Хімічні елементи, їх зв'язки і валентність

Зміст

Введення

1.Хімічнийелемент

2.Хімічна зв'язокі типи хімічного зв'язку

3.Закон сталостіскладу речовини Пруста

4.Закон кратнихвідносин Дж.Дальтона

5.Валентністьхімічних елементів

Висновок

Список літератури

Ведення

Світ хімії існуємільярди років. Хімічні явища супроводжують все наше життя і навіть визначаютьсаму можливість її існування.

Друга половина XX століттяознаменувала новий виток розвитку хімії. Швидкий розвиток математики,електроніки і появи в арсеналі хіміків точних вимірювальних приладів такомп'ютерів дозволили вести розрахунки, які раніше були вельми скрутні,а деколи і неможливі. Моделювання хімічних процесів, обробка великихобсягів даних, розрахунки структур складних речовин дозволили вченим значнорозширити значимість хімії. Здешевлення досліджень і експериментів, а такожпідвищення їх точності дозволило застосувати їх і для менш наукомістких галузей.

Всі вищенаведеніфактори обумовлюють актуальність і значимість тематики роботи.

Метою даної роботиє систематизація, накопичення і закріплення знань про хімію як науку проречовинах і їх перетворення.

Відповідно допоставленою метою в роботі передбачається вирішити наступні завдання:

- вивчити поняття: хімічнийелемент, хімічний зв'язок, а так само типи хімічних зв'язків;

- розглянути закониПруста і Дальтона;

- навчиться визначативалентність хімічних елементів.

1.Хімічний елемент

Кожен хімічний елемент- Це сукупність атомів з однаковим зарядом атомних ядер і однаковим числомелектронів в атомній оболонці. Ядро атома складається з протонів, число якиходно атомному номеру елементу, і нейтронів, число яких може бутирізним. Різновиди атомів одного і того ж хімічного елемента, які маютьрізні масові числа (рівні сумі мас протонів і нейтронів, які утворюютьядро), називається ізотопами. У природі багато хімічні Елементи представленідвома або більшою кількістю ізотопів. Відомо 276 стабільних ізотопів,належать 81 природних хімічних елементів, і близько 2000 радіоактивнихізотопів. Ізотопний склад природних елементів на Землі, як правило,постійний; тому кожен елемент має практично постійну атомну масу,що є однією з найважливіших характеристик елементу. Відомо більше 110хімічних Елементів, вони, переважно нерадіоактивні, створюють всерізноманіття простих і складних речовин. Проста речовина - форма існуванняелемента у вільному вигляді. Деякі хімічні Елементи існують в двох абобільше аллотропних модифікаціях (наприклад, вуглець у вигляді графіту і алмазу), що розрізняютьсяпо фізичним і хімічним властивостям; число простих речовин досягає 400.Іноді поняття "елемент" і - "проста речовина"ототожнюються, оскільки в переважній більшості випадків немає відмінності вназви хімічних елементів і утворених ними простих речовин; "... тимПроте в поняттях така відмінність повинна завжди існувати ", - писав у1869 Д. І. Менделєєв. [1] Складне речовина -хімічна сполука - складається з хімічно зв'язаних атомів двох абодекількох різних елементів; відомо більше 100 тис. неорганічних імільйони органічних сполук. Для позначення хімічних елементів служатьхімічні знаки, що складаються з першої або першої і одній з подальших буквлатинської назви елемента (С одним винятком, друга літера хімічногоЕлемента кюрія, названого на честь Марії Складовської-Кюрі, "m" означає Марія). У хімічнихформулах і хімічних рівняннях кожен такий знак (символ) виражає, окрімназви елемента, відносну масу хімічних елементів, рівну його атомніймасі. Вивчення хімічних Елементів складає предмет хімії, зокреманеорганічної хімії. [2]

