Утверждено редакционно-издательским советом университета в качестве учебного пособия (Направление «Строительство») Нижний Новгород 2002 ббк 24 з х46 icon

Утверждено редакционно-издательским советом университета в качестве учебного пособия (Направление «Строительство») Нижний Новгород 2002 ббк 24 з х46


15 чел. помогло.

Смотрите также:
Прокурор в уголовном процессе...
А. А. Мицкевич Доктор педагогических наук, профессор...
Л. Е. Захарова Дискретная математика...
Рекомендуемое почасовое планирование 7 Тема I...
Т. Н. Кузьминова Сборник ситуационных задач и контрольные вопросы по дисциплине «Аудит» Часть 1...
Стратегическое планирование учебное пособие москва 2011 фгб оу впо «московский государственный...
Учебное пособие Рекомендовано в качестве учебного пособия Редакционно-издательским советом...
Учебное пособие Рекомендовано в качестве учебного пособия Редакционно-издательским советом...
Учебное пособие Рекомендовано в качестве учебного пособия Редакционно-издательским советом...
Конспект лекций Рекомендовано в качестве учебного пособия Редакционно-издательским советом...
Конспект лекций Рекомендовано в качестве учебного пособия Редакционно-издательским советом...
Учебное пособие Омск Издательство Сибади 2007...



страницы:   1   2   3   4   5   6   7   8   9   10
скачать


Министерство образования Российской Федерации


Нижегородский государственный архитектурно – строительный университет

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------


Факультет дистанционного обучения


И.А. Зеляев, О.М. Захарова, С.В. Митрофанова


ХИМИЯ

(часть I)


Утверждено редакционно-издательским

советом университета в

качестве учебного пособия

(Направление – «Строительство»)


Нижний Новгород

2002

ББК 24

З Х46

УДК 546(075.8)


Зеляев И.А., Захарова О.М., Митрофанова С.В.

Химия. Часть I: Учебное пособие для студентов I курса (Направление – «Строительство»). - Н. Новгород: Нижегород. гос. архит – строит ун-т, 2002, 86 с.


В учебном пособии представлен конспект лекций по химии, читаемых для студентов 1 курса факультета дистанционного обучения в объеме учебной программы по направлению – «Строительство». Часть I является теоретической основой для выполнения лабораторных работ, представленных во II части в виде типовых отчетов, и решения задач и контрольных тестовых заданий (часть III).


Научный редактор Яблоков В.А., профессор, д.х.н.

ББК 24


ISBN 5-87941-235-0 © Зеляев И.А.,

Захарова О.М.,

Митрофанова С.В., 2002

СОДЕРЖАНИЕ


Глава 1. СТРОЕНИЕ АТОМА 6

^ Глава 2. ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ 12

Глава 3. СТЕХИОМЕТРИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ 16

Глава 4. ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПРОТЕКАНИЯ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ 19

4.1. Энергетика химических реакций 19

4.2. Направление протекания процесса. Второе начало термодинамики 22

4.3. Химическое равновесие 25

4.4. Скорости химических реакций 28

^ Глава 5. РАСТВОРЫ 35

5.1. Характеристика растворов 35

5.2. Процесс растворения 35

5.3. Концентрация растворов 36

5.4. Растворимость 38

5.5. Гидраты и кристаллогидраты 39

5.6. Пересыщенные растворы 41

5.7. Свойства растворов 41

^ Глава 6. РАСТВОРЫ ЭЛЕКТРОЛИТОВ 43

6.1. Электролитическая диссоциация 43

6.2. Слабые и сильные электролиты 45

6.3. Ионное произведение воды 49

6.4. Водородный показатель рН 50

6.5. Реакции в растворах электролитов 50

^ Глава 7. ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ 53

7.1. Понятие о степени окисления 53

7.2. Окислительно-восстановительные реакции 54

7.3 Электрохимические процессы 56

^ Глава 8. КОРРОЗИЯ И ЗАЩИТА МЕТАЛЛОВ 62

8.1. Определение и классификация коррозионных процессов 62

8.2.Химическая коррозия 63

8.3.Электрохимическая коррозия 65

8.4. Защита металлов от коррозии 66

^ Глава 9. ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ 68

9.1. Классификация дисперсных систем 69

9.2. Способы получения коллоидных систем 70

9.3. Стабилизация и коагуляция дисперсных систем 72

^ Глава 10. Строительные вяжущие материалы 74

10.1. Общие физико-химические свойства 74

10.2. Воздушные вяжущие вещества 78

10.3 Гидравлические вяжущие вещества 83

Литература 94



^

Глава 1. СТРОЕНИЕ АТОМА



Многочисленные эксперименты, проведенные физиками с начала XX века показали, что атом является устойчивой динамической микросистемой, состоящей из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов, движущихся в поле ядра.

