Хімія




Хімічні речовини в пляшках.
Хі́мія — одна з наук про природу, яка вивчає молекулярно-атомні перетворення речовин, тобто, при яких молекули одних речовин руйнуються, а на їх місці утворюються молекули інших речовин з новими властивостями.
Завданням хімії є дослідження властивостей елементів і хімічних сполук, вивчення залежності властивостей речовин від їх складу й будови, вивчення умов перетворення одних речовин в інші, поширення хімічних речовин у природі, технологій їх одержання, механізмів взаємодії хімічних сполук, а також практичне використання хімічних реакцій.

Походження назви

Поширеною є думка, що назва «хімія» пішла від араб. کيمياء‎. У свою чергу припускають, що це арабське слово пішло від єгипетського Chemi чи Kimi (стародавня назва Єгипту), що означало «чорний» та згодом було запозичене греками. Згодом, коли Єгипет було захоплено арабами, останні запозичили це слово.
Згідно з міркуваннями грецьких фахівців, слово хімія походить від χύμα і χυμεύειν. Запис Χυμεία вперше з’являється у творі З. Панополітського “Eπι της δυνάμεως και της συστάσεως των υδάτων”. У грецькій бібліографії термін хімія та його похідні писали з υ [y] до 1828 р., а зараз роблять спроби відновити правильне історичне написання[1][2].

Розділи хімії

Основні поняття


Будова атома за моделлю Резерфорда

Атом

Докладніше: Атом
Атом — базове поняття хімії, це найменша частинка хімічного елемента, яка зберігає всі його хімічні властивості. Атом складається з щільного ядра з позитивно заряджених протонів та електрично нейтральних нейтронів, яке оточене набагато більшою хмарою негативно заряджених електронів. Коли число протонів відповідає числу електронів, атом електрично нейтральний; в іншому випадку це є іон, з певним зарядом. Атоми класифікують відповідно до числа протонів та нейтронів: число протонів визначає хімічний елемент, а число нейтронів визначає нуклід елементу.

Хімічний елемент

Докладніше: Хімічний елемент
Див. також Періодична система елементів
HHe
LiBeBCNOFNe
NaMgAlSiPSClAr
KCaScTiVCrMnFeCoNiCuZnGaGeAsSeBrKr
RbSrYZrNbMoTcRuRhPdAgCdInSnSbTeIXe
CsBa*HfTaWReOsIrPtAuHgTlPbBiPoAtRn
FrRa**RfDbSgBhHsMtDsRgCnNhFlMcLvTsOg
*LaCePrNdPmSmEuGdTbDyHoErTmYbLu
**AcThPaUNpPuAmCmBkCfEsFmMdNoLr
Хімічний елемент — тип (вид, сорт) атомів з однаковим зарядом атомних ядер (тобто однаковою кількістю протонів в ядрі атому) і певною сукупністю властивостей, але маса ядра атому хімічного елементу може бути різною, в залежності від кількості нейтронів в ньому. Сукупність атомів елементу з однаковою масою називається нуклідом, а ізотопами називаються атоми одного елементу з різними масами. Атоми даного хімічного елементу відрізняються від атомів інших елементів величиною заряду ядра, кількістю та характером розміщення електронів навколо ядра, розмірами і хімічними властивостями. У нейтрального атома число електронів на електронних оболонках дорівнює заряду ядра.

Хімічна речовина


Вода — одна з найбільш розповсюджених на Землі речовин
Докладніше: Хімічна речовина
Речовина́ — вид матерії, яка на відміну від поля, характеризується масою та складається з елементарних частинок (електронівпротонівнейтронівмезонів тощо). Характерною властивістю таких частинок є відмінні від нуля баріонний заряд або лептонний заряд. Терміном хімічна речовина позначають головним чином матерію речовину організовану в атомимолекули тощо.[3] Вся різноманітність фізичних та хімічних властивостей речовин зумовлюється взаємодією між електронами та атомними ядрами, а також між атомами, молекулами, йонами. Хімічні речовини, що складаються з атомів одного виду, є простими, з атомів різних видів — складними. Складні хімічні речовини розділяються на органічні і неорганічні.

Проста речовина

Докладніше: Проста речовина
Прості речовини — речовини молекули яких складаються з атомів одного і того самого хімічного елементу. Наприклад, до простих речовин належать воденьазотхлор та інші, бо молекули водню H2 складаються тільки з атомів водню (гідрогену), молекули азоту N2 — тільки з атомів азоту (нітрогену), молекули хлору Cl2 — тільки з атомів хлору. Молекули деяких простих речовин складаються тільки з одного атома. Наприклад, молекули гелію і аргону складаються з одного атома гелію — He та аргону — Ar. Молекули всіх інших інертних газів теж складаються з одного атома.

