“화학” 분야에 관한 짧은 강의입니다. 무기화학

화학- 물질의 과학, 그 변형의 법칙(물리적, 화학적 특성) 및 응용.

현재 무기물은 10만개 이상, 400만개 이상이 알려져 있다. 유기 화합물.

화학적 현상: 일부 물질은 구성과 특성이 원래 물질과 다른 다른 물질로 변형되지만 원자핵의 구성은 변하지 않습니다.

물리적 현상: 다양함 건강 상태물질(기화, 용융, 전기 전도도, 열과 빛의 방출, 가단성 등) 또는 원자핵의 구성이 변화하여 새로운 물질이 형성됩니다.

원자분자과학.

1. 모든 물질은 분자로 구성되어 있습니다.

분자 - 화학적 성질을 지닌 물질의 가장 작은 입자.

2. 분자는 원자로 구성됩니다.

원자 - 모든 화학적 특성을 유지하는 화학 원소의 가장 작은 입자입니다. 다른 원소는 다른 원자를 가지고 있습니다.

3. 분자와 원자는 연속적으로 움직입니다. 그들 사이에는 인력과 반발력이 있습니다.

화학 원소 - 이것은 특정 핵 전하와 전자 껍질의 구조를 특징으로 하는 원자 유형입니다. 현재 118개의 원소가 알려져 있습니다. 그 중 89개는 자연(지구)에서 발견되고 나머지는 인공적으로 얻어집니다. 원자는 자유 상태로 존재하며, 동일하거나 다른 원소의 원자와 결합하여 분자를 형성합니다. 원자가 다른 원자와 상호 작용하고 화합물을 형성하는 능력은 구조에 따라 결정됩니다. 원자는 양전하를 띤 핵과 그 주위를 이동하는 음전하를 띤 전자로 구성되어 있으며, 마이크로시스템의 특성 법칙을 따르는 전기적으로 중성인 시스템을 형성합니다.

원자핵 - 원자의 중심 부분으로 구성 Zproton과 N 대부분의 원자가 집중되어 있는 중성자.

핵심 담당 - 양수이며 핵의 양성자 수 또는 중성 원자의 전자 수와 값이 동일하며 주기율표에 있는 원소의 원자 번호와 일치합니다.

원자핵의 양성자와 중성자의 합을 질량수라고 합니다.ㅏ = Z+ N.

동위원소 - 동일한 핵 전하를 가지고 있지만 핵의 중성자 수가 다르기 때문에 질량수가 다른 화학 원소입니다.

대량의 번호 ® 충전 ® 커널

ㅏ 지

63 29

Cu 및

65 29

35 17

Cl과

37 17

화학식 - 이것은 화학 기호(J. Berzelius가 1814년에 제안함)와 지수(지수는 기호 오른쪽 하단에 있는 숫자입니다. 분자의 원자 수를 나타냄)를 사용하여 물질 구성을 표시하는 일반적인 표기법입니다. 화학식은 분자 내에서 어떤 원소의 어떤 원자가 어떤 비율로 서로 연결되어 있는지 보여줍니다.

동소체 - 구조와 특성이 다른 여러 단순 물질의 화학 원소에 의한 형성 현상. 단순 물질 - 분자는 동일한 원소의 원자로 구성됩니다.

씨거짓 물질 - 분자는 서로 다른 원자로 구성되어 있다 화학 원소.

원자 질량 상수 동위원소 12 질량의 1/12에 해당씨 - 천연 탄소의 주요 동위원소.

m u = 1/12 m (12C ) =1 a.u.m = 1.66057 10 -24 g

상대 원자 질량 (아르) - 원자 질량의 1/12에 대한 원소 원자의 평균 질량(자연의 동위원소 비율을 고려)의 비율과 동일한 무차원 양 12씨.

평균 절대 원자 질량 (중) 상대 원자 질량에 amu를 곱한 것과 같습니다.

Ar(Mg) = 24.312

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

상대 분자량 (씨) - 주어진 물질의 분자 질량이 탄소 원자 질량의 1/12보다 몇 배나 큰지를 나타내는 무차원 양 12씨.

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

씨 - 주어진 물질의 분자 질량;

m a (12C) - 탄소 원자의 질량 12C.

M g = S A g (e). 물질의 상대 분자 질량은 지수를 고려한 모든 원소의 상대 원자 질량의 합과 같습니다.

예.

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

Mg(KA1(SO 4) 2) = 1 A r(K) + 1 A r(Al) + 1 2 A r(S) + 2 4 A r(O) =
= 1 39 + 1 27 + 1 2 32 + 2 4 16 = 258

절대 분자량 amu를 곱한 상대 분자 질량과 같습니다. 일반적인 물질 샘플의 원자 및 분자 수는 매우 크므로 물질의 양을 특성화할 때 특수 측정 단위인 몰이 사용됩니다.

물질의 양, 몰 . 특정 수의 구조 요소(분자, 원자, 이온)를 의미합니다. 지정N , 몰 단위로 측정됩니다. 몰은 12g의 탄소에 포함된 원자 수만큼의 입자를 포함하는 물질의 양입니다.

아보가드로 수 (해당 없음 ). 어떤 물질 1몰에 들어 있는 입자의 수는 6.02 10 23으로 동일합니다. (아보가드로 상수의 차원은 - mol -1입니다.)

예.

6.4g의 황에는 몇 개의 분자가 있습니까?

황의 분자량은 32g/mol입니다. 우리는 6.4g의 황에 포함된 물질의 g/mol의 양을 결정합니다.

N (들) = m(s)/M(s) ) = 6.4g / 32g/mol = 0.2mol

상수를 사용하여 구조 단위(분자)의 수를 결정합시다.아보가드로 NA

N(들) = N (에스)N A = 0.2 6.02 10 23 = 1.2 10 23

몰 질량 물질 1몰의 질량을 나타냅니다(표시됨).중).

남 = m / N

물질의 몰 질량은 해당 물질의 양에 대한 물질의 질량의 비율과 같습니다.

물질의 몰 질량은 수치적으로 상대 분자 질량과 동일하지만, 첫 번째 양은 g/mol 차원을 갖고 두 번째 양은 차원이 없습니다.

M = N A m (1 분자) = N A M g 1 amu = (N A 1 amu) Mg = Mg

이는 예를 들어 특정 분자의 질량이 80amu인 경우를 의미합니다. (그래서 3 ), 분자 1몰의 질량은 80g과 같습니다. 아보가드로 상수는 분자 관계에서 몰 관계로의 전환을 보장하는 비례 계수입니다. 분자에 관한 모든 설명은 두더지에 대해 유효합니다(필요한 경우 amu를 g로 대체). 예를 들어 반응식은 다음과 같습니다. 2 Na + Cl 2 2 NaCl 는 두 개의 나트륨 원자가 하나의 염소 분자와 반응한다는 것을 의미합니다. 즉, 나트륨 2몰이 염소 1몰과 반응한다는 의미입니다.

M .: 고등 학교, 2002. - 415 p.

이 매뉴얼은 학생, 지원자 및 교사를 대상으로 합니다. 매뉴얼은 간단하지만 유익하고 명확한 형식으로 개요를 설명합니다. 현대적인 기본화학. 이것은 모든 고등학교 졸업생이 이해해야 하고 자신을 21세기의 화학, 의학 또는 생물학 학생이라고 생각하는 사람이라면 반드시 알아야 하는 기본 사항입니다.

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목차

머리말 ...................... 3

1부. 이론화학 ............ 5

제1장. 화학의 기본 개념과 법칙.......... 5

§ 1.1. 화학과목..................5

§1.2. 원자-분자 이론............ 7

§ 1.3. 질량과 에너지 보존의 법칙.................. 10

§ 1.4. 주기율............... 12

§ 1.5. 화학의 기본 개념.................................. 14

§ 1.6. 화학에서의 화학양론적 비율.................. 18

§ 1.7. 가스 법칙................................. 19

제 2 장. 원자 구조................. 22

§ 2.1. 에 대한 아이디어 개발 복잡한 구조원자....22

§ 2.2. 전자의 양자수............ 25

§ 2.3. 원자 내 전자의 분포.................. 28

§ 2.4. 방사성 변환............ 33

§ 2.5. 원소 원자의 성질의 주기성.......... 37

3 장. 화학결합과 분자구조......... 41

§ 3.1. 화학결합의 성질.................................. 41

§ 3.2. 공유 결합........................... 44

§ 3.3. 이온 결합........................... 48

§ 3.4. 메탈 본드...........50

§ 3.5. 분자간 화학 결합...........51

§ 3.6. 원자가 및 산화 상태............ 55

§ 3.7. 분자의 공간구조............58

4장. 물질의 상태................ 63

§ 4.1. 가스, 액체의 특성 및 고체... 63

§ 4.2. 물질의 상 다이어그램.................. 66

§ 4.3. 가스........................... 68

§ 4.4. 액체........................... 70

§ 4.5. 결정질 물질............ 73

§ 4.6. 다양한 모양물질의 존재...... 80

제5장. 화학 반응의 에너지 효과...... 81

§ 5.1. 화학 반응에서 에너지 방출 및 흡수... 81

§ 5.2. 발열 및 흡열 반응. 열화학

헤스의 법칙.......................... 87

6장. 화학 반응의 동역학............ 93

§ 6.1. 화학 동역학의 기본 개념과 가정... 93

§ 6.2. 반응 속도에 대한 온도의 영향........................ 97

§ 6.3. 촉매작용............................99

7장. 화학 평형............... 103

§ 7.1. 평형상태의 결정........................ 103

§ 7.2. 화학 평형 상수.......... 105

§ 7.3. 화학 평형의 변화. 르 샤틀리에의 원리.. 108

§ 7.4. 산업현장에서 물질을 얻기 위한 최적의 조건

규모.................... 111

제8장. 솔루션.................... 114

§ 8.1. 물리적, 화학적 과정으로서의 용해.......... 114

§ 8.2. 물질의 용해도에 영향을 미치는 요인.......... 117

§ 8.3. 용액의 농도를 표현하는 방법.......... 121

9장. 용액의 전해질 해리 및 이온 반응 . 122

§ 9.1. 전해질과 전해 해리...... 122

§ 9.2. 해리 정도. 강하고 약한 전해질. 해리 상수.......... 123

§ 9.3. 이온 반응 방정식.................................. 126

§ 9.4. 염의 가수분해........................... 128

10장. 화학 반응의 기본 유형.......... 129

§ 10.1. 반응의 상징성과 분류특성.... 129

§ 10.2. 시약 및 반응 생성물의 수와 구성에 따른 분류.................................................................. 131

§ 10.3. 위상 특성에 따른 반응 분류..... 136

§ 10.4. 전달되는 입자의 유형에 따른 반응 분류... 137

§ 10.5. 가역적 및 비가역적 화학 반응..... 138

11장. 산화환원 공정....... 140

§ 11.1. 산화환원 반응.......... 140

§ 11.2. OVR에서 화학양론적 계수 선택.... 144

§ 11.3. 표준 OVR 전위............ 148

§ 11.4. 용액의 전기분해 및 전해질의 용융물..... 152

2부. 무기화학............ 154

12장. 무기 화합물의 일반적인 특성, 분류 및 명명법.154

§ 12.1. 산화물...........................155

§ 12.2. 염기(금속 수산화물) .............. 158

§ 12.3. 산............. 160

§ 12.4. 소금........................... 165

13장. 수소.................... 168

§ 13.1. 주기율표의 원자 구조와 위치 D.I.

멘델레예프............. 168

§ 13.2. 수소의 화학적 성질............171

§ 13.3. 수소의 생산과 그 이용.................. 173

§ 13.4. 산화수소............ 174

14장. 할로겐................... 178

§ 14.1. 할로겐의 물리적 특성.................. 178

§ 14.2. 할로겐의 화학적 성질과 생산........................ 180

§ 14.3. 할로겐화수소, 할로겐화수소산 및 그 염 185

§ 14.4. 산소 함유 할로겐 화합물...... 187

15장. 칼코겐 .................. 190

§ 15.1. 일반적인 특성........................... 190

§ 15.2. 단순 물질............ 191

§ 15.3. 황 화합물............ 196

16장. 질소 하위 그룹................. 204

§ 16.1. 일반적인 특성.................................. 204

§ 16.2. 단순 물질의 성질.................................. 205

§ 16.3. 암모니아. 포스핀. 인할로겐화물...........207

§ 16.4. 질소 산화물. 질산과 아질산...... 210

§ 16.5. 인산화물과 산........................... 214

17장. 탄소 하위 그룹............... 218

§ 17.1. 일반적인 특성............................218

§ 17.2. 카본...........................219

§ 17.3. 탄소 산화물........................... 223

§ 17.4. 탄산과 그 염............226

§ 17.5. 실리콘....................228

§ 17.6. 산화 상태가 +4인 실리콘 화합물..... 230

§ 17.7. 산화 상태가 -4인 실리콘 화합물..... 233

18장. 속성 에스- 금속 및 그 화합물 .......... 234

§ 18.1. 일반적인 특성........................................... 234

§ 18.2. 금속의 화학적 성질............236

§ 18.3. 사이 에스-금속............239

19장. 알루미늄과 붕소.................. 240

§ 19.1. 일반적인 특성........................... 240

§ 19.2. 단순 물질의 특성 및 제조......... 242

§ 19.3. 붕소와 알루미늄의 화합물............247

20장. 주요 전이금속............ 249

§ 20.1. 일반적인 특성........................................... 249

§ 20.2. 크롬 및 그 화합물.................................. 251

§ 20.3. 망간 및 그 화합물.................................. 253

§ 20.4. 아이언 트라이어드............255

§ 20.5. 철강 생산............258

§ 20.6. 구리 및 그 화합물................................. 261

§ 20.7. 아연 및 그 화합물.................................. 263

§ 20.8. 은 및 그 화합물.................................. 264

21장. 희가스 ................ 265

§ 21.1. 일반적인 특성........................................... 265

§ 21.2. 희가스의 화합물.......... 267

§ 21.3. 희가스의 적용............269

제3부. 유기화학............271

22장. 유기화학의 기본 개념과 원리.. 271

§ 22.1. 유기화학과목............271

§ 22.2. 유기 화합물의 분류............272

§ 22.3. 유기 화합물의 명명법......... 274

§ 22.4. 유기 화합물의 이성질체............278

§ 22.5. 유기 화합물의 전자 효과와 반응성........ 279

§ 22.6. 일반적인 특성........................................... 281

23장. 포화 탄화수소............. 283

§ 23.1. 알칸............................ 283

§ 23.2. 시클로알케인.................... 286

24장. 알켄과 알카디엔............... 289

§ 24.1. 알켄............................289

§ 24.2. 디엔 탄화수소.................................. 293

25장. 알킨.................... 295

§ 25.1. 일반적인 특성........................................... 295

§ 25.2. 준비 및 화학적 특성.................. 296

26장. 경기장 .................... 300

§ 26.1. 일반 특성...........................300

§ 26.2. 준비 및 화학적 특성............ 303

§ 26.3. 첫 번째 및 두 번째 종류의 동양인(대리인).... 308

27장. 알코올과 페놀................. 310

§ 27.1. 일반적인 특성...........................................310

§ 27.2. 1가 알코올...........................311

§ 27.3. 다가 알코올.................................. 315

§ 27.4. 페놀...........................316

28장. 알데히드와 케톤............... 321

§ 28.1. 일반적인 특성...........................................321

§ 28.2. 획득 방법 ............... 323

§ 28.3. 화학적 성질........................... 324

29장. 카르복실산............... 327

§ 29.1. 분류, 명명법 및 이성질체........... 327

§ 29.2. 일염기성 포화 카르복실산..... 334

§ 29.3. 일염기성 불포화 카르복실산.... 339

§ 29.4. 방향족 카르복실산...........342

§ 29.5. 이염기성 카르복실산.......... 343

제30장. 카르복실산의 기능성 유도체..... 345

§ 30.1. 기능적 파생물의 분류...... 345

§ 30.2. 카르복실산의 무수물.................. 346

§ 30.3. 카르복실산 할로겐화물......... 348

§ 30.4. 카르복실산의 아미드............ 350

§ 30.5. 에스테르........................... 352

§ 30.6. 지방...........................353

31장. 탄수화물(당)................ 357

§ 31.1. 단당류............................ 357

§ 31.2. 단당류의 선택된 대표자.......... 363

§ 31.3. 올리고당........................... 366

§ 31.4. 다당류........................... 368

32장. 아민.................... 371

§ 32.1. 포화 지방족 아민.......... 371

§ 32.2. 아닐린............. 375

장 33. 아미노산. 펩티드. 다람쥐............ 377

§ 33.1. 아미노산....................377

§ 33.2. 펩타이드....................381

§ 33.3. 단백질........................... 383

34장. 질소 함유 헤테로고리 화합물...... 387

§ 34.1. 6원 헤테로사이클............387

§ 34.2. 5원 고리를 갖는 화합물........... 390

제35장. 핵산............... 393

§ 35.1. 뉴클레오타이드와 뉴클레오시드................................. 393

§ 35.2. 구조 핵산............ 395

§ 35.3. 생물학적 역할핵산.............398

36장. 합성 고분자량 화합물(폴리머).

