lec02 (1113300)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

Биологический факультет (Специальность биофизика)Факультет биоинженерии и биоинформатики2006/2007Общая и неорганическая химияЛЕКЦИИВ.В.ЗагорскийЛекция 2. Основныепонятия химии.Химическая эволюция материиОсновные понятия химииХимияД.И.Менделеев [1]: "Ближайший предмет химии составляет изучение однородныхвеществ, из сложения которых составлены все тела мира, превращений их друг в друга иявлений, сопровождающих такие превращения."Комплект определений из Химической энциклопедии [2]:(Более ранние определения см. в Дополнении 1)Вещество – вид материи, которая обладает массой покоя.

Состоит изэлементарных частиц: электронов, протонов, нейтронов, мезонов и др. Химия изучаетглавным образом вещество, организованное в атомы, молекулы, ионы и радикалы. Такиевещества принято подразделять на простые и сложные (хим. соединения).Простые вещества образованы атомами одного хим.

элемента и потомуявляются формой его существования в свободном состоянии, напр. Сера, железо, озон,алмаз. Сложные вещества образованы разными элементами и могут иметь составпостоянный (стехиометрические соединения или дальтониды) или меняющийся внекоторых пределах (нестехиометрические соединения или бертоллиды).Атом (от греч. atomos – неделимый), наименьшая частица химического элемента,носитель его свойств.

Каждому химическому элементу соответствует совокупностьопределенных атомов.Элементы химические, совокупности атомов с определенным зарядом ядра Z.Д.И.Менделеев определял Э.Х. так: "материальные части простых или сложных тел,которые придают им известную совокупность физических и химических свойств".Формами существования Э.Х. в свободном виде являются простые вещества.Молекула (новолат. molecula, уменьшит. от лат. moles – масса), микрочастица,образованная из двух или большего числа атомов и способная к самостоятельномусуществованию.

Имеет постоянный состав (качественный и количественный) входящихв нее атомных ядер и фиксированное число электронов и обладает совокупностьюсвойств, позволяющих отличать одну молекулу от других, в т.ч. от молекул того жесостава.Ионы (от греч. ion – идущий), одноатомные или многоатомные частицы,несущие электрический заряд. Положительные ионы называют катионами (от греч.kation, буквально – идущий вниз), отрицательные – анионами (от греч. anion, буквальноидущий вверх). В свободном состоянии существуют в газовой фазе (в плазме).Валентность (от лат. valentia – сила), способность атома присоединять илизамещать определенное число других атомов или атомных групп с образованиемхимической связи.

Количественной мерой валентности атома элемента Э служит числоатомов водорода или кислорода (эти элементы принято считать соответственно одно- идвухвалентными), которые Э присоединяет, образуя гидрид ЭНх или оксид ЭnОm.1Валентность элемента может быть определена и по другим атомам с известнойвалентностью. …В рамках электронной теории химической связи валентность атома определяетсячислом его неспаренных электронов в основном или возбужденном состоянии,участвующих в образовании общих электронных пар с электронами других атомов.В химии понятие “валентность” так же относительно, как в физике – “энергия”.Попробуем оценить энергию стакана воды, стоящего на столе.

Это, во-первых,потенциальная энергия 180 г воды (для простоты 10 моль). Но это и возможная энергия,которая выделится из протонов воды при нуклеосинтезе [3]:4 1H → 4He + 26,7 МэВ1 эВ = 96,48 кДж/моль;1 МэВ = 96480000 кДж/мольРеакции химические (от лат. re- – приставка, означающая обратное действие, иactio – действие), превращения одних веществ (исходных соединений) в другие(продукты реакции) при неизменяемости ядер атомов.Исходные вещества иногда называют реагентами, однако чаще (особенно ворганической химии) термин “реагент” используют по отношению к одному, наиболееактивному исходному соединению, определяющему направление химической реакции.Уравнение химической реакции – модель и реальностьДалеко не всегда химические реакции строго соответствуют тщательноуравненным уравнениям.

Скорее наоборот – в большинстве случаев уравнение отражаетлибо основной процесс, либо наиболее желательный.Однозначным уравнением невозможно,например, описать реакции растворения вазотной кислоте многих металлов – одновременно идут процессы образования NO2, NO,N2O, N2, NH4NO3 [4].В некоторых учебниках и пособиях по химии можно встретить уравнениереакции горения черного (дымного) пороха – самого древнего боевого взрывчатоговещества:2 KNO3 + S + 3 C = K2S + 3 CO2 + N2Левая часть уравнения примерно отражает состав реальных порохов. Однако праваячасть не согласуется с экспериментальными данными. В продуктах сгорания черногопороха обнаружено не менее 8 твердых и 6 газообразных веществ.

