.

Совокупность фаз, находящихся в состоянии равновесия, называют системой . Фазой называют однородные составные части системы, имеющие одинаковый состав, кристаллическое строение и свойства, одно и то же агрегатное состояние и отделенные от составных частей поверхности раздела. Под структурой понимают форму, размеры и характер взаимного расположения фаз в металлах и сплавах. Компоненты в сплаве могут образовывать механические смеси, химические соединения или твердые растворы.

Механическая смесь двух компонентов образуется тогда, когда они не способны к взаимному растворению в твердом состоянии и не вступают в химическую реакцию с образованием соединения.

Химические соединения образуются между компонентами, имеющими большое различие в электронном строении атомов и кристаллических решеток. Строение и свойства химического соединения отличаются от строения и свойств создавших его компонентов.

Наиболее важные химические соединения, образующиеся в сплавах:

Фазы внедрения

Электронные соединения (фазы Юм-Розери)

Фазы Лавеса

Твердыми растворами называют фазы, в которых один из компонентов сплава сохраняет свою кристаллическую решетку, а атомы других (или другого) компонентов располагаются в решетке первого компонента (растворителя), изменяя ее размеры.

Различают твердые растворы замещения, внедрения и вычитания .

Вопросы для повторения

1. Что такое сплав?

2. Дать определение терминам «фаза», «система», «структура».

3. Когда в сплаве образуется механическая смесь компонентов, а когда - химическое соединение?

4. Что такое твердые растворы? Какие виды твердых растворов Вы знаете?

8. ДИАГРАММЫ СОСТОЯНИЯ

Диаграмма состояния представляет собой графическое изображение состояния сплава. Диаграммы состояния строят для условий равновесия или условий, достаточно близких к ним. Поэтому диаграмма состояния может также называться диаграммой равновесия.

Равновесное состояние соответствует минимальному значению свободной энергии. Этого состояния можно достичь при отсутствии перегрева или переохлаждения сплава. Диаграмма состояния представляет собой теоретический случай, т.к. равновесные превращения (без переохлаждения или перегрева) на практике не могут совершать-

ся. Обычно на практике используются превращения, происходящие при малых скоростях нагрева или охлаждения.

Общие закономерности сосуществования устойчивых фаз могут быть выражены в математической форме в виде правила фаз или закона Гиббса.

Правило фаз дает количественную зависимость между степенью свободы системы и количеством фаз компонентов.

Под числом степеней свободы (вариантностью) системы понимают число внешних и внутренних факторов (температура, давление, концентрация), которое можно изменять без изменения числа фаз в системе.

Правило фаз .

С= k - f + 2

С - число степеней свободы, k - число компонентов, f – число фаз, 2 – число внешних факторов.

Правило фаз справедливо только для равновесного состояния.

Независимыми переменными в уравнении правила фаз являются концентрация, температура и давление. Если принять, что все превращения в металле происходят при постоянном давлении, то число переменных уменьшится на единицу.

С= k - f + 1

Пример. Посмотрим, как изменяется степень свободы однокомпонентной системы (k=1 ) для случая кристаллизации чистого металла. Когда металл находится в жидком состоянии, т.е. f =1 (одна фаза - жидкость), число степеней свободы равно 1. Температура в данном случае может изменяться, не изменяя агрегатного состояния. В момент кристаллизации f =2 (две фазы – твердая и жидкая), С=0 . Это значит, что две фазы находятся в равновесии при строго определенной температуре (температура плавления), и она не может быть изменена до тех пор, пока одна фаза не исчезнет, т.е. система не станет моновариантной (C=1 ).

Химия - удивительная и, признаться, запутанная наука. Почему-то ассоциируется она с яркими экспериментами, разноцветными пробирками, густыми облаками пара. Но мало кто задумывается о том, откуда же берётся это «волшебство». На самом деле ни одна реакция не проходит без образования соединений между атомами реагентов. Более того, эти «перемычки» иногда встречаются и в простых элементах. Они влияют на способность веществ вступать в реакции и объясняют некоторые их физические свойства.

Какие же бывают виды химических связей и как они влияют на соединения?

Теория

Начинать надо с самого простого. Химическая связь - это взаимодействие, при котором атомы веществ соединяются и образуют более сложные вещества. Ошибочно полагать, что это свойственно только соединениям вроде солей, кислот и оснований - даже простые вещества, молекулы которых состоят из двух атомов, имеют эти «перемычки», если так можно условно назвать связь. Кстати, важно запомнить, что объединиться могут только атомы, имеющие разные заряды (это основы физики: одинаково заряженные частицы отталкиваются, а противоположные -- притягиваются), так что в сложных веществах всегда найдётся катион (ион с положительным зарядом) и анион (отрицательная частица), а само соединение всегда будет нейтральным.

Теперь попробуем разобраться в том, как происходит образование химической связи.

Механизм образования

У любого вещества есть определённое количество электронов, распределённых по энергетическим слоям. Самым уязвимым считается внешний слой, на котором обычно находится самое малое количество этих частиц. Узнать их число можно, посмотрев на номер группы (строка с цифрами от одного до восьми в верхней части таблицы Менделеева), в которой находится химический элемент, а количество энергетических слоёв равно номеру периода (от одного до семи, вертикальная строка слева от элементов).

В идеале на внешнем энергетическом слое находятся восемь электронов. Если же их не хватает, атом старается перетянуть их у другой частицы. Именно в процессе отбора необходимых для завершения внешнего энергетического слоя электронов образуются химические связи веществ. Их число может варьироваться и зависит от количества валентных, или неспаренных, частиц (чтобы узнать, сколько их в атоме, нужно составить его электронную формулу). Число электронов, не имеющих пару, будет равно количеству образовавшихся связей.

Чуть подробнее о типах

Виды химических связей, образующихся при реакциях или же просто в молекуле какого-то вещества, целиком и полностью зависят от самого элемента. Различают три типа «перемычек» между атомами: ионный, металлический и ковалентный. Последний, в свою очередь, делится на полярный и неполярный.

Для того чтобы понять, какой связью связаны атомы, используют своеобразное правило: если элементы находятся в правой и левой частях таблицы (то есть являются металлом и неметаллом, например NaCl), то их соединение - отличный пример ионной связи. Два неметалла образуют ковалентную полярную связь (HCl), а два атома одного вещества, соединяясь в одну молекулу, - ковалентную неполярную (Cl 2 , O 2). Вышеназванные типы химических связей не подходят для веществ, состоящих из металлов, - там встречается исключительно металлическая связь.

Ковалентное взаимодействие

Как уже упоминалось ранее, виды химических связей имеют определённое влияние на вещества. Так, например, ковалентная «перемычка» очень нестойкая, из-за чего соединения с ней легко разрушаются при малейшем внешнем воздействии, нагревании например. Правда, касается это только молекулярных веществ. Те же, что имеют немолекулярное строение, практически неразрушимы (идеальный пример - кристалл алмаза - соединение атомов углерода).

Вернёмся к полярной и неполярной ковалентной связи. С неполярной всё просто - электроны, между которыми образуется «перемычка», находятся на равном расстоянии от атомов. Но во втором случае они смещаются к одному из элементов. Победителем в «перетягивании» окажется то вещество, электроотрицательность (способность привлекать электроны) которого выше. Определяется она по специальным таблицам, и чем больше разница этой величины у двух элементов, тем более полярной будет связь между ними. Правда единственное, для чего может пригодиться знание электроотрицательности элементов, - определение катиона (положительный заряд - вещество, у которого эта величина будет меньше) и аниона (отрицательная частица с лучшей способностью к привлечению электронов).

Ионная связь

Для соединения металла и неметалла подходят далеко не все типы химических связей. Как уже говорилось выше, если разница в электроотрицательности элементов огромна (а именно так бывает, когда они расположены в противоположных частях таблицы), между ними образуется ионная связь. В этом случае валентные электроны переходят от атома с меньшей электроотрицательностью к атому с большей, образуя анион и катион. Самым ярким примером подобной связи является соединение галогена и металла, например AlCl 2 или HF.

Металлическая связь

С металлами всё ещё проще. Им чужды вышеперечисленные виды химических связей, потому что у них есть собственная. Соединять она может как атомы одного вещества (Li 2), так и разных (AlCr 2), в последнем случае образуются сплавы. Если говорить о физических свойствах, то металлы совмещают в себе пластичность и прочность, то есть они не разрушаются при малейшем воздействии, а просто изменяют форму.

Межмолекулярная связь

Кстати, химические связи в молекулах тоже существуют. Они так и называются - межмолекулярными. Самый распространённый тип - водородная связь, при которой атом водорода заимствует электроны у элемента с высокой электроотрицательностью (у молекулы воды, например).

Характерные особенности химических соединений:

1. Кристаллическая решетка отличается от решеток компонентов, образующих соединение.
2. В соединении всегда сохраняется простое кратное соотношение компонентов. Это позволяет выразить их состав простой формулой AnBm, где А и В - соответствующие элементы; п и т - простые числа.
3. Свойства соединения резко отличаются от свойств образующих его компонентов.
4. Температура плавления (диссоциации) постоянная.
5. Образование химического соединения сопровождается значительным тепловым эффектом.

В отличие от твердых растворов химические соединения обычно образуются между компонентами, имеющими большое различие в электронном строении атомов и кристаллических решеток.

В качестве примера типичных химических соединений с нормальной валентностью можно указать на соединения магния с элементами IV-VI групп периодической системы: Mg2Sn, Mg2Pb, Mg2P, Mg8Sb, Mg3Bia, MgS и др.

Соединения одних металлов с другими - интерметаллиды (интерметаллических соединений).

Соединения металла с неметаллом (нитриды, карбиды, гидриды и т. д.), которые могут обладать Ме связью - металлическими соединениями.

Большое число химических соединений, образующихся в металлических сп-лавах, отличается по некоторым особенностям от типичных химических соединений, так как не подчиняется законам валентности и не имеет постоянного состава.