Радиус атома составляет приблизительно м, радиус ядра - м, при этом практически вся масса сосредоточена в ядре.

Ядра всех элементов состоят из положительно заряженных протонов и электронейтральных нейтронов . Число протонов в ядре определяет порядковый номер элемента (Z) в периодической системе и заряд его ядра, сумма протонов и нейтронов называется массовым числом (А). Протоны и нейтроны в ядре связаны сильным взаимодействием. Число электронов в атоме равно числу протонов в ядре. Атом, в целом, нейтрален.

Например, в атоме углерода с порядковым номером 6 и массовым числом 12, обозначаемом , содержится 6 протонов и 6 нейтронов (A-Z) в ядре, и 6 электронов движутся в поле ядра.

Между положительно заряженным ядром и отрицательно заряженными электронами в атоме существует электромагнитное взаимодействие, количественно характеризуемое законом Кулона: , где – коэффициент пропорциональности, - значения электрических зарядов, - расстояние между зарядами.

Атом представляет собой устойчивую систему, а по теореме Ирншоу система покоящихся зарядов, находящихся на конечном расстоянии друг от друга, не может быть устойчивой. Следовательно, ядро и электроны в атоме перемещаются друг относительно друга.

Скорость движения электронов огромна, она лишь в 100 раз меньше скорости света, масса электрона очень мала ( кг). Движение систем, какими являются электроны, протоны, нейтроны, атомные ядра, не может быть адекватно охарактеризовано значениями координат и импульсов, которыми пользуется классическая физика для описания движения макротел.

В микромире действуют законы квантовой механики. Согласно принципу дополнительности Бора для полного представления о свойствах микрообъектов необходимо пользоваться наборами параметров, взаимноотрицающих друг друга. То есть для представления всех свойств атомов, атомных ядер электронов, протонов, нейтронов необходим набор параметров, характеризующих их корпускулярные свойства (свойства частиц), а также набор параметров, характеризующих их волновые свойства. Математическое выражение закона движения электрона в атоме аналогично уравнению движения стоячей волны. Это – волновое уравнение Шредингера, в котором присутствует функция - волновая функция, которая сама по себе не имеет физического смысла, а характеризует вероятность нахождения электрона в микрообъеме пространства dv. Положение электрона в окрестностях ядра атома может быть определено лишь вероятностно. Область пространства, где вероятность нахождения электрона наибольшая, называется атомной орбиталью (АО). АО также называется и волновая функция, квадрат которой характеризует эту вероятность. Волновая функция определяется набором трех квантовых чисел – главного «n», орбитального «l» и магнитного «».

Электроны в атоме, испытывающие на себе притяжение ядра и взаимное отталкивание друг от друга, располагаются в определенном порядке так, чтобы энергия атома в целом была минимальной. При этом формируются электронные слои или энергетические уровни. Энергия электронов одного уровня характеризуется значением главного квантового числа «n», принимающего целые положительные значения от 1 до . Самое низкое значение энергии уровня соответствует значению n=1.

Орбитальное квантовое число «l» характеризует орбитальный момент импульса электрона, определяет форму электронного облака. Для данного «n» l принимает целые значения от 0 до (n-1). Каждому числовому значению l присвоен буквенный индекс, и электронные облака различной формы называют этим буквенным индексом.


l = 0, 1, 2, 3, 4,…

s p d f

Если l=0 (s-орбиталь), то электронное облако имеет сферическую форму и не обладает направленностью в пространстве.


z


y s-орбиталь


x


При l=1 (p-орбиталь) электронное облако имеет форму объемной восьмерки.

Формы d- и f-орбиталей намного сложнее.

Состояние электрона, обусловленное орбитальным магнитным моментом, характеpизуется магнитным квантовым числом . Это квантовое число характеризует ориентацию орбитали в пространстве, выражая проекцию орбитального момента импульса на направление магнитного поля. «пробегает» целые значения от –l через 0 до +l. Всего принимает ()значение. Для р-орбиталей с l=1, принимает значения -1, 0,+1.


Три р-орбитали ориентированы вдоль осей декартовых координат.


z z z


y y y


x x x


- орбиталь - орбиталь - орбиталь




У каждого электрона есть и собственный момент импульса или «спин». Спиновое квантовое число принимает два значения , т.е. ..


Многоэлектронные атомы


Заселение электронами атомных орбиталей в многоэлектронных атомах подчиняется квантовым правилам: принципу минимума энергии, принципу Паули, правилу Гунда.

Принцип минимума энергии заключается в том, что электроны заселяют АО от низших по энергии к высшим. Общий запас энергии АО может быть охарактеризован суммой двух квантовых чисел (n+l), по мере возрастания этой суммы увеличивается энергия атомной орбитали. При равенстве двух сумм (n+l) первой заселяется АО с меньшим значением главного квантового числа (правило Клечковского). По возрастанию энергии АО располагаются в ряд:

1s 2s 2p 3s 3p s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 5d 4f 6p 7s 6d 5f 7p

Порядок заполнения электронами АО может быть представлен схемой




5s

4p

3d

4s

3p

3s

2p

2s


1s

В схеме каждая АО изображена . Согласно принципу Паули, каждая АО может быть заселена максимально парой электронов, спины которых противоположны: .

При заселении электронами орбиталей с одинаковой энергией, например, трех р-орбиталей, пяти d-opбиталей или семи f-орбиталей, сначала каждая АО заселяется одним электроном, и, только когда в пределах заселяемого подуровня не остается свободных квантовых ячеек, возможно спаривание электронов с противоположными спинами (правило Гунда).

Три электрона размещаются на p-подуровне:


Четыре электрона на p-подуровне:


Полностью заполненный p-подуровень:


Пользуясь квантовыми правилами, можно составить электронную формулу любого атома, которая будет его квантово-механической моделью.

Примеры: электронная формула атома, элемента с порядковым номером 12, содержащим 12 электронов, имеет вид: .

Этой электронной формуле отвечает электронографическая формула:


3s

2p

2s

1s


Электронная и электронографическая формулы атома выглядят так:


.




3d

4s

3p

3s

2p

2s


1s


Периодический закон Д.И. Менделеева


Свойства элементов и их соединений находятся в периодической зависимости от заряда ядра атома. Это – современная формулировка периодического закона, появившаяся в процессе совершенствования знаний человечества о природе атома. Впервые периодическое изменение свойств элементов заметил Д.И. Менделеев и сформулировал как закон в 1869 году. При последовательном переходе от атома одного элемента к атому другого, порядковый номер которого возрастает на единицу, число электронов также возрастает на единицу.

Электронная структура каждого атома повторяет электронную структуру атома-предшественника (порядковый номер которого меньше на единицу), а дополнительный электрон располагается на АО в соответствии с квантовыми правилами.

Графическим изображением периодического закона является периодическая система химических элементов, являющаяся одновременно и графической моделью квантовых правил заселения электронами атомных орбиталей.

Рассмотрим первые 18 элементов периодической системы с учетом их валентных электронов, то есть электронов, наиболее слабо связанных с ядром, наиболее от него удаленных, и поэтому способных участвовать в образовании химических связей.


Период

Группа

1

2

3

4

5

6

7

8


1

H





















He




2

Li



Be



B



C



N



O



F



Ne




3

Na



Mg



Al



Si



P



S



Cl



Ar




Горизонтальные ряды элементов, начинающиеся атомом щелочного металла и завершающиеся атомом инертного газа, образуют периоды. Номер периода совпадает с числом энергетических уровней в атоме. Вертикальные столбцы элементов – группы. Номер группы равен числу валентных электронов в атоме. Первый период состоит из 2 элементов – на первом энергетическом уровне могут быть всего два электрона, второй и третий периоды вмещают 8 элементов: второй энергетический уровень содержит 8 электронов на s и p подуровнях, третий уровень вмещает 18 электронов – на s, p, d подуровнях, но заполнение 3d-орбиталей начинается только после того, как заполнены 4s-орбитали. Таким образом, четвертый период содержит 18 элементов, как и пятый, а в шестом периоде – 32 элемента, что связано с заполнением электронами 4f -орбиталей.

Свойства атомов во многом определяются природой валентных электронов. Периодическое повторение их структур (на новом уровне) проявляется в периодическом повторении свойств атомов при их взаимодействии с другими атомами или молекулами (веществом) и с электромагнитным полем.




Скачать 1,56 Mb.
оставить комментарий
страница1/10
Дата27.09.2011
Размер1,56 Mb.
ТипДокументы, Образовательные материалы
Добавить документ в свой блог или на сайт

страницы:   1   2   3   4   5   6   7   8   9   10
плохо
  11
не очень плохо
  1
средне
  3
хорошо
  8
отлично
  33
Ваша оценка:
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rudocs.exdat.com

Загрузка...
База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2017
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Анализ
Справочники
Сценарии
Рефераты
Курсовые работы
Авторефераты
Программы
Методички
Документы
Понятия

опубликовать
Документы

наверх