Продолжение Тема 1 Химия – наука о веществах

Химические элементы входят также в состав простых и сложных веществ. Простыми называются те вещества, которые состоят из одного типа атомов (например, кислород О₂, водород Н₂, кальций Са и др.), сложными – вещества, состоящие из разных типов атомов (например, вода Н₂О, оксид кальция СаО, гидроксид кальция Са(ОН)₂).

Таким образом, способами существования химических элементов являются атомы, простые и сложные вещества.

Все элементы обычно делят на металлы и неметаллы. Однако это деление условно.

Как впервые установил Д. И. Менделеев, наибольшее рас­пространение в природе имеют элементы «малого атомного веса (атомной массы), в организмах же исключительно преобладают легчайшие» (Н, С, N, О). В космосе также наиболее распростра­нены самые легкие элементы — водород и гелий.

Атомно-молекулярное учение.

Закон постоянства состава вещества

Идею о том, что вещества состоят из неделимых частиц – атомов, выдвигали еще мыслители древности (Аристотель, Демокрит и др.). Но с развитием науки возникало немало вопросов, относительно строения веществ. Например, было не понятно, почему вещества разные по своим свойствам, что лежит в основе строения веществ, или, почему одни вещества способны вступать в химические реакции, а другие нет. Почти 2000 лет понадобилось ученым, чтобы дать ответы на эти, кажущие нам сейчас очевидными, вопросы.

В 1741 году великий русский ученый М.В. Ломоносов опубликовал основные положения атомно-молекулярного учения. Современная формулировка этих положений звучит так:

1. Все вещества состоят из молекул.
2. Молекулы состоят из атомов.
3. Частицы – молекулы и атомы – находятся в непрерывном движении.
4. Молекулы простых веществ состоят из одинаковых атомов, молекулы сложных веществ – из различных атомов.
5. При химических реакциях молекулы одних веществ превращаются в молекулы других веществ. Атомы при химических реакциях не изменяются.

Из атомно-молекулярного учения вытекает закон постоянства состава вещества, который был впервые сформулирован французским ученым Ж. Прустом в 1808г:

всякое чистое вещество независимо от способа его получения всегда имеет постоянный качественный и количественный состав.

Вещества с молекулярной структурой состоят из одинаковых молекул, потому и состав таких веществ постоянен. При образовании из двух элементов нескольких соединений атомы этих элементов соединяются друг с другом в молекулы различного, но определенного состава. Например, азот с кислородом образует шесть соединений.

В начале XIX в. К. JI. Бертолле показал, что элементы могут соединяться друг с другом в разных соотно­шениях в зависимости от массы реагирующих веществ. По­лучены многочисленные соединения переменного состава: оксиды, гидриды, карбиды, вещества с ионной химической связью. Стало очевидным, что закон постоянства состава ве­ществ справедлив только для молекулярных соединений, со­единений с ковалентной связью, жидких и газообразных ве­ществ.

Вещества постоянного состава называют дальтонидами в честь английского физика и химика Дж. Дальтона, а вещест­ва переменного состава называют бертоллидами в честь французского химика К. JI. Бертолле.

Для многих соединений переменного состава установлены пределы, в которых может изменяться их состав. Например, оксид урана (IV) имеет состав UO_2.5 до UO₃, оксид ванадия (II) – от VO_0.9 до VO_1.3.

Таким образом, в формулировку закона постоянства состава вносится уточнение:

состав соединений молекулярной структуры явля­ется постоянным независимо от способа получения; состав же соединений с немолекулярной структурой (атомной, ионной и металлической решетками) не является постоянным и зависит от способа получе­ния.

Способы отображения молекул

Как было сказано выше, вещества состоят из молекул, а молекулы, в свою очередь состоят из атомов. Поэтому в химии принято отображать состав молекул, для того, чтобы лучше понять порядок соединения атомов в них.

Самым простым способом изображения молекулы являются молекулярные формулы. например, молекулярными формулами будут являться формула воды – H₂O, уксусной кислоты CH₃COOH, карбоната кальция СаСО₃, и т.д. Молекулярными формулами удобней всего записывать уравнения химических реакций. Особенно часто такие формулы используются при записи химических уравнений в неорганической химии.

Молекулярные формулы удобны в отображении химических уравнений, но они не показывают реального порядка соединения атомов в молекуле.

Такой порядок соединения отображают структурные формулы молекул. Например, структурная формула воды будет выглядеть так:

А молекула уксусной кислоты так: