Степень окисления – это условный заряд атомов в соединении, вычисленный исходя из предположения, что оно состоит только из ионов.
Степень окисления равна нулю у свободных атомов и атомов, входящих в состав неполярных молекул (Си, H2, N2).
2K+1Cl+5O3-2= 2K+1Cl-1+ 3O20,
C0+ 2Cu+2O-2= C+4O2-2+ 2Cu0
Окислительно-восстановительными реакциями называют реакции, протекающие с изменением степеней окисления элементов.
Примеры реакций, протекающих без степени окисления атомов:
NaOH+HCl=NaCl+H2O,
N-3H3+1+ H+1Cl-1=N-3H4+1Cl-1
55. АТОМ И МОЛЕКУЛА КАК ЦЕЛОСТНЫЕ ОБЪЕКТЫ ХИМИИ
Атом (от греч. atomos – «неделимая частица») – наименьшая частица химического элемента, входящая в состав простых и сложных веществ.
До конца XIX в. атомы считались неземными. Но в 1896 г. французский химик А. Беккерель обнаружил испускание атомами урана неких лучей. Чуть позже в 1898 г. Мария и Пьер Кюри открыли, что такие же лучи излучают атомы радия и полония. Было обнаружено L-, B – и Y – излучения, которые наблюдались при радиоактивном распаде атомов.
Э. Резерфордпредложил ядерную модель строения атома (1981 г.). В этой модели атом состоит из положительно заряженного ядра, вокруг которого вращаются электроны. Позже Э. Резерфюрдввел понятие о положительно заряженной элементарной частице, которая входит в состав всех атомных ядер, – протоне; сделал предположение о существовании нейтрона – элементарной частицы, не имеющей электрического заряда. По современной протонно-нейтронной теории строения ядра атомов состоят из 2 протонов (A-Z) нейтронов. Z – это заряд ядра.
A = Z + N. A – это массовое число, т. е. число нейтронов и протонов, входящих в состав ядра элемента.
Масса протона равна 1,007277 а. е. м., масса нейтрона – 1,008665 а. е. м., а масса электрона – 0,0005486 а. е. м. Поэтому масса атома определяется массой его ядра. Так как атом является в целом электронейтральной системой, то заряд электронов равен заряду ядра. По современным представлениям атом – электронейтральная частица, состоящая из положительно заряженного атомного ядра и отрицательно заряженных электронов.
Молекула – это наименьшая частица данного вещества, обладающая всеми его химическими свойствами. Химические свойства молекулы определяются ее составом и строением. Согласно современным представлениям из молекул состоят вещества в газообразном и парообразном состоянии. Вещества находятся в твердом состоянии, если кристаллическая решетка имеет молекулярную структуру (вода, диоксид углерода). Атомно-молекулярное учение было развито М. В. Ломоносовым. Основные положения этого учения он изложил в работе «Элементы математической химии» в 1741 г. Этой же теме посвящены и многие другие его работы. Основные положения этой теории.
1. Все вещества состоят из мельчайших частиц – корпускул.
2. Молекулы состоят в свою очередь из элементов.
3. Каждая корпускула имеет тот же состав, что и все вещество. Причиной разнообразия веществ (по М. В. Ломоносову) являются различия в составе корпускул и элементов в них.
4. Частицы – молекулы и атомы – находятся в непрерывном движении. Тепловое состояние тел есть результат движения их частиц.
5. Атомы характеризуются определенной массой и размерами.
6. Молекулы простых веществ состоят из одинаковых атомов, молекулы сложных веществ – из различных атомов.
Позднее, через 47 лет после М. В. Ломоносова, атомистическое учение в химии применил Дж. Дальтон. Основные положения он изложил в своей книге «Новая система химической философии». В 1808 г. Дж. Дальтон сделал первые определения атомных весов элементов.
Открытия Ж. Л. Гей-Люссака, А. ААвогаддро дополнили атомно-молекулярное учение. Атомно-моле-кулярное учение окончательно утвердилось в середине XIX в. В 1860 г. были приняты определения понятий молекулы и атома.
56. ЕДИНСТВО РЕАГЕНТОВ И ПРОДУКТОВ
Единство реагентов и продуктов реакций отображается законом сохранения массы вещества.
Масса веществ, вступающих в химическую реакцию, равна массе веществ, образующихся в результате реакции.