Copyright JSC 중앙 디자인국 BIBKOM & LLC 도서 서비스 기관 사역 농업러시아 연방 연방 국가 예산 고등 전문 교육 교육 기관 “N.I.의 이름을 딴 사라토프 주립 농업 대학교. Vavilov" 일반 화학 1학년 학생을 위한 단기 강의 교육 방향 110400.62 농업학 교육 프로필 농업학 Saratov 2011 Copyright JSC Central Design Bureau BIBKOM & LLC Book-Service Agency UDC 54 BBK 24 R99 검토자: 화학 과학 박사, 생태학과 » 고등 전문 교육을 위한 연방 주 예산 교육 기관 "Saratov State Technical University" T.I. Gubina 기술 과학 박사, 연방 주 예산 고등 전문 교육 기관 "Saratov State Agrarian University" L.A.의 생명 공학 및 화학과 교수 Fomenko R99 일반 화학: 준비 분야의 1학년 학생들을 위한 단기 강의 과정 110400.62 “농업학” / 편집자: G.E. Ryazanova // 고등 전문 교육을위한 연방 주 예산 교육 기관 "Saratov State Agrarian University". – 사라토프, 2011. – 97p. 짧은 코스"일반 화학" 분야의 강의는 분야 프로그램에 따라 편집되었으며 교육 방향 110400.62 "농업학"의 학생들을 대상으로 합니다. 짧은 강의가 포함되어 있습니다. 이론적 자료일반화학의 기본 문제에 대해. 화학 현상의 기본 법칙에 대한 학생들의 지식을 개발하고, 이 지식을 사용하여 자연에서 발생하는 과정을 이해하고 환경 문제를 해결하는 것을 목표로 합니다. 질문 중심 자료 전문적 역량미래의 농업 전문가. UDC 54 BBK 24 Ryazanova G.E., 2011 고등 전문 교육을 위한 연방 정부 예산 교육 기관 "Saratov State Agrarian University", 2011 Copyright JSC Central Design Bureau BIBKOM & LLC 도서 서비스 기관 소개 화학은 자연 과학 분야 중 하나입니다. 그녀는 화학 반응의 결과로 물질의 구조, 특성 및 변형을 연구합니다. 현대 화학은 많은 부분으로 구성되어 있으며 그 사이의 경계는 임의적입니다. 일반 (이론) 화학의 기초는 원자-분자 이론, 원자와 분자의 구조 이론, 주기성 이론, 화학 결합 이론, 용액 이론, 산화 환원 반응 이론, 복합 화합물, 화학 동역학, 화학 공정의 열역학. 일반화학에 대한 지식은 다른 화학분야의 연구뿐만 아니라 이후의 농화학, 토양과학, 식물생리학, 화학식물보호에 대한 연구에도 기초가 됩니다. 화학은 인간의 생산 활동과 불가분의 관계가 있는 과학입니다. 일반 화학에 대한 지식의 질을 통해 우리는 농업의 효과적인 화학화 조직과 관련된 문제를 이론적으로 이해할 수 있습니다. 3 Copyright OJSC 중앙 디자인 뷰로 BIBKOM & LLC Kniga-Service Agency 강의 1 화학의 기본 개념과 기본 법칙 1.1. 학문을 공부하는 목적 화학은 자연 과학 중 하나, 즉 자연과 우리 주변 세계에 관한 과학입니다. 화학은 특별한 학문이 아닌 일반 교육이지만 농업 노동자들에게는 매우 중요합니다. 이는 모든 농업 전문가의 이념적, 전문적 짐의 중요한 부분을 형성합니다. 이는 화학 공부의 목표를 결정합니다: 중요한 화학 지식을 얻는 것 중요한 부분보편적 과학과 문화; 화학 공부 방법을 익히십시오. 화학 현상의 예를 이용하여 지적 능력과 논리적 사고 능력을 키우십시오. 농업과 생태학에 있어서 화학의 중요성을 이해하고, 전문적인 지도를 받습니다. 1.2. 농업에서 화학의 중요성 화학은 농업에서 매우 중요합니다. 농업 생산 강화에서 가장 중요한 요소는 농업의 화학화입니다(이 용어는 1924년 D.N. Pryanishnikov에 의해 도입되었습니다). 농업의 화학화는 이용이다 화학토양 비옥도를 높이고 농업에서 생산 효율성과 노동 생산성을 높이는 프로세스. 여기에는 다음이 포함됩니다. 식물 영양소가 포함된 광물질 비료의 사용. – 가장 중요한 거대 원소 – 질소, 인, 칼륨(NPK); – 미량원소 – 마그네슘, 철, 구리, 아연, 몰리브덴, 황, 붕소 등 화학적 재생으로 식물에 유리한 환경을 조성합니다. – 산성 토양(CaCO3) 등의 석회화; – 알칼리성 염분토의 석고(석고 – CaSO4∙2H2O) 등 화학공장 보호제품. – 살충제(해충 및 질병용) – 제초제(잡초 방제용) 등 식물 성장 조절제. 생명공학이란 미생물 비료, 효소, 비타민 등을 의미합니다. 농업에서 화학화의 효과는 농업 문화에 따라 달라집니다. D.N. Pryanishnikov는 이렇게 말했습니다. 필요한 지식비료를 너무 많이 주어도 대체할 수 없습니다.” 따라서 비료의 양과 시비 시기를 위반하면 환경 문제가 발생하고 식물의 신진대사가 방해를 받습니다. 화학적 매립을 부적절하게 시행하면 토양 비옥도가 악화됩니다. 4 Copyright JSC 중앙디자인국 BIBKOM & LLC 도서 서비스 대리점 1.3. 화학과목 화학을 공부하는 것은 화학이 무엇인지 이해하는 것에서부터 시작되어야 합니다. 현재 다양한 저자가 제안한 화학 주제에 대한 수십 가지 정의가 있습니다. 정의의 정확성과 문제에 대한 접근 방식이 서로 다릅니다. 이 질문은 때로는 논란의 여지가 있습니다. 몇 가지 정의를 내려 보겠습니다. 화학은 변화를 수반하는 물질의 변형 과정을 연구하는 과학입니다. 화학적 구성 요소그리고 구조. 화학은 원자의 화합물 (화학 물질 및 그 변형)에 대한 과학입니다. ... 물질에 화학 결합이 존재하는지가 화학적인지 여부에 대한 주요 기준입니다. (O.S. Sirotkin) 화학은 과정을 연구하는 과학입니다. 물질의 구성과 구조를 변화시키는 물질 형태, 물질 운반체가 원자 인 물질 (V.E. Komarov) 할당 독립적 인 일: 다양한 저자(F. Engels, D. I. Mendeleev, N. L. Glinka, O. S. Zaitsev, N. N. Semenov, D. N. Knyazev 등)의 화학 주제 정의에 대해 알아보고 이 문제에 대한 귀하의 이해와 가장 일치하는 것을 선택하십시오. 디. Mendeleev는 "원자는 화학적 수단으로 분해되지 않는 물질의 화학적 단위입니다."라고 믿었습니다. 화학 물질(가장 작은 입자)의 물질 운반체는 원자입니다. 1.4. 화학의 기본 개념과 법칙의 변증법 화학은 여러 세대의 과학자들이 얻은 실험 데이터를 기반으로 합니다. 다른 나라. 일반 (이론) 화학의 기초는 원자 분자 이론, 주기성 이론, 원자와 분자 구조 이론, 화학 결합 이론, 용액 이론, 산화 환원 반응 이론, 복합 화합물, 화학 동역학, 화학 공정의 열역학. 원자분자이론은 공통 기초화학뿐만 아니라 모든 자연과학은 18세기부터 창안되어 현재에도 계속해서 발전하고 있습니다. 이는 화학의 기본 법칙, 화학양론의 법칙(그리스어 Stoicheion - 요소)을 기반으로 합니다. 화학량론은 반응에 들어가는 반응물의 양과 반응의 결과로 형성된 반응물의 양 사이의 관계를 연구하는 화학의 한 분야입니다. 화학 반응 방정식에서 물질의 공식 앞의 계수를 화학량론적 계수라고 합니다. 사람들의 지식은 얼어붙은 것이 아닙니다. 과학은 자연 현상에 대한 점점 더 진실되고 깊고 완전한 반영을 위해 노력하는 개방형 시스템이기 때문에 특정 개발 단계의 과학 상태에 해당하며 변경될 수 있습니다. 이에 대한 예는 과학 발전의 여러 단계에서 화학의 기본 법칙에 대한 아이디어의 변화입니다. 질량 보존 법칙은 러시아의 위대한 과학자 M.V. Lomonosov (1748-1756): 5 Copyright JSC Central Design Bureau BIBKOM & LLC Kniga-Service Agency 반응에 들어간 물질의 질량은 반응의 결과로 형성된 물질의 질량과 같습니다. 그에 관계없이 이 법칙은 1789년 프랑스 화학자 A.-L. Lavoisier에 의해 확인되었습니다. 질량 보존의 법칙을 통해 반응 방정식을 작성하고 출발 물질의 공식과 반응 생성물의 공식 사이에 등호를 넣을 수 있습니다. : 2NaOH + H2SO4 = Na2SO4 + 2H2O 이는 용액에 매우 중요합니다. 실질적인 문제, 계산을 허용하기 때문에 필요한 금액원하는 제품을 얻기 위한 출발물질 산업 규모 . 20세기에 이 법칙이 명확해졌습니다. 자연의 일반법칙은 에너지 보존의 법칙입니다. 에너지는 무(無)에서 발생하지도 않고 흔적도 없이 사라지지 않으며, 엄격하게 정의된 양만큼만 한 형태에서 다른 형태로 전달됩니다. 상대성 이론의 창시자인 A. 아인슈타인(1905)은 질량과 에너지의 관계를 증명했습니다. E = mc2 따라서 열이 방출되는 발열 반응이나 열이 흡수되는 흡열 반응에서는 반응 생성물의 질량이 방정식에 따라 출발 물질의 질량보다 약간 작거나 큽니다: ΔE = Δmc2 이를 바탕으로 질량 보존 법칙의 다음 공식이 더 정확합니다. 발열 반응의 경우, 들어간 물질의 질량은 다음과 같습니다. 반응에 들어가는 양은 반응 생성물의 질량과 방출된 에너지에 해당하는 질량의 합과 같습니다. 흡열 반응의 경우, 반응에 들어가는 물질의 질량은 반응 생성물의 질량과 흡수된 에너지에 해당하는 질량의 차이와 같습니다. 화학반응에서는 열의 방출이나 흡수로 인한 질량의 변화가 매우 작기 때문에 질량보존의 법칙이 높은 정확도로 만족된다고 주장할 수 있다. 구성 불변성의 법칙의 내용도 변경되었습니다. 조성 불변의 법칙(J. Proust(1801-1808), 프랑스): 모든 화합물은 제조 방법에 관계없이 일정한 조성을 갖습니다. 프루스트의 법칙은 기본이다. 그는 분자의 존재와 원자의 불가분성을 확인했습니다. Berthollet (프랑스)가 Proust의 상대가되었습니다. Berthollet은 물질의 구성이 준비 방법에 따라 달라진다고 주장했습니다. 프루스트(Proust)는 영국의 위대한 화학자 존 돌턴(John Dalton)의 지지를 받았고 베르톨레(Berthollet)의 아이디어는 거부되었습니다. 이제 조성 불변의 법칙은 분자 구조를 가진 물질에만 유효하다는 것이 확립되었습니다. 6 Copyright JSC Central Design Bureau BIBKOM & LLC Kniga-Service Agency 비분자 구조를 가진 물질의 구성은 준비 방법(전이 금속의 산화물, 황화물, 장석 등)에 따라 다릅니다. Berthollet의 아이디어는 현재 재료의 구조 및 특성 구성이 준비 방법에 따라 달라지는 것을 정확하게 사용하는 화학 재료 과학의 기초입니다. 이제 조성이 일정한 물질을 달토니드라고 하고, 조성이 일정하다는 법칙의 공식화를 논쟁의 대상으로 삼은 과학자를 기리기 위해 가변 조성의 물질을 베르톨리드라고 합니다. 1811년 이탈리아의 아마데오 아보가드로(Amadeo Avogadro)는 50년 후(1860년)에 인정을 받은 법칙을 발견했습니다. 아보가드로의 법칙: 동일한 조건(p 및 t)에서 동일한 부피의 서로 다른 가스에는 동일한 수의 분자가 포함됩니다. 아보가드로 법칙의 첫 번째 추론: 정상적인 조건에서 모든 가스 1몰은 22.4리터를 차지합니다. 아보가드로 법칙의 두 번째 추론: 가스의 몰 질량은 한 가스의 다른 가스에 대한 상대 밀도(D)와 다른 가스의 몰 질량을 곱한 것과 같습니다. Mgas = 2DN 2, Mgas = 29Dair Avogadro는 다음과 같이 설정했습니다. - 기체 단순 물질의 분자는 두 개의 원자(H2, O2, N2, Cl2)로 구성됩니다. – 어떤 물질 1몰에는 6.023 1023개의 원자나 분자(아보가드로 수)가 들어 있습니다. 등가법칙은 W. Richter(1793)와 W. Wollaston(1807)이 서로 독립적으로 공식화했습니다. 즉, 물질은 등가물에 비례하는 양으로 서로 반응합니다. 등가법칙은 "화학적 등가"라는 개념을 기반으로 합니다. 화학적 등가물은 주어진 산-염기 반응에서 하나의 수소 양이온 또는 주어진 산화환원 반응에서 하나의 전자와 동등한 물질의 실제 또는 조건부 입자입니다. 등가 인자 f'eq는 특정 반응의 화학양론적 계수를 기반으로 계산됩니다. 등가 인자는 실제 입자의 몇 분율이 주어진 산-염기 반응에서 하나의 수소 양이온 또는 주어진 산화환원 반응에서 하나의 전자에 해당하는지를 나타내는 숫자입니다. 등가 인자는 무차원 수량입니다. 등가 인자는 1과 같거나 1보다 작을 수 있습니다. 예: a) H2SO4 + 2KOH = K2SO4 + 2H2O; feq(H 2 SO 4) = b) H2SO4 + KOH = KHSO4 + H2O; feq(H 2 SO 4) = 1 1 2 화학양론적 계산은 화학 물질과 관련된 공정을 수행하는 데 널리 사용됩니다. 7 Copyright OJSC Central Design Bureau BIBKOM & LLC Kniga-Service Agency 원자-분자 교육의 기본 조항: – 물질은 분자로 구성됩니다. – 분자는 원자로 구성됩니다. – 분자와 원자는 계속해서 움직이는 상태에 있습니다. 원자는 화학 원소의 가장 작은 전기적으로 중성인 입자입니다. 분자는 화학 물질의 가장 작은 전기적으로 중성인 입자입니다. 현재 물질의 양을 측정하는 단위는 MOL입니다. 몰은 0.012kg의 탄소 12C에 포함된 원자 수만큼의 구조 단위를 포함하는 물질의 양입니다. 몰은 6.02 1023(아보가드로 수)의 공식 단위(분자 또는 원자)를 포함하는 물질의 양입니다. 계산에는 다음 비율이 사용됩니다. m nM n m M M m , n 여기서 m은 물질의 질량, g입니다. M – 몰 질량, g/mol; n – 물질의 양, 몰. 현대적인 관점에서 화학 물질의 구조는 분자(메탄 CH4, 암모니아 NH3), 원자(다이아몬드), 이온(염), 라디칼(Cl, H) 등 다양할 수 있습니다. 물질은 거대분자로 구성될 수도 있고 다양한 입자의 복잡한 조합일 수도 있습니다. 현대 화학은 물질 세계의 질적 다양성이 무한하다는 원칙에 기초하고 있습니다. 서로 다른 구조를 가진 물질은 서로 다른 법칙을 따릅니다. 1.5. 화학을 공부하는 방법 화학 현상에 대한 깊은 이해는 이론과 범주를 적용할 때 철학의 관점에서만 가능합니다. 철학은 지혜에 대한 사랑이다(philosophia - 그리스어). 철학의 가장 중요한 이론은 변증법이다. 변증법 - 철학의 범주, 물질의 가장 일반적인 법칙, 운동, 모순, 자연, 사회와 사고, 양과 질, 원인과 결과의 교리 물질은 객관적인 현실을 지정하는 철학적 범주입니다. 물질의 유형 물질은 정지 질량 m ≠ 0을 특징으로 하는 물질 유형입니다. 화학 물질은 물질 운반체가 원자인 물질의 한 유형입니다. 장 – 정지 질량이 0인 물질 유형(자기장, 전자기장, 중력장) m = 0; 진공은 물질의 특별한 상태입니다. 그 안에는 입자가 없지만 (공허함) 단기적인 에너지 변동으로 인해 "가상 입자"가 발생합니다. 강한 장에서는 실제 입자가 나타납니다. 플라즈마는 매우 특별한 물질 상태입니다. 고온(>7000). 일종의 가스가 생성됩니다. 기본 입자, 핵, 이온. 8 Copyright JSC Central Design Bureau BIBKOM & LLC Kniga-Service Agency BEC(기체 보스-아인슈타인 응축물)는 초저온에서 나타나는 새로운 물질 상태입니다. 특수 속성: 회전하는 블랙홀 근처에서 빛의 속도는 V = 17m/초로 느려집니다. 그림 1.1. 물질의 운동 형태(f.m.) 그림 1.2. 움직임의 종류 그리기. 1.3. 무기물의 진화 9 Copyright JSC Central Design Bureau BIBKOM & LLC Kniga-Service Agency 화학 현상의 인과 관계 결정론의 원리: 실제 현상은 특정 원인의 작용으로 인해 자연적으로 발생하고 발전하며 파괴됩니다. . 그림 1.4. 간단한 계획인과관계 그림 1.5. 일부 수산화물 특성의 인과 관계 화학 현상을 연구하는 방법 실험 관찰 화학 반응 모델링 유도는 특정에서 일반으로 추론하는 방법입니다. 추론은 일반적인 것에서 구체적인 것으로 추론하는 방법입니다. 일반 규칙특정 문제를 해결하는 데 적용되어야 합니다. 유추(analogy)는 화학적 물체의 특성의 유사성을 바탕으로 다른 특성의 유사성에 대한 결론을 도출하는 인지 방법입니다. 그럼 공식을 알면 인산, 오르토비소산의 공식을 쓸 수 있습니다. 분석은 화학 물질이나 화학 현상을 구성 요소(특성, 특성)로 분리하는 것입니다. 10 Copyright OJSC Central Design Bureau BIBKOM & LLC Kniga-Service Agency 합성은 화학 물질의 측면, 특성, 특성 또는 화학 현상을 하나의 전체로 결합한 것입니다. 개념은 대상 또는 그 특성에 대한 생각입니다. 판단은 개념의 작동입니다. 추론은 판단의 작동입니다. 도식 1.1. 논리적 사고 형태 습득한 지식을 전문적인 문제 해결에 적용해 봅시다. 이를 위해 우리는 다음을 적용합니다: – 화학 물질의 특성에 대한 개념; – 공제 방법; – “원인-결과” 범주; – 논리적 사고 형태: 개념 → 판단 → 추론. 문제: CuSO4 미세비료를 사용하는 것이 효과적입니까? 알칼리성 토양? CuSO4 + 2NaOH = Cu(OH)2↓ + Na2SO4 가용성 불용성 1. 개념: CuSO4는 가용성 염입니다. Cu(OH)2↓는 약한 불용성 염기입니다. 2. 판단: 가용성 물질만 식물에 흡수될 수 있습니다. 알칼리성 토양에서는 용해성 CuSO4가 불용성 Cu(OH)2↓로 바뀌어 식물이 접근할 수 없게 됩니다. 3. 결론: 알칼리성 토양에 CuSO4를 사용하는 것은 부적절합니다. 자제력을 위한 질문 1. 이 문제에 대한 당신의 이해와 일치하는 화학의 정의를 제시하십시오. 2. 18세기와 21세기의 질량 보존 법칙에 대한 이해를 비교해보세요. 3. 발달 유형(화학 반응의 진행 또는 퇴행)을 결정합니다. H2CO3 = CO2 + H2O CaO + CO2 = CaCO3 4. 유추 방법을 기반으로 비소와 셀렌산의 공식을 작성합니다. 5. 알칼리성 토양에 대한 FeSO4 미세비료의 비효율성을 추론을 이용하여 설명하십시오. 6. D.N.의 말을 어떻게 이해합니까? Pryanishnikova: "과도한 비료를 사용해도 필요한 지식의 부족을 대체할 수 없습니다."? 11 Copyright JSC Central Design Bureau BIBKOM & LLC 도서 서비스 기관 참고 자료 Main 1. Glinka, N.L. 일반화학 / N.L. Glinka – M.: KNORUS, 2009. – 752p. 2. Knyazev, D.A. 무기화학/D.A. 크냐제프, S.N. 스마리진. – M .: Bustard, 2004. – 592 p. 3. 랴자노바, G.E. 일반 및 무기 화학. 표와 도표 / G.E. Ryazanov. – 사라토프: 고등 전문 교육을 위한 연방 주립 교육 기관 “사라토프 주립 농업 대학교”, 2006 – 284 p. 추가 1. Egorov, V.V. 환경화학. /V.V. Egorov. – 상트페테르부르크: Lan 출판사, 2009. – 192 p. 2. Naydysh, V.M. 개념 현대 자연과학. /V.M. Naydysh. – M.: AlfaM; 인프라-M, 2004, – 622p. 3. 시로트킨, O.S. 화학이 자리잡고 있습니다. / O.S. Sirotkin // 화학과 삶. – 2003. - No. 5. – P. 26. 4. Mineev V.G., 질산염과 인산염 방어. / V.G. Mineev // 화학과 삶. – 2008. No. 5. – P. 20. 5. http://www.xumuk.ru/encyclopedia/2/2994.html 12 Copyright JSC Central Design Bureau BIBKOM & LLC 도서 서비스 기관 강의 2 현대 교육에 대한 원자의 구조 2.1. 원자 구조에 대한 아이디어의 변증법 고전 화학에서는 원자와 분자라는 두 가지 유형의 미세 입자에 대한 아이디어가있었습니다. 19세기까지 과학에서는 원자가 분할될 수 없으며 구성 요소를 포함하지 않는다는 생각을 가지고 있었습니다. 19세기 말, 물리학자들은 원자 구조의 복잡성(전자 발견, 음극선 발견, 방사능 현상)을 입증하는 사실을 발견했습니다. 1911년 수상자 노벨상어니스트 러더퍼드(Ernest Rutherford)는 얇은 입자의 산란에 관한 일련의 실험을 기반으로 합니다. 금속판 원자 구조의 핵(행성) 모델을 제안했습니다. 러더퍼드의 원자 행성 모형 원자는 양전하를 띤 핵과 그 주위를 공전하는 음전하를 띤 전자로 구성됩니다. 러더퍼드 모형의 모순 1. 원자는 왜 안정한가? 고전 물리학의 법칙에 따르면 전자는 핵 주위를 이동할 때 에너지를 방출하고 10~8초 안에 소진해야 합니다. 그리고 코어에 떨어지게 됩니다. 2. 전자가 연속적인 흐름으로 에너지를 방출한다면 연속적인 스펙트럼은 이에 상응해야 합니다. 그러나 스펙트럼은 줄 지어 있습니다. 왜? 이러한 문제를 해결하기 위해 닐스 보어는 1913년에 러더퍼드의 원자 핵 모델과 플랑크의 빛의 양자 이론을 결합한 이론을 제안했습니다. 보어의 주요 아이디어(매우 대담함): 원자 내 전자의 움직임은 고전 물리학의 법칙을 따르지 않습니다. 대우주와 소우주에는 서로 다른 법칙이 적용됩니다. 보어의 가정 1. 원자 내의 전자는 어떤 방향으로도 움직이지 않고 특정 고정 궤도에서 움직이며 에너지를 방출하지 않습니다. 2. 부분적 에너지 방출(양자)은 전자가 한 궤도에서 다른 궤도로 이동할 때만 발생합니다. 보어의 이론은 원자의 몇 가지 중요한 특성을 설명할 수 없었으며 그 안에 모순이 있었습니다. 20세기 20년대에는 원자 구조에 관한 양자역학 이론이 탄생했습니다. 이 이론은 루이 드 브로이(Louis de Broglie, 1924)의 아이디어에 기초하고 있습니다: 전자는 이중 입자-파동 특성을 가지고 있습니다. 입자와 파동의 성질을 동시에 갖는다. 13 Copyright JSC Central Design Bureau BIBKOM & LLC Kniga-Service Agency 입자로서의 전자는 질량을 가지며 하나의 전체로 나타납니다. 전자의 파동 특성은 운동의 특성, 전자의 간섭 및 회절에서 나타납니다. 드 브로이(de Broglie) 방정식은 이원론을 반영합니다: λ = h/m, 여기서 h는 플랑크 상수입니다. m – 입자 질량; – 입자 속도. E. Schrödinger(오스트리아, 1926)는 3차원 파동 과정의 진폭에 해당하는 전자 파동 함수 Ψ(x, y, z)를 찾을 수 있는 방정식을 공식화했습니다. 슈뢰딩거 방정식(오스트리아, 1926) ψ x2 2 ψ у2 ψ z2 2 2 8π 2 m (E V)ψ h2 0, 여기서 파동 함수는 다음과 같습니다. x, y, z – 3차원 공간의 좌표. 값 2는 핵주변 공간의 다양한 지점에서 전자를 발견할 확률에 해당합니다. 슈뢰딩거 방정식을 풀면 전자 궤도를 찾을 수 있습니다. Van den Broek(네덜란드, 1912)는 다음과 같이 제안했습니다. 모든 원소의 원자핵 전하는 수치적으로 주기율표에 있는 원소의 원자 번호와 동일합니다. 이 훌륭하고 직관적인 추측은 1913년 영국의 Moseley에 의해 실험적으로 확인되었습니다. 2.2. 원자 구조의 현대 양자 역학 모델 원자는 복잡한 구조를 가지고 있습니다. 양성자와 중성자를 포함하는 양전하를 띤 핵과 핵 주위를 이동하는 음전하를 띤 전자로 구성됩니다. 원자 속의 전자는 엄청난 가변 속도로 움직입니다. 그의 움직임의 궤적은 알려져 있지 않습니다. 전자는 무작위로 혼란스럽게 움직여 전자 구름(전자 궤도)을 형성합니다. 전자 궤도는 전자 이동 가능성이 가장 높은 원자핵 주위의 공간 영역입니다. 원자 내 전자의 거동은 하이젠베르크의 불확정성 원리로 특징지어집니다. 원자 규모의 미세 입자의 경우 동일한 정확도로 좌표와 각운동량을 동시에 표시하는 것은 불가능합니다. 양자수 원자 내 전자의 상태에 대한 설명은 네 가지 양자수에 의해 결정됩니다. 주 양자수 n은 주어진 수준에서 전자의 에너지 보유량과 핵으로부터의 거리를 나타냅니다. 전자 수준기 번호에 해당합니다. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, ... 14의 정수 값을 허용합니다. Copyright JSC Central Design Bureau BIBKOM & LLC Kniga-Service Agency 2차(궤도) 양자수 l은 궤도 각도를 나타냅니다. 운동량 전자. 전자 구름(궤도)의 공간적 모양을 결정합니다. 0에서 n-1까지의 정수 값을 허용합니다. 숫자 값(0, 1, 2, 3)은 문자 명칭(s, p, d, f). 표 2.1 – 궤도 양자수와 궤도의 모양 0 1 2 3 궤도 모양 구형 아령 두 개의 교차된 아령 훨씬 더 복잡한 모양 l (s) (p) (d) (f) 동일한 전자 궤도 모양을 가진 전자는 a에서 하위 준위를 형성합니다. 주어진 에너지 수준. 한 수준의 하위 수준 수는 수준 번호에 해당합니다. 표 2.2 – 준위 수에 대한 하위 준위 수의 의존성 n(준위) 1 2 3 4 l(하위 준위) S s, p s, p, d s, p, d, f 자기 양자수 m은 자기 특성을 특성화합니다. 전자는 공간에 있는 전자 구름의 방향에 따라 달라집니다. 0(영)을 포함하여 양수와 음수 모두 측면 양자수 크기 내의 정수 값을 허용합니다. 표 2.3 - m 2차 양자수 값과 자기 양자수 값 사이의 관계 값 m 0(1) 1, 0, -1(3) 2, 1, 0, -1, -2(5) 3, 2 , 1, 0, –1 , –2, –3 (7) l 0 1 2 3 자기 양자 수 Nm의 값 수는 다음 공식을 사용하여 계산할 수 있습니다. Nm = 2l +1, 여기서 l은 측면 양자수의 값. 표 2.4 – 하위 수준의 궤도 수 하위 수준 s p D f 궤도 수 – (1) – – – (3) – – – – – (5) – – – – – – – (7) 15 Copyright OJSC “CDB “BIBKOM ” & Kniga-Service Agency LLC 스핀 양자수는 전자의 각운동량을 나타냅니다. h 1 1 + 및 – (단위) 값을 취합니다. 2 2 2 파울리 원리 원자는 네 가지 양자수의 값이 모두 동일한 두 개의 전자를 가질 수 없습니다. 결론: 하나의 오비탈에는 스핀이 반대인 전자가 최대 2개 포함될 수 있습니다. 표 2.5 – n 준위의 최대 전자 수 N 1 2 2 8 3 18 4 32 Nn = 2n2, 여기서 n은 준위 수(주양자수)입니다. 표 2.6 - 하위 준위 l N1 0(s) 2 의 최대 전자 수 여기서 l은 측면 양자수입니다. 1(p) 6 2(d) 10 3(f) 14 N1 = 2(2l + 1), 최소 에너지의 원리 원자 내의 전자는 준위와 하위 준위에서 최소 에너지량의 위치를 ​​차지합니다. 에너지적으로 유리하고 안정적입니다. 