Історична довідка. Вдонаукових період хімії як щось непорушне приймалося учення Емпедокла протому, що основу всього сущого складають чотири стихії: вогонь, повітря, вода,земля. Це вчення, розвинене Арістотелем, повністю сприйняли алхіміки. У 8-9століттях вони доповнили його уявленням про сірку (початку горючості) і ртуті(Початку металево) як складові частини всіх металів. У 16 столітті виниклоуявлення про солі як початку нелетучесті, огнепостоянства. Проти вчення про 4стихіях і 3 засадах виступив Р. Бойль, який в 1661 році дав перше науковевизначення хімічних елементів як простих речовин, які не складаються зяких інших речовин або один з одного і утворюють всі змішані (складні)тіла. У 18 столітті майже загальне визнання отримала гіпотеза І. І. Бехера і Г. Е.Шталя, згідно з якою тіла природи складаються з води, землі і початку горючості- Флогістону. В кінці 18 століття ця гіпотеза була спростована роботами А. Л.Лавуазьє. Він визначив хімічні Елементи як речовини, які не вдалося розкластина більш прості і з яких складаються інші (складні) речовини, тобто посуті повторив формулювання Бойля. Але, на відміну від нього, Лавуазьє давперший в історії науки перелік реальних хімічних Елементів. До нього увійшли всівідомі тоді (1789) неметали (Про, N, H, S, Р, С), метали (Ag, As, Bi, Co, Ca, Sn, Fe, Mn, Hg, Mo, Ni, Au, Pt, Pb, W, Zn), а також"Радикали" [муріевий (Cl),плавиковий (F) і борний (В)] і "землі" -ще не розкладені вапно СаО, магнезія MgO, барит ВаО, глинозем Аl2О2 і кремнезем SiO2 (Лавуазьє вважав, що "землі" - речовини складні, але покице не було доведено на досвіді, вважав їх хімічними Елементами). Як даниначасу він включив в список хімічних Елементів невагомі "флюїди" -світло і теплород. Їдкі луги NaOH іKOH він вважав речовинами складними, хочарозкласти їх електролізом вдалося пізніше - тільки в 1807 році (Г. Деві).Розробка Дж. Дальтон атомної теорії мала одним із наслідків уточненняпоняття елементу як виду атомів з однаковою відносною масою (атомноювагою). Дальтон в 1803 склав першу таблицю атомних мас (віднесених до масиатома водню, прийнятої за одиницю) п'яти хімічних Елементів (О, N, С, S, P). Тим самимДальтон поклав початок визнанню атомної маси як головної характеристикиелемента. Дальтон, слідуючи Лавуазье, вважав хімічні Елементи речовинами нерозкладними на простіші [3].

Подальше швидкерозвиток хімії привело, зокрема, до відкриття великого числа хімічнихЕлементів. У списку Лавуазье було всього 25 хімічних елементів, включаючи"Радикали", але не рахуючи "флюїдів" і "земель". Кочасу відкриття періодичного закону Менделєєва (1869) було відомо вже 63елемента. Відкриття Д. І. Менделєєва дозволило передбачати існування і властивостіряду невідомих тоді хімічних Елементів і стало основою для встановленняїх взаємозв'язку і класифікації. Відкриття радіоактивності в кінці 19 століттяпохитнуло більш ніж столітнє переконання в тому, що атоми не можна розкласти. Взв'язку з цим майже до середини 20 століття тривала дискусія про те, що такехімічні Елементи. Кінець їй поклала сучасне теорія будови атома,яка дозволила дати строго об'єктивну дефініцію хімічних Елементів,наведену на початку статті.

Поширеність вприроді. Поширеність хімічних Елементів в космосі визначаєтьсянуклеогенезом всередині зірок. Освіта ядер хімічних Елементів пов'язано зрізними ядерними процесами в зірках. Тому на різних етапах своєїеволюції різні зірки і зоряні системи мають неоднаковий хімічнісклад. Поширеність і розподіл хімічних елементів у Всесвіті,процеси поєднання і міграції атомів при утворенні космічної речовини,хімічні склад космічних тіл вивчає космохімія. Основну масукосмічного речовини складають H і He (99,9%). Найбільш розробленоючастиною космохімії є геохімія [4].

З 111 хімічнихЕлементів лише 89 виявлені в природі, інші, а саме технецій (атомнийномер Z = 43), прометій (Z = 61), астат (Z = 85), францій (Z = 87) і трансуранові елементи,отримані штучно за допомогою ядерних реакцій (нікчемні кількості Тс, Pm, Np, Fr утворюються приспонтанному розподілі урану і присутні в уранових рудах). У доступній частиніЗемлі найбільш поширені 10 елементів з атомними номерами в інтервалі від 8до 26. У земній корі вони містяться в наступних відносних кількостях:

Елемент Атомний номер Зміст,% по масі O 8 47,00 Si 14 29,50 Al 13 8,05 Fe 26 4,65 Ca 20 3,30 Na 11 2,50 K 19 2,50 Mg 12 1,87 Ti 22 0,45 Mn 25 0,10

