علم شیمی- علم مواد، قوانین تبدیل آنها (فیزیکی و خواص شیمیاییآه) و کاربرد.

در حال حاضر بیش از 100 هزار ترکیب معدنی و بیش از 4 میلیون ترکیب آلی شناخته شده است.

پدیده های شیمیایی: برخی از مواد به مواد دیگر تبدیل می شوند که با ترکیب و خواص اصلی متفاوت هستند، در حالی که ترکیب هسته اتم ها تغییر نمی کند.

پدیده های فیزیکی: وضعیت فیزیکی مواد تغییر می کند (تبخیر، ذوب، هدایت الکتریکی، تابش گرما و نور، چکش خواری و...) یا با تغییر در ترکیب هسته اتم، مواد جدیدی تشکیل می شود.

دکترین اتمی - مولکولی.

1. همه مواد از مولکول تشکیل شده اند.

مولکول - کوچکترین ذره یک ماده که دارای خواص شیمیایی است.

2. مولکول ها از اتم ها تشکیل شده اند.

اتم - کوچکترین ذره یک عنصر شیمیایی که تمام خواص شیمیایی خود را حفظ می کند. عناصر مختلف با اتم های مختلف مطابقت دارند.

3. مولکول ها و اتم ها در حرکت مداوم هستند. بین آنها نیروهای جاذبه و دافعه وجود دارد.

عنصر شیمیایی - این یک نوع اتم است که با بارهای خاصی از هسته ها و ساختار لایه های الکترونی مشخص می شود. در حال حاضر، 118 عنصر شناخته شده است: 89 مورد از آنها در طبیعت (روی زمین) یافت می شود، بقیه به طور مصنوعی به دست می آیند. اتم ها در حالت آزاد، در ترکیباتی با اتم های همان عناصر یا عناصر دیگر وجود دارند و مولکول هایی را تشکیل می دهند. توانایی اتم ها در تعامل با اتم های دیگر و شکل گیری ترکیبات شیمیاییبا ساختار آن تعیین می شود. اتم ها از یک هسته با بار مثبت و الکترون هایی با بار منفی تشکیل شده اند که در اطراف آن حرکت می کنند و یک سیستم الکتریکی خنثی را تشکیل می دهند که از قوانین مشخصه ریزسیستم ها پیروی می کند.

هسته اتمی - قسمت مرکزی اتمپروتون های Z و N نوترون ها که بخش عمده ای از اتم ها در آنها متمرکز است.

شارژ اصلی - مثبت، از نظر قدر برابر با تعداد پروتون های هسته یا الکترون های یک اتم خنثی و منطبق با شماره سریال عنصر در سیستم تناوبی است.

مجموع پروتون ها و نوترون ها هسته اتمیعدد جرمی نامیده می شودآ = Z + N.

ایزوتوپ ها - عناصر شیمیایی با بارهای هسته ای یکسان، اما تعداد جرمی متفاوت به دلیل تعداد متفاوت نوترون ها در هسته.

جرم شماره ® شارژ® هسته ها

آ ز

63 29

مس و

65 29

35 17

Cl و

37 17

فرمول شیمیایی - این یک رکورد مشروط از ترکیب یک ماده با استفاده از علائم شیمیایی (پیشنهاد شده در سال 1814 توسط J. Berzelius) و شاخص ها است (شاخص عدد سمت راست زیر نماد است. نشان دهنده تعداد اتم های مولکول است). فرمول شیمیایینشان می دهد که کدام اتم های کدام عناصر و در چه رابطه ای در یک مولکول به هم پیوسته اند.

آلوتروپی - پدیده تشکیل چندین ماده ساده توسط یک عنصر شیمیایی که از نظر ساختار و خواص متفاوت است. مواد ساده - مولکول ها، از اتم های یک عنصر تشکیل شده اند.

سیمواد کاذب مولکول ها از اتم های مختلفی تشکیل شده اند عناصر شیمیایی.

ثابت جرم اتمی برابر با 1/12 جرم ایزوتوپ 12 استسی - ایزوتوپ اصلی کربن طبیعی.

m u = 1/12متر (12 C ) \u003d 1 amu \u003d 1.66057 10 -24 گرم

جرم اتمی نسبی (آر) یک کمیت بدون بعد برابر با نسبت است وزن متوسطاتم عنصر (با در نظر گرفتن درصدایزوتوپ در طبیعت) به 1/12 جرم اتم 12سی.

میانگین جرم مطلق یک اتم (م) برابر است با جرم اتمی نسبی ضربدر a.m.u.

Ar(Mg) = 24.312

m (Mg) = 24.312 1.66057 10 -24 = 4.037 10 -23 گرم

وزن مولکولی نسبی (آقای) - یک کمیت بدون بعد که نشان می دهد چند برابر جرم یک مولکول یک ماده معین از 1/12 جرم اتم کربن 12 بیشتر است.سی.

Mg = m g / (1 / 12 m a (12 C))

آقای - جرم یک مولکول یک ماده داده شده؛

m a (12 C) جرم یک اتم کربن است 12 درجه سانتیگراد

M g \u003d S A g (e). جرم مولکولی نسبی یک ماده با در نظر گرفتن شاخص ها برابر است با مجموع جرم اتمی نسبی همه عناصر.

مثال ها.

M g (B 2 O 3) \u003d 2 A r (B) + 3 A r (O) \u003d 2 11 + 3 16 \u003d 70

M g (KAl (SO 4) 2) \u003d 1 A r (K) + 1 A r (Al) + 1 2 A r (S) + 2 4 A r (O) \u003d
= 1 39 + 1 27 + 1 2 32 + 2 4 16 = 258

جرم مطلق یک مولکول برابر است با وزن مولکولی نسبی ضربدر a.m.u. تعداد اتم ها و مولکول ها در نمونه های معمولی مواد بسیار زیاد است، بنابراین، هنگام مشخص کردن مقدار یک ماده، از یک واحد اندازه گیری ویژه - مول استفاده می شود.

مقدار ماده، مول . به معنی تعداد معینی از عناصر ساختاری (مولکول، اتم، یون). نشان داده شده استn ، بر حسب مول اندازه گیری می شود. مول مقدار ماده ای است که به تعداد اتم های موجود در 12 گرم کربن دارای ذرات است.

شماره آووگادرو (NA ). تعداد ذرات در 1 مول از هر ماده یکسان و برابر با 6.02 10 23 است. (ثابت آووگادرو دارای بعد - mol -1 است).

مثال.

در 6.4 گرم گوگرد چند مولکول وجود دارد؟

وزن مولکولی گوگرد 32 گرم در مول است. مقدار گرم در مول یک ماده را در 6.4 گرم گوگرد تعیین می کنیم:

n (s) = m(s) / M(s ) = 6.4 گرم / 32 گرم / مول = 0.2 مول

اجازه دهید تعداد واحدهای ساختاری (مولکول ها) را با استفاده از ثابت تعیین کنیمآووگادرو N A

N(s) = n (ها)N A = 0.2 6.02 10 23 = 1.2 10 23

جرم مولی جرم 1 مول یک ماده را نشان می دهدم).

M=m/ n

جرم مولی یک ماده برابر است با نسبت جرم ماده به مقدار متناظر آن ماده.

جرم مولی یک ماده از نظر عددی برابر با جرم مولکولی نسبی آن است، با این حال، مقدار اول دارای بعد g / mol است و مقدار دوم بدون بعد است.

M = N A m (1 مولکول) = N A M g 1 a.m.u. = (N A 1 amu) M g = M g

این بدان معناست که اگر جرم یک مولکول خاص مثلاً 80 a.m.u باشد. ( SO 3 سپس جرم یک مول مولکول 80 گرم است. ثابت آووگادرو ضریب تناسبی است که انتقال از نسبت مولکولی به نسبت مولی را تضمین می کند. تمام عبارات مربوط به مولکول ها برای مول ها معتبر می مانند (در صورت لزوم، a.m.u با g جایگزین می شود) به عنوان مثال، معادله واکنش: 2 Na + Cl 2 2 NaCl ، یعنی دو اتم سدیم با یک مولکول کلر واکنش می دهند و یا دو مول سدیم با یک مول کلر واکنش می دهند.

طبقه بندی واکنش های شیمیاییدر غیر آلی و شیمی ارگانیکبر اساس ویژگی های طبقه بندی مختلف انجام شده است که جزئیات آن در جدول زیر آورده شده است.

با تغییر حالت اکسیداسیون عناصر

اولین نشانه طبقه بندی با تغییر درجه اکسیداسیون عناصر تشکیل دهنده واکنش دهنده ها و محصولات است.
الف) ردوکس
ب) بدون تغییر حالت اکسیداسیون
ردوکسواکنش هایی نامیده می شود که با تغییر در حالت های اکسیداسیون عناصر شیمیایی سازنده معرف ها همراه است. واکنش‌های ردوکس در شیمی معدنی شامل تمام واکنش‌های جایگزینی و آن دسته از واکنش‌های تجزیه و ترکیبی است که حداقل یک ماده ساده در آن دخالت دارد. واکنش‌هایی که بدون تغییر حالت‌های اکسیداسیون عناصر تشکیل‌دهنده واکنش‌دهنده و محصولات واکنش انجام می‌شوند، همه واکنش‌های تبادلی را شامل می‌شوند.

با توجه به تعداد و ترکیب معرف ها و فرآورده ها

واکنش‌های شیمیایی بر اساس ماهیت فرآیند، یعنی بر اساس تعداد و ترکیب معرف‌ها و محصولات، طبقه‌بندی می‌شوند.

واکنش های اتصالواکنش های شیمیایی نامیده می شود که در نتیجه آن مولکول های پیچیده از چندین مولکول ساده تر به دست می آیند، به عنوان مثال:
4Li + O 2 = 2Li 2 O

واکنش های تجزیهواکنش های شیمیایی نامیده می شود که در نتیجه مولکول های ساده از مولکول های پیچیده تر به دست می آیند، به عنوان مثال:
CaCO 3 \u003d CaO + CO 2

واکنش های تجزیه را می توان به عنوان فرآیندهای معکوس به ترکیب مشاهده کرد.

واکنش های جایگزینیبه واکنش های شیمیایی گفته می شود که در نتیجه یک اتم یا گروهی از اتم ها در یک مولکول یک ماده با اتم یا گروهی از اتم های دیگر جایگزین می شود، به عنوان مثال:
Fe + 2HCl \u003d FeCl 2 + H 2 

ویژگی متمایز آنها برهمکنش یک ماده ساده با یک ماده پیچیده است. چنین واکنش هایی در شیمی آلی وجود دارد.
با این حال، مفهوم "جایگزینی" در مواد آلی گسترده تر از شیمی معدنی است. اگر هر اتم یا گروه عاملی در مولکول ماده اولیه با اتم یا گروه دیگری جایگزین شود، اینها نیز واکنش های جانشینی هستند، اگرچه از نقطه نظر شیمی معدنی، این فرآیند شبیه یک واکنش تبادلی است.
- مبادله (از جمله خنثی سازی).
واکنش های مبادله ایواکنش‌های شیمیایی را که بدون تغییر حالت اکسیداسیون عناصر رخ می‌دهند و به تبادل اجزای سازنده معرف‌ها منجر می‌شوند، می‌گویند، به عنوان مثال:
AgNO 3 + KBr = AgBr + KNO 3

در صورت امکان در جهت مخالف بدوید.

در صورت امکان، در جهت مخالف حرکت کنید - برگشت پذیر و غیر قابل برگشت.

برگشت پذیرواکنش های شیمیایی نامیده می شود که در یک دمای معین به طور همزمان در دو جهت مخالف با سرعت های متناسب رخ می دهند. هنگام نوشتن معادلات چنین واکنش‌هایی، علامت مساوی با فلش‌هایی با جهت مخالف جایگزین می‌شود. ساده ترین مثال از یک واکنش برگشت پذیر، سنتز آمونیاک توسط برهمکنش نیتروژن و هیدروژن است:

N 2 + 3H 2 ↔2NH 3

غیر قابل برگشتواکنش هایی نامیده می شوند که فقط در جهت جلو پیش می روند و در نتیجه محصولاتی تشکیل می شوند که با یکدیگر تعامل ندارند. برگشت ناپذیر شامل واکنش‌های شیمیایی است که منجر به تشکیل ترکیبات کمی تفکیک شده، مقدار زیادی انرژی آزاد می‌شود، و همچنین واکنش‌هایی که در آن محصولات نهایی کره واکنش را به صورت گازی یا به شکل رسوب ترک می‌کنند، به عنوان مثال:

HCl + NaOH = NaCl + H2O

2Ca + O 2 \u003d 2CaO

BaBr 2 + Na 2 SO 4 = BaSO 4 ↓ + 2 NaBr

با اثر حرارتی

گرمازاواکنش های شیمیایی هستند که گرما را آزاد می کنند. نمادتغییرات در آنتالپی (محتوای گرما) ΔH، و اثر حرارتی واکنش Q. برای واکنش های گرمازا، Q > 0 و ΔH< 0.

گرماگیرواکنش های شیمیایی که با جذب گرما انجام می شود نامیده می شود. برای واکنش های گرماگیر Q< 0, а ΔH > 0.

واکنش‌های جفت شدن عموماً واکنش‌های گرمازا و واکنش‌های تجزیه گرماگیر خواهند بود. یک استثنای نادر واکنش نیتروژن با اکسیژن است - گرماگیر:
N2 + O2 → 2NO - س

بر حسب فاز

همگنواکنش هایی نامیده می شود که در یک محیط همگن اتفاق می افتد (مواد همگن، در یک فاز، به عنوان مثال، g-g، واکنش در محلول).

ناهمگونواکنش‌هایی نامیده می‌شود که در یک محیط ناهمگن، روی سطح تماس مواد واکنش‌دهنده که در فازهای مختلف هستند، مثلاً جامد و گاز، مایع و گاز، در دو مایع غیرقابل اختلاط اتفاق می‌افتند.

با استفاده از کاتالیزور

کاتالیزور ماده ای است که یک واکنش شیمیایی را سرعت می بخشد.

واکنش های کاتالیزوریفقط در حضور یک کاتالیزور (از جمله کاتالیزورهای آنزیمی) ادامه دهید.

واکنش های غیر کاتالیزوریدر غیاب کاتالیزور اجرا شود.

بر اساس نوع پارگی

با توجه به نوع شکستگی پیوند شیمیایی در مولکول اولیه، واکنش های همولیتیک و هترولیتیک از هم متمایز می شوند.

همولیتیکواکنش هایی نامیده می شود که در آنها در نتیجه شکستن پیوندها، ذراتی تشکیل می شوند که دارای یک الکترون جفت نشده - رادیکال های آزاد هستند.

هترولیتیکواکنش هایی نامیده می شود که از طریق تشکیل ذرات یونی - کاتیون ها و آنیون ها انجام می شود.

• همولیتیک (شکاف مساوی، هر اتم 1 الکترون دریافت می کند)
• هترولیتیک (شکاف نابرابر - یک جفت الکترون دریافت می کند)

افراطیواکنش های شیمیایی (زنجیره ای) شامل رادیکال ها به عنوان مثال:

CH 4 + Cl 2 hv → CH 3 Cl + HCl

یونیبه عنوان مثال، واکنش های شیمیایی که با مشارکت یون ها انجام می شود:

KCl + AgNO 3 \u003d KNO 3 + AgCl ↓

الکتروفیلیک به واکنش های هترولیتیک ترکیبات آلی با الکتروفیل ها - ذراتی که بار مثبت کامل یا کسری را حمل می کنند - اطلاق می شود. آنها به واکنش های جایگزینی الکتروفیل و افزودن الکتروفیل تقسیم می شوند، به عنوان مثال:

C 6 H 6 + Cl 2 FeCl3 → C 6 H 5 Cl + HCl

H 2 C \u003d CH 2 + Br 2 → BrCH 2 -CH 2 Br

نوکلئوفیلیک به واکنش های هترولیتیک ترکیبات آلی با هسته دوست ها - ذراتی که دارای بار منفی صحیح یا کسری هستند، اشاره دارد. آنها به واکنش های جایگزینی نوکلئوفیل و افزودن هسته دوست تقسیم می شوند، به عنوان مثال:

CH 3 Br + NaOH → CH 3 OH + NaBr

CH 3 C (O) H + C 2 H 5 OH → CH 3 CH (OC 2 H 5) 2 + H 2 O

طبقه بندی واکنش های آلی

طبقه بندی واکنش های آلی در جدول آورده شده است:

واکنش های شیمیایی- اینها فرآیندهایی هستند که در نتیجه آنها سایرین از برخی مواد تشکیل می شوند که از نظر ترکیب و (یا) ساختار با آنها متفاوت است.

طبقه بندی واکنش:

من. با توجه به تعداد و ترکیب واکنش دهنده ها و محصولات واکنش:

1) واکنش هایی که بدون تغییر در ترکیب ماده رخ می دهد:

در شیمی معدنی، اینها واکنش های تبدیل برخی است تغییرات آلوتروپیکبه دیگران:

C (گرافیت) → C (الماس)؛ P (سفید) → P (قرمز).

در شیمی آلی، اینها واکنش های ایزومریزاسیون هستند - واکنش هایی که در نتیجه آن، مولکول های سایر مواد با همان ترکیب کیفی و کمی از مولکول های یک ماده تشکیل می شود، به عنوان مثال. با همان فرمول مولکولیاما با ساختاری متفاوت

CH 2 -CH 2 -CH 3 → CH 3 -CH-CH 3

n-بوتان 2- متیل پروپان (ایزوبوتان)

2) واکنش هایی که با تغییر در ترکیب ماده رخ می دهد:

الف) واکنش های ترکیبی (در شیمی آلی افزودن) - واکنش هایی که طی آن یک کمپلکس دیگر از دو یا چند ماده تشکیل می شود: S + O 2 → SO 2

در شیمی آلی، اینها واکنش های هیدروژناسیون، هالوژناسیون، هیدروهالوژناسیون، هیدراتاسیون و پلیمریزاسیون هستند.

CH 2 \u003d CH 2 + HOH → CH 3 - CH 2 OH

ب) واکنش های تجزیه (در شیمی آلی، حذف، حذف) - واکنش هایی که طی آن چندین ماده جدید از یک ماده پیچیده تشکیل می شود:

CH 3 - CH 2 OH → CH 2 \u003d CH 2 + H 2 O

2KNO 3 → 2KNO 2 + O 2

در شیمی آلی، نمونه‌هایی از واکنش‌های شکاف عبارتند از: هیدروژن زدایی، آب‌گیری، آب‌زدایی و ترک‌خوردگی.

ج) واکنش‌های جانشینی - واکنش‌هایی که در آن اتم‌های یک ماده ساده جایگزین اتم‌های یک عنصر در یک ماده پیچیده می‌شوند (در شیمی آلی، واکنش‌دهنده‌ها و فرآورده‌های واکنش اغلب دو تا هستند. مواد پیچیدهآ).

CH 4 + Cl 2 → CH 3 Cl + HCl; 2Na+ 2H 2 O → 2NaOH + H 2

نمونه‌هایی از واکنش‌های جایگزینی که با تغییر در حالت‌های اکسیداسیون اتم‌ها همراه نیستند، بسیار کم هستند. لازم به ذکر است که واکنش اکسید سیلیکون با نمک های اسیدهای حاوی اکسیژن که مربوط به اکسیدهای گازی یا فرار است:

CaCO 3 + SiO 2 \u003d CaSiO 3 + CO 2

Ca 3 (RO 4) 2 + ZSiO 2 = ZCaSiO 3 + P 2 O 5

د) واکنش های تبادلی - واکنش هایی که در آن دو ماده پیچیده خود را مبادله می کنند قطعات تشکیل دهنده:

NaOH + HCl → NaCl + H 2 O،
2CH 3 COOH + CaCO 3 → (CH 3 COO) 2 Ca + CO 2 + H 2 O

II. با تغییر حالت های اکسیداسیون عناصر شیمیایی تشکیل دهنده مواد

1) واکنش هایی که با تغییر در حالت های اکسیداسیون یا OVR رخ می دهد:

∙2| N +5 + 3e - → N +2 (فرایند کاهش، عنصر - عامل اکسید کننده)،

∙3| Cu 0 - 2e - → Cu +2 (فرایند اکسیداسیون، عنصر - عامل کاهنده)،

8HNO 3 + 3Cu → 3Cu(NO 3) 2 + 2NO + 4H 2 O.

در شیمی آلی:

C 2 H 4 + 2KMnO 4 + 2H 2 O → CH 2 OH–CH 2 OH + 2MnO 2 + 2KOH

2) واکنش هایی که بدون تغییر حالت اکسیداسیون عناصر شیمیایی انجام می شود:

Li 2 O + H 2 O → 2LiOH،
HCOOH + CH 3 OH → HCOOCH 3 + H 2 O

III. با اثر حرارتی

1) واکنش های گرمازا با آزاد شدن انرژی ادامه می یابد:

C + O 2 → CO 2 + Q،
CH 4 + 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O + Q

2) واکنش های گرماگیر با جذب انرژی ادامه می یابد:

СaCO 3 → CaO + CO 2 - Q

C 12 H 26 → C 6 H 14 + C 6 H 12 - Q

IV. با توجه به وضعیت تجمع واکنش دهنده ها

1) واکنش های ناهمگن - واکنش هایی که در آنها واکنش دهنده ها و محصولات واکنش در حالت های مختلف تجمع هستند:

Fe(tv) + CuSO 4 (محلول) → Cu(tv) + FeSO4 (محلول)،
CaC 2 (tv) + 2H 2 O (l) → Ca (OH) 2 (محلول) + C 2 H 2 (g)

2) واکنش های همگن - واکنش هایی که در آنها واکنش دهنده ها و فرآورده های واکنش یکسان هستند حالت تجمع:

H 2 (g) + Cl 2 (g) → 2HCl (g)،
2C 2 H 2 (g) + 5O 2 (g) → 4CO 2 (g) + 2H 2 O (g)

v با توجه به مشارکت کاتالیزور

1) واکنش های غیر کاتالیزوری که بدون مشارکت کاتالیزور انجام می شود:

2H 2 + O 2 → 2H 2 O، C 2 H 4 + 3O 2 → 2CO 2 + 2H 2 O

2) واکنش های کاتالیزوری که با مشارکت کاتالیزورها انجام می شود:

2H 2 O 2 → 2H 2 O + O 2

VI. به سمت

1) واکنش های برگشت ناپذیر تحت این شرایط فقط در یک جهت انجام می شود:

C 2 H 4 + 3O 2 → 2CO 2 + 2H 2 O

2) واکنش های برگشت پذیر تحت این شرایط به طور همزمان در دو جهت مخالف انجام می شود: N 2 + 3H 2 ↔2NH 3

VII. با توجه به مکانیسم جریان

1) مکانیسم رادیکال.

A: B → A + + B

یک شکاف پیوند همولیتیک (معادل) رخ می دهد. در طول گسیختگی همولیتیک، یک جفت الکترون تشکیل دهنده پیوند به گونه ای تقسیم می شود که هر یک از ذرات تشکیل شده یک الکترون دریافت می کند. در این مورد، رادیکال ها تشکیل می شوند - ذرات بدون بار با الکترون های جفت نشده. رادیکال ها ذرات بسیار واکنش پذیری هستند، واکنش های مربوط به آنها در فاز گاز با سرعت بالا و اغلب با انفجار رخ می دهد.

واکنش‌های رادیکال بین رادیکال‌ها و مولکول‌های تشکیل‌شده در طول واکنش صورت می‌گیرد:

2H 2 O 2 → 2H 2 O + O 2

CH 4 + Cl 2 → CH 3 Cl + HCl

به عنوان مثال: واکنش های احتراق مواد آلی و معدنی، سنتز آب، آمونیاک، واکنش های هالوژناسیون و نیتراسیون آلکان ها، ایزومریزاسیون و معطر شدن آلکان ها، اکسیداسیون کاتالیزوری آلکان ها، پلیمریزاسیون آلکن ها، وینیل کلرید و غیره.

2) مکانیسم یونی.

A: B → :A - + B +

شکستن پیوند هترولیتیک (نابرابر) رخ می دهد، هر دو الکترون پیوند با یکی از ذرات پیوند قبلی باقی می مانند. ذرات باردار (کاتیون ها و آنیون ها) تشکیل می شوند.

واکنش‌های یونی در محلول‌هایی بین یون‌هایی که از قبل وجود داشته یا در طول واکنش تشکیل شده‌اند، انجام می‌شود.

به عنوان مثال، در شیمی معدنی این برهمکنش الکترولیت ها در محلول است، در شیمی آلی این واکنش های افزودن به آلکن ها، اکسیداسیون و هیدروژن زدایی الکل ها، جایگزینی گروه الکل و سایر واکنش هایی است که ویژگی های آلدئیدها و اسیدهای کربوکسیلیک را مشخص می کند.

هشتم. با توجه به نوع انرژی که واکنش را آغاز می کند:

1) واکنش های فتوشیمیایی زمانی رخ می دهد که در معرض کوانتوم های نور قرار گیرند. به عنوان مثال، سنتز کلرید هیدروژن، برهمکنش متان با کلر، تولید ازن در طبیعت، فرآیندهای فتوسنتز و غیره.

2) واکنش های تشعشعی با تابش پر انرژی (اشعه ایکس، اشعه γ) آغاز می شود.

3) واکنش های الکتروشیمیایی آغاز می شود برقمانند الکترولیز.

4) واکنش های ترموشیمیایی با انرژی حرارتی آغاز می شود. اینها شامل تمام واکنش های گرمازا و بسیاری از واکنش های گرمازا هستند که برای شروع به گرما نیاز دارند.

سخنرانی: طبقه بندی واکنش های شیمیایی در شیمی معدنی و آلی

انواع واکنش های شیمیایی در شیمی معدنی

الف) طبقه بندی بر اساس تعداد مواد اولیه:

تجزیه - در نتیجه این واکنش، از یک ماده پیچیده موجود، دو یا چند ماده ساده و همچنین پیچیده تشکیل می شود.

مثال: 2H 2 O 2 → 2H 2 O + O 2

ترکیب - این چنین واکنشی است که در آن دو یا چند ماده ساده و همچنین پیچیده، یک، اما پیچیده تر را تشکیل می دهند.

مثال: 4Al+3O 2 → 2Al 2 O 3

جایگزینی - این یک واکنش شیمیایی خاص است که بین برخی از مواد ساده و همچنین پیچیده انجام می شود.اتم های یک ماده ساده در این واکنش با اتم های یکی از عناصر موجود در یک ماده پیچیده جایگزین می شوند.

مثال: 2KI + Cl2 → 2KCl + I 2

تبادل - این چنین واکنشی است که در آن دو ماده با ساختار پیچیده قطعات خود را مبادله می کنند.

مثال: HCl + KNO 2 → KCl + HNO 2

ب) طبقه بندی بر اساس اثر حرارتی:

واکنش های گرمازا - اینها واکنش های شیمیایی خاصی هستند که در آنها گرما آزاد می شود.
مثال ها:

S + O 2 → SO 2 + Q

2C 2 H 6 + 7O 2 → 4CO 2 + 6H 2 O + Q

واکنش های گرماگیر واکنش های شیمیایی خاصی هستند که در آنها گرما جذب می شود. به عنوان یک قاعده، اینها واکنش های تجزیه هستند.

مثال ها:

CaCO 3 → CaO + CO 2 - Q
2KClO 3 → 2KCl + 3O 2 - Q

گرمای آزاد شده یا جذب شده در یک واکنش شیمیایی نامیده می شود اثر حرارتی

معادلات شیمیایی که در آنها اثر حرارتی یک واکنش نشان داده شده است نامیده می شوند ترموشیمیایی.

ج) طبقه بندی بر اساس برگشت پذیری:

واکنش های برگشت پذیر واکنش هایی هستند که در شرایط مشابه در جهت های متقابل پیش می روند.

مثال: 3H 2 + N 2 ⇌ 2NH 3

واکنش های برگشت ناپذیر - اینها واکنش هایی هستند که فقط در یک جهت پیش می روند و همچنین با مصرف کامل همه مواد اولیه به اوج خود می رسند. در این واکنش ها، ایزوله کنیدگاز، رسوب، آب
مثال: 2KClO 3 → 2KCl + 3O 2

د) طبقه بندی بر اساس تغییر درجه اکسیداسیون:

واکنش های ردوکس - در جریان این واکنش ها، تغییر در درجه اکسیداسیون رخ می دهد.

مثال: Сu + 4HNO 3 → Cu(NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O.

ردوکس نیست - واکنش های بدون تغییر حالت اکسیداسیون.

مثال: HNO 3 + KOH → KNO 3 + H 2 O.

ه) طبقه بندی فاز:

واکنش های همگن – واکنش‌هایی که در یک فاز اتفاق می‌افتند، زمانی که مواد اولیه و محصولات واکنش حالت تجمع یکسانی دارند.

مثال: H 2 (گاز) + Cl 2 (گاز) → 2HCL

واکنش های ناهمگن - واکنش‌هایی که در سطح مشترک فاز رخ می‌دهند، که در آن محصولات واکنش و مواد اولیه حالت تجمع متفاوتی دارند.
مثال: CuO+ H 2 → Cu + H 2 O

طبقه بندی بر اساس استفاده از کاتالیزور:

کاتالیزور ماده ای است که واکنش را سرعت می بخشد. یک واکنش کاتالیزوری در حضور یک کاتالیزور انجام می شود، یک واکنش غیر کاتالیزوری بدون کاتالیزور.
مثال: 2H 2 0 2 MnO2 → کاتالیزور 2H 2 O + O 2 MnO 2

برهمکنش قلیایی با اسید بدون کاتالیزور انجام می شود.
مثال: KOH + HCl → KCl + H 2 O

بازدارنده ها موادی هستند که واکنش را کند می کنند.
خود کاتالیزورها و بازدارنده ها در طول واکنش مصرف نمی شوند.

انواع واکنش های شیمیایی در شیمی آلی

جایگزینی - این واکنشی است که طی آن یک اتم / گروه اتم در مولکول اصلی با سایر اتم ها / گروه های اتم جایگزین می شود.
مثال: CH 4 + Cl 2 → CH 3 Cl + Hcl

الحاق واکنش هایی هستند که در آن چندین مولکول از یک ماده در یک مولکول ترکیب می شوند.واکنش های اضافه عبارتند از:

• هیدروژناسیون واکنشی است که در آن هیدروژن به یک پیوند چندگانه اضافه می شود.

مثال: CH 3 -CH \u003d CH 2 (پروپن) + H 2 → CH 3 -CH 2 -CH 3 (پروپان)

هیدروهالوژناسیونواکنشی است که یک هالید هیدروژن اضافه می کند.