Складна речовина

Quinine-2D-skeletal.png

2D (зверху) та 3D (знизу) зображення молекули алкалоїдухініну
Докладніше: Складна речовина
Хімічна сполука є речовиноюмолекули якої складаються з атомів двох або більше хімічних елементів сполучених між собою тим чи іншим типом хімічного зв'язку, на відміну від простих речовин. Зазвичай це молекула, яка може визначатися певною хімічною формулою. Складних речовин незрівнянно більше, ніж простих. Якщо простих речовин тепер відомо понад 400, то складних речовин в неорганічній хімії — понад 50 тис., а в органічній хімії — близько 3 млн.

Молекула

Докладніше: Молекула
Моле́кула (новолат. molecula, зменшувально від лат. moles — маса) — здатна до самостійного існування найменша частинка простої або складної речовини, що має її основні хімічні властивості, які визначаються її складом та будовою. Молекула складається з атомів, а якщо точніше, то з атомних ядер, оточених певним числом внутрішніх електронів, та зовнішніх валентних електронів, які утворюють хімічні зв'язки. Внутрішні електрони атомів, зазвичай, не беруть участі в утворенні хімічних зв'язків. Склад та будова молекул речовини не залежать від способу її отримання. У випадку одноатомних молекул (наприклад, інертних газів) поняття молекули й атома збігаються.

Хімічний зв'язок

Докладніше: Хімічний зв'язок
Хімічнний зв'язок — це взаємодія між атомами, яка утримує їх у молекулі чи твердому тілі. Хімічний зв'язок є результатом складної взаємодії електронів та ядер атомів і описуються квантовою механікою.

Кількість речовини

Докладніше: Кількість речовини
Кількість речови́ни — фізична величина, що характеризує кількість однотипних структурних одиниць (часток). Під структурними одиницями розуміються будь-які частки, з яких складається речовина (атомимолекулиіониелектрони або будь-які інші частки). В міжнародній системі одиниць СІ кількість речовини поряд з масою (яка теж фактично корелює з кількістю частинок) належить до основних одиниць окремого типу[4]. Таким чином, кількість речовини в системі СІ не може бути виражена через інші базові одиниці. Одиниця кількості речовини називається моль. Моль дорівнює кількості речовини системи, яка містить стільки ж частинок, скільки міститься атомів у 0,012 кг вуглецю-12.

Хімічні властивості

Хімічні властивості — властивості речовин, що стосуються хімічних процесів, тобто це такі властивості, які проявляються в ході хімічної реакції. До хімічних властивостей відноситься здатність реагувати з іншими речовинами, а також схильність до розкладу. Хімічні властивості речовини залежать не лише від кількісного та якісного складу, тобто з яких і скількох атомів хімічних елементів вона складається, але й від хімічної структури молекул речовини (структура ізомерія) та від просторової конфігурації молекул (конформація та стереоізомерія).

Хімічні реакції


Білий «дим», що утворюється в місці зустрічі газоподібних соляної кислоти та аміаку, є продуктом реакції останніх — хлоридом амонію
Докладніше: Хімічні реакції
Хімічна реакція, або хімічне перетворення — це перетворення речовин, при якому молекули одних речовин руйнуються і на їхньому місці утворюються молекули інших речовин з іншим атомним складом. Хімічні реакції можна зображувати хімічними рівняннями. Реакції супроводжуються розривом старих та утворенням нових хімічних зв'язків.

Рівновага

Докладніше: Рівновага
Хімічна рівновага — це термодинамічна рівновага у відкритих системах, коли кількість молів кожного з компонентів, що складають систему, залишається незмінною. Такої рівноваги системи набуває, коли швидкість прямої реакції дорівнює швидкості зворотної реакції.

Енергія

Докладніше: Енергія

Хімічні закони

та інші.

Термодинамічна фаза

Термодинамі́чна фа́за — термодинамічно рівноважний стан речовини, відмінний за своїми фізичними властивостями від інших станів тієї ж речовини. Різні фази мають різні упаковки молекул (для кристалічних фаз, різні кристалічні ґратки), і, отже, різні значення коефіцієнта стисливостікоефіцієнта теплового розширення та інші сприйнятливості. Крім того, різні фази можуть мати різні електричні (сегнетоелектрики), магнітні (феромагнетики), та оптичні властивості (наприклад, твердий кисень).