1초< 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d < 4p < 5s < 4d < 5p < 6s < 4f < 5d < 6p < 7s < 5f < 6d < 7p Рисунок 2.1. Схема расположения энергетических подуровней в многоэлектронном атоме 16 Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис» Правило Хунда Устойчивому состоянию атома соответствует такое распределение электронов в пределах энергетического подуровня, при котором величина суммарного спина электронов максимальна. Это условие выполняется, если электроны заполняют все свободные орбитали сначала по одному, а затем происходит пополнение каждой орбитали вторым электроном. Пример: Рисунок 2.2. Последовательность заполнения электронами р – подуровня Правила В.М. Клечковского 1. Уровни и подуровни атомов заполняются электронами в порядке возрастания суммы главного и орбитального квантовых чисел (n+l). 2. При одном и том же значении суммы (n+l) электроны заполняют орбитали с меньшим п, но с большим l. 2.3. Электронные формулы элементов На основе принципа Паули, принципа минимальной энергии, правила Хунда, представлений об энергетических уровнях и подуровнях составляются электронные формулы элементов. Электронные формулы показывают распределение электронов на энергетических уровнях и подуровнях. При составлении электронной формулы сначала пишут цифру, соответствующую номеру энергетического уровня, на который поступает электрон. Затем пишут букву, соответствующую подуровню и справа наверху, в виде показателя, обозначают число электронов на данном подуровне. Примеры: I период (один энергетический уровень) Электронная формула: Н 1S1 Электронно-графическая формула: Водород Н №1 +1 (заряд ядра) 1ē 1-й S - элемент 1 S Степень окисления водорода: +1 (Н2О, NH3, HCl) Исключение: степень окисления водорода – 1 в соединениях с очень активными металлами (NaH, KH). 17 Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис» Водород Водородное пламя создает t = 2800o Восстановитель Источник, переносчик и концентратор энергии Получение аммиака, жидкого топлива, твердых жиров Экологически чистое топливо будущего Схема 2.1. Значение и применение водорода Элементы, у которых электроны заполняют s - подуровень, называются s– элементами. Первые два элемента любого периода являются s–элементами. Не Гелий Не №2 +2 (заряд ядра) 1S2 1 S первый уровень завершен 2å 2-й S - элемент Гелий – инертный газ. Гелий Дирижабли с гелиевым наполнением Теплоноситель ядерных реакторов В медицине: гелиевый воздух лечит бронхиальную астму, применяется для водолазов В электронике: жидкий гелий – среда для сверхпроводников Схема 2.2. Значение и применение гелия (инертный, легкий) Литий Li №3 +3 (заряд ядра) 3ē 1-й S - элемент II период (два энергетических уровня) Li 1S2 2S1 (валентный уровень) Литий – активный щелочной металл. Степень окисления: +1. Формулы соединений: Li2O → LiOH. Литий В атомной технике: теплоноситель, растворитель соединений урана Для кондиционирования воздуха применяют соли лития В медицине: для лечения психических расстройств Схема 2.3. Значение и применение лития 18 Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис» Be 1S2 2S2 Бериллий Ве №4 +4 (заряд ядра) 4ē 2-й S - элемент (валентный уровень) Бериллий – амфотерный металл. Соединения: ВеО → Ве(ОН)2 Н2ВеО2 Бериллий Материалы космической, ракетной и авиационной техники Бериллий токсичен ПДК в воздухе – 0,001 мг/м3 Для человека, животных вреден: рахит, ослабление костной ткани, отек легких Для растений безвреден Схема 2.4. Значение и применение бериллия При получении энергии извне (при нагревании) атомы переходят в возбужденное состояние. При этом электронная пара распаривается и электрон переходит в свободную орбиталь подуровня в пределах своего номера уровня. В 1S22S22р1 Электронно-графическая формула Бор (валентный уровень) №5 +5 (заряд ядра) 5ē 1-й р - элемент Бор Бороводородное топливо, военная техника, легирование стали Важнейший микроэлемент, влияет на белковый и углеводный обмен Схема 2.5. Значение и применение бора Бор – первый р – элемент второго периода. Элементы, у которых электроны заполняют р – подуровень, называются р – элементами. Последние 6 элементов любого периода (кроме первого и седьмого) являются р – элементами. 19 Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис» Свойства s – и р – элементов У s– и р– элементов электроны заполняют внешний уровень от 1 до 8. 화학적 특성 원소는 금속에서 비금속, 불활성 기체로 빠르게 변화합니다. s- 및 p- 원소의 외부 수준에 있는 전자 수는 원소가 위치한 그룹의 수에 해당합니다. s- 및 p- 원소에서 원자가 전자는 외부 준위의 전자입니다. 주요 하위 그룹은 s– 및 p– 요소로 구성됩니다. 원소의 산화 상태를 찾는 규칙 1. 원소(비금속)의 음의 산화 상태는 외부 준위를 전자 8개로 완성하는 데 허용되는 전자의 수와 같습니다. 2. 원소의 양성 산화 상태는 원소가 포기한 원자의 정상 상태와 여기 상태에 있는 짝을 이루지 않은 전자의 수와 동일합니다(일반적으로 예외가 있음). 자기 통제를 위한 질문 1. '원자'의 개념을 정의합니다. 2. 원자는 무엇으로 구성되어 있나요? 3. 원자핵에는 어떤 입자가 포함되어 있습니까? 4. 탄소 원자의 전자는 무엇이 같고 무엇이 다른가요? 5. Niels Bohr, Louis de Broglie의 주요 아이디어를 공식화합니다. 6. 전자 오비탈이란 무엇입니까? 7. s –, p –, d –, f – 하위 수준에는 몇 개의 궤도가 있습니까? 8. 원소의 원자 구조에서 최소 에너지의 원리는 어떻게 나타 납니까? 9. 파울리 원리를 어떻게 이해하시나요? 10. Hund의 법칙을 어떻게 이해하는지 설명하십시오. 참고문헌 메인 1. Glinka, N.L. 일반화학 / N.L. Glinka – M.: KNORUS, 2009. – 752p. 2. Knyazev, D.A. 무기화학/D.A. 크냐제프, S.N. SMarygin – M.: Bustard, 2004. – 592 p. 3. 랴자노바, G.E. 일반 및 무기 화학. 표와 도표 / G.E. Ryazanov. – 사라토프: 고등 전문 교육을 위한 연방 주립 교육 기관 “사라토프 주립 농업 대학교”, 2006 – 284 p. 추가 1. Klinsky, G.D. 무기화학 /G.D. 클린스키, V.D. Skopintsev. – M: 출판사 MCHA, 2001. – 384 p. 2. 겔프만, M.I. 무기화학 / M.I. 겔프만, V.P. Yustratov. – 상트페테르부르크: 출판사 “Lan”, 2009. – 528 p. 3. 무기화학(생물학적 및 비생물학적 요소): 교과서/ed. V.V. Egorova. – 상트페테르부르크: Lan 출판사, 2009. – 320p. 4. ru.wikipedia.org 20 Copyright JSC Central Design Bureau BIBKOM & LLC Kniga-Service Agency 3강 주기율 및 주기율표 D.I. 멘델레예프3.1. 주기율표 및 원소 주기율표 D.I. 멘델레예프 - 현대 화학의 기초 주기율법 및 주기율표 D.I. 멘델레예프는 화학과학의 가장 위대한 업적이다. 법칙의 발견과 주기율표의 창조는 위대한 러시아 과학자 D.I.의 오랜 노력의 결과입니다. 멘델레예프. 주기율: 단순체의 성질과 원소 화합물의 형태 및 성질은 원소 D의 원자량에 주기적으로 의존합니다. I. Mendeleev (1869) Mendeleev는 "미래는 주기율을 파괴로 위협하지 않고 상부 구조와 발전만을 약속합니다"라고 믿었습니다. 주기율법은 19세기에 발견되었습니다. 20세기에 S.A. Shchukarev는 다음과 같이 말했습니다. "시스템의 완전한 의미를 이해하는 것은 도달할 수 없고 완전히 이해할 수 없는 진실 중 하나로서 사람이 영원히 노력할 해결책인 밑바닥 없는 깊이의 작업입니다." 주기율법(현대 공식) 원소의 성질과 원소 화합물의 형태 및 성질은 원자핵의 전하량에 주기적으로 의존합니다. 주기율표는 광범위한 화학 지식을 매우 간결하게 집약합니다. 형태. 주기율표는 공간과 시간의 특정 조건에서 고려되어야 합니다. 초고온에서 원자는 전자를 빼앗기고 고압은 원자의 배열을 변화시킵니다. 이러한 조건에서 원자는 주기율을 따르지 않습니다. 원소의 주기율표는 주기율을 그래픽(표)으로 표현한 것이며, 순서가 있는 집합을 의미하는 엄격한 수학적 범주입니다. 기능 세트 간의 연결을 설정하기 위해 매트릭스 아이디어가 사용됩니다. 행렬은 행과 열로 구성된 직사각형 테이블입니다. 21 Copyright JSC Central Design Bureau BIBKOM & LLC 도서 서비스 대행업체 표 3.1. D.I. Mendeleev의 화학 원소 주기율표 22 Copyright JSC Central Design Bureau BIBKOM & LLC Kniga-Service Agency 주기율표는 일종의 행렬입니다. 그 요소는 화학 원소입니다. 선은 마침표입니다. 열은 그룹입니다. 주기율표는 개별 화학 원소가 내부 관계에 따라 정렬된 원소 집합을 나타낸다는 사실을 반영합니다. 각 화학 원소는 물질 발생의 자연스러운 단계이지 무작위로 생성되는 것이 아닙니다. 화학 원소 분류 주어진 특성을 지닌 물질 획득 철학 법칙 확인 추가 연구 예측 도구 주기법 농화학 광물의 지질 탐사 우주 연구 의학, 제약 산업 계획 3.1. 주기율표의 의미 "평균 구성의 생명체는 토양과 연결되어 있으며 물질이 태양과 별의 대기 또는 물질로 구성되는 것과 동일한 법칙에 따라 원소로 세포를 구성합니다." A.E. Fersman 원소 주기율표는 현재 발견된 118개의 원소를 포함하며, 이들은 7주기와 8족으로 구성되어 있습니다. 3.2. 주기율표의 구조 각 화학 원소에는 일련번호가 있습니다. 원자 번호는 다음과 같습니다: 원자핵의 전하; 핵의 양성자 수; 중성 원자의 총 전자 수. 주기는 s-원소(알칼리 금속)로 시작하고 p-원소(희가스)로 끝나는 수평 계열의 요소입니다. 이 기간 동안 외부 전자 레벨은 1에서 8개의 전자로 구성됩니다. 완성된 외부 레벨에는 8개의 전자가 포함됩니다. 주기 수는 원자의 에너지 준위 수에 해당합니다. 기간 I에는 두 개의 요소(한 행)만 포함됩니다. 두 번째와 세 번째 기간에는 각각 8개의 요소가 포함됩니다. 기간 I, II 및 III을 "소기간"(한 행)이라고 합니다. IV, V, VI 기간(주요 기간)은 두 개의 행으로 구성됩니다. 23 Copyright JSC Central Design Bureau BIBKOM & LLC Kniga-Service Agency 그룹은 동일한 유형의 전자 구성을 갖는 요소의 수직 순서입니다. 요소 그룹에는 주(A)와 보조(B)라는 두 개의 하위 그룹이 포함됩니다. 주요 하위 그룹은 s 및 p 요소로 구성됩니다. 측면 하위 그룹은 d - 요소를 형성합니다. 주요 하위 그룹 요소의 외부 에너지 수준에서 전자 수(ē)는 그룹 번호와 같습니다. 측면 하위 그룹 요소의 외부 에너지 준위의 전자 수는 그룹 번호에 관계없이 2입니다. 원소 원자의 전자 구조의 주기적인 변화는 원소의 화학적 특성뿐만 아니라 원소가 형성하는 복합 화합물에도 주기적인 변화를 일으킵니다. 교육 문제 해결을 위한 주기율표의 중요성 주기율표를 사용하면 원소의 화학적 특성을 특성화할 수 있습니다. 이렇게 하려면 주기율표의 숫자를 원자의 구조와 원소의 특성을 나타내는 코드로 사용해야 합니다. 3.3. 원소 원자의 일반적인 특성에 대한 알고리즘 1. 원소의 서수(No.). 2. 원자핵(Z)의 전하. 3. 원자핵의 양성자 수(p+). 4. 상대원자질량(Ar). 5. 원자핵의 중성자 수(아니요). 6. 원자의 총 전자 수(ē). 7. 주기 수 → 에너지 준위 수. 8. 그룹 번호, 하위 그룹(주 또는 측면) → 원자의 외부 수준에서 번호 ē. 8.1. 주 하위 그룹 → 외부 수준의 숫자 ē는 그룹 번호와 같습니다. 8.2. 외부 수준의 측면 하위 그룹 번호 ē는 그룹 번호(또는 1)에 관계없이 2입니다. 9. 요소가 금속인지 비금속인지 평가합니다(외부 수준의 숫자 ē). 10. 요소가 어느 전자 계열(s, p 또는 d)에 속하고 이 전자 계열의 요소 중 어느 순위인지 결정합니다. 11. 전자 공식을 만들고 원자가 전자를 강조 표시합니다. 11.1. 주요 하위 그룹의 요소 - 외부 수준의 전자. 11.2. 측면 하위 그룹의 요소 - 외부 수준의 전자 및 d - 두 번째 수준의 하위 수준. 12. Hund의 법칙에 기초한 전자 그래픽 공식을 만들고, 정상 상태와 들뜬 상태의 준위와 하위 준위에서 원자가 전자의 분포를 보여줍니다. 13. 원소의 산화 상태를 말해보세요. 14. 원소의 산화 상태(산화물, 수산화물, 수소 화합물)에 해당하는 가장 중요한 화합물의 공식을 쓰십시오. 15. 가장 중요한 화합물의 특성을 특성화합니다. 24 Copyright JSC Central Design Bureau BIBKOM & LLC Kniga-Service Agency 16. 식물, 농업, 산업을 위한 요소와 그 화합물의 중요성을 밝힙니다. 예: 질소 N 1) 7번 9) 비금속(ē를 허용하지만 2) +7(핵 전하) 3) 7р+ 10) 3번째 р – 원소 4) Ar = 14 11) 전자 공식: 5 ) 7no 1s22s22p3 원자가 준위 6) 총 7 ē 7) II 주기 – 두 개의 에너지 준위 12) 전자 그래픽 공식: 8) V 그룹, 주 하위 그룹 – 5 ē 외부 준위에서는 여기가 불가능함 13) 산화 상태: – 3, +1, +2, +3, +4, +5. 14) 가장 중요한 화합물의 공식 3 1 N H3 → 암모니아 NH4OH → NH4Cl, NH4NO3, (NH4)SO4 수산화 암모늄 암모늄 염 암모늄 광물질 비료산소 화합물: 2 2 1 2 무차별 산화물 N 2 O, NO – 3 2 НNO2 → N 2 O3 → 아질산 4 2 갈색 가스 NO2 – 5 2 НNO3 → N 2 O5 → 질산 염 - 아질산염 – NaNO2 염 - 질산염 – KNO3, Ca(NO3)2, NH4NO3 질산성 질소 비료(초석) 질소는 가장 중요한 다량원소입니다. 인 Р Р 1s22s22p63s23р3_ 원자가 수준 핵의 전자 그래픽 공식) nt 수준 산화 상태: -3, +3, +5 25 Copyright JSC Central Design Bureau BIBKOM & LLC Book-Service Agency 가장 중요한 인 화합물 3 1 3 2 3 RN 3; P2 H 4 P2 O 3 2 P2 O 5 → H3PO4 → 염 - 인산염 → H3PO3 → 염-아인산염 인산 인산 형태: HPO3 - 메타 - H3PO4 - 오르토 - H4P2O7 - 파이로 - Na3PO4 Na2HPO4 NaH2PO4 인 비료 Ca(H2PO4) 2 – 인산이수소칼슘(과인산염) CaHPO4∙2H2O – 인산수소칼슘(침전물) Ca3(PO4)2 ↓ - 인산칼슘(인산염 가루) 인은 가장 중요한 다량 영양소입니다. d – 큰 주기의 원소 큰 주기(4, 5, 6, 7)에서는 10개의 d – 원소가 s-와 d- 원소 사이에 도입되며, 여기서 전자는 외부에서 두 번째 레벨의 d – 하위 레벨을 채웁니다. 그룹 번호에 관계없이 모든 d-요소는 외부 레벨에 2개의 전자를 갖습니다(또는 전자 누출이 발생하는 경우 1개의 전자). 따라서 d - 요소가 표시됩니다. 금속성. d 요소에서 원자가 전자는 외부 수준과 두 번째 수준의 d- 하위 수준, 즉 (n – 1) d 및 nSnP의 두 수준의 전자입니다. d-원소는 주기율표의 측면 ​​하위 그룹을 형성합니다. 대부분의 d-금속은 여러 가지 산화 상태를 가지므로 해당 화합물은 산화환원 특성을 나타냅니다. d-원소의 산화물과 수산화물은 이를 형성하는 d-원소의 산화 정도에 따라 염기성, 양쪽성 또는 산성 특성을 갖습니다. d – 금속은 우수한 착화제이며 안정적인 착화합물을 형성합니다. d – 금속 망간, 코발트, 구리, 아연이 필수적입니다. 필수 미량원소 . 이들 금속의 황산염은 미세비료로 사용되며, 이는 종자 파종 전 처리 및 식물의 엽면 공급에 사용됩니다. 예: 철 Fe Fe 1s22s22p63s23р63d64s2 원자가 수준 No. 26 26 ē 6번째 d-원소 전자 그래픽 공식 Fe의 산화 상태: +2, +3, +6. 26 Copyright JSC Central Design Bureau BIBKOM & LLC Kniga-Service Agency 가장 중요한 화합물 2 Fe O → Fe(OH)2 주요 기본 산화물 특성 3 H3FeO3 → 페라이트 염 KFeO2 Fe2 O3 → Fe(OH)3 약 약 양쪽성 양쪽성 특성 Н2О НFeO2 6 Fe O3 → H2FeO4의 산성 특성 → 철산 K2FeO4 염-철산염(산화제) 철은 필수 미량 원소입니다. 3.4. 원소 및 그 화합물의 성질 변화의 주기성 화학 원소의 성질은 주기적으로 변합니다. 주기적으로 변화: 원자 반지름(R); 이온화 에너지(이온화 전위 I); 전자 친화도(E) 전기음성도(χ) χ=I+E 또는 χ= I E . 2 주기 내 원자의 반경(R)은 원자 번호(수평 주기성)가 증가함에 따라 감소합니다. 이유: 원자핵의 전하는 증가하지만 한 주기의 에너지 준위 수는 일정합니다. 반경이 작을수록 원자가 전자를 포기하는 것이 더 어려워집니다(금속 특성 감소). 장기간에 걸쳐 다음이 관찰됩니다: 1. d – 압축(d – 요소 행의 반경 감소); 2. f – 압축(f – 요소 행의 반경 감소) a) VI 기간 – 란탄족 압축; b) VII 기간 – 악티노이드 압축. 그룹에서는 일련 번호가 증가함에 따라 요소의 반경이 증가합니다(주 패턴). 이유: 에너지 수준의 수가 증가합니다. 결과: 전자 기증 능력 증가 → 금속 특성 증가. 표 3.2 - IA 그룹의 일반적인 반경 변화 원소 R, nm Li 0.155 Na 0.189 K 0.236 Rb 0.248 원소의 금속 특성이 증가합니다. 27 Cs 0.268 Fr 0.280 Copyright JSC Central Design Bureau BIBKOM & LLC Kniga-Service Agency 표 3.3 - f로 인한 R 변화 패턴 위반 - IB 그룹의 압축 요소 R, nm Cu 0.128 Ag 0.144 Au 0.144 2차 하위 그룹에서 , 금속 특성 요소가 감소합니다(란탄족 압축의 영향). 이온화 에너지는 원자에서 전자 하나를 제거하는 데 필요한 에너지입니다. 이온화 전위 I는 원자에서 전자 하나를 제거하기 위해 원자에 적용되어야 하는 가장 작은 전압(전자 볼트 단위)입니다. 이온화 전위 I은 원소의 금속성 및 환원성 특성을 나타냅니다. E0 = E+ + ē 원자 이온 일반 패턴: 원자 번호가 증가하는 기간에는 이온화 전위가 증가합니다. I의 가치는 기간이 끝날 무렵에 최대치에 도달합니다. 일반 패턴: 원자 번호가 증가함에 따라 그룹의 이온화 전위가 감소합니다. 일반 패턴 위반: (하위 레벨 채우기 정도의 영향) 전자가 완전히 채워지거나 절반만 채워지는 하위 준위가 가장 안정적입니다(I 증가). 표 3.4 - 이온화 전위에 대한 하위 준위 충전 정도의 영향 요소 원자가 전자 I, eV N 2s22p3 14.53 O 2s22p4 13.61 표 3.5 - 이온화 전위에 대한 란탄족 압축의 영향 요소 R, nm I, eV Cu 0.128 7.73 Ag 0.144 7 .57 Au 0.144 9.22 전자 친화력(E, eV)은 하나의 전자가 원자에 추가될 때 방출되는 에너지입니다. 전자 친화력은 원소의 비금속 산화 특성을 나타냅니다. 일반 패턴: 원자 번호가 증가하는 기간에는 전자 친화도가 증가합니다. 그룹에서는 원자 번호가 증가함에 따라 전자 친화력이 감소합니다. 28 Copyright JSC Central Design Bureau BIBKOM & LLC Kniga-Service Agency 표 3.6 - 그룹 VII의 전자 친화력 값 변화 - A Element E, eV F 3.62 Cl 3.82 Br 3.54 J 3.24 전기음성도(χ)는 원자의 능력입니다. 전자를 자신에게 끌어당기는 분자. 전기음성도의 측정은 이온화 에너지(I)와 전자 친화도(E)의 합과 동일한 에너지로 간주됩니다. χ = I+E. 일반적으로 Li 1이라고 가정했습니다. 일반적으로 금속과 비금속의 경계는 2(또는 1.7)입니다. 비금속 금속 2< 2 χ > 2 그림 3.1. 금속과 비금속의 전통적인 경계 표 3.7 - 일부 원소 원자의 전기음성도 Element χ Na 1.01 Mg 1.23 Al 1.47 금속 Ge 2.02 Cl 2.83 F 4.10 비금속 원소의 화학적 성질은 주기적으로 변합니다. 이 기간 동안 원소의 특성은 금속에서 비금속 및 불활성(귀족) 가스로 변경됩니다. 원소의 산화 상태는 주기적으로 변합니다. 산화 상태는 일반적으로 이온성이라고 가정되는 화합물의 원자 전하입니다. 가장 높은 산화 상태는 가장 큰 양의 값입니다. 그룹번호와 동일합니다. 예외: O, F, Fe, Cu, Ag, Au. 가장 낮은 산화 상태는 가장 낮은 값입니다. 다른 모든 산화 상태는 중간 또는 중간입니다. 산화 상태에는 (+) 또는 (-) 기호가 있습니다. 일정한 산화 상태: 1) I A족 알칼리 금속: Li, Na, K, Rb, Cs, Fr: +1 2) II A족 금속: Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra: + 2 3 ) Al: +3 4) H: +1(예외: NaH 수소화물) 5) O: – 2(예외: OF2) 6) 원자의 산화 상태는 0입니다(원자는 전기적으로 중성입니다). 분자의 산화 상태는 0(분자는 전기적으로 중성)입니다. 원소의 원자가는 주기적으로 변합니다. 원자가는 주어진 원자가 다른 원자와 연결되는 화학 결합의 수로 측정됩니다. Valence에는 흔적이 없습니다. 산화 상태와 원자가의 값이 일치하지 않을 수 있습니다. 29 Copyright JSC Central Design Bureau BIBKOM & LLC Kniga-Service Agency 표 3.8 – NH3 및 NH4Cl의 산화 상태 및 질소 원자가 물질 NH3 NH4Cl 질소 산화 상태 –3 –3 질소 원자가 3 4 화학 원소의 특성이 특성에 영향을 미칩니다. 대응하는 복잡한 연결 중 하나입니다. 계획 3.2. 요소 속성의 특성 자기 통제에 대한 질문 1. D.I의 주기율을 공식화합니다. 멘델레예프. 어떻게 이해했는지 설명해보세요. 2. 거대원소와 미량원소의 원자 구조와 특성을 비교합니다. 3. 비활성 기체는 불활성이고 알칼리 금속은 활성인 이유를 설명하십시오. 4. 원자의 반지름과 이온화 전위를 비교하세요. 1) 나트륨 및 칼륨; 2) 산소와 불소. 5. 복합 화합물의 특성이 이를 형성하는 요소의 특성에 미치는 영향에 대한 예를 제시하십시오. 참고문헌 메인 1. Glinka, N.L. 일반화학 / N.L. Glinka – M.: KNORUS, 2009. – 752p. 2. Knyazev, D.A. 무기화학/D.A. 크냐제프, S.N. SMarygin – M.: Bustard, 2004. – 592 p. 3. 랴자노바, G.E. 일반 및 무기 화학. 표와 도표 / G.E. Ryazanov. – 사라토프: 고등 전문 교육을 위한 연방 주립 교육 기관 “사라토프 주립 농업 대학교”, 2006 – 284 p. 30 Copyright JSC Central Design Bureau BIBKOM & LLC 도서 서비스 기관 추가 1. 무기 화학(생체 및 비생성 요소): Textbook / ed. V.V. Egorova. – 상트페테르부르크: Lan 출판사, 2009. – 320p. 2. Guzey, L.S. 일반화학 / L.S. Guzey, V.N. 쿠즈네초프, A.S. 구제이. – M.: 출판사. 모스크바 주립 대학, 1999. – 333 p. 3. 