Класифікація і властивості [5].Найбільш досконалу природну класифікацію хімічних елементів, що розкриваєїх взаємозв'язок і що показує зміну їх властивостей в залежності від атомнихномерів, дає періодична система елементів Д. І. Менделєєва. За властивостямихімічні Елементи діляться на метали і неметали, причому періодичнасистема дозволяє провести межу між ними. Для хімічних властивостей металівнайбільш характерна проявляється при хімічних реакціях здатність віддаватизовнішні електрони і утворювати катіони, для неметалів - здатністьприєднувати електрони і утворювати аніони. Неметали характеризуються високоюелектроотріцател'ностью. Розрізняють хімічні елементи головних підгруп, абонеперехідні елементи, в яких йде послідовне заповнення електроннихподоболочек s і р, і хімічні елементи побічнихпідгруп, або перехідні, в яких йде добудовування d-і f-подоболочек.При кімнатній температурі два хімічні елементи існують в рідкому стані(Hg і Вг), одинадцять - в газоподібному(Н, N, О, F, Cl, He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn), решта - ввигляді твердих тіл, причому температура плавлення їх коливається в дуже широкихмежах - від близько 30 В° С (Cs28,5 В° С; Ga 29,8 В° С) до 3000 В° С і вище (Та 2996В° С; W 3410 В° С; графіт близько 3800 В° С) [6].

2. Хімічний зв'язок і типи хімічного зв'язку

Хімічний зв'язок - цевзаємодія частинок (атомів, іонів), здійснюване шляхом обміну електронами.Розрізняють декілька видів зв'язку.

Ковалентний зв'язокутворюється в результаті усуспільнення електронів (з утворенням загальнихелектронних пар), яке відбувається в ході перекривання електронних хмар. Восвіті ковалентного зв'язку беруть участь електронні хмари двох атомів [7].

Розрізняють дві основнірізновиди ковалентного зв'язку:

1. неполярну;

2. полярну.

1. Ковалентний неполярнийзв'язок утворюється між атомами неметалів одного і того леї хімічногоелемента. Таку зв'язок мають прості речовини, наприклад О2; N2; C12. Можнапривести схему утворення молекули водню: (на схемі електрони позначеніточками).

2. Ковалентний полярназв'язок утворюється між атомами різних неметалів.

Іонної називається зв'язокміж іонами, тобто зарядженими частинками, які утворились з атома або групиатомів в результаті приєднання або віддачі електронів. Іонна зв'язокхарактерна для солей та лугів. Сутність іонного зв'язку краще розглянути наприкладі утворення хлориду натрію. Натрій, як лужний метал, схильнийвіддавати електрон, що знаходиться на зовнішньому електронному шарі. Хлор ж, навпаки,прагне приєднати до себе один електрон. В результаті натрій віддає свійелектрон хлору.

У результаті утворюютьсяпротилежно заряджені частинки - іони Na ​​+ і Сl-, які притягуються одиндо одного. При відповіді слід звернути увагу, що речовини, що складаються зіонів, утворені типовими металами і неметалами. Вони являють собоюіонні кристалічні речовини, тобто речовини, кристали яких утворенііонами, а не молекулами [8].

Після розглядукожного виду зв'язку слід перейти до їх порівняльній характеристиці.

Для ковалентногонеполярний, полярної і іонної зв'язку загальним є участь в утворенні зв'язкузовнішніх електронів, які ще називають валентними. Різниця ж полягає в тому,наскільки електрони, що беруть участь в утворенні зв'язку, стають загальними. Якщоці електрони в однаковій мірі належать обом атомам, то зв'язок ковалентнийнеполярная; якщо ці електрони зміщені до одного атому більше, ніж іншому, тозв'язок ковалентний полярна. У разі, якщо електрони, що беруть участь в утвореннізв'язку, належать одному атому, то зв'язок іонна.

Металева зв'язок -зв'язок між іон-атомами в кристалічній решітці металів і сплавах,здійснювана за рахунок тяжіння вільно переміщаються (по кристалу) електронів(Mg, Fe).

Всі вищепереліченівідмінності в механізмі утворення зв'язку пояснюють відмінність у властивостях речовин зрізними видами зв'язків.

3. Закон сталості складу речовини Пруста

До основних законів хіміївідноситься закон сталості складу:

яке чисте речовинанезалежно від способу його одержання завжди має постійний якісний ікількісний склад.

Атомно-молекулярневчення дозволяє пояснити закон сталості складу. Оскільки атоми маютьпостійну масу, то і масовий склад речовини в цілому постійний.

Закон сталості складувперше сформулював французький вчений-хімік Ж.Пруст в 1808 р. Він писав:"Від одного полюса Землі до іншого сполуки мають однаковий склад іоднакові властивості. Ніякої різниці немає між оксидом заліза з Південногопівкулі і Північного. Малахіт з Сибіру має той же склад, як і малахіт зІспанії. У всьому світі є лише одна кіновар ".

У цьому формулюваннізакону, як і в наведеній вище, підкреслюється сталість складу з'єднаннянезалежно від способу отримання та місця знаходження [9].