Фазы внедрения.

Переходные металлы (Fe, Mn, Сг, Мо и др.) образуют с углеродом, азотом, бором и водородом (имеют малый атомный радиус) соединения: карбиды, нитриды, бориды и гидриды. Они имеют общность строения и свойств.

Фазы внедрения имеют формулу М4Х (Fe4N, Mn4N и др.), М2Х (W2C, Mo2C, Fe2N и др.), MX (WC, VC, TiC, NbC, TiN, VN и др.).

Кристаллическая структура фаз внедрения определяется соотношением атомных радиусов неметалла (Rx) и металла (Rм). Если Rx/Rm < 59, то атомы металла в этих фазах расположены по типу одной из простых кристаллических решеток: кубической (К8, К12) или гексагональной (Г12), в которую внедряются атомы неметалла, занимая в ней определенные поры.

Фазы внедрения являются фазами переменного состава. Карбиды и нитриды, относящиеся к фазам внедрения, обладают высокой твердостью.

Рассмотренные выше твердые растворы внедрения образуются при значительно меньшей концентрации второго компонента (С, N, И) и имеют решетку металла растворителя, тогда как фазы внедрения получают кристаллическую решетку, отличную от решетки металла.

Если условие RX/RM < 0,59 не выполняется, как это наблюдается для карбида железа, марганца и хрома, то образуются соединения с более сложными решетками, и такие соединения нельзя считать фазами внедрения. На базе фаз внедрения легко образуются твердые растворы вычитания, называемые иногда твердыми растворами с дефектной решеткой. В твердых растворах вычитания часть узлов решетки, которые должны быть заняты атомами одного из компонентов, оказываются свободными. В избытке по сравнению со стехиометрическим соотношением МпХт имеется другой компонент.

Электронные соединения

Одновалентные Ме и неМе переходных групп соед-ся с простыми Ме с валентностью от 2 до 5 (Cu, Ag, Co, Fe). У них опр-ое отношение числа валентных е к числу атомов (е концентрации): 3/2 (1,5); 21/13 (1,62); 7/4 (1,75).

В отличие от хим. соедин. С нормальной валентностью они обр-ют тв.р-ры в широком интервале концентрации.

Фазы Лавеса.

Эти фазы имеют формулу АВ2 и образуются между компонентами типа А и В при отношении атомных диаметров DА/DB = 1,2 (чаще 1,1-1,6). Фазы Лавеса имеют плотноупакованную кристаллическую решетку гексагональную (MgZn2 и MgNi2) или гранецентрированную кубическую (MgCu2). К фазам Лавеса относятся AgBe2, CaAl2, TiBe2, TiCr2 и др. (тип MgCu2) или BaMg2, MoBe2, TiMn2 и др. (тип MgZn2).

все металлы;
многие неметаллы (инертные газы, C , Si , B , Se , As , Te ).

Из молекул состоят:

практически все органические вещества;
небольшое число неорганических: простые и сложные газы (H 2 , O 2 , O 3 , N 2 , F 2 , Cl 2 , NH 3 , CO , CO 2 , SO 3 , SO 2 , N 2 O , NO , NO 2 , H 2 S ), а также H 2 O , Br 2 , I 2 и некоторые другие вещества.

Из ионов состоят:

все соли;
многие гидроксиды (основания и кислоты).

Состоят из атомов или молекул, – из молекул или ионов. Молекулы простых веществ состоят из одинаковых атомов, молекулы сложных веществ – из различных атомов.

Закон постоянства состава

Закон постоянства состава был открыт Ж. Прустом в 1801 году:

Всякое вещество, независимо от способа его получения, имеет постоянный качественный и количественный состав.

К примеру, оксид углерода СО 2 можно получить несколькими способами:

С + O 2 = t = CO 2
MgCO 3 +2HCl = MgCl 2 + H 2 O +CO 2
2CO + O 2 = 2CO 2
CaCO 3 = t = CaO + CO 2

Однако, независимо от способа получения, молекула СО 2 всегда имеет один и тот же состав : 1 атом углерода и 2 атома кислорода.

Важно помнить:

Обратное утверждение, что определенному составу отвечает определенное соединение , неверно . К примеру, диметиловый эфир и этиловый спирт имеют одинаковый качественный и количественный состав, отраженный в простейшей формуле С 2 Н 6 О , однако они являются различными веществами, так как имеют различное строение. Их рациональные формулы в полуразвернутом виде будут разными:

СН 3 – О – СН 3 (диметиловый эфир);
СН 3 – СН 2 – ОН (этиловый спирт).

Закон постоянства состава строго применим лишь к соединениям с молекулярной структурой (дальтонидам ). Соединения с немолекулярной структурой (бертоллиды ) часто имеют переменный состав.

Химический состав сложных веществ и механических смесей

Сложное вещество (химическое соединение) – это вещество, состоящее из атомов различных химических веществ.

Основные признаки химического соединения:

Однородность;
Постоянство состава;
Постоянство физических и химических свойств;
Выделение или поглощение при образовании;
Невозможность разделения на составные части физическими методами.