مثال: CH 2 \u003d CH 2 (اتن) + Hcl → CH 3 -CH 2 -Cl (کلرواتان)

آلکین ها با هالیدهای هیدروژن (هیدروژن کلرید، هیدروژن برومید) همانند آلکن ها واکنش می دهند. اتصال در یک واکنش شیمیایی در 2 مرحله انجام می شود و توسط قانون مارکوفنیکوف تعیین می شود:

هنگامی که اسیدهای پروتیک و آب به آلکن ها و آلکین های نامتقارن اضافه می شوند، یک اتم هیدروژن به هیدروژنه ترین اتم کربن اضافه می شود.

مکانیسم این واکنش شیمیایی تشکیل شده در مرحله 1 سریع، p-complex در مرحله آهسته 2 به تدریج به یک کمپلکس s - یک کربوکاتیون تبدیل می شود. در مرحله سوم، تثبیت کربوکاتیون رخ می دهد - یعنی تعامل با آنیون برم:

I1، I2 - کربوکاتیون ها. P1، P2 - برمیدها.

هالوژناسیون واکنشی که در آن هالوژن اضافه می شود.هالوژناسیون به کلیه فرآیندهایی نیز گفته می شود که در نتیجه در ترکیبات آلیاتم های هالوژن معرفی می شوند. این مفهوم در "معنای گسترده" به کار می رود. مطابق با این مفهوم، واکنش های شیمیایی زیر بر اساس هالوژناسیون متمایز می شود: فلوئوراسیون، کلرزنی، برم زایی، ید زایی.

مشتقات آلی حاوی هالوژن مهمترین ترکیباتی هستند که هم در سنتز آلی و هم به عنوان محصولات هدف مورد استفاده قرار می گیرند. مشتقات هالوژنی هیدروکربن ها به عنوان محصولات اولیه در نظر گرفته می شوند در تعداد زیادواکنش های جایگزینی هسته دوست با توجه به استفاده عملی از ترکیبات حاوی هالوژن، آنها به شکل حلال ها مانند ترکیبات حاوی کلر، مبردها - مشتقات کلروفلورو، فرئون ها، آفت کش ها، داروها، نرم کننده ها، مونومرهای پلاستیک استفاده می شوند.

هیدراتاسیون- واکنش های افزودن یک مولکول آب به یک پیوند چندگانه.

بسپارش - این نوع خاصواکنشی که در آن مولکول های یک ماده نسبتاً کوچک است وزن مولکولی، به یکدیگر می پیوندند و متعاقباً مولکول های یک ماده با وزن مولکولی بالا را تشکیل می دهند.

UDC 546(075) LBC 24.1 i 7 0-75

گردآوری شده توسط: Klimenko B.I Ph.D. فن آوری علوم، دانشیار. Volodchsenko A. N.، Ph.D. فن آوری علوم، دانشیار. Pavlenko V.I.، دکترای مهندسی علوم، پروفسور

داور Gikunova I.V., Ph.D. فن آوری علوم، دانشیار.

مبانی شیمی معدنی: دستورالعمل برای دانش آموزان 0-75 آموزش تمام وقت. - Belgorod: BelGTASM Publishing House, 2001. - 54 p.

AT دستورالعمل هابه تفصیل با در نظر گرفتن بخش های اصلی شیمی عمومیخواص مهم ترین دسته از مواد معدنی در نظر گرفته شده است.این اثر شامل کلیات، نمودارها، جداول، نمونه هایی است که به جذب بهتر مواد واقعی گسترده کمک می کند. توجه ویژههم در بخش نظری و هم در بخش عملی، ارتباط بین شیمی معدنی و مفاهیم اولیه شیمی عمومی آورده شده است.

این کتاب برای دانش آموزان سال اول تمام تخصص ها در نظر گرفته شده است.

UDC 546 (075) LBC 24.1 i 7

© آکادمی فناوری دولتی بلگورود مصالح ساختمانی(BelGTASM)، 2001

معرفی

آگاهی از مبانی هر علمی و مشکلات پیش روی آن حداقلی است که هر فردی باید بداند تا بتواند آزادانه در دنیای اطراف خود گردش کند. علوم طبیعی نقش مهمی در این فرآیند ایفا می کند. علوم طبیعی - مجموعه ای از علوم در مورد طبیعت. همه علوم به دو دسته دقیق (طبیعی) و برازنده (علوم انسانی) تقسیم می شوند. اولی قوانین توسعه دنیای مادی را مطالعه می کند، دومی - قوانین توسعه و تظاهرات ذهن انسان. در اثر ارائه شده با مبانی یکی از علوم طبیعی 7 شیمی معدنی آشنا می شویم. مطالعه موفقشیمی معدنی تنها در صورتی امکان پذیر است که ترکیب و خواص طبقات اصلی ترکیبات معدنی شناخته شده باشد. با دانستن ویژگی های کلاس های ترکیبات، می توان ویژگی های نمایندگان فردی آنها را مشخص کرد.

هنگام مطالعه هر علمی، از جمله شیمی، همیشه این سوال پیش می آید: از کجا شروع کنیم؟ از مطالعه مواد واقعی: توصیف خواص ترکیبات، نشان دادن شرایط وجود آنها، شمارش واکنش هایی که در آنها وارد می شوند. بر این اساس قوانینی استخراج می شود که بر رفتار مواد حاکم است یا بالعکس ابتدا قوانینی ارائه می شود و سپس خواص مواد بر اساس آنها بحث می شود. در این کتاب از هر دو روش ارائه مطالب واقعی استفاده خواهیم کرد.

1. مفاهیم اساسی شیمی معدنی

موضوع شیمی چیست، این علم به چه چیزی می پردازد؟ تعاریف مختلفی از شیمی وجود دارد.

از یک سو، شیمی علم مواد، خواص و تبدیل آنها است. از سوی دیگر، شیمی یکی از علوم طبیعی است که به بررسی شکل شیمیایی حرکت ماده می پردازد. شکل شیمیایی حرکت ماده، فرآیندهای پیوند اتم ها به مولکول ها و تجزیه مولکول ها است. سازمان شیمیایی ماده را می توان با طرح زیر نشان داد (شکل 1).