Зелена хімія

Докладніше: Зелена хімія
Зелена хімія — це філософія хімічних досліджень та інженерії, що закликає до створення продуктів та процесів, які дозволять мінімізувати використання та виробництво шкідливих речовин,які забруднюють навколишнє середовище. Метою зеленої хімії є зменшення забруднення та його запобігання вже на початку планування хімічних технологій тощо. Важливими принципами зеленої хімії є принцип економії атомів та проведення хімічних реакцій у воді для зменшення використання органічних розчинників.

Історія хімії

Докладніше: Історія хімії

Нобелівська премія з хімії

Нобелівська премія — це найвища нагорода в області хімії, яка присвоюється щорічно з 1901 року Шведською королівською академією наук в Стокгольмі. Всього з 1901 по 2011 рік Нобелівську премію отримали 160 осіб. Єдиним хіміком, котрий отримав дві Нобелівські премії з хімії (в 1958 та 1980 роках) був Фредерік Сенгер. Ще двоє отримали по дві Нобелівські премії з різних дисциплін — Марія Кюрі (з фізики в 1903 році та з хімії в 1911 році) та Лайнус Полінг (з хімії в 1954 році та миру в 1962 році).[5] За всю історію вручення Нобелівської премії, її отримали тільки 4 жінки: Марія КюріІрен Жоліо-КюріДороті Ходжкін та Ада Йонат.[6]

Хімія в Україні

Див. також Українські хіміки
Докладніше: Хімія в Україні
Практичне застосування хімічних знань відоме в Україні здавна, воно було пов'язане з виготовленням і використанням металів, їхніх сплавів, емалей, пороху тощо. Значну роль у розвитку хімічних наук за нових часів в Україні мали наукові товариства природознавців, які існували в ХарковіКиєві та Одесі. Математично-природописно-лікарська секція НТШ у Львові з 1897 видавала збірки, в яких були статті з хімії та української хімічної термінології.
Перші наукові дослідження з хімії провадилися на початку 19 століття в Харківському університеті (Василь КаразінФердинанд Гізе). Там таки у 1864–1887 роках Микола Бекетов вивчав термохімію та теорію розчинів, а пізніше його учні та співробітники досліджували кінетику реакційадсорбцію, топохімічний та молекулярний поліморфізм. Важливі також праці Миколи Ізмайлова з теорії кислот та основ і електролітів. Визначними вченими у Харківському університеті були Олександр Данилевський (фізіологічна хімія) та Володимир Палладін (біохімія), а досліди з органічної хімії провадили Олександр Ельтеков і Костянтин Красуський. Перший підручник фізіологічної хімії Олексія Ходнєва з Харківського університету вийшов 1847 року.
У Київському університеті важливі досліди над дисоціацією молекул провадив у 18791884 роках Микола Миколайович Каяндер, також Я. Михайленко (термодинаміка розчинів) та О. Сперанський (теорія розчинів, 1905–1919). Праці з колоїдної хімії провадив Ілля Григорович Борщов від 1869 року. Широко розвинув цю галузь хімії Антон Володимирович Думанський, який 1912 року почав викладати в Київському університеті колоїдну хімію та видав тоді монументальну монографію про колоїдні розчини. У ділянці органічної хімії в Київському університеті працювали Петро Петрович Алексєєв і Микола Андрійович Бунге та світової слави Сергій Миколайович Реформатський, який відкрив реакцію утворення β-гідроксикислот при допомозі цинк-органічних сполук, що згодом стала носити його ім'я (реакція Реформатського). У 18671889 роках Володимир Олександрович Кістяковський працював у галузі біохімії над обміном вуглеводів, зокрема глікогену.
У 18501860-их роках у Львівському університеті досліди з органічної та аналітичної хімії провадив Л. Пебаль. У 1872–1910 роках В. Радзішевський досліджував різні питання загальної та фармацевтичної хімії; важливі також праці з фізичної хімії С. Толлочка в 1905–1935 роках, а з органічної хімії — Віктора Кемули і Е. Ліннемана.
В Одеському університеті наприкінці 19 — на початку 20 століття праці з органічної хімії провадили Петро Григорович Мелікішвілі, пізніше Микола Дмитрович Зелінський, з колоїдної хімії Ф. Шведов, з фізичної хімії — О. Саханов (електрохімія неводних розчинів), А. Рабинович (аномалія провідности), О. Фрумкін (електрокапілярні явища) і Л. Писаржевський (пероксиди та надкислоти). Цей останній, працюючи в 1913–1934 роках у Дніпрі, заснував там Інститут фізичної хімії і створив основи електронної хімії і каталізу. Визначним українським біохіміком у Віденському університеті наприкінці 19 століття був І. Горбачевський, який 1882 року синтезував сечову кислоту з сечовини та гліцину.