Впервые этот закон был сформулирован в 1748 г. М. В. Ломоносовым. В 1756 г. он обосновал этот закон экспериментально. Французский химик Лавуазье в 1789 г. сформулировал закон сохранения массы веществ независимо от М. В. Ломоносова.
Закон сохранения массы веществ можно объяснить с точки зрения атомно-молекулярного учения: в ходе протекания химических реакций атомы не исчезают и не возникают из ниоткуда, общее число атомов равно 0 и после реакции остается постоянным. Например, при взаимодействии двухатомных молекул водорода и кислорода должно образоваться столько молекул воды, чтобы число атомов кислорода и водорода оставалось равным, т. е.:
2H2+ O2= 2H2O.
В реакцию вступили 4 атома водорода и 2 атома кислорода, а в результате реакции образовались 2 молекулы воды, в которых 4 атома водорода и 2 атома кислорода. Атомы имеют постоянную массу, следовательно, масса веществ не изменится и после реакции.
Закон сохранения массы веществ тесно связан с законом сохранения энергии. Энергия никогда не исчезает и не появляется вновь, она превращается из одного вида в другой. М. В. Ломоносов связывал эти законы во всеобщий закон природы и сформулировал это так: «Все предметы – в натуре случающиеся, такова суть состояния, что, сколько чего у одного тела отнимать, столько присовокупится к другому. Так, ежели где убудет несколько материи, то умножится в другом месте. Сей всеобщий естественный закон простирается и в самые правила движения: ибо тело, движущее силою другое, столько же оно у себя теряет, сколько сообщает другому, которое от него движение получает».
Закон сохранения энергии и закон сохранения массы веществ объединены в один единый закон – закон вечности материи и ее движения.
Современная наука подтвердила взгляды М. В. Ломоносова. Уравнение Эйнштейна выражает взаимосвязь между массой и энергией.
Закон сохранения массы веществ является материальной основой для составления уравнений химических реакций и расчетов на их основе.
В свете приведенных выше законов следует рассмотреть закон постоянства состава вещества.
Любое чистое вещество независимо от способа его получения всегда имеет постоянный качественный и количественный состав. Впервые этот закон был сформулирован в 1808 г. французским ученым Ж. Прустом.
Закон постоянства состава вытекает из атомно-молекулярного учения. Так как вещества с молекулярной структурой состоят из одинаковых молекул, то и состав этих веществ постоянен.
Во всех случаях CO2 будет иметь состав 27,27 % углерода и 72,73 % кислорода.
Наряду с соединениями постоянного состава существуют соединения переменного состава. Н. С. Кур-наков предложил назвать первые дальтонидами (в честь Д. Дальтона), вторые – бертоллидами. Состав бертоллидов изменяется и не отвечает стехиомет-рическим отношениям. Например, оксид урана (IV) выражается формулой UO3 На самом деле он имеет состав от UO25 до UO3.
57. СУЩНОСТЬ ЖИЗНИ, УРОВНИ ОРГАНИЗАЦИИ ЖИВОГО
По современным научным представлениям жизнь – это процесс существования сложных биологических систем, состоящих из огромных органических молекул и способных к самовоспроизводству и поддерживанию своего существования в результате обмена энергией и веществом с окружающей средой.
Как клетка, так и организм в целом представлены совокупностью упорядоченно взаимодействующих структур (органелл, клеток, тканей, органов), т. е. являются системами.
Живые организмы обладают признаками, отличающими их от неживой материи. Но среди них практически нет ни одного, который был бы присущ исключительно живому. Для описания жизни рассмотрим универсальные свойства живых организмов:
– обмен веществ и энергии. Все живые организмы извлекают, преобразуют и используют энергию окружающей среды и возвращают энергию окружающей среды, возвращают в биосферу преобразованную энергию (тепло, продукты распада);
– размножение (самовоспроизведение). Это обязательное и важнейшее свойство живых организмов. Длительное существование вида, преемственность между родителями и потомками – все это обеспечивается размножением;
– развитие. Под этим подразумевают необратимый, закономерно направленный процесс тесно взаимосвязанных количественных (рост, увеличение, число клеток) и качественных (созревание, старение) изменений особи с момента рождения до ее смерти;
– раздражимость (возбудимость). Свойство организмов реагировать на воздействия окружающей среды (раздражители) активной реакцией, которая помогает им выжить, называется раздражительностью;