В природе нет абсолютно чистых веществ. В любом веществе имеется хотя бы ничтожный процент примесей. Поэтому на практике всегда имеют дело с механическими смесями веществ. Однако, если содержание одного вещества в смеси значительно превосходит содержание всех остальных, то условно считается, что такое вещество является индивидуальным химическим соединением .

Допустимое содержание примесей в веществах, выпускаемых промышленностью, определяется стандартами и зависит от марки вещества.

Общепринята следующая маркировка веществ:

техн – технический (в своем составе может иметь до 20%; примесей);
ч – чистый;
чда – чистый для анализа;
хч – химически чистый;
осч – особой чистоты (допустимая норма примесей в составе – до 10 -6 % ).

Вещества, образующие механическую смесь, называются компонентами. При этом вещества, масса которых составляет большую часть от массы смеси, называют основными компонентами , а все остальные вещества, образующие смесь – примесями .

Отличия механической смеси от химического соединения:

Любую механическую смесь можно разделить на составные части физическими методами, основанными на различии плотностей , температур кипения и плавления , растворимости , намагничиваемости и других физических свойств компонентов, образующих смесь (например, смесь древесных и железных опилок можно разделить с помощью Н 2 О или магнита);
Непостоянство состава;
Непостоянство физических и химических свойств;
Неоднородность (хотя смеси газов и жидкостей могут быть однородны, к примеру – воздух).
При образовании механической смеси не происходит выделения и поглощения энергии.

Промежуточное положение между механическими смесями и химическими соединениями занимают растворы:

Как и для химических соединений, для растворов характерна:

однородность;
выделение или поглощение теплоты при образовании раствора.

Как и для механических смесей, для растворов характерна:

легкость разделения на исходные вещества физическими методами (например, выпариванием раствора поваренной соли, можно получить отдельно Н 2 О и NaCl );
непостоянство состава – их состав может меняться в широких пределах.

Химический состав по массе и по объему

Состав химических соединений, а также состав смесей различных веществ и растворов выражают в массовых долях (массовых %), а состав смесей жидкостей и газов, кроме того, в объемных долях (объемных %).

Состав сложного вещества, выраженный через массовые доли химических элементов, называется составом вещества по массе.

Например, состав Н 2 О по массе:

То есть, можно сказать, что химический состав воды (по массе): 11,11% водорода и 88,89% кислорода.

Массовая доля компонента в механической смеси (W) – это число, показывающую, какую часть смеси составляет масса компонента от общей массы смеси, принятой за единицу или 100%.

W 1 = m 1 /m (cм.) , m (см.) = m 1 + m 2 + …. mn,

Где m 1 – масса 1-го (произвольного)компонента, n – число компонентов смеси, m 1 … m n – массы компонентов, образующих смесь, m (cм.) – масса смеси.

Например, массовая доля основного компонента :

W (осн. комп) = m (осн. комп) / m (см.)

Массовая доля примеси:

W (прим.) = m (прим) /m (см.)

Сумма массовых долей всех компонентов, образующих смесь равна 1 или 100% .

Объемная доля газа (или жидкости) в смеси газов (или жидкостей) – это число, показывающее, какую часть по объему составляет объем данного газа (или жидкости) от общего объема смеси, принятого за 1 или за 100% .

Состав смеси газов или жидкостей, выраженный в объемных долях, называется составом смеси по объему .

Например, состав смеси сухого воздуха :

По объему: W об ( N2) = 78,1% , W об (O2) = 20,9%
По массе: W (N2) = 75,5% , W ( O2) = 23,1%

Этот пример наглядно демонстрирует, что во избежание путаницы, корректно будет всегда указывать, по массе или по объему указано содержание компонента смеси, ведь эти цифры всегда отличаются: по массе в воздушной смеси кислорода получается 23,1 % , а по объему – всего 20,9%.

Растворы можно рассматривать как смеси из растворенного вещества и растворителя. Поэтому их химический состав, как и состав любой смеси, можно выражать в массовых долях компонентов:

W (раств. в-ва) = m (раств. в-ва) /m (р-ра) ,

где

m (р-ра) = m (раств. в-ва) + m (растворителя)

или

m (р-ра) = p (р-ра)· V (р-ра)

Состав раствора , выраженный через массовую долю растворенного вещества (в % ), называется процентной концентрацией этого раствора.

Состав растворов жидкостей в жидкостях (например, спирта в воде, ацетона в воде) удобнее выражать в объемных долях:

W об % (раств. ж) = V (раств.ж) · V (р-ра) ·100% ;

где

V (р-ра) = m (р-ра) /p (р-ра)

или приближенно

V (р-ра) ≈ V (H2O) + V (раств. ж)

Например, содержание спирта в винно-водочных изделиях указывают не в массовых, а в объемных долях (% ) и называют эту цифру крепостью напитка.

Состав растворов твердых веществ в жидкостях или газов в жидкостях в объемных долях не выражают.