برنج. 1. سازمان شیمیایی ماده

ماده یک واقعیت عینی است به یک شخص داده شده استدر احساسات او، که توسط احساسات ما کپی، عکس، نمایش داده می شود، مستقل از ما وجود دارد. ماده به عنوان یک واقعیت عینی به دو صورت وجود دارد: به صورت جوهر و به صورت میدان.

میدان (نیروهای گرانشی، الکترومغناطیسی، درون هسته‌ای) شکلی از وجود ماده است که عمدتاً با انرژی مشخص و آشکار می‌شود، نه با جرم، اگرچه دارای دومی است. انرژی اندازه‌گیری کمی از حرکت است که توانایی اشیاء مادی برای انجام کار

توده (lat. massa - توده، توده، قطعه) - کمیت فیزیکییکی از مشخصه های اصلی ماده که خاصیت اینرسی و گرانشی آن را تعیین می کند.

اتم پایین ترین سطح سازمان شیمیایی ماده است.اتم کوچکترین ذره یک عنصر است که خواص خود را حفظ می کند. از یک هسته با بار مثبت و الکترون های با بار منفی تشکیل شده است. اتم به طور کلی از نظر الکتریکی خنثی است. عنصر شیمیایی -نوعی اتم با بار هسته ای یکسان. 109 عنصر شناخته شده وجود دارد که 90 مورد آن در طبیعت وجود دارد.

یک مولکول کوچکترین ذره یک ماده است که دارای خواص شیمیایی آن ماده است.

تعداد عناصر شیمیایی محدود است و ترکیب آنها همه چیز را نشان می دهد

انواع مواد

ماده چیست؟

در مفهوم گسترده، ماده نوع خاصی از ماده است که دارای جرم سکون است و تحت شرایط خاص با خواص فیزیکی و شیمیایی خاصی مشخص می شود. حدود 600 هزار ماده معدنی و حدود 5 میلیون ماده آلی شناخته شده است.

در معنای محدودتر، یک ماده مجموعه معینی از ذرات اتمی و مولکولی، همراهان و تجمعات آنها است که در هر یک از سه حالت تجمع هستند.

این ماده کاملاً با سه ویژگی مشخص می شود: 1) بخشی از فضا را اشغال می کند؛ 2) دارای جرم استراحت است.

3) ساخته شده از ذرات بنیادی.

همه مواد را می توان به ساده و پیچیده تقسیم کرد.

پلیس نه یک، بلکه چندین ماده ساده را تشکیل می دهد. چنین پدیده ای آلوتروپی نامیده می شود و هر یک از این مواد ساده را تغییر آلوتروپیک (اصلاح) عنصر معین می نامند. آلوتروپی در کربن، اکسیژن، گوگرد، فسفر و تعدادی از عناصر دیگر مشاهده می شود. بنابراین، گرافیت، الماس، کاربین و فولرن ها تغییرات آلوتروپیک عنصر شیمیایی کربن هستند. فسفر قرمز، سفید، سیاه - تغییرات آلوتروپیک عنصر شیمیایی فسفر. حدود 400 ماده ساده شناخته شده است.

یک ماده ساده شکلی از وجود یک ماده شیمیایی است

عناصر در حالت آزاد

عناصر به فلزات و غیر فلزات تقسیم می شوند. تعلق یک عنصر شیمیایی به فلزات یا غیر فلزات را می توان با استفاده از سیستم تناوبی عناصر D.I تعیین کرد. مندلیف قبل از انجام این کار، اجازه دهید کمی ساختار جدول تناوبی را یادآوری کنیم.

1.1. قانون تناوبی و سیستم تناوبی D.I. مندلیف

سیستم تناوبی عناصر -این یک بیان گرافیکی از قانون تناوبی است که توسط D.I. مندلیف در 18 فوریه 1869 کشف شد. قانون تناوبی به این صورت است: خواص مواد ساده و همچنین خواص ترکیبات در یک وابستگی دوره ای به بار است. هسته اتم های عنصر

بیش از 400 نوع از نمایش سیستم تناوبی وجود دارد. رایج ترین انواع سلولی ( نسخه کوتاه- انواع 8 سلولی و طولانی - 18 و 32 سلولی). سیستم دوره ای کوتاه از 7 دوره و 8 گروه تشکیل شده است.

عناصری که ساختار مشابهی از سطح انرژی خارجی دارند در گروه‌هایی ترکیب می‌شوند. اصلی (A) و جانبی (B) وجود دارد.

گروه ها. گروه های اصلی عناصر s و p و ثانویه - عناصر d هستند.

پریود مجموعه ای از عناصر است که در آن اتم ها با همان عدد پر می شوند لایه های الکترونیکیهمان سطح انرژی تفاوت در ترتیب پر شدن لایه های الکترونی دلیل طول های مختلف دوره ها را توضیح می دهد. به همین دلیل دوره های مقدار متفاوتعناصر: دوره 1 - 2 عنصر. دوره های 2 و 3 - هر کدام 8 عنصر. 4 و 5

دوره - هر کدام 18 عنصر و دوره ششم - 32 عنصر.

عناصر دوره های کوچک (2 و 3) به زیر گروهی از عناصر معمولی جدا می شوند. از آنجایی که عناصر d- و / با elgk-2 و 3 خارجی پر شده اند.

پوسته اتم های آنها و در نتیجه توانایی بیشتری برای اتصال الکترون ها (قابلیت اکسیداسیون) منتقل می شود. ارزش های بالاالکترونگاتیوی آنها عناصر با خواص غیر فلزی گوشه سمت راست بالا را اشغال می کنند سیستم دوره ای

D.I. مندلیف. غیر فلزات می توانند گاز (F2، O2، CI2)، جامد (B، C، Si، S) و مایع (Br2) باشند.

عنصر هیدروژن را اشغال می کند مکان خاصدر سیستم تناوبی

ساقه و فاقد آنالوگ شیمیایی است. هیدروژن فلزی را نشان می دهد

و خواص غیر فلزی و بنابراین در سیستم تناوبی آن

به طور همزمان در گروه IA و VIIA قرار می گیرد.