СОЛІ

Солі – це складні речовини, які складаються з атомів металу та кислотного залишку.

1. Номенклатура.

Назва солей утворюється за схемою:
назва металічного елементу в називному відмінку + (валентність) + кислотний залишок
Якщо валентність постійна то її можна не вказувати.
Наприклад: NaCl – натрій хлорид, CuSO4 – купрум (ІІ) сульфат.

2. Способи добування солей.

  • взаємодія металів з неметалами
Ca + Cl2 → CaCl2
Zn + S → ZnS
  • взаємодія основних оксидів з кислотами
CuO + H2SO4 → CuSO4 + H2O
  • взаємодія кислотних оксидів з лугами
P2O5 + 6KOH → 2K3PO4 + 3H2O
  • взаємодія кислотних оксидів з основними
Li2O + SiO2 → Li2SiO3
  • взаємодія основ з кислотами
Ca(OH)2 + 2HNO3 → Ca(NO3)2 + 2H2O

3. Хімічні властивості солей.

  • взаємодія з металами. Метал, що входить до складу солі має бути пасивніший за метал, який вступає в реакцію (стоїть правіше в ряду активності металів)
Zn + CuSO4 → ZnSO4 + Cu
Cu + ZnSO4 → реакція не проходить
  • взаємодія з лугами проходить, якщо випадає осад
2NaOH + Fe(NO3)2 → Fe(OH)2↓ + 2NaNO3
Ba(OH)2 + Na2SO4 → 2NaOH + BaSO4
  • взаємодія з кислотами проходить якщо випадає осад або виділяється газ
Na2CO3 + 2HCl → 2NaCl + H2O + CO2
Ba(NO3)2 + H2SO4 → BaSO4↓ + 2HNO3
  • взаємодія з солями проходить, якщо випадає осад
CaCl2 + Na2CO3 → CaCO3↓ + NaCl

КИСЛОТИ

Кислоти – це складні речовини, які складаються з атомів Гідрогену, здатних заміститися на атоми металів та кислотного залишку.

1. Класифікація

За основністюЗа силоюЗа вмістом Оксигену
Одноосновні: HCl, HNO3Багатоосновні: H2SO4, H3PO4Сильні: H2SO4, HCl, HNO3Середні: H3PO4, HF
Слабкі: H2CO3, H2SiO3, H2SO3
Оксигеновмісні: H2SO3, H3PO4Безоксигенові: H2S, HBr, HI

2. Номенклатура

ФормулаСистематична назваТривіальна назваКислотний залишок
HFфториднаплавиковафторидд
HClхлориднасолянахлорид
HBrброміднабромоводневабромід
HIйодиднайодоводневайодид
H2Sсульфіднасірководневасульфід
H2SO3сульфітнасірчистасільфіт
H2SO4сульфатнасірчанасульфат
H2CO3карбонатнавугільнакарбонат
H2SiO3силікатнакремнієвасилікат
HNO2нітритнаазотистанітрит
HNO3нітратнаазотнанітрат
H3PO3фосфітнафосфіт
HPO3метафосфатнаметафосфорнаметафосфат
H3PO4ортофосфатнаортофосфорнаортофосфат
Валентність кислотного залишку дорівнює кількості атомів гідрогену

3. Способи добування кислот

  • Безоксигенові кислоти добувають взаємодією простої речовини з воднем з подальшим розчиненням у воді:
H2 + S → H2S
H2 + Cl2 → 2HCl
  • Сполученням кислотних оксидів з водою:
SO2 + H2O → H2SO3
P2O5 + H2O → H3PO4
  • Дією сильної кислоти на сіль слабкої або леткої кислоти:
2HCl + Na2SiO3 → H2SiO3↓ + 2NaCl
2NaCl(твердий) + H2SO4 → Na2SO4 + 2HCl↑
  1. Хімічні властивості кислот
    • Дія на індикатори
Фенолфталеїн – безбарвний, метилоранж – червоний, лакмус – червоний
  • Взаємодія з металами. Кислоти (крім HNO3) взаємодіють з металами які у ряді активності стоять до водню
кислота + метал → сіль + водень
H2SO4 + Zn → ZnSO4 + H2
  • Взаємодія з основами (реакція нейтралізації)
кислота + основа → сіль + вода
HCl + NaOH → NaCl + H2O
  • Взаємодія з основними оксидами
кислота + основний оксид → сіль + вода
2HNO3 + CuO → Cu(NO3)2 + H2O
  • Взаємодія з солями. Реакція проходить якщо виділяється газ або осад
кислота + сіль → сіль + кислота
H2SO4 + BaCl2 → BaSO4↓ + 2HCl
2HCl + Na2S → 2NaCl + H2S
2HNO3 + K2SiO3 → 2KNO3 + H2SiO3
CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + H2O + CO2

ОСНОВИ

Основи – це складні речовини, що складаются з атомів металу та гідроксильної групи ОН.