아가포신, N.P. 주기법칙과 주기율표 D.I. 멘델레예프. / N.P. Agafoshin - M.: 교육, 1973. - 208 p. 4. 드미트리예프, S.N. 초중금속의 화학적 성질을 식별하고 연구합니다. 주기율표의 진화 D.I. 멘델레예프 / S.N. Dmitriev – 일반 및 응용 화학에 관한 XVIII Mendeleev 회의 보고서 요약: 5권; v.1. – M.: Granitsa, 2007. – P. 47. 31 Copyright JSC “CDB “BIBKOM” & LLC “Agency Kniga-Service” 강의 4 무기 화합물의 산-염기 특성에 대한 주기법칙의 표현 4.1. 주요 무기 화합물 종류의 유전적 연결 자연에는 다음과 같은 무기 화합물이 엄청나게 많습니다. 소수무기 화합물의 주요 종류. 산화물과 수산화물은 염기성 또는 산성 특성을 나타내는 정도가 다릅니다. 수산화물은 전해질 강도가 다양합니다. 또한 각 물질에는 고유한 개별 특성도 있습니다. 복합 화합물의 화학적 성질의 변증법을 상상할 수 있으려면 원소의 화학적 성질에 대한 이러한 변증법을 명확하게 상상할 필요가 있습니다. 무기 화합물의 주요 종류의 특성은 주기율을 이해하는 데 도움이 되며 주기율을 다음과 같이 믿을 수 있게 해줍니다. 믿을 수 있는 기초 지식. 자연의 모든 현상과 과정에는 모순되고 상호 배타적이며 반대되는 경향이 있습니다. 이러한 반대 경향은 전자를 제공할 수 있는 금속 원자의 특성과 전자를 얻을 수 있는 비금속 원자의 특성에서 나타납니다. 물질의 구성이 더욱 복잡해짐에 따라 이러한 반대 경향이 계속해서 나타납니다. 낮은 산화 상태의 일반적인 금속 및 전이 원소는 염기성 산화물을 형성하는 반면, 높은 산화 상태의 일반적인 비금속 및 전이 원소는 반대 특성을 갖는 산성 산화물을 형성합니다. 물질 구성이 더욱 복잡해지면 염기가 염기성 산화물에 해당하고 산이 산성 산화물에 해당하는 수산화물이 형성됩니다. 염기와 산도 성질이 반대입니다. 따라서 물질 구성의 변화는 그 특성의 변화로 이어집니다. 금속과 비금속 특성의 대비는 염기성 및 산성 산화물, 염기와 산의 특성 대비를 결정합니다. 이는 복합 물질의 특성이 요소 원자의 특성에 변증법적으로 의존하므로 상호 연결되고 상호 의존적이라는 증거입니다. 물질 이동의 화학적 형태의 발달은 물질의 구성 및 특성의 복잡성으로 나타납니다. 실제로 주기율표에는 복합 화합물의 특성이 구성 요소의 특성에 따라 달라진다는 아이디어가 포함되어 있습니다. 따라서 예를 들어 활성이 다른 금속은 특성이 서로 다른 복합 화합물에 해당하고, 근본적으로 다른 금속과 비금속은 성질이 크게 다른 복합 화합물에 해당할 것으로 예상해야 합니다. 서로. 복잡한 화합물은 단순한 물질로 형성됩니다. 가장 간단한 복합 화합물은 산화물입니다. 산화물은 두 가지 원소로 구성된 복합 물질이며 그 중 하나는 산소입니다. 물을 첨가하여(직접 또는 간접적으로) 산화물 분자가 복잡해지면 수산화물이 생성됩니다. 주요 종류의 무기 화합물의 존재는 무기 물질의 발달을 반영합니다. 32 Copyright JSC Central Design Bureau BIBKOM & LLC 도서 서비스 대행 제도 4.1. 무기 화합물의 주요 클래스와 화학 물질 개발 수준의 유전적 관계 표 4.1 - 화학 물질의 개발 수준 4 3 2 1 염 수산화물 산화물 원소 원자 화학 현상은 내부 불일치가 특징입니다. 이것이 화학적 특성의 다양성과 이 틀을 넘어서는 예외 없이 최선의 계획의 틀 내에서 이를 설명하는 것이 불가능한 이유입니다. 4.2. 산화물, 염기, 산 및 염의 화학적 성질 염기성 산화물 염기성 산화물은 금속과 산소로 구성된 복합 물질로, 염기는 수산화물에 해당합니다. 표 4.2 – 금속 발생 패턴 염기성 산화물의 화학적 특성 염기성 산화물은 다음과 같이 반응합니다. 1) 산성 산화물과 반응: Na2O + CO2 = Na2CO3; 2) 산의 경우: CaO + H2SO4 = CaSO4 + H2O; 3) 물(가장 활성이 높은 금속의 산화물 - 알칼리 및 알칼리 토류)과 반응: CaO + H2O = Ca(OH)2 CuO + H2O 33 작동하지 않음 Copyright JSC Central Design Bureau BIBKOM & LLC Kniga-Service Agency 산성 산화물 산성 산화물은 비금속과 산소로 구성된 복합 물질로, 산은 수산화물에 해당합니다. 표 4.3 – 비금속 발달 패턴 산성 산화물의 화학적 특성 산성 산화물은 다음과 같이 반응합니다. 1) 염기성 산화물과 반응: SO3 + Na2O = Na2SO4; 2) 염기 사용: CO2 + 2NaOH = Na2CO3 + H2O; 3) 물과 함께: SO3 + H2 O = H2SO4. 염기 염기는 금속과 수산기 OH-로 구성된 물질입니다. 염기는 해리되어 수산화물 이온 OH-를 형성하는 물질입니다. 활성이 매우 높은 알칼리 금속(1족, 주 하위군: Na, K 등) 알칼리 토금속(2족, 주 하위군: Ca, Sr, Ba)은 강염기(알칼리)를 형성하며 물에 용해되고 완전히 해리됩니다( NaOH, KOH, Ca(OH)2, Ba(OH)2). 저활성 금속(알칼리 및 알칼리 토류 제외): Al, Zn, Cu, Fe, Pb는 약염기를 형성합니다. 이들은 물에 잘 녹지 않으며 부분적으로 해리됩니다: (Cu(OH)2↓, Fe(OH)3↓). 산화 정도가 낮은 활성 금속은 더 강한 염기를 형성합니다. 2 3 Fe(OH)2 > Fe(OH)3 강염기의 제조 1) 물과의 산화물: CaO + H2O = Ca(OH)2; 2) 물과 금속: 2Na + H2O = 2NaOH + H2; 3) 염용액의 전기분해: NaCl, KCl. 34 Copyright JSC Central Design Bureau BIBKOM & LLC Kniga-Service Agency 약염기 제조 알칼리가 있는 저활성 금속염: FeSO4 + 2NaOH = Fe(OH)2↓ + Na2SO4. 염기의 화학적 특성 염기는 다음과 같이 반응합니다. 1) 산과 반응합니다(중화 반응): 2NaOH + H2SO4 = Na2SO4 + 2H2O; 2) 산성 산화물의 경우: 2NaON + CO2 = Na2CO3 + H2O; 3) 염(침전물이 형성되는 경우): 2NaOH + CuSO4 = Cu(OH)2 ↓ + Na2SO4. 규칙: 반응성이 낮은 금속의 용해성 염은 강염기와 반응합니다. 전문적 능력: 알칼리성 토양에 미세비료 CuSO4, FeSO4, MnSO4 등을 사용하는 것은 불용성이므로 효과적이지 않습니다. 양쪽성 수산화물 양쪽성 수산화물은 염기와 산의 이중 특성을 동시에 가지고 있습니다. 그들은 산과 염기 모두와 반응합니다. 표 4.4 – 양쪽성 수산화물을 형성하는 금속(특성의 내부 불일치) 그룹 원소 산화 상태 I Au +3 II Be, Zn +2 III Al +3 IV Ge, Sn, Pb +2; +4 VI Cr +3 수산화아연 Zn(OH)2의 양쪽성 특성: 양쪽성. Zn(OH)2 ↓+ H2SO4 = ZnSO4 + 2H2O 염기산 용융물: 양쪽성. Zn(OH)2 + 2NaOH = H2ZnO2 + 2NaOH = Na2ZnO2 + 2H2O 산 염기 아연산 나트륨 용액 내: Zn(OH)2 + 2NaOH = Na2 또는 Na 동일한 산화 상태(+2)를 갖는 금속은 유사한 특성을 갖는 양쪽성 수산화물을 형성합니다. Zn(OH)2, Be(OH)2, Ge(OH)2, Zn(OH)2, Pb(OH)2 수산화알루미늄의 양쪽성 특성: 양쪽성. 2Al(OH)3 + 3H2SO4 = Al2(SO4)3 + 6H2O 염기산 35 Copyright JSC Central Design Bureau BIBKOM & LLC Kniga-Service Agency 용융물: 양성자. Al(OH)3 + NaOH → H3AlO3 + NaOH → NaAlO2 + 2H2O 산 염기 H2O 나트륨 메타알루미네이트 메타알루미늄 산 HAlO2 용액 내: Al(OH)3 + 3NaOH = Na3 또는 Na 또는 Na 동일한 산화 상태(+3) 형태를 갖는 금속 유사한 특성을 지닌 양쪽성 수산화물: Al(OH)3, Cr(OH)3, Au(OH)3. 산 산은 해리되어 수소 양이온 H+(양성자)를 형성하는 복합 화합물입니다. 표 4.5 - 산 및 염 산 이름 염산(염산) 질산 공식 산 잔류물 염 이름 염의 예 HCl Cl - 염화물 NaCl HNO3 질산염 황산염 하이드로설페이트 인산염 하이드로포스페이트 인산이수소아황산염 하이드로설파이트 황화물 하이드로설파이드 탄산염 탄화수소 실리케이트 하이드로실리케이트 아질산염 KNO3 Na2SO4 NaHSO4 Ca3 ( PO4)2 CaHPO4 Ca(H2PO4)2 Na2SO3 NaHSO3 Na2S NaHS Na2CO3 NaHCO3 Na2SiO3 NaHSiO3 NaNO2 시안화물 KCN 황 H2SO4 인 H3PO4 황 H2SO3 황화수소 H2S 석탄 H2CO3 규소 H2SiO3 아산화질소 시안화수소 HNO2 NO3– SO42– HSO4 – PO43– HPO4 2– H2PO4– SO32– HSO3 – S2– HS– CO32– HCO3– SiO32– HSiO3– NO2– HCN CN– 산의 화학적 특성 산은 다음과 상호 작용합니다. 1) 염기 2HCl + Ca(OH)2 = CaCl2 + 2H2O; 2) 염기성 산화물 H2SO4 + CaO = CaSO4 + H2O; 3) 염(침전물 또는 가스가 형성되는 경우): 36 Copyright JSC Central Design Bureau BIBKOM & LLC Kniga-Service Agency a) H2SO4 + BaCl2 = BaSO4 + 2HCl, b) 2HCl + CaCO3 = CaCl2 + CO2 + H2O; 4) 산과 금속의 상호 작용 일반 (전형적인) 산 H Cl, H 2 SO4. (상세한). 산화제는 H+입니다. 산은 금속과 반응하여 수소를 방출합니다. 일련의 금속 전압: Li, K, Na, Mg, Al, Mn, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb, H Cu, Hg, Ag, Pt, Au 일련의 전압에 위치한 금속은 수소 치환까지 일반 산의 수소. 묽은 H2SO4에서 산화제는 수소 양이온 H+입니다(전자를 받아 산화 상태를 변경함). 0 2 H 2 SO4 Z n abd. 0 2 2е Zn Zn 0 2е 2H 0 Zn SO4 H2 ok H2 1 1은 가지 않습니다. H 2 SO 4 Cu r dil. 6 5 5 산화성 산: H2 S O4, H N O3, H N O3 conc. 농도 div. 6 5 산화제는 산을 형성하는 원소인 S, N입니다. 산화성 산은 수소를 방출하지 않고 금속과 반응합니다. 산화성 산은 수소를 방출하지 않고 Cu, Hg, Ag와도 반응할 수 있습니다. 농축된 H2SO4는 수소를 방출하지 않고 금속과 반응합니다(산화제는 SO42 이온, 즉 S입니다). 0 2е Cu sol 6 S 2 Cu 2е okl 4 S 1 1 농축 황산 H2SO4는 Al, Fe, Cr을 부동태화합니다: 3H2SO4 + 2Fe → Fe2O3 + 3SO2 + 3H2O conc. 필름 37 Copyright JSC Central Design Bureau BIBKOM & LLC 도서 서비스 대리점 속성 질산 질산은 산화 특성을 가지고 있습니다. 5 질산에서 산화제는 NO3 이온입니다(N은 전자를 받아들이고 산화 상태를 변경합니다). 질산이 금속과 반응하면 수소가 방출되지 않습니다. 농축된 HNO3는 일반적으로 갈색 가스 NO2로 변합니다. 5 4 HNO3 NO 2 갈색 말단 HNO3는 Al, Fe, Cr을 부동태화합니다. 농도 HNO 3 Al Al 2 O 3 NO 2 농도 H 2O HNO3 필름은 Cu, Hg, Ag를 용해합니다. HNO 3 Cu 농도 Cu NO 3 2 NO 2 H 2O 표 4.6 - 질산과 금속 5 HNO3 dil의 상호 작용 활성이 낮은 Cu, Ag, Pb 활성이 중간인 금속 Mg, Zn 활성이 매우 높은 Na, K, Ca 2 3 NO N2 ;N2 O HNO 3 Cu Cu(NO 3) 2 NO H 2O HNO 3 Zn Zn(NO 3) 2 N 2 H 2O 딜. div. HNO 3 Na dil. NaNO 3 NH 3 H 2 O 또는 HNO 3 Na dil. 3 NH 3, NH 4 NO 3 0 NaNO 3 NH 4 NO 3 H 2 O 묽은 산과 금속의 상호 작용 생성물은 금속의 활성과 질산의 희석 정도에 따라 달라집니다. 금속의 활성이 높을수록 변형 생성물이 더 많이 감소합니다. 일반적으로 여러 제품이 한 번에 형성됩니다. 공정의 동역학은 이들 중 하나의 형성 이점을 결정합니다. 38 Copyright JSC Central Design Bureau BIBKOM & LLC Kniga-Service Agency 염 염은 산성 잔류물의 금속 양이온과 음이온으로 해리되는 전해질입니다. 중간 염은 금속과 산성 잔류물로 구성됩니다. 1 예: Na 3 PO 43 – 인산나트륨. 산성염(히드로염)은 금속 양이온과 수소 및 산 잔류물을 함유한 복합 음이온으로 구성됩니다. 1 예: Na 2 HPO 42 – 인산수소나트륨. 염기성 염(하이드록소염)은 금속과 수산기를 포함하는 복합 양이온과 산성 잔류 음이온으로 구성됩니다. 2 예: AlO H Cl 41 – 수산화알루미늄. 염의 화학적 특성 염은 다음과 같이 반응합니다. 1) 염기와 반응합니다(침전물이 형성된 경우): FeCl3 + 3NaOH = Fe(OH)3 + 3NaCl; 2) 산(침전물이 형성되거나 가스가 방출되는 경우): AgNO3 + HCl = AgCl + HNO3, Na2CO3 + 2HCl = 2NaCl + CO2 + H2O; 3) 염(침전물이 형성되는 경우): Na2SO4 + BaCl2 = BaSO4 + 2NaCl 4) 금속(염을 형성하는 금속보다 활성이 더 높음): ​​CuSO4 + Fe = Cu + FeSO4. 4.3. 화학 물질의 산-염기 특성 변화의 주기성 복합 화합물의 산-염기 특성은 이들이 형성된 원소의 특성에 따라 달라집니다. 1. 기간에 따른 원소의 특성은 금속에서 비금속으로 변경됩니다. 이에 따라 복합 화합물(산화물 및 수산화물)의 특성은 염기성에서 산성으로 주기적으로 변경됩니다. 2. 활성 금속(알칼리 및 알칼리토류)은 강염기(알칼리)를 형성합니다. 삼. 덜 활성인 금속은 약한 염기를 형성합니다. 4. 더 낮은 산화 상태를 갖는 더 많은 활성 금속은 더 강한 염기에 해당합니다. 5. 더 높은 산화 상태를 갖는 더 활동적인 비금속은 더 강한 산에 해당합니다. 6. 활성 비금속은 강산에 해당합니다. 39 Copyright JSC 중앙디자인국 BIBKOM & LLC 도서 서비스 대리점 4.4. 전문 역량에 대한 질문 1. 과인산염 Ca(H2PO4)2는 불용성 Ca3(PO4)2: Ca(H2PO4)2 + 2Ca(OH)2 = Ca3(PO4)2로 변하므로 알칼리성 토양에 사용하는 것이 바람직하지 않습니다. + 4H2O 가용성 알칼리성 매체 불용성 2. 인산염 가루 Ca3(PO4)2는 산성 토양에 사용되며 점차적으로 가용성 인산이수소칼슘으로 변합니다. Ca3(PO4)2 + H3PO4 → Ca(H2PO4)2 불용성 산성 매체 가용성 3. 미세비료(CuSO4, MnSO4 등)는 불용성 화합물로 변하기 때문에 알칼리성 토양에 사용하는 것이 바람직하지 않습니다. CuSO4 + 2NaOH = Cu(OH)2↓ + Na2SO4 가용성 알칼리성 불용성 매체 4. 산성 토양을 석회할 때 석회석 CaCO3 또는 백운석 가루 CaCO3 MgCO3가 토양에 첨가됩니다. 산성 토양에서는 토양의 산도가 감소하는 과정이 발생할 수 있습니다. +H+ Ca2+ + CO2 + H2O a) CaCO3 +H+ Ca(HCO3)2 → Ca2+ + HCO 3 b) 석회암 CaCO3는 토양의 H+ 양이온과 상호 작용합니다. 토양 흡수 복합체 ( PPK) : N PPK N CaCO 3 PPK Ca 2 CO 2 H 2O 5. 알칼리성 염분 토양을 석고로 만들 때 석고 CaSO4 2H2O가 토양에 첨가됩니다. 소다 염분화 토양에서는 다음과 같은 과정이 발생합니다. a) Na 2 CO3 CaSO4 CaCO3 Na 2SO 4 토양을 개선합니다. 비, 관개로 쉽게 씻겨 나옵니다. b) PPC Na Na CaSO 4 PPC Ca 2 Na 2 SO 4 는 쉽게 씻겨 내려가는 자제력을 위한 질문 1. 무기 화합물의 주요 종류를 복잡한 순서대로 나열하십시오. 2. 유전 도표를 사용하여 각 종류의 무기 화합물의 화학적 특성을 설명하십시오. 3. 복합화학물질의 공식을 작성하고 확인하는 알고리즘을 설명하세요. 예를 들다. 4. 가능한 반응식을 완성하세요: 1) CaO + H2O → 6) NaOH + Zn(OH)2 → 2) CuO + H2O → 7) Na2SO4 + KCl → 3) Cu + HCl → 8) Na2SO4 + BaCl2 → 4 ) Cu + HNO3 (농도) → 9) CaCO3 + HCl → 5) NaOH + Ca(OH)2 → 10) CaCO3 + H2SiO3 → 5. 무기 화합물의 주요 종류에 대한 유전 다이어그램을 그립니다. 40 Copyright JSC Central Design Bureau BIBKOM & LLC Kniga-Service Agency 6. 황산나트륨, 염화알루미늄, 인산칼슘, 인산이수소칼슘, 질산구리, 수산화알루미늄, 황산알루미늄, 황산나트륨 등의 화합물의 공식을 작성합니다. 7. 화합물을 형성하는 원소의 특성에 대한 화합물의 산-염기 특성의 의존성에 대한 예를 제시하십시오 8. 알칼리성 토양에 과인산염 및 미세 비료(황산망간, 황산구리)를 사용하는 것이 부적절한 이유를 설명하십시오. . 9. a) 산성 토양 b) 알칼리성 토양의 화학적 매립 중에 토양에서 어떤 과정이 일어날 수 있습니까? 10. 알칼리성 토양에 더 쉽게 흡수되는 FeSO4 또는 ZnSO4 미세비료는 무엇입니까? 참고 자료 메인 1. Ryazanova, G.E. 일반 및 무기 화학. 표와 도표 / G.E. Ryazanov. – 사라토프: 고등 전문 교육을 위한 연방 주립 교육 기관 “사라토프 주립 농업 대학교”, 2006 – 284 p. 2. 랴자노바, G.E. 무기 및 분석 화학 / G.E. Ryazanova - Saratov: 고등 전문 교육을 위한 연방 주립 교육 기관 "Saratov State Agrarian University", 2006. - 172 p. 추가 1. Klinsky, G.L. 무기화학 / G.L. 클린스키, V.D. Skopintsev. – M.: 출판사. MSHA, 2001. – 384p. 2. Egorov, V.V. 환경화학. /V.V. Egorov. – 상트페테르부르크: Lan 출판사, 2009. – 192 p. 3. 블라소프, V.M. 폭발로 이어지는 실수. / V.M. Vlasov // 화학과 삶. – 2006. – 7호. – p. 60. 4. http://www.online-knigi.com/biologiya/agrohimiya-uchebnik-schachat.html 41 Copyright JSC Central Design Bureau BIBKOM & LLC Kniga-Service Agency 표 4.7 - III 기간 및 해당 요소의 속성 im 산화물 및 수산화물 이온 R 원자의 R 원소 J, eV 특성 Na 0.189 0.80 5.14 활성 금속 산화물 Na2O 염기성 산화물 수산화물 NaOH 강염기 Mg 0.160 0.740 7.65 덜 활성인 금속 MgO 약염기성 산화물 Mg(OH)2 약염기 5.90 0.074 Kd(해리 상수) Al 0.143 0.570 5.99 훨씬 덜 활성인 양쪽성 금속 Al2O3 양쪽성 산화물 Al(OH)3 약한 염기와 양쪽성(이중 - 염기성 및 산성 모두) 4 10-13(산성) 1.38 10-9(염기성) ) 42 Si 0.134 0.390 8.15 약활성 비금속 SiO2 약산성 산화물 H2SiO3 약산, 물에 불용성 P 0.130 0.350 10.49 활성이 더 강함 비금속 P2O5 중산성 산화물 H3PO4 중강산 2.2 10-10 7.52 10-3 S 0.104 0.290 10.36 활성 비금속 SO3 강산성 산화물 H2SO4 강산 Cl 0.999 0.260 13.01 매우 활성인 비금속 Cl2O7 강산성 산화물 HClO4 매우 강산 Copyright JSC Central Design Bureau BIBKOM & LLC "Agency Book-Service" 강의 5 화학 결합 5.1. 화학 결합에 대한 현대적인 생각 일반적인 조건에서는 개별 원자로 구성된 물질이 거의 없습니다. 이는 불활성 가스(예: 헬륨 He)입니다. 나머지 물질은 더 복잡한 입자(분자, 분자 이온, 라디칼)로 구성됩니다. 분자는 여러 가지 특징적인 특성을 가진 원자의 집합체입니다. 분자의 특성은 화학 결합의 강도와 분자의 기하학적 구조에 따라 달라집니다. 분자의 기하학적 구조는 결합 각도와 결합 길이에 의해 결정되는 분자의 공간 구조이며, 분자는 화학 결합이 일어나는 원자로 구성됩니다. "화학 결합"의 개념에는 다양한 정의가 있습니다. 화학 결합은 원자를 분자로 결합하는 현상입니다(L.S. Guzei). 화학 결합은 원자의 상호 작용으로 단순하고 복잡한 물질의 분자와 결정을 형성하고 안정성을 보장합니다 (D.A. Knyazev). 화학 결합은 전자와 핵 사이의 일련의 상호 작용으로 원자가 분자로 결합됩니다 (Yu.A. Ershov). 화학 결합 이론은 화학 결합의 특성을 사용하여 화합물의 특성을 설명하는 화학 분야입니다. 현재 화학 결합에 대한 통일된 이론은 없습니다. 화학 결합에는 여러 가지 이론(원자 결합법, 분자 궤도법, 결정장 이론)이 있습니다. 5.2. 원자가 결합법(VBC)의 기본 원리 W. Heitler 및 F. London(1927) 화학 결합은 스핀이 반대인 두 전자에 의해 수행됩니다. 화학 결합은 2개의 전자, 2개의 중심, 국지적 결합입니다. 전자쌍에 의해 수행되는 화학 결합을 공유결합이라고 합니다. 현재 원자가 결합 방법은 화학 결합의 본질을 질적으로 이해하는 데 중요합니다. 5.2.1. 공유 결합 형성 메커니즘 교환 메커니즘 두 개의 전자 오비탈이 겹쳐서 화학 결합이 형성됩니다 (그림 1). 그림 5.1. 교환 메커니즘에 따른 원자 전자 구름의 중첩 방식 화학 결합이 형성되면 시스템의 에너지가 감소하여 최소값에 도달합니다. 43 Copyright JSC Central Design Bureau BIBKOM & LLC Kniga-Service Agency 결합 형성의 공여자-수용체 메커니즘 화학 결합은 한 원자의 2전자 궤도가 다른 원자의 자유 궤도와 겹칠 때 형성됩니다. 그림 5.2. 공여체-수용체 메커니즘에 따른 원자 전자 궤도의 중첩 계획 암모니아의 화학적 특성 암모니아의 화학적 특성은 공여체-수용체 메커니즘에 따라 물 및 산과 상호 작용하여 암모늄 화합물을 형성하는 능력에 의해 결정됩니다. 이 경우, 공여체는 비결합 전자쌍을 갖는 암모니아 질소이고, 수용체는 자유 궤도를 갖는 수소 양이온입니다. 암모늄 화합물 – NH4NO3(질산암모늄), (NH4)2SO4(황산암모늄), NH4Cl(염화암모늄), NH4H2PO4 및 (NH4)2HPO4(암모포스)는 귀중한 광물질 비료입니다. 산업계에서의 생산은 HCl → NH4Cl: NH3 + HNO3 → NH4NO3 2 NH3 + H2SO4 → (NH4)2SO4 NH3 + H3PO4 → NH4H2PO4 2 NH3 + H3PO4 → (NH4)2HPO4: NH3 + 5.2.2. 공유 결합 화학 결합이 형성되면 시스템의 에너지가 감소하여 최소에 도달합니다. 화학 결합의 형성은 발열 과정입니다. 공유 결합은 다음과 같은 특성을 특징으로 합니다. 결합 길이는 분자 내 핵 사이의 거리입니다. 결합 길이가 짧을수록 화학 결합이 강해집니다. 결합 에너지는 화학 결합이 형성되는 동안 방출되는 에너지입니다(kJ/mol). 결합 에너지가 높을수록 결합이 강해집니다. 결합 포화는 특정 제한된 수의 공유 결합을 형성하는 원자의 능력입니다. 44 Copyright JSC Central Design Bureau BIBKOM & LLC 도서 서비스 대행 제도 5.1. 공유결합의 성질 5.2.3. 화학 결합의 유형 - 원자의 중심(핵)을 연결하는 선에 전자 궤도가 겹칠 때 결합이 형성됩니다. 그림 5.3. 형성 결합 계획 궤도는 깊게 겹쳐서 최대 에너지 이득을 보장합니다. 두 원자 사이에 단일 (단일) 결합이 발생하면 결합입니다. - 결합은 주 결합선에 수직으로 위치한 p-오비탈을 겹쳐서 형성됩니다. 그림 5.4. 결합 형성 계획 원자핵을 연결하는 직선의 양쪽에 두 개의 중첩 영역이 발생합니다. - 결합보다 약한 π 결합이 먼저 끊어집니다. π 결합은 - 결합이 있어야만 형성됩니다. 이러한 연결은 크게 다릅니다. 연결부 주변에서는 자유로운 축 회전이 가능합니다. π 결합 주위에는 두 개의 겹치는 영역이 있으므로 회전이 불가능합니다. 45 Copyright JSC Central Design Bureau BIBKOM & LLC Kniga-Service Agency 화학 결합의 다중성 하나의 전자쌍으로 이루어진 공유 결합을 단일 결합이라고 합니다. 화학 결합의 다중도는 결합(이중 또는 삼중 결합)을 형성하는 전자쌍의 수입니다. 화학 물질의 특성과 활동은 분자에서 화학 결합을 형성하는 전자쌍의 수에 따라 달라집니다. 따라서 이중 또는 삼중 결합을 가진 불포화 탄화수소 (알켄 또는 알킨)는 과망간산 칼륨에 의해 산화되어 브롬수를 변색시키고, 분지되지 않은 사슬이 있는 단일 결합을 가진 포화 탄화수소는 정상적인 조건에서 이러한 반응에 참여하지 않습니다. 5.2.4. 화학 결합의 유형 공유 비극성 결합 공유 비극성 결합은 동일한 전기 음성도를 갖는 동일한 원소의 동일한 원자 사이에 형성됩니다. 단순 물질의 비극성 분자: H2, O2, N2, Cl2 H + H H:H 전자쌍이 대칭으로 위치합니다. 공유 극성 결합 공유 극성 결합은 전기 음성도가 다른 서로 다른 원소의 원자 사이에 형성됩니다. HCl, H2O, NH3, H2S 분자의 극성이 높을수록 일반적으로 반응성이 더 높습니다. 분극은 연결 전자 구름의 변위입니다. 분극의 척도는 유효 원자 전하(q)입니다. 대칭적으로 구성된 복잡한 물질의 많은 분자는 비극성이지만 이들 사이의 결합은 극성입니다. CH4, CCI4, SO3, BeCl2, CO2, C6H6 O=C=O 8.99∙10-30 C∙m ← → 8.99∙10- 30 C ∙m 전하 사이의 전기 쌍극자 모멘트는 쌍극자 전하의 곱과 같고 거리 = ql(C∙m) 전기 쌍극자 모멘트 – 벡터량따라서 분자 결합의 쌍극자 모멘트는 벡터로 합산됩니다. 5.2.5. 결합의 이온성 정도 1. 분자 내 원자의 계산된 이론적 전하는 산화 상태 1 1 HF 1 2 H2 O 46 3 1 N H3 Copyright JSC Central Design Bureau BIBKOM & LLC Kniga-Service Agency 2. 분자 내 원자의 유효 전하는 변위 전자 밀도를 특징으로 하며 실험적으로 결정됩니다. 0.42 0.42 0.18 0.18 0.05 0.05 H F H Cl H I 이온도 i(%)는 유효 qeff와 원자의 계산된 qcalc 전하의 비율과 같습니다. qeff 나는 100%. q 계산 표 5.1 – 일부 화합물의 이온성 정도 i(%) 물질 HF LiF NaCl NaF RbCl i (%) 42 84 90 97 99 이온성 정도는 주어진 결합을 형성하는 원자의 전기 음성도 차이 Δχ와 같습니다. . 값 Δχ = 1.7은 일반적으로 결합의 이온도(50%)에 해당하는 것으로 간주됩니다. 일반적으로 Δχ >1.7 및 i >50%인 결합은 이온성이고 Δχ인 결합은 이온성이라고 가정합니다.<1,7 и i <50% - ковалентными полярными. Степень ионности в неполярных молекулах (H2, O2, Cl2) равна нулю. Внесистемной единицей дипольного момента является Дебай (Д). 1Д = 3,33∙10-30 Кл∙м Если дипольный момент молекулы равен нулю, то молекула является неполярной. Если дипольный момент молекулы отличен от нуля, то молекула является полярной. Таблица 5.2 – Зависимость типа химической связи от величины μ (Д) Дипольный момент (Д) Тип химической связи 0 До 4Д 4-11Д неполярная полярная ионная Ионная связь Ионная связь является предельным случаем ковалентной полярной связи. Ионная связь – это химическая связь между ионами, осуществляемая электростатическим притяжением Ионная связь образуется между элементами с резко противоположными свойствами (активными металлами и неметаллами) 47 Ионная связь – это предельно поляризованная связь Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис» Свойства ионной связи ненаправленность ненасыщаемость соединения с ионной связью легко диссоциируют образуются твердые тела с ионным кристаллическим строением Под действием полярных молекул растворителя происходит электролитическая диссоциация электролитов. Чем более полярна химическая связь, тем легче идет диссоциация. Диссоциация легче всего идет по ионной связи. Таблица 5.3 – Условное деление вещества на полярные и ионные Степень ионности i XA - XB > 50 % < 50% > 1,7 < 1,7 (Д) Тип вещества > 4-11 > 0-4 이온성 극성 5.2.6. 원자 궤도의 혼성화 혼성화는 서로 다른 원자 궤도를 혼합하여 모양과 에너지가 정렬되는 것입니다. 그림 5.5. 원자가 궤도의 혼성화 방식 형성된 혼성 오비탈의 수는 혼성화에 참여하는 초기 원자 오비탈의 수와 같습니다. 가장 간단한 혼성화 사례는 s-오비탈과 p-오비탈이 혼합될 때 발생합니다. 1. sp - 혼성화에서는 s(공 모양)와 p(덤벨 모양)의 두 궤도가 혼합됩니다. 이 경우 비대칭 아령 모양의 두 개의 하이브리드 오비탈이 형성됩니다. 그들은 180° 각도로 같은 선상에 위치합니다. 이는 중심 원자의 sp-혼성화를 통해 분자의 기하학적 구조를 결정합니다. 이 분자는 선형 구조를 가지고 있습니다. 48 Copyright JSC Central Design Bureau BIBKOM & LLC Kniga-Service Agency 여기 상태에서 베릴륨 원자의 sp-혼성화가 일어나는 BeF2 분자가 그 예입니다. 그림 5.6. 선형 분자 BeF2 2 2의 다이어그램. sp - 혼성화 중에 3개의 오비탈(1개의 s와 2개의 p - 오비탈)이 혼합됩니다. 이 경우 3개의 하이브리드 오비탈이 형성됩니다. 그들은 동일한 평면에 위치하며 서로 120°의 각도로 배향됩니다. 이러한 유형의 혼성화는 평평한 삼각형의 기하학에 해당합니다. 그 예로 불화붕소 분자 BF3가 있습니다. 그림 5.7. 삼각형 BF3 분자의 다이어그램 3. sp3 혼성화 동안 4개의 혼성 오비탈이 형성됩니다. 그것들은 서로 109°28"의 각도로 배열되어 있으며 사면체의 꼭지점까지 연장되어 있습니다. 예를 들면 사면체 모양의 CH4 메탄 분자가 있습니다. 그림 5.8. 사면체 메탄 분자의 다이어그램 4. 암모니아 NH3 및 물 H2O 분자에서는 sp3도 발생합니다 - 질소 원자와 산소의 혼성화. 이 분자의 결합각은 사면체에 가깝지만 동일하지는 않습니다. NH3 분자에서 결합각은 107.3°입니다. 사면체각의 왜곡은 하나의 비결합 오비탈의 영향으로 발생 물 분자에서는 두 개의 비결합 오비탈의 영향으로 결합각이 104.5° 암모니아 NH3 (삼각뿔형) 물 H2O 각도 분자의 모양 그림 5.9 분자의 기하학적 구조에 대한 비결합 궤도의 영향 다이어그램 49 Copyright JSC Central Design Bureau BIBKOM & LLC Kniga-Service Agency 5.2.7 금속 결합 금속 결합은 수많은 금속 양이온 사이의 통신입니다. 금속 결정 격자의 노드에 위치하며 자유롭게 움직이는 전자(전자 가스)를 사용하여 수행됩니다. 금속의 구조적 특징은 전기 전도성, 열 전도성, 연성 및 금속 광택과 같은 특성으로 이어집니다. 금속의 가장 일반적인 결정 격자는 입방체 및 면심형입니다. 결합 에너지의 개념은 다중 중심 특성으로 인해 금속 결합에는 적용되지 않습니다. 5.2.8. 수소 결합 수소 결합은 전기음성도가 강한 원소의 원자에 결합된 수소와 다른(또는 동일한) 분자의 동일한 원소의 원자 사이의 결합입니다. 수소 결합의 원인은 다음과 같습니다. 1. 양성자와 극성 그룹 사이의 정전기적 인력. 2. 기증자-수용자 상호작용. 분자간 수소 결합: 1. H2O 결합; (H2O)2; (H2O)5; (H2O)n 수소결합 반응식 5.2. 수소결합이 화학물질의 성질에 미치는 영향 5.3. 분자 궤도법의 개념(1928-1932) R. Mulliken 미국 물리화학자 Mulliken Robert Sanderson. 분자 궤도 방법을 사용하여 분자의 화학 결합과 전자 구조를 연구한 공로로 그는 1966년 노벨 화학상을 받았습니다. 50 Copyright JSC Central Design Bureau BIBKOM & LLC Kniga-Service Agency 분자 궤도법의 기본 원리 분자는 핵과 전자로 구성된 집합이며, 각 전자는 다른 모든 전자와 모든 핵의 장에서 움직입니다. 화학 결합은 2전자일 뿐만 아니라 3전자, 다중전자 및 다중중심일 수도 있습니다. 분자 오비탈법은 원자 오비탈을 분자로 확장한 방법이다. 분자 궤도는 원자 궤도의 선형 조합입니다. 분자 궤도 파동 함수는 원자 파동 함수를 더하거나 빼서 얻습니다. 결합 오비탈은 원자 오비탈의 파동 함수를 더하여 파동 함수를 얻은 오비탈입니다. 원자 궤도보다 에너지가 적습니다. 반결합 오비탈은 원자 오비탈의 파동 함수를 빼서 파동 함수를 얻는 오비탈입니다. 원자 궤도보다 더 많은 에너지를 가지고 있습니다. 그림 5.10. 수소 분자 H2의 분자 궤도 형성 계획 분자 궤도의 방법은 원자가 결합 방법보다 더 복잡합니다. 그러나 이를 사용하면 원자가 결합을 사용하여 설명할 수 없는 물질의 일부 ​​특성(예: 산소의 상자성 특성)을 설명할 수 있습니다. 분자간 상호 작용 물질의 특성은 개별 분자의 특성뿐만 아니라 분자의 결합에도 영향을 받습니다. 기체 상태에서는 분자 사이의 상호 작용력이 약하므로 개별 분자의 특성이 가장 중요합니다. 액체 및 고체 상태에서는 분자 간의 상호 작용력이 매우 중요합니다. 보편적인 분자간 상호작용 힘을 반 데르 발스 힘이라고 합니다. 51 Copyright JSC 중앙 설계국 BIBKOM & LLC Kniga-Service Agency 여기에는 4가지 구성 요소가 있습니다: 배향력(극성 분자 간); 유도력(극성 분자와 비극성 분자 사이); 분산력; 전자 껍질의 반발 에너지. 분자간 상호작용의 실질적인 중요성은 크다. 그들은 물질의 물리적, 화학적 특성에 영향을 미칩니다. 이를 결정하기 위해 고전 물리학의 법칙과 이론적인 양자 화학 방법을 기반으로 한 접근 방식이 사용됩니다. 자제력을 위한 질문 1. 화학결합이란 무엇입니까? 2. 비극성, 극성 및 이온 결합을 갖는 물질의 예를 들어보십시오. 3. 암모니아의 화학적 성질의 예를 사용하여 결합 형성의 기증자-수용자 메커니즘의 발현을 설명하십시오. 4. 중심 원자(CH4, NH3, H2O)의 혼성화인 SP3를 사용하여 분자의 기하학적 구조를 설명합니다. 5. 공유결합과 이온결합의 성질을 비교해보세요. 6. 어떤 유형의 화학 결합이 가장 쉽게 해리되는 물질입니까? 7. 황산 분자에는 몇 개의 π 결합이 있습니까? 8. HCl –––––– NaCl 계열에서 화학 결합의 극성은 어떻게 변합니까? 참고문헌 메인 1. Glinka, N.L. 일반화학 / N.L. Glinka – M.: KNORUS, 2009. – 752p. 2. Knyazev, D.A. 무기화학/D.A. 크냐제프, S.N. SMarygin – M.: Bustard, 2004. – 592 p. 3. 랴자노바, G.E. 일반 및 무기 화학. 표와 도표 / G.E. Ryazanov. – 사라토프: 고등 전문 교육을 위한 연방 주립 교육 기관 “사라토프 주립 농업 대학교”, 2006 – 284 p. 추가 1. Klinsky, G.D. 무기화학 /G.D. 클린스키, V.D. Skopintsev. – M: 출판사 MCHA, 2001. – 384 p. 2. 겔프만, M.I. 무기화학 / M.I. 겔프만, V.P. Yustratov. – 상트페테르부르크: Lan 출판사, 2009. – 528p. 3. http://www.xumuk.ru/encyclopedia/2/2994.html 4. ru.wikipedia.org 52 Copyright JSC Central Design Bureau BIBKOM & LLC Kniga-Service Agency 강의 6 솔루션의 현대 이론 6.1. 분산계의 분류 분산계는 한 물질이 다른 물질 내부에 입자 형태로 고르게 분포되어 있는 계입니다. 분산상(DP)은 미세하게 분할된 물질입니다. 분산매(DS)는 분산상이 분포되어 있는 물질입니다. 표 6.1 - 분산 정도에 따른 분산 시스템 분류 거친 분산 시스템 콜로이드 시스템 실제 용액 용액에 대한 다음과 같은 정의가 현재 허용됩니다. 용액은 용해된 물질, 용매 및 생성물로 구성된 가변 조성의 균질하고 열역학적으로 안정한 시스템입니다. 그들의 상호 작용. 용매가 정량적으로 우세합니다. 용질은 적은 양으로 존재합니다. 물질의 용해에는 열 효과가 수반됩니다. 표 6.2 - 용해 과정의 열 효과 흡열 과정(열 흡수) - 결합 파괴 ΔH1 > 0 발열 과정(열 방출) - 새로운 결합 형성(용매화, 수화 ΔH2< 0 общий тепловой эффект: ΔН = ΔН1 + ΔН2 53 Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис» Правило: Подобное растворяется в подобном. Полярные вещества – в полярных растворителях HCl – в H2O полярн. полярн. Неполярные вещества – в неполярных растворителях I2 – в бензоле неполярн. неполярн. 6.2. Способы выражения состава растворов Концентрация раствора – это величина, характеризующая содержание растворенного вещества в определенном массовом или объемном количестве раствора или растворителя. Таблица 6.3 – Способы выражения состава растворов 6.3. Концентрация почвенного раствора и осмос Осмос – это односторонняя диффузия молекул растворителя через полупроницаемые мембраны. Движущими силами осмоса являются: переход в состояние с более низким уровнем энергии; выравнивание концентраций по обе стороны мембраны; увеличение энтропии (неупорядоченности системы). Величина осмотического давления черноземов при орошении составляет 0,5-5,0 МПа, а солонцов в засушливых районах 5-17 МПа. 54 Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис» Таблица 6.4 – Осмотическое давление растительной клетки 6.4. Растворы электролитов 6.4.1. Водные растворы Важнейшим растворителем является вода. Водные растворы имеют огромное значение для живых организмов, в них проходят биохимические процессы. Распространение в природе и применение в промышленности и сельском хозяйстве. Таблица 6.5 – Биологическая роль воды Свойства воды 1. Молекула воды имеет угловую конфигурацию, так как имеет место SP3 – гибридизация электронных орбиталей атома кислорода 2. Электрический дипольный момент μ = 6,17∙10-30 Кл∙м (очень большой) 3. Диэлектрическая проницаемость = 81 (высокая) 4. Молекула воды полярна. 5. Степень ионности связи = 33% 6. Вода - уникальный растворитель. 55 Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис» 7. Молекулы воды образуют водородные связи; вступают в диполь – дипольные и ион-дипольные взаимодействия. В 액체 상태물 분자는 다음과 같이 연관되어 있습니다: (H2O)2; (H2O)3; (H2O)4; (H2O)x. 얼음 결정 격자에서 각 산소 원자는 4개의 수소 결합에 의해 4개의 물 분자의 4개의 산소 원자에 연결됩니다. 물 분자 사이에는 구멍이 있습니다. 그림 6.1. 정보가 물 결정에 미치는 영향 6.4.2. 전해질 해리 이론 '전해질'과 '비전해질'의 개념은 이미 19세기에 알려졌습니다. 전해질은 용액(또는 용융물)이 전류를 전도하지 않는 물질입니다. 비전해질은 용액(또는 용융물)이 전류를 전도하지 않는 물질입니다. 비전해질 용액의 일반적인 (총합) 특성에 대해 Raoult-van't Hoff 법칙이 발견되었습니다. 용액 위의 포화 증기압 감소, 끓는점 증가, 어는점 감소는 비례합니다 용액의 몰 농도에. 전해질 용액은 Raoult-van't Hoff 법칙을 따르지 않는 것으로 나타났습니다. 전해질의 경우 모든 집합적 특성이 더 중요합니다. 예를 들어, KCl의 경우 ≒ 2배, BaCl2의 경우 ≒ 3배입니다. 문제가 발생했습니다. 왜 그럴까요? 1887년 S. Arrhenius(스웨덴)는 전해질 해리 이론을 제안했습니다. 전해 해리는 용매의 영향으로(수용액의 경우 물의 영향으로) 분자가 이온으로 분해되는 것입니다. 이온은 전하를 갖고 있는 입자입니다. 양이온은 전하(+)를 띠고 있습니다. 음이온은 전하(-)를 띠고 있습니다. 전해질은 이온과 전류를 전도하는 물질입니다. 56 Copyright JSC Central Design Bureau BIBKOM & LLC Kniga-Service Agency 해리 중에 용해된 물질의 입자 수가 증가하기 때문에 전해질 용액의 집합적 특성이 더 커집니다. HCl = H+ + Cl– 1개 입자 2개 입자 아레니우스(Arrhenius)는 용질이 용매와 상호 작용하지 않는다는 용액의 물리적 이론을 주장한 사람이었습니다. 디. 멘델레예프가 창조한 화학 이론솔루션 (1887). 그는 용질과 용매가 상호작용하여 용매화물(수용액의 경우 수화물)을 형성한다는 것을 증명했습니다. 그들은 베르톨리드입니다. I.A. Kablukov는 Arrhenius의 물리 이론과 Mendeleev의 화학 이론을 결합했습니다. 전해해리 이론이 새로운 차원으로 올라섰는데, 해리의 주요 원인은 용매화(수화)입니다. 일부 이온은 수분 함량이 높습니다. 따라서 수소 양이온(양성자)의 수화 에너지는 높습니다: H+: H+ + H2 O: = H3O+ 수용체 공여체 하이드로늄 양이온 수용액에는 유리 H+ 양이온이 없으며 강한 하이드로늄 양이온 H3O+로 전환됩니다. 6.4.3. 전해해리의 정량적 특성 전해해리에는 해리도와 해리상수의 두 가지 정량적 특성이 있습니다. 1. 전해해리도()는 용해된 물질의 총 분자수에 대하여 이온으로 분해된 분자수의 비율을 말한다. 해리 정도는 단위의 분수 또는 백분율(O 1 또는 O 100%)로 측정됩니다. (%) = 디스 100%. Commun 해리 정도는 다음에 따라 달라집니다. 용해된 물질의 특성(이온성 및 극성이 높은 화학 결합을 가진 물질이 가장 잘 해리됩니다.) 용매의 성질(유전율 값) 용액의 농도에 따라 (용액이 희석되면 해리 정도가 증가합니다) 온도에; 같은 이름의 이온이 존재하면 (해리 정도가 감소합니다). 57 Copyright JSC Central Design Bureau BIBKOM & LLC Kniga-Service Agency 표 6.6 – 해리도에 대한 전해질 강도의 의존성 및 해리 상수(Kd) 해리도() 30% 3% 전해질 강도 Kd 30%< 3% >10-2 강함 10-2 – 10–4 중간< 10–4 слабый 2. Константа диссоциации Кд находится на основании закона действия масс для слабых электролитов. КА ↔ К+ + А. Кд = . Кд не зависит от концентрации. 6.4.4. Свойства сильных электролитов Сильные электролиты в растворе диссоциированы полностью. Движение ионов стеснено притяжением друг к другу ионов с противоположными зарядами. Каждый ион окружен «ионной атмосферой», состоящей из противоположно заряженных ионов, которая тормозит его движение. Поэтому все свойства растворов электролита, зависящие от концентрации, проявляются не в соответствии с полной диссоциацией электролита, а в меньшей степени. Для оценки состояния ионов в растворе применяют величину, называемую активностью (а). Активность иона – это его условная, эффективная концентрация, в соответствии с которой он действует при химических реакциях. Активность иона (а) равна его концентрации (с), умноженной на коэффициент активности f: a = f∙C. Коэффициент активности иона зависит от его заряда и от ионной силы раствора I. Ионная сила раствора равна полусумме произведения концентраций всех находящихся в растворе ионов на квадрат их заряда: I 1 C1 Z 12 2 C 2 Z 22 ... C n Z n2 . Если вместо значений концентраций пользоваться значениями активности, то закон действия масс можно применить и к сильным электролитам. При этом можно получить значения констант диссоциации сильных кислот. Это дает возможность сравнивать свойства не только слабых, но и сильных электролитов (Kд>10–2 – 강함; Kd<10–4 – слабые; Kд = 10–2 – 10–4 – средние). 58 Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис» Таблица 6.7 – Константы диссоциации некоторых электролитов при 25оС в водных растворах Слабые электролиты Сильные электролиты Электролит Кд Электролит Угольная кислота Н2СО3 К1 = 4,5∙10-7 Сероводородная кислота К1 = 6∙10-8 К2 = 4,7∙10 К2 = 1∙10 -11 -14 К1 = 8∙10-3 Ортофосфорная кислота К2 = 6∙10 -8 К3 = 1∙10-12 Кд Азотная кислота НNO3 Кд = 43,6 Хлороводородная кислота HCl 1∙107 Бромоводородная кислота HBr 1∙109 Йодоводородная кислота HJ 1∙1011 Упрощенно можно применить к электролитам более простую классификацию, разделив их на две группы – сильные и слабые. При этом все электролиты, не являющиеся сильными, относятся к слабым. 6.4.5. Типы электролитов Сильные электролиты диссоциируют практически полностью, необратимо. Слабые электролиты диссоциируют частично, обратимо. Таблица 6.8 – Сильные и слабые электролиты Кислоты HCl HBr Hl HNO3 H2SO4 HClO4 Основания Соли Гидроксиды Практически активных – все щелочных и (растворимые) щелочноземельных NaCl металлов KNO3 CuSO4 NaOH FeCl3 KOH Al2(SO4)3 Ca(OH)2 ZnSO4 Ba(OH)2 59 Кислоты Основания Вода H2CO3 H2SiO3 H2SO3 H2S HCN H3PO4 Органические кислоты Гидроксиды малоактивных металлов и гидроксид аммония Cu(OH)2↓ Fe(OH)3↓ Zn(OH)2 NH4OH(р-р) H2O Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис» 6.4.6. Диссоциация электролитов Таблица 6.9 - Диссоциация кислот, оснований и солей Диссоциация кислот Кислотность определяется присутствием ионов водорода Н+ Диссоциация оснований Щелочность среды определяется присутствием гидроксид-ионов ОН– Диссоциация солей 60 Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис» 6.4.7. Реакции в растворах электролитов Реакции в растворах электролитов идут в сторону образования прочных, устойчивых соединений, являющихся осадком, газом или слабым электролитом. При составлении молекулярно-ионных уравнений реакций сильные электролиты записывают в виде отдельных ионов, а слабые – в виде молекул. Пример: 1. Молекулярное уравнение реакции CuCl2 + 2NaOH = Cu(OH)2↓ + 2NaCl сильн. сильн. слаб. сильн. 2. Полное молекулярно-ионное уравнение реакции Cu2+ + 2Cl– + 2Na+ + 2OH– = Cu(OH)2↓ + 2Na+ + 2Cl– 3. Сокращенное молекулярно-ионное уравнение Cu2+ + 2OH– = Cu(OH)2↓ 6.4.8. Гидролиз солей Гидролиз – это обменное взаимодействие соли с водой. Гидролизу подвергаются соли, при взаимодействии которых с водой образуется хотя бы одно прочное, устойчивое соединение, являющееся слабым электролитом (или сложный, малодиссоциирующий ион). Гидролизу подвергаются соли, содержащие катион слабого основания или анион слабой кислоты или то и другое вместе (AlCl3, Na2CO3, Al2S3). Гидролизу не подвергаются соли, содержащие катионы сильного основания и анионы сильной кислоты (NaCl, K2SO4, KNO3). Периодический закон Д.И. Менделеева может быть применен к свойствам растворов. Периодический закон помогает понять взаимосвязь между свойствами атомов элементов и свойствами систем, содержащих ионы этих элементов. Так, например, изменение теплоты гидратации катионов металлов является функцией потенциалов ионизации атомов этих металлов. Чем больше заряд катиона металла и меньше радиус, тем более сильнее электрическое поле он создает, сильнее подвергается гидролизу. Поэтому гидролиз по катиону Al3+ идет, а гидролиз по катионам Na+ и K+ не идет. Алгоритм составления уравнений гидролиза 1. Составить уравнение диссоциации соли. Выявить ион, образующий слабое основание или слабую кислоту: AlCl3 = Al3+ + 3Cl- катион слабого основания 2. Составить сокращенное молекулярно-ионное уравнение по иону слабого электролита. Определить реакцию среды: Al3+ + HOH ↔ AlOH2+ + H+ кислая среда 61 Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис» 3. Составить молекулярное уравнение гидролиза: AlCl3 + HOH ↔ AlOHCl2 + HСl Чем слабее основание или кислота, образующие соль, тем сильнее идет гидролиз. Степень гидролиза (h) - это отношение концентрации соли, подвергшейся гидролизу (Сгидр.) к общей концентрации соли в растворе (Ссоли): h= С гидр С соли 100% . Константа гидролиза (Kг) выводится на основании константы равновесия (Kр) CN– + HOH ↔ HCN + OH– Kp = ; Кг = . Управление процессом гидролиза Усиливают гидролиз: разбавление; нагревание; удаление продуктов гидролиза (осадок, газ). Подавляет гидролиз добавление одного из продуктов гидролиза. Значение гидролиза для почвы Систематическое применение в качестве удобрения солей аммония увеличивает кислотность почвы: 1) NH4Cl = NH4+ + Cl–; слаб. 2) NH4+ + HOH ↔ NH4OH + H+; кислая среда 3) NH4Сl + HOH ↔ NH4OH + HCl. 6.4.9. Ионное произведение воды. Водородный показатель рН Диссоциация воды: H2O ↔ H+ + OH – слабый электролит Константа диссоциации: Kр = на основании закона действия масс [ H 2 O] Ионное произведение воды при 25оС: = 10–14 Для воды и разбавленных растворов электролитов произведение концентрации ионов водорода и гидроксид-ионов есть величина постоянная. 62 Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис» Из этого следует: 1. Нейтральная среда а) = [ОH–] 2. Кислая среда >10–7(10–6, 10–5, 10–3) b) ∙ = 10–14 c) 2 = 10–14 10 14 d) [H] 2 e) = 10–7 – 중립 환경에서 3 .알칼리성 환경< 10–7(10–8, 10–9, 10–10) Таблица 6.10 – Реакция среды Среда , моль/л Нейтральная 10-7 Кислая >10-7 -6 (10 , 10-5, 10-3) 알칼리성 > 10–7 -8 (10 , 10-9, 10-10) 용액의 산성 또는 알칼리성의 정도는 수소의 농도에 따라 결정됩니다. 이온 수소 지수 용액의 산성도나 알칼리도는 pH 값으로 특징지을 수 있습니다. pH는 수소 이온 농도의 음의 십진 로그입니다. pH = - log - 수소 양이온의 몰 농도, 더 정확하게는 pH = - log a H a H - 수소 양이온의 활성 농도. = 10-pH 하이드록실 지수 하이드록실 지수 pH는 수산화물 이온 농도의 음의 십진 로그입니다. pOH = - log = 10–pOH 문제 해결 공식 1) ∙ = 10–14; 4) pH + pOH = 14; 2) pH = – 로그; 5) = 10–pH; 3) pOH = – 로그[ОH–]; 6) = 10–pH. + 63 Copyright JSC Central Design Bureau BIBKOM & LLC 도서 서비스 기관 그림 6.1. 환경 변화에 따른 pH 변화 계획 표 6.11 - 환경의 산성도 값 토양 Chernozem Podzolic Solonchak pH 식물 Optim. pH 용액 pH 감자 4.5-6.3 혈액 7.4 3.5-6 양배추 7.8-7.4 위액 1.7 8-9 사탕무 7.0-7.5 수돗물 7.5 7 6.4.10. 솔루션의 중요성 솔루션은 본질적으로 널리 퍼져 있고 기술에 사용되며 살아있는 유기체에 매우 중요합니다. 표 6.12 - 자연의 전해질 용액 강, 호수, 바다, 바다의 자연수 토양 용액 생물학적 체액 및 살아있는 유기체의 조직 전해질 용액은 귀중한 화학 화합물(산, 염기, 염), 광물질 비료를 얻기 위한 기술에 사용됩니다. 생물학에서는 모든 세포 과정이 수용액에서 일어나기 때문에 용액의 역할이 크다. 식물은 토양 수용액에서 다량 영양소와 미량 영양소를 흡수합니다. 액체를 사용하면 다기능 컨트롤을 생성하고 정보 시스템 . 그러한 시스템의 원형은 살아있는 세포와 인간의 뇌입니다. 자제력을 위한 질문 1. 전해해리란 무엇입니까? 2. 강한 전해질과 약한 전해질의 예를 들어보세요. 3. 모든 소금이 가수분해되지 않는 이유는 무엇입니까? 4. 0.0001 mol/L KOH 용액의 pH와 pOH를 계산합니다. 5. FeCl3의 가수분해를 억제하는 방법은 무엇입니까? 6. 6% NaCl 용액 3kg을 준비하는 방법은 무엇입니까? 7. 약알칼리성 토양의 화학적 재생을 위해 황산철 FeSO4∙7H2O가 때때로 사용되는 이유는 무엇입니까? 8. 미세 비료 CuSO4, FeSO4를 알칼리성 토양에 사용하는 것이 왜 효과적이지 않습니까? 9. 질산암모늄 NH4NO3을 체계적으로 사용하면 토양 pH가 어떻게 변할 수 있습니까? 10. 토양의 염분 농도가 너무 높으면 식물이 시드는 이유는 무엇입니까? 64 Copyright JSC Central Design Bureau BIBKOM & LLC 도서 서비스 기관 참고 자료 Main 1. Glinka, N.L. 일반화학 / N.L. Glinka – M.: KNORUS, 2009. – 752p. 2. Knyazev, D.A. 무기화학/D.A. 크냐제프, S.N. SMarygin – M.: Bustard, 2004. – 592 p. 3. 랴자노바, G.E. 일반 및 무기 화학. 표와 도표 / G.E. Ryazanov. – 사라토프: 고등 전문 교육을 위한 연방 주립 교육 기관 “사라토프 주립 농업 대학교”, 2006 – 284 p. 추가 1. Egorov, V.V. 환경화학. /V.V. Egorov. – 상트페테르부르크: Lan 출판사, 2009. – 192 p. 2. 랴자노바, G.E. 무기 및 분석 화학 / G.E. Ryazanova - Saratov: 고등 전문 교육을 위한 연방 주립 교육 기관 "Saratov State Agrarian University", 2006. - 172 p. 3. http://www.ecology-portal.ru/publ/1-1-0-124 65 Copyright JSC Central Design Bureau BIBKOM & LLC Kniga-Service Agency 강의 7 REDOX 반응 7.1. 현대 산화환원 반응 이론(ORR) 7.1.1. 산화환원 공정의 중요성 산화환원 공정은 우리 주변 세계에서 가장 중요한 공정 중 하나입니다. 자연계의 많은 원소와 화합물의 변형은 일련의 순차적인 산화환원 반응과 연관되어 있습니다. 호흡, 단백질체의 자가 재생, 광합성, 동물에 의한 음식 흡수, 식물에 의한 이산화탄소 및 일부 거대 및 미량 원소 흡수 등 – 모든 것은 산화환원 반응을 기반으로 합니다. 매우 중요한 것은 살아있는 유기체의 신진 대사를 연상시키는 물질 변형의 순환이 지속적으로 발생하는 토양의 산화 환원 특성입니다. 가장 중요한 "생명 요소"(질소, 황, 탄소)의 순환은 산화 환원 과정과 관련이 있습니다. 토양과 식물 모두에서 이러한 원소는 산화환원 변환을 겪습니다. 질소 비료 사용에 대한 과학적 기반 권장 사항(비료 비율, 적용 용량, 시기, 토양 구성의 역학 고려 실패, 온도 조건, 관개 규제)을 위반하는 경우 생태학적 균형이 붕괴되고 중독되는 조건이 생성됩니다. 질산염을 암모니아로 정상적으로 환원하는 것이 불가능하기 때문에 질산염과 아질산염이 함유된 농산물의 경우. 표 7.1 - 식물에 대한 ORR의 중요성 살아있는 유기체를 위한 에너지 자원 식물에 의한 특정 영양소의 동화 토양에 부식질 형성, 비옥도 증가 ORR 토양의 영양소 변환 과정(철, 망간, 질소, 황) 자연의 "생명 요소"주기 (질소, 탄수화물, 황) 산화 환원 반응은 기술적으로 매우 중요합니다. 그들은 산업에서 금속을 얻고 산, 인, 할로겐, 수소 등을 생산하는 데 사용됩니다. 산화 환원 반응의 도움으로 자동차, 로켓 및 항공기 기술에 사용되는 에너지를 얻습니다. 우리 시대의 많은 환경 문제는 산화 환원 반응, 예를 들어 질소 및 황산화물로 인한 대기 오염, 산업 폐기물 및 이를 유익한 용도로 사용되는 물질로 변환할 가능성과 관련되어 있습니다. 산화 환원 과정에 대한 연구는 무기 화학, 유기, 물리, 생물학, 농경 화학, 토양 과학 및 특수 분야의 여러 복잡한 문제를 이해하기 위한 기초를 만듭니다. 표 7.2 - 피험자 내 및 학제 간 연결 OVR 이론 7.1.2. ORR 이론의 기본 조항 산화환원 반응은 한 원자에서 다른 원자로 전자가 이동하여 원소의 산화 상태가 변하는 반응입니다. 환원은 물질의 원자, 이온 또는 분자가 전자를 얻는 과정입니다. 산화는 물질의 원자, 이온 또는 분자가 전자를 잃는 과정입니다. 환원제는 전자를 주는 입자(원자, 이온, 분자)입니다. 산화제는 전자를 얻는 입자(원자, 이온, 분자)입니다. 환원 중에는 원소의 산화 상태가 감소합니다. 산화하는 동안 원소의 산화 상태가 증가합니다. 산화 환원 공정은 두 가지 반대 공정의 통합입니다. A 환원제(산화) -e– – +e B 산화제(환원) 가장 중요한 환원제 2 금속, H2; NBR; 안녕 ; NaBr; 케이 ; H2S2; Na2S2; FeSO4; CO. 가장 중요한 산화제는 할로겐(F2, Cl2, Br2, I2), 산소 O2입니다. HNO3(농축 및 희석), H2SO4(농축), KMnO4, K2Cr2O7. 물질의 산화환원 특성은 주기적으로 변합니다. 67 Copyright OJSC Central Design Bureau BIBKOM & LLC Kniga-Service Agency 일련 번호가 증가하는 기간에 요소의 특성은 금속에서 비금속으로 변경되므로 환원에서 산화로 변경됩니다. 위에서 아래로 그룹에서 요소의 금속 특성이 증가하고 결과적으로 환원 특성(전자 기증 능력)이 증가합니다. 전자평형의 법칙 환원제가 포기한 전자의 수는 산화제가 받아들인 전자의 수와 같아야 한다. 7.1.3. 원소의 산화 상태 계산 산화 상태 현재 다음과 같은 산화 상태 개념이 허용됩니다. 산화 상태는 분자가 이온으로 구성된다는 가정에 따라 계산되는 원소 원자의 조건부 전하입니다. 산화 상태에 대한 다음과 같은 정의가 제안될 수 있습니다. 산화 상태는 공식적으로 이온으로 인정되는 화합물의 원소 원자에 대한 조건부 전하입니다. 산화수는 이온으로 구성된 가상의 분자에서 원자의 공칭 전하입니다. 산화 상태의 개념을 사용하여 원자가 전자를 포기하거나 전자를 얻을 때 원소의 전하가 어떻게 변하는지 평가하려고 합니다. 정량적으로 산화 상태는 원자에 의해 주어지거나 받아들여지는 전자의 수에 의해 결정됩니다. 기본 규칙: 1. 원자 상태의 원소의 산화 상태는 0입니다. 2. 분자는 전기적으로 중성입니다. 3. 단순 물질 분자의 원소 산화 상태는 0입니다. 화합물의 일정한 산화 상태는 다음과 같습니다. H+ ( Na + H 수소화물의 H 2 2 2 제외); O(O F2에서 O 제외); IA족 금속(Na+, K+); IIA족 금속(Ca+2, Ba+2), 알루미늄 Al+3(III A족). 산화 상태: 2개의 금속은 양성일 수 있습니다: Na 2 O, C aO; 비금속의 2 6은 양수 또는 음수일 수 있습니다: H 2 S, SO 3; 두 개의 비금속 화합물에서 전기음성도가 더 높은 비금속 – 6 2 음수: SO 3 ; 원자의 전자 수가 핵의 전하와 같으면 0과 같습니다. 원자의 전자 수가 핵의 전하보다 적으면 양성입니다. 전자의 수가 핵의 전하보다 크면 음수입니다. 산화 상태의 크기와 부호는 원자의 구조에 따라 달라집니다. 68 Copyright JSC Central Design Bureau BIBKOM & LLC Kniga-Service Agency 분자 내 미지의 산화 상태를 계산하는 알고리즘 1. 알려진 원소의 산화 상태를 지정합니다. 2. 모든 원소의 산화 상태의 대수적 합에 대한 방정식을 만듭니다. 이는 0과 같습니다(각 원소의 원자 수를 고려). 3. 방정식을 풀어서 알려지지 않은 산화 상태를 찾으십시오. 예: KMnO4에서 Mn의 산화수를 구합니다. 해: KMnO4 +1 + x + 4(-2) = 0 x = +8 –1 = +7 답: KMnO4에서 망간의 산화수는 + 7입니다. 착이온의 산화수를 계산하려면 대수 방정식을 풀어야 합니다. 예: NO3 X 2에서 질소의 산화 상태를 구합니다. 풀이: x + 3(-2) = -1 (NO3) x = -1 + 6 = +5 답: NO 3에서 질소의 산화 상태는 + 5. 전자 방정식 전자 방정식은 전자 공여로 인한 환원제의 산화 과정과 전자 추가로 인한 산화제의 환원 과정을 반영합니다. 전자 방정식을 작성하려면 초기 상태와 최종 상태에서 원소의 산화 상태를 비교해야 합니다. 표 7.3 – 전자 방정식을 구성하기 위한 기본 개념 0 예: 1. S 2e 2 0 S 1. Na e 3 2 4 2. 수수료 e Fe 2. S 2e 6 3. S 8e 2 2 S 3. S 8e 69 1 Na 6 S 6 S Copyright JSC Central Design Bureau BIBKOM & LLC 도서 서비스 에이전시 7.1.4. 복합 화합물의 산화환원 특성을 특성화하기 위한 알고리즘 1. 물질 분자의 산화환원 특성을 결정하는 요소의 산화 상태를 계산합니다. 2. 주어진 산화 상태에서 원자의 전자 구조, 원자가 전자의 존재를 평가합니다. 3. 환원성 또는 산화성 발현 가능성에 대한 결론을 도출합니다. 표 7.4 – 복합 화합물의 산화환원 특성 분석 원자 입자의 전자 구조 최대 양성 산화 상태 5 H N O3 원자가 전자 없음 N+5)0 ē 1s22s02p0 NH 3 3 외부 전자 준위 완료 N 3)8 ē 1s22s22p8 3 K N O2 원자가 전자의 존재 N+3)2 ē 1s22s22p0 특성 HNO3 - 음성 NH3만 산화 - 중간체 KNO2만 환원하고 환원 및 산화 7. 1.5. 산화환원반응의 종류 분자간 산화환원반응 분자내 산화환원반응 환원제와 산화제가 서로 다름 산화제와 환원제가 같은 분자를 이루는 반응 불균등화 반응(자기산화-자기환원) 산화환원반응 환원제와 환원제는 동일한 요소입니다. 반응 구성(평균화) 환원제와 산화제 - 산화 정도가 다른 요소의 원자는 서로 다른 분자의 일부입니다. 70 Copyright OJSC Central Design Bureau BIBKOM & LLC Kniga-Service Agency 7.2. 산화환원 반응식을 구성하는 알고리즘 7.2.1. 전자 천칭 방법을 사용하여 ORR 방정식을 구성하는 알고리즘 1. 반응식 작성(출발 물질 및 반응 생성물의 공식 작성, 2. 반응 중에 변화된 원소의 산화 상태 표시, 3. 전자 방정식 작성) 환원제의 산화와 산화제의 환원과정을 반영하여 4 전자저울의 법칙에 따라 환원제와 산화제에 대한 계수를 구하고 5. 구한 계수를 왼쪽과 오른쪽에 배치한다. 해당 물질 앞의 반응식 6. 산화 상태가 변하지 않은 금속에 대해 균등화 7. 산 잔류물의 비금속에 대해 균등화 8. 수소에 대해 균등화 9. 산소를 확인 예: 7.2.2 전자이온법을 이용한 ORR 방정식 작성(반반응법) 반반응법은 용액에서 일어나는 산화환원반응의 계수를 구하는 방법으로, 이 방법에서는 산화이온과 환원이온의 전하를 표시되며 요소의 산화 상태는 표시되지 않습니다. 전하동등의 법칙 산화환원 과정의 전자이온 방정식의 좌변과 우변의 전하의 합은 같아야 한다. 전자이온법(반반응법)을 사용하여 ORR 방정식을 구성하는 알고리즘 1. 반응의 분자 구조를 작성합니다. KI + KMnO4 + H2SO4 → I2 + MnSO4 + K2SO4 + H2O 2. 산화제 결정, 환원 변형제 및 생성물: KI + KMnO4 + H2SO4 → I2 + MnSO4 + K2SO4 + H2O 매질 71 Copyright JSC Central Design Bureau BIBKOM & LLC Kniga-Service Agency 3. 산화 및 산화에 대한 전자이온 방정식(반반응)을 작성합니다. 감소 과정. 방정식의 왼쪽과 오른쪽에 있는 전하의 합을 확인하세요. 원래 입자의 전하량의 합이 금액보다 더 반응 생성물의 전하를 식의 왼쪽에 해당 수의 전자를 더합니다(적으면 뺍니다). 예: 4. 환원제, 산화제 및 이들의 변환 생성물에 대한 계수를 구합니다. 5. 분자 방정식 다이어그램에 계수를 입력합니다. 6. 전하가 변하지 않은 금속(칼륨)에 대해 동일화합니다. 7. 산성 잔류물이 있는지 확인하세요. 8. 수소를 확인하세요. 9. 산소가 있는지 확인하세요. 표 7.5 – 식물의 질산염 흡수 계획 전자 방정식 전자 이온 방정식 72 Copyright JSC Central Design Bureau BIBKOM & LLC Kniga-Service Agency 산화 환원 반응에 영향을 미치는 요인 1. 환원제 및 산화제의 특성 2. 온도. 3. 수요일. 4. 산화제와 환원제의 농도. 7.3. 생물 성분 화합물의 산화환원 특성 가장 중요한 생물 성분인 질소, 철, 망간, 황 등은 식물 유기체의 살아있는 세포와 토양에서 반응하는 동안 산화환원 특성을 나타냅니다. 식물의 생명에서 매우 중요한 것은 철, 망간, 구리, 몰리브덴, 코발트 등 "생명의 금속"의 산화환원 변환과 관련된 반응입니다. 따라서 철분은 세포의 호흡과 에너지 대사에 중요한 역할을 하는 엽록소 합성에 관여하는 효소의 일부입니다. 망간은 질소 고정 과정에서 질산염, 몰리브덴 등의 환원에 관여합니다. 토양에는 산화 환원 시스템인 Fe3+/Fe2+, 산화 상태 +2, +3, +4의 망간 화합물이 포함되어 있습니다. 토양에 망간이 부족한 경우 MnSO4 및 KMnO4와 같은 망간 비료가 사용됩니다. 과망간산칼륨의 성질 KMnO4 7 K Mn O4 – 강산화제 7 Mn)0 – 산화제, 원자가 전자 없음(전자만 수용) 0 7 Mn)3d 5 4s 2 7å Mn)3d 0 4s 0 7 매체의 역할 KMnO4(Mn)의 산화 특성에 대한 산화환원 반응 과정은 환경에 따라 달라집니다. 환경의 pH를 측정하여 산화환원 반응을 제어할 수 있습니다. 수소 양이온 H+의 농도(활성)는 참여로 발생하는 반응에 중요합니다. 수소 이온은 산소 함유 산화제(KMnO4, K2Cr2O7)와의 반응에 참여합니다. 산화제에서 산소를 제거하여 환원 과정을 촉진합니다. 그림 7.1. 다양한 환경에서 과망간산칼륨 KMnO4의 특성 H+ 농도가 높은 산성 환경은 KMnO4와 관련된 반응에 가장 유리한 환경입니다. 이러한 조건에서 Mn은 가장 깊게 환원되며, 환원 과정에 가장 많은 수의 전자가 참여합니다. 73 Copyright JSC Central Design Bureau BIBKOM & LLC Kniga-Service Agency 산성 환경(좋음, H+가 많음) 중성 환경(덜 좋음, H+ 적음) 알칼리성 환경(나쁨) 7.4. 산화환원 전위. ORR의 방향 물질의 산화환원 특성은 표준 산화환원 전위 E0의 값으로 특징지어집니다. 표준 전극 산화환원 전위(E0)는 산화된 형태와 환원된 형태의 활성 비율이 1과 같다면 표준 수소 전극을 기준으로 측정된 산화환원 시스템의 전위입니다. E0 값이 높을수록 물질의 산화제가 강해집니다. 프로세스는 더 강한 산화제의 참여로 자발적으로 발생합니다. 즉, 0 EMF = Eok Evost > 0 조건 변경은 프로세스 방향에 영향을 미칩니다. 74 Copyright JSC Central Design Bureau BIBKOM & LLC Kniga-Service Agency 예: HClO4 + Br2 + H2O ← HClO3 + HBrO3 더 강한 산화제 더 강한 산화제의 참여로 반응이 발생합니다 Nernst 방정식 RT a ok a H ln E=E + nF a 복원 0 또는 m 0.059 a ok a H E=E + . ln n a 복원 0 산화제 농도가 증가하면 E가 증가합니다. H+ 농도가 증가하면 매질의 pH가 변화하면 반응 방향이 바뀔 수 있습니다(Eok와 Evost의 값이 비슷한 경우). 자기조절을 위한 질문 1. 환원, 산화, 환원제, 산화제란 무엇입니까? 2. KMnO4에 포함된 Mn의 산화 상태를 계산합니다. 3. 교환 반응과 산화환원 반응의 계수를 찾는 알고리즘을 비교하십시오. 4. NH3와 HNO3의 산화환원 특성의 차이를 설명하십시오. 5. KMnO4 + FeSO4 + H2SO4 → MnSO4 + Fe2(SO4)3 + K2SO4 + H2O 반응에 대한 계수를 구합니다. 6. 식물의 황 흡수에 해당하는 전자(또는 전자-이온) 방정식을 작성합니다. SO 42 → SO 23 → S 2 참고문헌 Main 1. Glinka, N.L. 일반화학 / N.L. Glinka – M.: KNORUS, 2009. – 752p. 2. Knyazev, D.A. 무기화학/D.A. 크냐제프, S.N. SMarygin – M.: Bustard, 2004. – 592 p. 3. 랴자노바, G.E. 일반 및 무기 화학. 표와 도표 / G.E. Ryazanov. – 사라토프: 고등 전문 교육을 위한 연방 주립 교육 기관 “사라토프 주립 농업 대학교”, 2006 – 284 p. 4. 랴자노바, G.E. 무기 및 분석 화학 / G.E. Ryazanova - Saratov: 고등 전문 교육을 위한 연방 주립 교육 기관 "Saratov State Agrarian University", 2006. - 172 p. 추가 1. 무기화학(생물학적 및 비생물학적 요소): 교과서 / 교수 편집. V.V. Egorova. – 상트페테르부르크: Lan 출판사, 2009. – 320p. 2. 클린스키, G.D. 무기화학 /G.D. 클린스키, V.D. Skopintsev. – M: 출판사 MCHA, 2001. – 384 p. 75 Copyright JSC Central Design Bureau BIBKOM & LLC Kniga-Service Agency 강의 8 복잡한 연결 8.1. 복합 화합물의 간략한 역사(CS) 복합 화합물의 역사는 네 시기로 나눌 수 있습니다. I 시대(고대부터 18세기 초까지) 복합 화합물의 적용: 보석(에메랄드, 가넷, 청록색); 천연염료(인디고, 퍼플, 사프란); 납땜을 위한 금속 표면 청소, 가죽 태닝, 잉크를 받고 있습니다. 2기(18세기 초부터 1893년까지) 착화합물의 합성; CS의 구조와 속성을 설명하려는 시도입니다. III기(1893-1940) Alfred Werner(스위스)의 조정 이론의 창설, 정당화 및 승리. IV기(1940년~현재) 화학, 물리학, 수학의 성과를 활용한 조정이론의 발전. 러시아에서는 복합 화합물의 화학이 독창적인 방식으로 발전했습니다. 이 연구는 유럽의 업적보다 앞서 있었지만 과학계에는 거의 알려지지 않았습니다. 또한 M.V. Lomonosov는 포화 용액에서 염의 용해를 연구했으며 P.B. Bagration (사령관의 조카)은 금 산업 생산에 대한 반응을 발견했습니다. Yu.V. Lermontova(시인의 두 번째 사촌)는 백금족 금속 분리를 수행했습니다. 디. 멘델레예프, LA 추가예프, N.S. Kurnakov는 복잡한 화합물의 화학을 소개했습니다. 현대적인 형태 . I.I. Chernyaev, A.A. 그린버그, V.V. 레베딘스키, K.B. Yatsimirsky는 복합 화합물 이론을 더욱 발전시켰습니다. M.V. 로모노소프 P.B. 바그라티온 76 Yu.V. Lermontov Copyright JSC Central Design Bureau BIBKOM & LLC 도서 서비스 대행사 D.I. 멘델레예프 L.A. 추가예프 N.S. 쿠르나코프 I.I. Chernyaev V.V. 레베딘스키 A.A. 그린버그 문제 상황 - 19세기 중반까지 특이한 화학 반응과 화합물에 대한 정보가 축적되었습니다. 예 1: 물에 녹지 않는 AgCl이 암모니아 NH3에 쉽게 용해되는 이유는 무엇입니까? AgCl + 2 NH3 백색 침전 Cl 용액 이 반응은 1648년 I. Glauber에 의해 발견되었습니다. 예 2: CuSO4가 암모니아 NH3와 결합하여 반응하는 이유는 무엇입니까? CuSO4 + 4NH3 SO4 청색 용액 청자색 용액 이 반응은 1597년 Andrei Libavi에 의해 발견되었습니다. Butlerov A.M. "기존 이론으로는 설명할 수 없는 사실은 과학에 있어서 가장 귀중한 것이며, 그 발전은 주로 가까운 미래에 발전할 것으로 예상되어야 한다"고 믿었습니다. 8.2. Werner의 조정 이론과 현대 아이디어 "complex"(라틴어)라는 단어는 복잡합니다. 콤비네이션. 1893년 스위스 과학자 알프레드 베르너(Alfred Werner)는 복잡한 화합물의 형성을 설명하기 위해 조정 이론을 제안했습니다. 이 이론은 현재 복합 화합물 화학의 주요 이론입니다. 시간이 지남에 따라 복잡한 화합물을 형성하는 입자 사이에 작용하는 힘에 대한 아이디어가 바뀌고 더욱 정확해집니다. 복합 화합물의 특성을 설명하는 질문은 매우 복잡합니다. 77 Copyright JSC Central Design Bureau BIBKOM & LLC Kniga-Service Agency Werner는 주 원자가와 보조 원자가의 개념을 도입했지만 그 이유와 차이점을 설명하지 않았습니다. 현재 복합 화합물의 구조와 특성을 설명하기 위해 다양한 이론이 사용됩니다. 결정장 이론; 리간드 장 이론; 원자가 결합 방법(VBC). 원자가 결합 방법은 시각적 표현의 틀 내에서 질문에 대한 질적 답변을 제공합니다. MBC의 관점에서 볼 때, 주요 원자가는 이온(또는 공유) 결합의 형성으로 설명됩니다. 2차 원자가 - 기증자-수용자 메커니즘에 의해 형성된 공유 결합. 복합 화합물에 대한 다양한 정의가 있습니다. 원자가결합법을 바탕으로 그 중 하나를 제시해 보겠습니다. 복합 화합물(CC)은 공여체-수용체 메커니즘을 통해 발생하는 공유 결합의 존재를 특징으로 하는 고차원의 복합 화합물입니다. 8.2.1. 착화합물 분자의 구성 1. 착화제는 착화합물 분자의 중심 위치를 차지합니다. 가장 일반적인 착화제는 금속 양이온입니다. 강력한 착화제: 3 2 0 2 2 양이온 및 측면 하위 그룹의 d-금속 원자(Fe, Fe, Fe, Cu, Ag, Zn) 3 2 2 p-금속 양이온(Al, Sn, Pb). 불량한 착화제는 알칼리 및 알칼리 토금속의 양이온입니다. 그러나 살아있는 유기체에서는 CS 형성에 참여합니다. 2. 착화제는 자체적으로 LIGANDS를 배위 조정합니다(반대 전하 이온 또는 중성 분자). 음이온: F-(플루오로-), Cl–(클로로-), NO2–(니트로-), CN–(시아노-), SO32– (sulphito-), OH-(hydroxo-) 중성 분자: NH3(ammin-), H2O(aqua-) 등 3. 착화제의 배위수(CCN)는 착화제와 관련된 리간드의 수입니다. . 착화제의 배위수는 일반적으로 착화제 산화수의 2배이다. 78 Copyright JSC Central Design Bureau BIBKOM & LLC Kniga-Service Agency 표 8.1 – 착화제의 산화 정도에 대한 배위수의 의존성 착화제의 산화도 KCC +1 (Ag) 2 2 2 4 (3.6) + 2 (Cu, Fe ) 3 3 6 (4) +3 (Fe, Al) 4. 착화제는 리간드와 함께 착화합물의 내부 배위구, 즉 착이온을 형성합니다. 수식을 작성할 때는 대괄호로 묶습니다. 내부 구의 전하(산화 상태)는 착화제와 리간드의 산화 상태의 대수적 합과 같습니다. 5. CS의 내부 구는 외부 구와 연결됩니다. 착이온의 전하량에 따라 외부 구의 조성에는 산성 잔기의 음이온과 금속 양이온(예: 알칼리)이 모두 포함될 수 있습니다. 외부 구의 전하는 내부 구의 전하와 크기가 같고 부호가 반대입니다. 표 8.2 - 착화합물의 공식 작성 예 예 1. 테트라아민 구리(II) 클로라이드 2 [Cu(NH 3) O4 ] 착화제 리간드의 공식 작성 예 2: 테트라히드록시신산나트륨 2 2 Cl 2 Na 2 의 공식 작성 [ Zn(OH) 4 ] 2개의 외부 착물 리간드 협력자 외부 환경 CCC CCC 내부 배위권 내부 배위권 8.2.2. 복합 화합물의 명명법 복합 화합물의 이름을 작성할 때 다음을 수행해야 합니다. 1. 음이온의 이름을 지정합니다. 2. 내부 조정 영역의 이름에 모든 구성 요소를 오른쪽에서 왼쪽으로 나열합니다. 2.1. 그리스 숫자를 사용하여 리간드의 수를 말하라(1 – 모노, 2 – 디, 3 – 3, 4 – 테트라, 5 – 펜타, 6 – 헥사) 2.2. 리간드의 이름을 지정하십시오(첫 번째 음이온, 그 다음 분자) F–(플루오로-), Cl–(클로로-), Br–(브로모-), CN–(시아노-), H2O(aqua-), NH3(ammin-) . 2.3. 착화제의 이름을 지정하십시오. 괄호 안에 로마 숫자를 사용하여 산화 상태를 나타냅니다. 내부 배위구가 (+) 양이온인 경우 러시아 이름생식기의 경우 착화제. 79 Copyright JSC Central Design Bureau BIBKOM & LLC Kniga-Service Agency 예: +Cl– 디암민 염화은(I) 내부 배위구가 음이온(-)인 경우 다음을 사용합니다. 라틴어 이름 "at"으로 끝나는 착화제. K3 –3 헥사시아노철산칼륨(III) 8.3. 복합 화합물의 화학 결합 복합 화합물의 화학 결합은 복잡한 과학적 문제입니다. 복합 화합물의 형성, 구조 및 특성을 설명하기 위해 리간드 장 이론, 결정 장 이론 및 원자가 결합 방법과 같은 여러 이론이 사용됩니다. 결정장 이론은 이온 복합체에 적용됩니다. 이는 정전기력을 고려하며 공유력은 고려하지 않습니다. 리간드 장 이론은 중심 이온과 리간드의 궤도가 겹칠 때 정전기력과 공유 상호 작용으로 인해 복합 화합물의 형성이 발생한다고 가정합니다. 원자가 결합 방법은 착화합물의 화학적 결합이 리간드의 고독 전자쌍과 착화제의 자유 궤도를 통해 발생한다는 가정에 기초합니다. 문제의 질적인 측면을 명확히 하기 위해 세 가지 이론이 모두 사용되는 경우도 있습니다. 복합 화합물의 화학 결합 이론은 추가 개발과 개선이 필요합니다. 원자가결합법(MVM)이 가장 시각적입니다. MBC에 따르면 착화제와 리간드 사이의 화학적 결합은 공여체-수용체 메커니즘을 통해 발생합니다. 예: 3+ 조정 영역은 어떻게 형성됩니까? 1) 착화 이온 Al3+의 형성: 2). 물 분자의 산소 원자는 비결합 전자쌍을 가지며 기증자 역할을 할 수 있습니다. 80 Copyright JSC Central Design Bureau BIBKOM & LLC Kniga-Service Agency 전자쌍은 공간에서 90° 각도로 방향이 지정됩니다(한 평면에 4개, 평면에 수직으로 2개 더). 결과적으로 조정 구는 팔면체 모양을 갖습니다. 그림 8.1. 이온 형성 방식 3+ CN = 2 sp CN = 3 sp2 아령 삼각형 정사각형 –3 – 2- sp2d CN = 4 sp3 CN = 5 sp3d CN = 6 sp3d2 사면체 삼각 이뿔형 정팔면체 +2 2+ sd3 그림 8.2. 복합체의 조정 영역의 기하학 8.4. 복합 화합물의 전해 해리 전해질인 복합 화합물은 두 단계로 해리됩니다. 첫 단계. 1차 해리는 CS가 내부 및 외부 영역으로 분리되는 것입니다. CS의 내부 구체와 외부 구체가 이온 결합으로 연결되어 있기 때문에 이는 강한 전해질의 유형을 따릅니다. K3 = 3K+ + 3– 두 번째 단계. 2차 해리는 CS(복합 이온) 내부 구체의 해리입니다. 그것은 미미한 약한 전해질 유형입니다. 3- ← Fe3+ + 6CN– 복합 화합물의 안정성. 착화합물의 안정성은 착이온 Kn의 불안정 상수를 특징으로 합니다. 복합 화합물의 불안정 상수 Kn은 질량 작용의 법칙에 기초하여 도출됩니다. Kn은 착이온의 해리 중에 형성된 이온 농도를 착이온의 해리 방정식의 계수와 동일한 정도로 곱한 값과 착이온의 농도를 곱한 비율입니다. 81 Copyright OJSC Central Design Bureau BIBKOM & LLC Kniga-Service Agency 예: 테트라암민 구리(II) 황산염 SO4에 대한 불안정 상수에 대한 식을 만듭니다. 1차 해리: SO4 = 2+ + SO42– 2차 해리: 2+ ← Cu2+ + 4NH3 4 Kn = Kn 값이 작을수록 착이온은 더 안정합니다. 표 8.3 – 일부 착이온의 불안정 상수 착이온 + 2+ 2+ 34– 2– – Кн 7.2∙10–8 3.5∙10–10 2.1∙10–13 1.0∙10–44 1 ,0∙10–37 2.4 ∙10–6 1.0∙10–21 극도로 불안정한 복합 화합물은 이중 염입니다: (K2SO4∙Al2(SO4)3) – 칼륨 명반 2KCl∙CuCl2∙2H2O – 이중 염화물(NH4 )2SO4∙Fe2(SO4)3∙24H2O – 모어의 염 또는 NH4 Fe(SO4)2∙12H2O 복합 화합물의 형태로 이중염은 고체 상태로만 존재합니다. 용액에서는 완전히 해리됩니다. 예: Mohr 염 NH4Fe(SO4)2 = NH4+ + Fe3+ + 2SO42의 해리. 복합 화합물과 관련된 교환 반응 프 러시안 블루 (프러시안 블루) F. Diesbach (1704) 3 1 4 Fe Cl 3 3K 4 1 4 Fe 4 3 3 4 12KCl . 복합 화합물의 의미와 응용 복합 화합물은 생명체에서 중요한 기능을 수행하며 산업, 농업 및 환경 문제 해결에 사용됩니다. 82 Copyright JSC Central Design Bureau BIBKOM & LLC Kniga-Service Agency 표 8.4 - 복합 화합물의 의미 복합 화합물 조밀하고 내구성 있는 금속 코팅 생산 희토류 원소 분리 살아있는 유기체에서 특정 기능 수행(호흡, 광합성, 효소 촉매 작용) 분석 화학에서 - 많은 원소의 결정을 위해 농업에서 - 식물의 석회질 백화증 퇴치, 탄산철 및 수산화철 용해, 아연 결핍 제거 환경 문제 해결, 쉽게 중화되는 착화제 획득 헤모글로빈 전달 수행 폐에서 조직까지 산소가 공급됩니다. 이는 인체의 생명에 있어 독특한 의미를 갖습니다. 엽록소 마그네슘 이온과 복합 유기 리간드의 복합 내부 화합물. 이는 식물(광합성)에 있어 독특한 의미를 갖습니다. 그림 21. 금속 함유 생체 분자에서 질소 공여자 특성의 발현 계획 생명 금속(철, 아연, 몰리브덴, 구리, 망간)은 산화환원 과정을 촉매하는 많은 효소 분자(과산화효소, 카탈라아제(철))의 착화제입니다. ; 카르복시펩티다제(아연); 크산틴 산화효소(몰리브덴 및 철). 현재 신진 대사, 유전, 면역, 사고, 기억과 같은 중요한 생명 현상의 본질을 탐구하는 생무기 화학이라는 새로운 화학 방향이 나타났습니다. 83 Copyright JSC Central Design Bureau BIBKOM & LLC Kniga-Service Agency 많은 효소의 분자는 복합체 내 화합물의 유형에 따라 만들어지며 착화제의 역할은 철, 구리, 망간과 같은 "생명 금속"에 의해 수행됩니다. , 몰리브덴, 코발트. 효소 활성의 특이성은 단백질 분자에서 어떤 금속이 착화제인지에 따라 달라집니다. 동시에 식물의 미네랄 영양에서 복합 화합물의 역할이 연구되고 있습니다. 착화제의 참여로 미량 원소의 흡수와 대기 질소의 고정이 발생한다는 것이 확립되었습니다. 1964년 M.E. 볼핀과 V.B. Schur는 유기원소 화합물 연구소에서 발견을 했습니다. 그들은 가열하지 않고 정상적인 조건에서 분자 질소를 복합 화합물로 전환했습니다. 철, 몰리브덴 및 바나듐 화합물이 존재하면 질소가 활성화되어 리간드로 작용하여 물에 의해 암모니아로 분해되는 복합 화합물을 형성하는 것으로 나타났습니다. 자제력에 대한 질문 1. 복합 화합물의 개념. 2. 착화제가 3+ Al이고 리간드가 OH 이온인 경우 착화합물의 공식을 쓰십시오. 3. 반응식을 완성하세요: CuSO4 + NH3 → 4. 반응식을 쓰세요: FeCl3 + K4 → 5. SO4 화합물에서 착화제의 배위수와 산화 상태를 결정하세요. 6. 복합 화합물 K3의 불안정 상수에 대한 식을 쓰십시오. 참고문헌 메인 1. Glinka, N.L. 일반화학 / N.L. Glinka – M.: KNORUS, 2009. – 752p. 2. Knyazev, D.A. 무기화학/D.A. 크냐제프, S.N. SMarygin – M.: Bustard, 2004. – 592 p. 3. 랴자노바, G.E. 일반 및 무기 화학. 표와 도표 / G.E. Ryazanov. – 사라토프: 고등 전문 교육을 위한 연방 주립 교육 기관 “사라토프 주립 농업 대학교”, 2006 – 284 p. 추가 1. 무기화학(생물학적 및 비생물학적 요소): 교과서 / 교수 편집. V.V. Egorova. – 상트페테르부르크: Lan 출판사, 2009. – 320p. 2. 우게이, Ya.A. 일반 및 무기화학 /Ya.A. 우가이. – M .: 고등 학교, 2004. – 528 p. 3. 렌스키, A.S. 생물무기 및 생물물리화학 입문 / A.S. 렌스키. – M .: 고등 학교, 1989. – 256 p. 84 Copyright JSC 중앙 설계국 BIBKOM & LLC Kniga-Service Agency 9강 화학 동역학. 화학적 평형 9.1. 화학적 동역학의 개념 화학적 동역학은 화학 반응의 속도와 메커니즘에 대한 연구입니다. 화학 동역학은 시간에 따른 반응 과정을 연구하고, 화학 반응 속도에 영향을 미치는 요인을 연구하며, 반응 메커니즘에 대한 정보를 제공합니다. 대부분의 화학 반응은 여러 중간 단계를 거칩니다. 중간 단계를 기본 단계라고 합니다. 반응 메커니즘은 모든 기본 단계의 완전한 순서입니다. 반응 속도는 반응의 가장 느린(제한) 단계의 속도에 따라 결정됩니다. 요오드화수소 합성 반응 메커니즘 1단계 2단계 3단계 4단계 (빠름) (느림) 전체 반응식: H2 + I2 2HI 티오황산나트륨과 황산의 반응 전체 반응식 Na2S2O3 + H2SO4 = Na2SO4 + SO2 + S + H2O 1단계 Na2S2O3 + H2SO4 = H2S2O3 + Na2SO4 (빠름) 2단계 H2S2O3 = H2SO3 + S ↓ (느림) 3단계 H2SO3 = SO2 + H2O (빠름) 9.2. 화학 반응 속도 화학 반응 속도는 단위 부피당 또는 단위 시간당 단위 표면당 반응 생성물을 형성하는 분자 간의 활성 충돌 횟수입니다. 화학 반응 속도는 단위 시간당 반응 물질 중 하나의 농도 변화로 측정됩니다. 평균 및 순간 반응 속도의 개념이 사용됩니다. 평균 반응 속도는 주어진 시간 동안의 농도 변화에 의해 결정됩니다. 85 Copyright JSC Central Design Bureau BIBKOM & LLC Kniga-Service Agency ΔС Δt Vav 반응 속도의 실제(순간) 값은 다음의 한계로 계산됩니다. 평균 속도는 Δt → 0인 경향이 있습니다. 즉 시간에 따른 농도의 미분: dС dt Vist. + 또는 – 기호는 어떤 물질(원본 또는 제품)의 농도 변화가 계산에 사용되는지 여부에 따라 달라집니다. 반응에 들어가는 물질의 농도를 사용하면 반응 중에 농도가 감소하므로 반응 속도에 마이너스 기호(-)가 표시됩니다. 화학 반응 속도 농도 C, mol/l 그림 9.1. 반응 시간에 따른 농도 변화의 의존성 9.3. 화학 반응 속도에 영향을 미치는 요소 반응식 9.1. 화학 반응 속도에 대한 동역학적 요인의 영향 86 Copyright JSC Central Design Bureau BIBKOM & LLC Kniga-Service Agency 표 9.1 – 반응의 가능성과 활성에 대한 반응 물질의 성질의 중요성 Au + HCl = 발생하지 않음 Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2 반응성은 특정 속도로 반응에 참여하는 물질 분자의 능력입니다. 9.3.1. 반응 속도에 대한 농도의 영향 질량 작용의 법칙(K. Guldberg 및 P. Waage(1864-1867 노르웨이): 화학 반응의 기본 단계 속도(V)는 다음의 몰 농도의 곱에 비례합니다. 반응 물질(C)의 화학양론적 계수 aA + bB = cC + dD, V = KC àÀ C bÂ, 여기서 K는 반응 속도 상수입니다. 속도 상수는 반응물의 성질과 다음에 따라 달라집니다. 온도에 의존하지 않지만 농도에 의존하지 않습니다. 각 반응 물질의 농도가 1 mol/dm3인 경우 속도 상수는 수치적으로 반응 속도와 동일합니다. 불균일 반응의 경우 고체 물질의 농도는 포함되지 않습니다. 운동 방정식에서 표면적이 실질적으로 일정하고 물질이 표면에서만 반응하기 때문에 질량 작용 법칙의 발현 영역 질량 작용 법칙은 한 단계에서 발생하는 반응 또는 각 개인에 대해 유효합니다. 다단계 반응의 단계. 다단계 메커니즘을 고려하지 않고 반응 속도를 계산하기 위해 질량 작용 법칙을 적용하면 잘못된 결과가 발생합니다. 실시예 1. 균일 반응 4HCl(g) + O2(g) 2H2O(g) + 2Cl2(g) 4 정반응의 경우 1 = K1C HCl CO 2 역반응의 경우 2 = K2C 2H 2O C Cl2 2 2. 이종 반응 Fe3O4(s) + H2(g) 3FeO(s) + H2O(g) 정반응의 경우 V1 = K1 CH 2(r) 역반응의 경우 V2 = K2 C H2O(g) 87 Copyright JSC Central Design Bureau BIBKOM & 도서 서비스 대리점 LLC 9.3.2. 온도가 반응 속도에 미치는 영향 1. 반트 호프의 법칙 온도가 10도 올라갈 때마다 반응 속도는 2-4배 증가합니다. Vt 2 = Vt 1 t1 t 2 10 Vt 2 ; Vt1 Δt 10 γ는 2에서 4 사이의 값을 취하는 온도 계수입니다. Van't Hoff의 규칙은 대략적인 것입니다. 이는 작은 온도 범위에서 반응 속도 변화에 대한 온도 변화의 영향을 대략적으로 평가하는 데 적용할 수 있습니다. 2. 넓은 온도 범위에서 화학 반응 속도에 대한 온도의 영향을 더 정확하게 결정하기 위해 Arrhenius 방정식이 사용됩니다. K = Ae Ea /RT, 여기서 K는 속도 상수입니다. A – 상수; e - 자연 로그의 밑수; Ea - 활성화 에너지; R – 가스 상수; T – 절대 온도. 스웨덴 과학자 Svante Arrhenius는 1887년에 전해질 해리 이론을 창안했으며 1889년에 그는 화합물의 반응성에 대한 새로운 척도인 활성화 에너지를 제안했습니다. 그가 화학 동역학에 도입한 방정식은 반응 속도와 메커니즘을 연구하는 데 100년 이상 사용되어 왔습니다. S. Arrhenius 활성화 이론의 주요 조항: 반응 속도는 전체 수가 아니라 활성 분자의 수에 따라 달라집니다. 활성 분자만 반응합니다. 활성화 에너지 Ea는 분자를 활성 상태(물질 1몰당)로 전환하기 위해 분자에 부여해야 하는 에너지로, 활성화 에너지가 낮을수록 반응 속도는 빨라집니다. 출발 물질이 반응 생성물을 형성하려면 에너지 장벽 Ea를 극복해야 합니다. 이를 위해서는 출발 물질이 기존 화학 결합을 끊는 데 필요한 에너지를 흡수해야 합니다. 새로운 화학 결합은 즉시 형성되지 않습니다. 첫째, 시스템의 최대 에너지를 갖는 중간 전이 상태(활성화된 복합체)가 형성됩니다. 그런 다음 분해되어 반응 생성물의 분자가 새로운 화학 결합으로 형성되고 에너지가 방출됩니다. 방출된 에너지의 양이 활성화 에너지보다 크면 발열 반응입니다. 촉매가 있으면 활성화 에너지가 감소하고 반응 속도가 증가합니다. 88 Copyright JSC Central Design Bureau BIBKOM & LLC 도서 서비스 기관 그림 9.2. 반응의 에너지 다이어그램 9.3.3. 화학 반응 속도에 대한 촉매의 영향 촉매는 반응 속도에 영향을 주지만 반응 과정에서 소모되지는 않는 물질입니다. 양성촉매는 활성화에너지를 감소시키기 때문에 반응속도를 증가시킨다. 음성 촉매(억제제)는 화학 반응 속도를 감소시킵니다. 촉매 작용은 촉매의 영향으로 화학 반응 속도의 변화입니다. 촉매 반응은 촉매의 영향으로 발생하는 반응입니다. 촉매 반응은 다음과 같은 중요한 역할을 합니다. 화학 생산그리고 생화학. 전체 생산량의 90% 화학 산업 촉매가 사용됩니다 (암모니아, 질산, 황산, 고무 등 생산). 촉매는 연료 연소 및 폐수 처리에 사용됩니다. 하이테크 암모니아 공장은 기존 공장보다 에너지를 덜 사용하고 폐기물을 덜 생성합니다. 촉매작용은 균질할 수도 있고 이질적일 수도 있습니다. 균일 촉매에서는 시약과 촉매가 동일한 응집 상태에 있고, 불균일 촉매에서는 고체 촉매가 사용되며 시약은 용액 또는 기체 혼합물의 일부입니다. 촉매가 있으면 반응이 더 빨리 진행되는데, 그 이유는 촉매가 없을 때보다 참여하여 형성된 활성화 복합체의 활성화 에너지가 더 낮기 때문입니다. 현재 나노조성물, 반도체 소재, 복합화합물을 활용한 새로운 촉매가 개발되고 있다. 분자 크기(0.3 - 1.2 nm)의 기공(채널)의 규칙적인 3차원 구조를 갖는 제올라이트 매트릭스에 안정화된 고도로 분산된 금속 또는 금속 산화물을 함유하는 나노복합체 촉매에 많은 관심이 집중되고 있습니다. 촉매 선택성, 내산성 및 열 안정성으로 인해 광범위한 응용 분야가 있습니다. 89 Copyright JSC Central Design Bureau BIBKOM & LLC Kniga-Service Agency 촉매작용은 생물학적 시스템에서 발생합니다. 살아있는 유기체에서 일어나는 대부분의 화학 반응은 촉매 반응입니다. 생물학적 촉매인 효소(ENZYMES)는 단백질 대사 과정에 참여하고 전분을 설탕으로 전환하는 것을 촉매하며 산화환원 반응을 가속화합니다. “생체촉매와의 비교는 큰 성공에도 불구하고 우리가 촉매와 관련하여 열린 모든 가능성을 활용하는 것과는 아직 거리가 멀다는 것을 보여줍니다. 이것은 겸손을 가르칩니다.”(S.Z. Roginsky). 원치 않는 효소 과정이 느려지므로 작물 제품을 저온에서 보관하는 것이 필요합니다. 종자 드레싱에 사용되는 많은 물질은 효소를 비활성화하고 원치 않는 미생물을 죽입니다. 화학적 동역학은 살아있는 세포의 반응 메커니즘을 설명합니다. 유전 공학 방법은 생화학 반응 속도를 제어하는 ​​방법입니다. 9.4. 진동 반응의 개념 진동 반응은 중간체 화합물의 농도와 반응 속도가 주기적으로 변동하는 반응입니다. 노벨상 수상자인 Ilya Prigogine은 진동 반응의 발견을 20세기의 과학적 업적이라고 불렀습니다. 그 위업은 20세기에 진동 반응이 존재한다는 것을 증명하는 것이 가능했다는 것입니다. 이전에는 진동 반응이 거부되었기 때문입니다. 진동 반응에 대한 정보는 17~19세기 기록 보관소에 있습니다. A.A.의 "진동 이론"책 안드로노바, A.A. Witta와 S.E. 카이키나는 1937년에 출판되었다. 예. Frank-Kamenetsky는 1947년에 "화학 역학의 확산과 열 전달"이라는 책을 출판했습니다. 이 작품들은 혁신적이었지만 받아들여지지 않았고 망각의 나락으로 떨어졌습니다. 1951년 B.P. Belousov는 시각적 진동 반응을 발견하고 설명했으며 메커니즘의 핵심 순간에 대한 아이디어를 제안했지만 거부되었습니다. 10년 후 A.M.이 이끄는 과학자 그룹이 진동 반응에 대한 연구를 계속했습니다. Jabotinsky. 진동 반응이 가능하다는 것이 실험적, 수학적으로 입증되었습니다. Belousov-Zhabotinsky 반응은 전 세계적으로 명성을 얻었습니다. Belousov-Zhabotinsky 반응의 실험 및 모델 연구에 많은 연구가 이루어졌습니다. 왜냐하면 간단한 화학 시스템에서 복잡한 자기 조직화 과정의 특징을 관찰할 수 있고 다양한 유형의 제어가 가능하기 때문입니다. Belousov-Zhabotinsky 반응 연구 결과는 그러한 새로운 섹션의 개발에 강력한 자극을주었습니다. 현대 과학, 시너지 효과, 비평형 과정의 열역학. Synergetics는 개방형 비평형 시스템에서 자기 조직화 과정을 연구합니다. Synergetics는 세상을 새로운 방식으로 보는 방법을 가르쳐줍니다. Synergetics는 혼돈이 어떻게 진화의 메커니즘으로 작용할 수 있는지, 어떻게 혼돈에서 질서가 발생할 수 있는지 보여줍니다. 그것은 당신이 세상을 단 하나의 것으로 볼 수있게 해줍니다. 복잡한 시스템 , 비선형 역학 법칙에 따라 발전합니다. 다양한 수준의 복잡성 현상에서 발생하는 가역적 및 비가역적, 평형 및 비평형, 결정론적 및 비결정론적 등 다양한 프로세스를 연구하는 것이 필요합니다. 90 Copyright JSC 중앙디자인국 BIBKOM & LLC 도서 서비스 대리점 9.5. 화학적 균형. 화학 공정 제어 가능성 9.5.1. 화학 평형의 개념 화학 반응은 두 그룹으로 나누어집니다. 1. 가역 반응은 서로 반대되는 두 방향으로 진행되는 반응입니다: N2 + 3H2 2NH3 2. 비가역 반응은 한 방향으로 진행: Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2 화학 평형 - 이 순방향 반응과 역방향 반응의 속도가 동일한 반응 물질 시스템의 상태입니다. 주어진 온도에서의 가역 반응의 경우, 반응 생성물의 평형 농도 곱과 출발 물질의 평형 농도 곱의 비율을 화학량론적 계수의 거듭제곱으로 곱한 비율은 평형 상수( Kp). 가역 반응에 질량 작용 법칙을 적용하면 평형 상수 Kp를 유도할 수 있습니다. 평형 상수는 주어진 온도와 모든 참여 물질의 농도가 1과 같을 때 정반응 속도가 역반응 속도보다 몇 배 더 큰지를 나타냅니다. 화학 평형에서 확립된 물질의 농도를 평형이라고 합니다. 이는 대괄호 안에 반응 물질의 공식으로 표시됩니다. 반응 aA + bB V1 = K1[A]a [B]b; cC + dD V2 = K1[C]c [D]d 평형에서 V1 = V2. 그러면 K1[A]a [B]b = K1[C]c [D]d Kr = K1 K2 Kp = [C]C [D]d 입니다. [A]a [B]b 평형 상수 Kp는 반응물의 성질과 온도에 따라 달라지지만 농도에는 의존하지 않습니다. Kr은 무차원 수량입니다. 9.5.2. 르 샤틀리에의 원리 1901년 프랑스의 화학자 앙리 루이 르 샤틀리에는 질소와 수소로부터 암모니아를 합성하는 방법을 개발하고 특허를 냈습니다. 그는 이 반응이 일어나는 조건을 연구하면서 반응물의 농도, 온도 및 압력(가스의 경우)을 변경할 때 화학 평형의 이동 방향이 결정되는 원리를 발견하고 공식화했습니다. 표 9.2 – 르 샤틀리에의 원리 예: 2CO2 + 568 kJ/mol 2CO + O2 ΔН = – 568 kJ/mol 평형을 생성물 쪽으로 이동시키는 조건: 1. O2 농도 증가 2. 압력 증가 3. 온도 감소 9.5.3. 열화학의 요소 르 샤틀리에의 원리는 열역학 제2법칙의 결과입니다. 온도 변화에 따른 화학 평형의 변화는 화학 반응의 에너지와 관련이 있습니다. 이러한 질문은 "화학 공정의 열역학"섹션의 물리 화학 과정에서 연구됩니다. 화학 평형 이동에 대한 온도의 영향에 대한 연구는 화학 열역학의 한 분야인 열화학 개념을 사용하여 수행되어야 합니다. 열화학은 화학 공정의 열 효과를 연구하는 화학 열역학의 한 분야입니다. 발열 반응은 열을 방출하는 반응입니다. 흡열 반응은 열 흡수와 관련된 반응입니다. 반응의 열화학 방정식은 반응의 열 효과를 지정하는 방정식입니다. 반응의 열 효과는 물질 1몰당 방출되거나 흡수되는 열의 양입니다. 열화학 방정식 작성에는 두 가지 형태가 사용됩니다. 1. 열은 반응 과정 중 환경의 변화를 나타냅니다(반응 Q의 열화학 효과). 이 경우 발열 반응의 경우 열 효과 Q는 열이 환경으로 방출되므로 방정식 오른쪽에 더하기 기호(+)로 표시됩니다. 92 Copyright JSC Central Design Bureau BIBKOM & LLC Kniga-Service Agency 흡열 반응의 경우 열 효과 Q는 환경에서 열이 흡수되므로 빼기 기호(-)로 표시됩니다. 2H2 + O2 = 2H2O + 571 kJ/mol (엑소 ); N2 + O2 = 2NO – 180.5 kJ/mol(엔도) 2. 반응의 열 효과는 반응물 시스템 자체의 변화(반응의 열역학적 열 효과)를 반영합니다. 이 경우 엔탈피 변화 ΔH의 개념이 사용됩니다. 엔탈피 H는 일정한 압력과 온도에서 물질의 에너지 보유량입니다. 