به دلیل اصالت زیاد خواص شیمیایی، آنها را متمایز می کنند

به طور موثر گازهای نجیب(آئروژن ها) - عناصر گروه VIIIA
وحشی	سیستم های. پژوهش سالهای اخیراجازه دهید من
او برخی از آنها (Kr، Xe، Rn) را به عنوان غیر فلزات طبقه بندی کرد.
ویژگی مشخصه فلزات این است که ظرفیت
تاج و تخت به طور سست به یک اتم خاص متصل هستند، و			داخل هر کدام
یک به اصطلاح الکترونیکی وجود دارد			به همین دلیل است که همه چیز
در اختیار داشتن	هدایت الکتریکی بالا	هدایت حرارتی

دقت. اگرچه فلزات شکننده (روی، آنتیموان، بیسموت) وجود دارد. فلزات معمولاً خواص کاهشی از خود نشان می دهند.

مواد پیچیده(ترکیبات شیمیایی) موادی هستند که مولکول های آنها توسط اتم های عناصر شیمیایی مختلف (مولکول های هترواتمی یا هترونهسته ای) تشکیل شده است. به عنوان مثال، C 02، CON. بیش از 10 میلیون ماده پیچیده شناخته شده است.

بالاترین شکل سازمان شیمیایی ماده، همدستان و سنگدانه ها هستند. پیوندها ترکیبی از مولکول ها یا یون های ساده به مولکول های پیچیده تر هستند که تغییری در ماهیت شیمیایی ماده ایجاد نمی کنند. پیوندها عمدتاً در حالت مایع و گاز وجود دارند، در حالی که سنگدانه ها در حالت جامد وجود دارند.

مخلوط‌ها سیستم‌هایی هستند که از چندین ترکیب با توزیع یکنواخت تشکیل شده‌اند که با نسبت‌های ثابت به هم متصل شده‌اند و با یکدیگر تعامل ندارند.

1.2. ظرفیت و حالت اکسیداسیون

تدوین فرمول های تجربی و تشکیل نام ترکیبات شیمیایی بر اساس دانش و استفاده صحیحمفاهیم حالت اکسیداسیون و ظرفیت.

حالت اکسیداسیون- این بار شرطی عنصر در ترکیب است که با این فرض محاسبه می شود که ترکیب از یون تشکیل شده است. این مقدار مشروط و رسمی است، زیرا عملا هیچ ترکیب یونی خالص وجود ندارد. درجه اکسیداسیون در مقدار مطلق می تواند یک عدد صحیح یا یک عدد کسری باشد. و از نظر بار می تواند مثبت، منفی و برابر با صفر باشد.

ظرفیت مقداری است که توسط تعداد الکترون های جفت نشده در سطح انرژی بیرونی یا تعداد اوربیتال های اتمی آزاد که می توانند در تشکیل پیوندهای شیمیایی شرکت کنند تعیین می شود.

برخی از قوانین برای تعیین حالت اکسیداسیون عناصر شیمیایی

1. حالت اکسیداسیون یک عنصر شیمیایی در یک ماده ساده

برابر 0 است.

2. مجموع حالت های اکسیداسیون اتم ها در یک مولکول (یون) 0 است

(شارژ یونی).

3. عناصر گروه I-III A دارای حالت اکسیداسیون مثبت مطابق با تعداد گروهی هستند که این عنصر در آن قرار دارد.

4. عناصر IV-V گروه های IIA، به جز حالت اکسیداسیون مثبت مربوط به شماره گروه. و یک حالت اکسیداسیون منفی مربوط به تفاوت بین شماره گروه و عدد 8 دارای حالت اکسیداسیون میانی برابر با تفاوت بین عدد گروه و عدد 2 است (جدول 1).

میز 1

حالت های اکسیداسیون عناصر IV-V زیر گروه های IIA

			حالت اکسیداسیون
			حد واسط

5. حالت اکسیداسیون هیدروژن +1 است اگر حداقل یک غیر فلز در ترکیب وجود داشته باشد. - 1 در ترکیبات با فلزات (هیدریدها)؛ 0 تا H2

هیدریدهای برخی از عناصر

	BeH2
NaH MgH2 ASh3
	CaH2	GaH3	GeH4	AsH3
	SrH2	InH3	SnH4	SbH3
	BaH2
اتصالات H			حد واسط		اتصالات i t
			اتصالات

6. حالت اکسیداسیون اکسیژن معمولاً 2- است، به جز پراکسیدها (1-)، سوپراکسیدها (2/1-)، ازنیدها (3/1-)، ازن (4+)، فلوراید اکسیژن (2+).

7. حالت اکسیداسیون فلوئور در همه ترکیبات به جز F2> -1 است. اشکال بالاتر اکسیداسیون بسیاری از عناصر شیمیایی (BiF5، SF6، IF؟، OsFg) در ترکیبات با فلوئور انجام می شود.

هشت . در دوره ها، شعاع مداری اتم ها با افزایش شماره سریال کاهش می یابد، در حالی که انرژی یونیزاسیون افزایش می یابد. در همان زمان، خواص اسیدی و اکسید کننده افزایش می یابد. ste بالاتر

فوم های اکسیداسیون عناصر پایدارتر می شوند.

9. برای عناصر گروه های فرد سیستم تناوبی، درجات فرد و برای عناصر گروه های زوج، درجه زوج مشخص است.

اکسیداسیون

10. در زیرگروه های اصلی با افزایش شماره سریالعنصر، اندازه اتم ها به طور کلی افزایش می یابد، و انرژی یونیزاسیون کاهش می یابد. بر این اساس، خواص پایه افزایش یافته و خواص اکسید کننده ضعیف می شود. در زیرگروه های عناصر ^، با افزایش عدد اتمی، مشارکت n^-الکترون ها در تشکیل پیوندها

کاهش می یابد و بنابراین کاهش می یابد					قدر مطلق گام
بدون اکسیداسیون (جدول 2).
							جدول 2
مقادیر حالت های اکسیداسیون عناصر زیر گروه VA
				حالت اکسیداسیون
Li، K، Fe، Va	اسید C 02, S 0 3
غیر فلزات
	Amphosic ZnO BeO
آمفیژن ها	دوگانه Fe304
Be، AL Zn
	اولئوفرمینگ
آئروژن ها	CO، NO، SiO، N20
پایه های Ba(OH)2
اسیدهای HNO3		هیدروکسیدها
آمفولیت Zti(OH)2
KagCO3 متوسط،
مونکوس ترش،
پایه (CuOH)gCO3، 4--------
Double CaMg(COs)2
سافوس مخلوط

> w h o w J 3 w »

شکل، 2. طرح مهم ترین طبقات مواد معدنی