1. Класифікація

Розчинні у воді (луги)Нерозчинні у воді
LiOH, NaOH, KOH, RbOH, CsOH, FrOH
Ca(OH)2, Sr(OH)2, Ba(OH)2, Ra(OH)2
Cu(OH)2, Mg(OH)2, Ni(OH)2

2. Номенклатура

Назва основ утворюється за схемою:
назва металічного елементу в називному відмінку + (валентність) + слово гідроксид.
Якщо валентність постійна то її можна не вказувати.
Наприклад: Cu(OH)2 – купрум (ІІ) гідроксид, NaOH – натрій гідроксид.

3. Способи добування основ

  • Взаємодією активних металів з водою:
2Na + 2H2O → 2NaOH + H2
Ca + 2H2O → Ca(OH)2 + H2
  • Взаємодією оксидів активних металів з водою:
BaO + H2O → Ba(OH)2
K2O + H2O → 2KOH
  • Взаємодією лугів з солями (якщо один з продуктів випаде в осад):
CuSO4 + 2NaOH → Cu(OH)2↓ + 2NaOH
Na2SO4 + Ba(OH)2 → 2NaOH + BaSO4
  1. Хімічні властивості основ
    • Дія на індикатори:
Фенолфталеїн – малиновий, метилоранж – жовтий, лакмус – синій;
  • Взаємодія з кислотами (реакція нейтралізації)
основа + кислота → сіль + вода
Ba(OH)2 + 2HNO3 → Ba(NO3)2 + H2O
  • Взаємодія з кислотними оксидами
основа + кислотний оксид → сіль + вода
6LiOH + P2O5 → 2Li3PO4 + 3H2O
  • Взаємодія з солями (якщо один з продуктів буде осад)
основа + сіль → основа + сіль
Sr(OH)2 + Cu(NO3)2 → Cu(OH)2↓ + Sr(NO3)2
  • Розкладання нерозчинних основ при нагріванні
основа → оксид + вода
Fe(OH)3 → Fe2O3 + H2O

ОКСИДИ

Оксиди – це складні речовини, які складаються з двох елементів один з яких Оксиген.

1. Класифікація

НесолетвірніОсновніАмфотерніКислотні
CO, N2O, NO, H2OCaO, Na2O, CuO, Ag2OZnO, Al2O3, Cr2O3CO2, P2O5, SO3, N2O5

2. Номенклатура

Назва оксидів утворюється за схемою:
назва хімічного елементу в називному відмінку + (валентність) + слово оксид.
Якщо валентність постійна то її можна не вказувати.
Наприклад: CuO – купрум (ІІ) оксид, CO2 – карбон (ІV) оксид, H2O – гідроген оксид.

3. Способи добування оксидів

  • Сполучення простих речовин з киснем (при нагріванні):
C + O2 → CO2
2Cu + O2 → 2CuO
  • При взаємодії складних речовин з киснем (утворюється оксид кожного елемента):
2H2S + 3O2 → 2SO2 + 2H2O
CH4 + 2O2 → CO2 +2H2O
  • Термічним розкладанням основ, оксигеновмісних кислот, солей
CaCO3 → CaO + CO2
H2SiO3 → SiO2 + H2O
Cu(OH)2 → CuO + H2O

4. Хімічні властивості оксидів

Хімічні властивості основних оксидівХімічні властивості кислотних оксидів
1. Взаємодія з водою
основний оксид + вода → основа
K2O + H2O → KOH
кислотний оксид + вода → кислота
SO3 + H2O → H2SO4
2. Взаємодія з кислотами2. Взаємодія з основами
основний оксид + кислота → сіль + вода
MgO + 2HCl → MgCl2 + H2O
кислотний оксид + основа → сіль + вода
CO2 + LiOH → Li2CO3 + H2O
3. Взаємодія кислотних оксидів з основними оксидами
основний оксид + кислотний оксид → сіль
BaO + SO3 → BaSO4

Немає коментарів:

Дописати коментар