Авторы книги,ориентированной на специалистов-практиков [5], предлагают уравнение, болеесоответствующее реальности, но не отвечающее принятым правилам записи (свободныеуглерод и сера слева и справа):74 KNO3 + 96 C + 30 S + 16 H2O = 35 N2 + 56 CO2 + 14 CO + 3 CH4 + 2 H2S + 4 H2 ++ 19 K2CO3 + 7 K2SO4 + 8 K2S2O3 + 2 K2S + 2 KSCN + (NH4)2CO3 + C + SНаличие слева воды не удивительно, поскольку в буром древесном угле, используемом впроизводстве черного пороха, содержание углерода обычно не превышает 75%; такойуголь содержит фрагменты молекул целлюлозы.

Кроме того, еще в XIX веке былаобнаружена и исследована значительная зависимость состава продуктов горениячерного пороха от давления – следовательно, уравнение зависит от условийосуществления реакции [6].В целом традиция сводить химические процессы именно к уравнениям, а несхемам химических реакций (больше всего от этого страдают школьники иабитуриенты) соответствует только химии соединений постоянного состава2(дальтонидов). Подавляющее большинство химических реакций нельзя описатьуравнениями на 100%, поэтому их обычно разделяют на главную и побочную реакции.Особенно это относится к органической химии.Размерные эффекты. НанохимияИнтернет-лекции по нанотехнологии: Наномир, в котором мы живемhttp://www.gazeta.ru/science/2006/04/13_a_586116.shtml13 апреля 2006Технологические предпосылки возникновения «нанонаук».В 1959 г.

появился первый плоский транзистор.В 1965 г. уже выпускалисьмикросхемы, состоящие из 50-60 транзисторов. 40 лет назад Гордон Мур, соосновательфирмы Intel, предположил, что быстродействие компьютеров и обеспечивающее егочисло элементов на микросхеме будут удваиваться каждые 18 месяцев безсущественного изменения цены. Согласно его прогнозу, эта тенденция должна быласохраниться в течение 10 лет, а в 1975 г. все обнаружили, что прогноз сбывается.Атомно-молекулярная и электронная структура химических частиц и веществ –классическая проблема химической физики [7].Из-за размерных эффектов выделяют химию малых частиц – кластеров,содержащих от нескольких атомов или молекул до нескольких десятков. Пример:потенциал ионизации молекулы воды, ее димера и льда составляют соответственно 12,6;11,1 и 8,8 эВ. Подобные особые свойства малых ассоциатов воды несомненно имеютбольшое значение в живых объектах – во внутриклеточных процессах.

Потенциалионизации кластеров Nan уменьшается медленно с ростом n, причем это падениесопровождается осцилляциями; четные члены ряда имею более высокий потенциал, чемнечетные, нодаже для кластера Na14 потенциал ионизации в полтора раза больше работывыхода электрона для металлического натрия [7, с.1601].Если хотя бы в одном из трех измерений частица вещества имеет размерыменьше 1000 нм (т.е. менее 10-6 м), то в ней существенно возрастает доля поверхностныхатомов или молекул по сравнению с атомами (молекулами) в объеме; в этом случаеговорят о наночастицах.

Из школьного курса физики известно, что поверхностныеатомы (молекулы) обладают некоторой избыточной энергией по сравнению собъемными, что обусловливает поверхностное натяжение и капиллярный эффект. Вметаллических наночастицах ограничена длина свободного пробега электрона посравнению с обычным (“компактным”) металлом. В результате в материалах, состоящихиз наночастиц, механические, электрические, магнитные, оптические свойстваперестают быть константами – они зависят от размеров и формы частиц. Размерыдеталей в современных микропроцессорах уже приблизились к 1000 нм (1 микрон), иконструкторам приходится заново исследовать все свойства материалов (металлов,полупроводников, изоляторов), применяемых в микроэлектронике [8,9].Химическая эволюция материиПроисхождение химических элементов и планеты Земля.Химия в том виде, как она изучается в школе и в общеобразовательных вузовскихкурсах – наука исключительно земная.

На поверхности Солнца нет смысла говорить охимии – из-за отсутствия молекул. В условиях космического вакуума и низких3температур, в глубине Земли многие реакции тоже сильно отличаются от тех, что идут влабораториях при "стандартных условиях".В современной науке происхождение вещества принято объяснять в рамкахтеории “Большого Взрыва”.До середины XX века ученые рассматривали вечное вещество в вечной в целомВселенной. Сейчас предполагается не только в Библии, что Вселенная имела начало.Современная картина Вселенной начала возникать только в 1924 г.Американский астроном Эдвин Хаббл (1889-1953) рассчитал расстояния до 9-ти разныхгалактик, экстраполируя светимость известных близких звезд на гораздо более дальние(точнее говоря, он обнаружил в дальних галактиках переменные звезды – цефеиды, длякоторых известна зависимость светимости от периода пульсаций) [10]. Сначала онопределил размеры туманности Андромеды и расстояние до нее (около 2 млн.

световыхлет). В результате спектральных исследований света звезд в 1929 г. Хаббл обнаружил,что величина красного смещения спектров (к более длинным волнам) увеличивается сростом расстояния от нас до звезд и галактик. Т.е. чем дальше галактика, тем быстрееона удаляется от нас! Подобное явление моделируется поведением точек на поверхностинадуваемого шарика.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов лекций