Розвиток хімії показало,що поряд із з'єднаннями постійного складу існують сполуки змінногоскладу. За пропозицією М.С. Курнакова першим назвав дальтонідамі (в пам'ять англійськогохіміка і фізика Дальтона), другі - бертоллідамі (в пам'ять французького хімікаБертолле, передбачав такі сполуки). Склад дальтонідов виражаєтьсяпростими формулами з цілочисельними стехиометрическими індексами, наприклад Н2О,НCl, ССl4, СO2. Склад бертоллідов змінюється і не відповідає стехиометрическимвідносинам.

У зв'язку з наявністюсполук змінного складу в сучасну формулювання закону сталостіскладу слід внести уточнення.

Склад сполукмолекулярної структури, тобто складаються з молекул, - є постійнимнезалежно від способу отримання. Склад же з'єднань з немолекулярнойструктурою (з атомної, іонної і металевими гратами) не є постійнимі залежить від умов отримання [10].

4. Закон кратних відносин Дж.Дальтона

Кратних відносин закон,закон Дальтона, один з основних законів хімії: якщо дві речовини (простих абоскладних) утворюють один з одним більше одного з'єднання, то маси одногоречовини, що припадають на одну й ту ж масу іншої речовини, відносяться якцілі числа, зазвичай невеликі. К. о. з. відкритий в 1803 Дж. Дальтон івитлумачений ним з позицій атомізму.

Приклади:

1) Cостав оксидів азоту (у відсотках помасі) виражається наступними числами:

Закис азоту N2O Окис азоту NO Азотистий ангідрид H2O3 Двоокис азоту NO2 Азотний ангідрид N2O5 N ... 63,7 46,7 36,8 30,4 25,9 O ... 36,3 53,3 63,2 69,6 74,1 Приватне O N ... 0,57 1,14 1,71 2,28 2,85

Розділивши числа нижнійрядки на 0,57, бачимо, що вони відносяться як 1: 2: 3: 4: 5.

2) Хлористий кальційутворює з водою 4 гідрату, склад яких виражається формулами:CaCl2 Г— H2O, CaCl2 Г— 2H2O, CaCl2 Г— 4H2O, CaCl2 Г— 6H2O, тобто підвсіх цих з'єднаннях маси води, що припадають на одну молекулу CaCl2,відносяться як 1: 2: 4: 6 [11].

хімічний атомнавалентність електрон

5 . Валентність хімічних елементів

Здатність атомівприєднувати певне число атомів інших елементів називається валентністюелемента.

З одним атомомодновалентного елемента з'єднується один атом іншого одновалентного елемента,з атомом двовалентного - два атоми одновалентного або один атомдвовалентного, з двома атомами тривалентного елемента - три атомидвовалентного і т.д.

Таким чином,валентність елемента можна представити як число, яке показує, зскількома атомами одновалентного елемента може з'єднуватися атом цьогоелемента. Це число записується римськими цифрами.

Існують два правила,які допомагають визначати валентність елементів у їх сполуках.

1)Валентністьводню приймають за 1. Тоді відповідно до формули води Н2О валентністькисню дорівнює 2.

2)Кисень завждипроявляє у своїх з'єднаннях валентність 2.

У металевих елементів,знаходяться в групах А, валентність дорівнює номеру групи.

У неметалічнихелементів проявляються в основному дві валентності: вища, рівна номеру групи,і нижча, рівна різниці між числом 8 і номером групи, в якій знаходитьсяданий елемент.

При з'єднанні металів знеметалами останні проявляють нижчу валентність.

Знаючи валентностіелементів, можна скласти формулу їх сполуки [12].

Висновок

Англійському вченомуР.Бойль належить заслуга введення в науку поняття про хімічний елемент як складовоїчастини речовини. Він називав хімічним елементом речовина, яке не можнарозкласти на більш прості речовини.

Властивість атомівпритягати до себе електрони називається електронегативність. При хімічнихреакціях електрони переходять або зміщуються до атомів елементів, що володіютьбільшою електронегативність. Тому відомості про неї особливо важливі при

1.відрізняються.

2.

3.

Список літератури

1.

2.Загальнахімія. - СПб.

3.

4.

5.Глінка Н.Л. Загальнахімія. - М., 2008

6.Органічна хімія.

7.Загальна хімія.

[1]

[2]Органічна

[4]Загальна і Загальна і Загальна і Органічнахімія. Органічнахімія.

[9]Глінка Н.Л. Загальна хімія. - М.,2008

Загальна хімія.- М., 2008

[11]Загальна хімія. - М.,2010

[12]Загальна хімія.- СПб.

[13]