Химическая картина строения материи.
Химия — наука, изучающая свойства и превращения веществ, сопровождающиеся изменением их состава и строения. Отдельные гениальные догадки о строении и свойствах вещества встречались уже в древние времена, но первый по-настоящему действенный способ определения свойств вещества был предложен во второй половине XVII века Р. Бойлем. Именно его идеи положили начало учению о составе вещества. С тех пор химия как наука активно развивается. Представления о современной химии могут быть обрисованы четырьмя концептуальными системами химических знаний.
Учение о составе вещества.
Учение о составе вещества решает три проблемы, в которые входят:
• анализ состава химического элемента;
• определение состава химического соединения;
• применение химических элементов для производства новых материалов.
Р. Бойль ввел трактовку химического элемента как «простого тела», предела химического разложения вещества. Однако в тот период еще не было известно ни одного химического элемента. Затем появились точные методы количественного анализа вещества, которые способствовали открытию химических элементов. В результате были открыты фосфор, кобальт, никель, водород, фтор, азот, хлор, марганец, кислород. Открыв кислород и определив его роль в образовании кислот, оксидов и воды, А. Лавуазье опроверг господствующую в то время в химии теорию флогистона. Он попытался систематизировать известные на тот момент химические элементы. Но построить систему таких элементов удалось лишь Д. Менделееву, доказавшему, что место химического элемента в периодической системе определяется атомной массой. Менделеев дал следующую формулировку периодического закона: свойства простых тел, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от величины атомного веса элементов. Вместе с тем дальнейшие исследования показали, что место элемента в периодической системе определяется зарядом атомного ядра. Свойства простых веществ, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от величины заряда ядра атома (порядкового номера).
Отсюда, химический элемент — это совокупность атомов, обладающих одинаковым зарядом ядра.
Во времена Менделеева было известно 62 элемента. В 30-е годы система элементов заканчивалась ураном (Z=92). К 1955 году было открыто еще девять элементов, а к 1995 — еще несколько (нобелий — 102, лоуренсий — 103, курчатовий — 104, жолиотий — 105, резерфордий — 106, борий — 107, ганий — 108, мейтнерий — 109).
Проблема химического соединения до недавнего времени особых споров не вызывала, но применение физических методов при исследованиях вещества открыло «физическую природу химизма, которая заключается во внутренних силах, объединяющих атомы в молекулы как единую квантово-механическую систему. Этими силами являются химические связи, а они представляют собой проявление волновых свойств валентных электронов».
Химические связи стали трактоваться как обменное взаимодействие электронов (перекрывание электронных облаков), что в известной мере изменило и трактовку самого понятия «молекула». Молекулой по-прежнему называется наименьшая частица вещества, способная определять его свойства и существовать самостоятельно. Но теперь в число молекул вошли ионные, атомные и металлические монокристаллы и полимеры, образованные за счет водородных связей. Химическое соединение стало определяться как качественно выявленное вещество, состоящее из одного или нескольких элементов, атомы которых за счет обменного взаимодействия объединены в частицы (молекулы, комплексы, монокристаллы и пр.).
Химия изучает процессы превращения молекул при взаимодействиях и при воздействии на них внешних факторов, во время которых образуются новые химические связи. Под химической связью понимается результат взаимодействия между атомами, выражающийся в создании их определенной конфигурации, отличающий один тип молекулы от другого. Главная черта химической связи — обобществление валентных электронов и перенос заряда, если связь образуется между разными атомами. Наиболее распространены три вида химических связей: ионная, ковалентная и водородная.
При ионной связи атом отдает другому атому один или несколько электронов, и таким образом каждый атом становится обладателем стабильного набора электронов.
При ковалентной связи двух атомов возникает обобществленная пара электронов, по одному от каждого атома. Она бывает двух видов: полярная и неполярная.
Водородная связь названа из-за атома водорода, который соединен ковалентной связью с другим атомом так, что положительно заряженной оказывается водородная часть молекулы. Этот частично положительный водородный край притягивается третьим, отрицательно заряженным атомом. Данная связь слабее, чем две предыдущие, но широко распространена в живой материи.
Химические связи можно рассматривать и с точки зрения превращения энергии: связь будет устойчивой, если при создании молекулы ее энергия меньше, чем сумма энергий составляющих ее изолированных атомов.
Если атомные конфигурации подходят друг другу, то возникает одна общая структура. Так, в частности, получается насыщенная молекула. Насыщаемость молекул определяет их постоянный состав для данного вещества и связана с валентностью - свойством атома соединяться с некоторым числом других атомов. Величина валентности зависит от числа атомов водорода (или другого одновалентного элемента), с которым соединяется атом данного элемента. Валентности определяют структурные формулы молекул и многие их свойства.
Поможем написать любую работу на аналогичную тему