Химическая формула, как отображение химического состава

Качественный и количественный состав вещества отображают с помощью химической формулы . К примеру, карбонат кальция имеет химическую формулу «CaCO 3 » . Из этой записи можно почерпнуть следующую информацию:

Количество молекул – 1 .
Количество вещества – 1 моль .
Качественный состав (какие химические элементы образуют вещество) – кальций, углерод, кислород.
Количественный состав вещества:

Число атомов каждого элемента в одной молекуле вещества: молекула карбоната кальция состоит из 1 атома кальция , 1 атома углерода и 3 атомов кислорода .
Число молей каждого элемента в 1 моле вещества: В 1 моль СаСО 3 (6,02 ·10 23 молекулах) содержится 1 моль (6,02 ·10 23 атомов) кальция , 1 моль (6,02 ·10 23 атомов) углерода и 3 моль (3·6,02·10 23 атомов) химического элемента кислорода )

Массовый состав вещества:

Масса каждого элемента в 1 моле вещества: 1 моль карбоната кальция (100г) содержит химических элементов: 40г кальция , 12г углерода , 48г кислорода .
Массовые доли химических элементов в веществе (состав вещества в процентах по массе):

W (Ca) = (n (Ca) ·Ar (Ca))/Mr (CaCO3) = (1·40)/100= 0,4 (40%)

W (C) = (n (Ca) ·Ar (Ca))/Mr (CaCO3) = (1·12)/100= 0,12 (12%)

W (О) = (n (Ca) ·Ar (Ca))/Mr (CaCO3) = (3·16)/100= 0,48 (48%)

Для вещества с ионной структурой (соли, кислоты, основания) – формула вещества дает информацию о числе ионов каждого вида в молекуле, их количестве и массе ионов в 1 моль вещества :

Молекула СаСО 3 состоит из иона Са 2+ и иона СО 3 2-
1 моль (6,02·10 23 молекул) СаСО 3 содержит 1 моль ионов Са 2+ и 1 моль ионов СО 3 2- ;
1 моль (100г) карбоната кальция содержит 40г ионов Са 2+ и 60г ионов СО 3 2- ;

Список литературы:

Классификация веществ Все вещества можно разделить на простые состоящие из атомов одного элемента и сложные – состоящие из атомов различных элементов. Простые вещества делятся на металлы и неметаллы: Металлы – s и d элементы. Неметаллы – p элементы. Сложные вещества делятся на органические и неорганические.

Свойства металлов определяются способностью атомов отдавать свои электроны. Характерный тип химической связи для металлов – металлическая связь. Она характеризуется такими физическими свойствами: ковкость, тягучесть, теплопроводность, электропроводность. При комнатных условиях все металлы кроме ртути находятся в твердом состоянии.

Свойства неметаллов определяются способностью атомов легко принимать электроны и плохо отдавать свои. Неметаллы обладают противоположными металлам физическими свойствами: их кристаллы хрупкие, отсутствует «металлический» блеск, низкие значения теплои электропроводности. Часть неметаллов при комнатных условиях газообразна.

Классификация органических соединений. По строению углеродного скелета: Насыщенные/ненасыщенные Линейные/разветвленные/циклические По наличию функциональных групп: Спирты Кислоты Простые и сложные эфиры Углеводы Альдегиды и кетоны

Оксиды – сложные вещества, молекулы которых состоят из двух элементов, один из которых – кислород в степени окисления -2. Оксиды делятся на солеобразующие и несолеобразующие(безразличные). Солеобразующие оксиды делятся на основные, кислотные и амфотерные.

Основные оксиды – это оксиды, образующие в реакциях с кислотами или кислотными оксидами соли. Основные оксиды образуются металлами с невысокой степенью окисления (+1, +2) – это элементы 1 й и 2 й групп периодической таблицы. Примеры основных оксидов: Na 2 O, Ca. O, Mg. O, Cu. O. Примеры реакций образования солей: Cu. O + 2 HCl Cu. Cl 2 + H 2 O, Mg. O + CO 2 Mg. CO 3.

Основные оксиды Оксиды щелочных и щелочноземельных металлов реагируют с водой, образуя основания: Na 2 O + H 2 O 2 Na. OH Ca. O + H 2 O Ca(OH)2 Оксиды других металлов с водой не реагируют, соответствующие основания получаются косвенным путем.

Кислотные оксиды – это оксиды, образующие в реакциях с основаниями или с основными оксидами соли. Кислотные оксиды образуются элементами – неметаллами и d – элементами в высоких степенях окисления (+5, +6, +7). Примеры кислотных оксидов: N 2 O 5, SO 3, CO 2, Cr. O 3, V 2 O 5. Примеры реакций кислотных оксидов: SO 3 + 2 KOH K 2 SO 4 + H 2 O Ca. O + CO 2 Ca. CO 3

Кислотные оксиды Часть кислотных оксидов реагирует с водой с образованием соответствующих кислот: SO 3 + H 2 O H 2 SO 4 N 2 O 5 + H 2 O 2 HNO 3 Другие кислотные оксиды напрямую с водой не реагируют (Si. O 2 , Te. O 3 , Mo. O 3 , WO 3), соответствующие кислоты получаются косвенным путем. Один из способов получения кислотных оксидов – отнятие воды от соответствующих кислот. Поэтому кислотные оксиды иногда называются «ангидридами» .

Амфотерные оксиды обладают свойствами и кислотных и основных оксидов. С сильными кислотами такие оксиды реагируют как основные, а с сильными основаниями как кислотные: Sn. O + H 2 SO 4 Sn. SO 4 + H 2 O Sn. O + 2 KOH + H 2 O K 2

Способы получения оксидов Окисление простых веществ: 4 Fe + 3 O 2 2 Fe 2 O 3, S + O 2 SO 2. Горение сложных веществ: CH 4 + 2 O 2 CO 2 + 2 H 2 O, 2 SO 2 + O 2 2 SO 3. Термическое разложение солей, оснований и кислот. Примеры соответственно: Ca. CO 3 Ca. O + CO 2, Cd(OH)2 Cd. O + H 2 O, H 2 SO 4 SO 3 + H 2 O.

Номенклатура оксидов Название оксида строится по формуле «оксид + название элемента в родительном падеже» . Если элемент образует несколько оксидов, то после названия в скобках указывают степень окисления элемента. Например: CO – оксид углерода (II), CO 2 – оксид углерода (IV), Na 2 O – оксид натрия. Иногда вместо степени окисления в названии указывается число атомов кислорода: монооксид, диоксид, триокид и т. д.

Гидроксиды – соединения, содержащие в своем составе гидроксогруппу (-OH). В зависимости от прочности связей в ряду Э-O-H гидроксиды делятся на кислоты и основания: У кислот самая слабая связь O-H, поэтому при их диссоциации образуется Э-О- и H+. У оснований самая слабая связь Э-О, поэтому при диссоциации образуются Э+ и OH-. У амфотерных гидроксидов может быть разорвана любая из этих двух связей, в зависимости от природы вещества, с которым реагирует гидроксид.

Кислоты Термин «кислота» в рамках теории электролитической диссоциации имеет следующее определение: Кислоты – это вещества, диссоциирующие в растворах с образованием катионов водорода и анионов кислотного остатка. HA H++AКислоты делятся на сильные и слабые (по способности к диссоциации), на одно-, двух-, и трехосновные (по количеству содержащихся атомов водорода) и на кислородсодержащие и бескислородные. Например: H 2 SO 4 – сильная, двухосновная, кислородсодержащая.

Химические свойства кислот 1. Взаимодействие с основаниями с образованием соли и воды (реакция нейтрализации): H 2 SO 4 + Cu (OH)2 Cu. SO 4 + 2 H 2 O. 2. Взаимодействие с основными и амфотерными оксидами с образованием солей и воды: 2 HNO 3 + Mg. O Mg(NO 3)2 + H 2 O, H 2 SO 4 + Zn. O Zn. SO 4 + H 2 O.

Химические свойства кислот 3. Взаимодействие с металлами. Металлы, стоящие в “Ряду напряжений” до водорода, вытесняют водород из растворов кислот (кроме азотной и концентрированной серной кислот); при этом образуется соль: Zn + 2 HCl Zn. Cl 2 + H 2 Металлы, находящиеся в “Ряду напряжений” после водорода, водород из растворов кислот не вытесняют Cu + 2 HCl ≠.

Химические свойства кислот 4. Некоторые кислоты при нагревании разлагаются: H 2 Si. O 3 H 2 O + Si. O 2 5. Менее летучие кислоты вытесняют более летучие кислоты из их солей: H 2 SO 4 конц + Na. Clтв Na. HSO 4 + HCl 6. Более сильные кислоты вытесняют менее сильные кислоты из растворов их солей: 2 HCl + Na 2 CO 3 2 Na. Cl + H 2 O + CO 2

Номенклатура кислот Названия бескислородных кислот составляют, добавляя к корню русского названия кислотообразующего элемента (или к названию группы атомов, например, CN – циан, CNS – родан) суффикс «-о-» , окончание «водородная» и слово «кислота» . Например: HCl – хлороводородная кислота H 2 S – сероводородная кислота HCN – циановодородная кислота

Номенклатура кислот Названия кислородсодержащих кислот образуются по формуле «название элемента» + «окончание» + «кислота» . Окончание меняется в зависимости от степени окисления кислотообразующего элемента. Окончания «–овая» / «-ная» используются для высших степеней окисления. HCl. O 4 – хлорная кислота. Затем используются окончание «–оватая» . HCl. O 3 – хлорноватая кислота. Затем используется окончание «–истая» . HCl. O 2 – хлористая кислота. Наконец, последнее окончание «-оватистая» HCl. O – хлорноватистая кислота.

Номенклатура кислот Если элемент образует всего две кислородсодержащие кислоты (например сера), то для высшей степени окисления используется окончание «–овая» / «- ная» , а для более низкой окончание «-истая» . Пример для кислот серы: H 2 SO 4 – серная кислота H 2 SO 3 – сернистая кислота

Номенклатура кислот Если один кислотный оксид присоединяет различное количество молекул воды при образовании кислоты, то кислота, содержащая большее количество воды обозначается приставкой «орто-» , а меньшее «мета-» . P 2 O 5 + H 2 O 2 HPO 3 - метафосфорная кислота P 2 O 5 + 3 H 2 O 2 H 3 PO 4 - ортофосфорная кислота.

Основания Термин «основание» в рамках теории электролитической диссоциации имеет следующее определение: Основаниями – это вещества, диссоциирующие в растворах с образованием гидроксид - ионов (OH‾) и ионов металлов. Основания классифицируются на слабые и сильные(по способности к диссоциации), на одно-, двух-, трехкислотные (по количеству гидроксогрупп, которые могут заместиться на кислотный остаток) на растворимые (щелочи) и нерастворимые(по способности растворяться в воде). Например, KOH – сильное, однокислотное, растворимое.

Химические свойства оснований 1. Взаимодействие с кислотами: Ca(OH)2 + H 2 SO 4 Ca. SO 4 + H 2 O 2. Взаимодействие с кислотными оксидами: Ca(OH)2 + CO 2 Ca. CO 3 + H 2 O 3. Взаимодействие с амфотерными оксидами: 2 KOH + Sn. O + H 2 O K 2

Химические свойства оснований 4. Взаимодействие с амфотерными основаниями: 2 Na. OH + Zn(OH)2 Na 2 5. Термическое разложение оснований с образованием оксидов и воды: Ca(OH)2 Ca. O + H 2 O. Гидроксиды щелочных металлов при нагревании не распадаются. 6. Взаимодействие с амфотерными металлами (Zn, Al, Pb, Sn, Be): Zn + 2 Na. OH + 2 H 2 O Na 2 + H 2

Номенклатура оснований Название основания образуется по формуле «гидроксид» + «название металла в родительном падеже» . Если элемент образует несколько гидроксидов, то в скобках указывается его степень окисления. Например Cr(OH)2 – гидроксид хрома (II), Cr(OH)3 – гидроксид хрома (III). Иногда в названии приставкой к слову «гидроксид» указывается количество гидроксогрупп – моногидроксид, дигидроксид, тригидроксид, и т. д.

Соли Термин «основание» в рамках теории электролитической диссоциации имеет следующее определение: Соли - это вещества, диссоциирующие в растворах или в расплавах с образованием положительно заряженных ионов, отличных от ионов водорода, и отрицательно заряженных ионов, отличных от гидроксид – ионов. Соли рассматриваются как продукт частичного или полного замещения атомов водорода на атомы металла или гидроксогрупп на кислотный остаток. Если замещение происходит полностью, то образуется нормальная (средняя) соль. Если замещение происходит частично, то такие соли называются кислыми(имеются атомы водорода), либо основными (имеются гидроксогруппы).

Химические свойства солей 1. Соли вступают в реакции ионного обмена, если при этом образуется осадок, слабый электролит или выделяется газ: с щелочами реагируют соли, катионам металлов которых соответствуют нерастворимые основания: Cu. SO 4 + 2 Na. OH Na 2 SO 4 + Cu (OH)2↓ с кислотами взаимодействуют соли: а) катионы которых образуют с анионом новой кислоты нерастворимую соль: Ba. Cl 2 + H 2 SO 4 Ba. SO 4↓ + 2 HCl б) анионы которой отвечают неустойчивой угольной или какойлибо летучей кислоте (в последнем случае реакция проводится между твердой солью и концентрированной кислотой): Na 2 CO 3 + 2 HCl 2 Na. Cl + H 2 O + CO 2, Na. Clтв + H 2 SO 4 конц Na. HSO 4 + HCl;

Химические свойства солей в) анионы которой отвечают малорастворимой кислоте: Na 2 Si. O 3 + 2 HCl H 2 Si. O 3↓ + 2 Na. Cl г) анионы которой отвечают слабой кислоте: 2 CH 3 COONa + H 2 SO 4 Na 2 SO 4 + 2 CH 3 COOH 2. cоли взаимодействуют между собой, если одна из образующихся новых солей нерастворима или разлагается (полностью гидролизуется) с выделением газа или осадка: Ag. NO 3 + Na. Cl Na. NO 3+ Ag. Cl↓ 2 Al. Cl 3 + 3 Na 2 CO 3 + 3 H 2 O 2 Al (OH)3↓ + 6 Na. Cl + 3 CO 2

Химические свойства солей 3. Соли могут вступать во взаимодействие с металлами, если металл, которому соответствует катион соли, находится в“Ряду напряжений “правее реагирующего свободного металла (более активный металл вытесняет менее активный металл из раствора его соли): Zn + Cu. SO 4 Zn. SO 4 + Cu 4. Некоторые соли разлагаются при нагревании: Ca. CO 3 Ca. O + CO 2 5. Некоторые соли способны реагировать с водой и образовывать кристаллогидраты: Cu. SO 4 + 5 H 2 O Cu. SO 4*5 H 2 O

Химические свойства солей 6. Соли подвергаются гидролизу. Подробно этот процесс будет рассмотрен в дальнейших лекциях. 7. Химические свойства кислых и основных солей отличаются от свойств средних солей тем, что кислые соли вступают также во все реакции, характерные для кислот, а основные соли вступают во все реакции, характерные для оснований. Например: Na. HSO 4 + Na. OH Na 2 SO 4 + H 2 O, Mg. OHCl + HCl Mg. Cl 2 + H 2 O.

Получение солей 1. Взаимодействие основного оксида с кислотой: Cu. O + H 2 SO 4 Cu. SO 4 + H 2 O 2. Взаимодействие металла с солью другого металла: Mg + Zn. Cl 2 Mg. Cl 2 + Zn 3. Взаимодействие металла с кислотой: Mg + 2 HCl Mg. Cl 2 + H 2 4. Взаимодействие основания с кислотным оксидом: Ca(OH)2 + CO 2 Ca. CO 3 + H 2 O 5. Взаимодействие основания с кислотой: Fe(OH)3 + 3 HCl Fe. Cl 3 + 3 H 2 O

Получение солей 6. Взаимодействие соли с основанием: Fe. Cl 2 + 2 KOH Fe(OH)2 + 2 KCl 7. Взаимодействие двух солей: Ba(NO 3)2 + K 2 SO 4 Ba. SO 4 + 2 KNO 3 8. Взаимодействие металла с неметаллом: 2 K + S K 2 S 9. Взаимодействие кислоты с солью: Ca. CO 3 + 2 HCl Ca. Cl 2 + H 2 O + CO 2 10. Взаимодействие кислотного и основного оксидов: Ca. O + CO 2 Ca. CO 3

Номенклатура солей Название средней соли формируется по следующему правилу: «название кислотного остатка в именительном падеже» + «название металла в родительном падеже» . Если металл может входить в состав соли в нескольких степенях окисления, то степень окисления указывается в скобках после названия соли.

Названия кислотных остатков. Для бескислородных кислот название кислотного остатка состоит из корня латинского названия элемента и окончания «ид» . Например: Na 2 S- сульфид натрия, Na. Cl – хлорид натрия. Для кислородсодержащих кислот название остатка состоит из корня латинского названия и нескольких вариантов окончаний.

Названия кислотных остатков. Для кислотного остатка с элементов в высшей степени окисления используется окончание «ат» . Na 2 SO 4 – сульфат натрия. Для кислотного остатка с меньшей степенью окисления (-истая кислота) используется окончание «-ит» . Na 2 SO 3 – сульфит натрия. Для кислотного остатка с еще меньшей степенью окисления (-оватистая кислота) используется приставка «гиппо-» и окончание «-ит» . Na. Cl. O – гиппохлорит натрия.

Названия кислотных остатков. Некоторые кислотные остатки называются историческими названиями Na. Cl. O 4 – перхлорат натрия. К названию кислых солей добавляется приставка «гидро» , и перед ней еще одна приставка, указывающая на число незамещенных (оставшихся) атомов водорода. Например, Na. H 2 PO 4 – дигидроортофосфат натрия. Аналогично к названию металла основных солей добавляется приставка «гидроксо-» . Например, Cr(OH)2 NO 3 – нитрат дигидроксохрома (III).

Названия и формулы кислот и их остатков Формула кислоты Кислотный остаток Название кислотного остатка 2 3 4 Азотная HNO 3 ‾ нитрат Азотистая HNO 2 ‾ нитрит Бромоводородная HBr Br ‾ бромид Йодоводородная HI I‾ йодид Кремниевая H 2 Si. O 32¯ силикат Марганцовая HMn. O 4¯ перманганат Марганцовистая H 2 Mn. O 42¯ манганат Метафосфорная HPO 3¯ H 3 As. O 43¯ Название кислоты 1 Мышьяковая метафосфат арсенат

Формула кислоты Мышьяковистая H 3 As. O 3 Ортофосфорная H 3 PO 4 Название кислоты Пирофосфорная H 4 P 2 O 7 Двухромовая Родановодородная Сернистая Фосфористая Фтороводородная (плавиковая) Хлороводородная (соляная) Хлорная Хлорноватая Хлористая Хлорноватистая Хромовая Циановодородная (синильная) H 2 Cr 2 O 7 HCNS H 2 SO 4 H 2 SO 3 H 3 PO 3 Кислотный Название кислотного остаток остатка As. O 33¯ арсенит PO 43¯ ортофосфат (фосфат) пирофосфат P 2 O 7 4 ¯ (дифосфат) Cr 2 O 72¯ дихромат CNS¯ роданид SO 42¯ сульфат SO 32¯ сульфит PO 33¯ фосфит HF F¯ HCl. O 4 HCl. O 3 HCl. O 2 HCl. O H 2 Cr. O 4 Cl¯ Cl. O 4¯ Cl. O 3¯ Cl. O 2¯ Cl. O¯ Cr. O 42¯ HCN CN¯ фторид хлорид перхлорат хлорит гипохлорит хромат цианид

Разделы