발열 반응의 경우 ΔH< 0, так как система теряет теплоту и запас еѐ энергии уменьшается (знак –). Для эндотермической реакции ΔН >0, 시스템이 열을 흡수하고 에너지 보유량이 증가하므로(+ 기호): 2H2 + O2 = 2H2O; ΔHo = – 571 kJ/mol(엑소) N2 + O2 = 2NO; ΔHo = 180.5 kJ/mol(엔도) 반응의 열 효과는 일반적으로 표준 조건, 즉 정상 압력 101.3 kPa(1 atm) 및 온도 298 K(ΔHo)에 대해 제공됩니다. 반응의 열화학적 효과는 열역학적 열 효과와 크기가 같고 부호가 반대입니다. Q = – ΔН. 9.6. 화학 공정을 제어할 수 있는 가능성 가역 반응의 존재는 자연에서 작용하는 반대의 일치와 투쟁의 법칙을 나타냅니다. 이 법칙을 구체적으로 이해하는 것은 화학 공정을 최적으로 제어하는 ​​데 실질적으로 매우 중요합니다. 유리한 조건, 생산 효율성과 품질을 실현합니다. 표 9.3 - 화학 공정에 영향을 미치는 동역학적 및 열역학적 요인 화학 반응 반응하는 물질의 성질 열역학적 요인: 평형 이동, 반응 가능성 반응 속도에 영향을 미치는 동역학적 요인(물질의 성질, 농도, 온도, 압력) 모순 가능성 조치 93 반응의 외부 환경 Copyright JSC "CDB "BIBKOM" & LLC "Agency Kniga-Service" 화학 반응의 제어는 준수하는 법칙을 이해하는 경우에만 가능합니다. 이는 고립된 시스템의 평형 과정에 대한 고전적인 열역학과 자기 조직화 현상이 가능한 개방형 비평형 시스템의 현대 열역학인 화학 동역학과 열역학에 대한 지식을 기반으로 해야 합니다. 자제력을 위한 질문 1. 고속 및 저속에서 발생하는 반응의 예를 들어보십시오. 2. 활성화 에너지를 정의합니다. 3. 반트호프 계수가 2라면 20°에서 50°로 가열할 때 반응 속도는 어떻게 변합니까? 4. 온도가 20°에서 50°로 변할 때 반응 속도가 27배 증가하면 반트호프 계수를 계산합니다. 5. 반응 속도 및 평형 상수 표현에 포함되지 않은 물질의 농도: FeO3 + 3CO 2Fe + 3CO2 6. 반응 평형을 반응 생성물 형성 방향으로 이동시키는 데 도움이 되는 요인: 2H2 + O2 = 2H2O + 571 kJ/mol. ΔН = – 571 kJ/mol 참고 자료 메인 1. Knyazev, D.A. 무기화학/D.A. 크냐제프, S.N. SMarygin – M.: Bustard, 2004. – 592 p. 2. 글린카, N.L. 일반화학 / N.L. 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Krasichkov. – M.: 물리 및 수학 문학 출판사, 2002. – 200 p. 20. 우가이, Ya.A. 일반 및 무기화학 /Ya.A. 우가이. – M .: 고등 학교, 2004. – 528 p. 95 Copyright OJSC "CDB "BIBKOM" & LLC "Agency Kniga-Service" 목차 소개................................................ ... ................................................... ................... ................................................... .. 3 강의 1. 화학의 기본 개념과 기본법칙............................................ 4 1.1 . 학문을 공부하는 목표.......................................................... ..................................................... 4 1.2. 농업에 있어서 화학의 중요성.................................................. ............. ........4 1.3. 화학 과목................................................................. ........ ................................................. ........5 1.4 . 화학의 기본 개념과 법칙의 변증법.................................................................. ........5 1.5. 화학 공부 방법.................................................. .......................................................... 8 자제력을 위한 질문 ................. ................................ ................................................................. 11 참고자료...... ............................... ................... .................................................................... 12 강의 2. 원자 구조에 대한 현대의 가르침.................................................. ... ................ 13 2.1. 원자 구조에 관한 관념의 변증법.................................................. ..........13 2.2. 원자 구조의 현대 양자역학적 모델.................................................................. 14 2.3. 원소의 전자식................................................................... ..................................... 17 자제력을 위한 질문 ................................. ...................................................... ................................. 20 참고자료 .................................. ...................................... ............ ....................................... 20 강의 3. 주기율과 주기율표 D.I. 멘델레예프................................................................. ....... .................................................. ........21 3.1 . 주기율표 및 원소 주기율표 D.I. 멘델레예프 - 현대 화학의 기초.................................................................. ......... 21 3.2. 주기율표의 구조....................................................................... ............................. 23 3.3. 원소 원자의 일반적인 특성에 대한 알고리즘................................................................ ........24 3.4. 원소와 그 화합물의 성질 변화 빈도.................................................. 27 자제력을 위한 질문.................................. ..................... ................................................. ..... ..... 30 참고문헌 .................................. ............... ................................... ................................ .. 30 강의 4. 무기 화합물의 산-염기 특성에 대한 주기율의 발현........................ ................................................. .......... ..............32 4.1. 주요 무기화합물의 유전적 관계........................ 32 4.2. 산화물, 염기, 산, 염의 화학적 성질.................................................................. 33 4.3. 화학물질의 산-염기 특성 변화 빈도.................................................................. ............. ..................................... ......................... 39 4.4. 직업적 역량에 대한 질문.................................................. ..................................40 자제력을 위한 질문.................................. ............................... ................... ................................ 40 참고자료 .............................. ................................................ ................ ................................. 41 강의 5. 화학결합 ................................ ................................................. .......... ............ 43 5.1. 화학적 결합에 대한 현대적 생각................................................................................... .......43 5.2. 원자가 결합법(MVM)의 기본 W. Heitler 및 F. London(1927) .............................. ................................................... 43 5.2.1 . 공유 결합 형성 메커니즘................................................................... .......43 5.2.2. 공유 결합........................................................... ......................................... 44 5.2.3. 화학 결합의 종류.................................................. ..................................... 45 5.2.4. 화학 결합의 종류.................................................. ..................................................... 46 5.2 .5. 결합 이온성 정도.......................................................... ..................................................... 46 5.2.6. 원자 궤도의 혼성화.......................................................... ...... 48 5.2.7. 금속 연결........................................................... ........................................50 5.2.8. 수소 결합................................................ ......................................... 50 5.3. 분자궤도법의 개념....................................................................... ........ 50 96 저작권 OJSC 중앙디자인국 BIBKOM & LLC 도서 서비스 대행 자제를 위한 질문.................................. ...... ............................................ ............ .. 52 참고자료 .............................. ................. ................................................. ....... ....... 52 강의 6. 현대해법이론.................................. ....................................... 53 6.1. 분산 시스템의 분류.................................................................. .......................................... 53 6.2. 용액의 구성을 표현하는 방법................................................................ ........................54 6.3. 토양 용액 농도 및 삼투.................................................................. ........ 54 6.4. 전해질 용액.......................................................... ......................................... 55 6.4.1. 수용성 용액.......................................................... ........ ................................................. 55 6.4.2. 전해해리 이론.................................................................. ................... .. 56 6.4.3. 전해분해의 정량적 특성................................................................... .................................................................... .......................................... 57 6.4.4. 강한 전해질의 특성.................................................. ..................................... 58 6.4.5. 전해질의 종류.................................................. ......................................... 59 6.4.6. 전해질의 해리....................................................................... ......................... 60 6.4.7. 전해질 용액에서의 반응.......................................................... .... .............61 6.4.8. 염의 가수분해....................................................................... .................................................... 61 6.4. 9. 물의 이온 생성물. 수소 pH........................................... 62 6.4.10. 솔루션의 의미........................................................... ..................................................... 64 자제력을 위한 질문..... .......... ................................................. ................................................. 64 참고자료..... ............................... ................... ..................................... ............. ................... 65 강의 7. 산화환원반응......................................... ............. 66 7.1. 현대 산화환원반응이론(ORR) ...... 66 7.1.1. 산화환원 과정의 중요성.................................. 66 7.1.2. ODD 이론의 기본 조항.................................................................. .......................67 7.1.3. 원소의 산화 상태 계산................................................................ ..........68 7.1.4. 복합 화합물의 산화환원 특성을 특성화하기 위한 알고리즘. ................................................. .......................................70 7.1.5. 산화환원반응의 종류.......................................................... ...... 70 7.2. 산화환원 반응 방정식을 구성하는 알고리즘.................................................................. ................... ................................................... ...............................................71 7.2.1. 전자 저울 방법을 사용하여 OVR 방정식을 컴파일하는 알고리즘.................................................. ............. ..................................... ......................... 71 7.2.2. 전자이온법(반반응법)을 이용한 ORR 방정식 작성.................................. .................................................... ......................... 71 7.3. 생물 원소 화합물의 산화환원 특성.................................................................. ................... ................................................... ...............................................73 7.4. 산화환원 전위. ODD의 방향..................................74 자제력을 위한 질문.................................. .................................................................... .......................................... 75 참고자료 ................................. .................................................... .................................................................... 75 강의 8. 복합 화합물.................................. ........ ................................... 76 8.1. 복합 화합물(CC)의 간략한 역사 .............................................. ...........76 8.2. 베르너의 조정이론과 현대사상.................................................................. 77 8.2.1. 복합 화합물 분자의 구성................................................................. ........78 8.2.2. 복합 화합물의 명명법.................................................................. ..........................79 8.3. 복합 화합물의 화학적 결합.......................................................... ....... .. 80 8.4. 복합 화합물의 전기분해.................................................................... 81 자제력을 위한 질문.... ... ................................................... ......................................... 84 참고자료.................. .................................................................... .......................... ................. 84 97 Copyright JSC 중앙설계국 BIBKOM & LLC Kniga-Service Agency 강의 9. 화학 동역학. 화학 평형 .......................................................... ... 85 9.1. 화학적 동역학의 개념....................................................................... .......................................... 85 9.2. 화학 반응 속도........................................................... ..................... ................................... 85 9.3. 화학 반응 속도에 영향을 미치는 요인.................................................................. .......... 86 9.3.1. 농도가 반응 속도에 미치는 영향.................................................. .......... 87 9.3.2. 온도가 반응 속도에 미치는 영향................................................................ ......... 88 9.3.3. 화학 반응 속도에 대한 촉매의 영향.................................................................. 89 9.4. 진동 반응의 개념................................................................ ......................................... 90 9.5. 화학적 균형. 화학 공정 제어 가능성.................................................................. .................................................................... .......................... ................. ... 91 9.5.1. 화학평형의 개념....................................................................... .......................91 9.5.2. 르 샤틀리에의 원리.......................................................... .......................................... 91 9.5.3. 열화학 요소.................................................................. .................................... 92 9.6. 화학 공정 제어 가능성.................................................................. ....... 93 자제력을 위한 질문 ................................................. .......................... ................................. ....... 94 참고자료.................................................. ................................ ................. ................... 94 참고문헌 .................. ................. ...................................... ............ ............. 95 목차 .............. ................ ................................................. .......... ............................................ 96 98

1장.

일반적인 화학 및 환경 패턴.

화학은 어디서 시작되나요?

어려운 질문인가요? 모두가 다르게 대답할 것입니다.

중등학교에서 학생들은 수년에 걸쳐 화학을 공부합니다. 많은 사람들이 화학 최종 시험에서 좋은 성적을 거두고 있습니다. 하지만…

지원자와 1학년 학생들과의 대화를 보면 중등학교 이후 화학에 대한 잔여 지식이 미미하다는 것을 알 수 있습니다. 어떤 사람들은 다양한 정의와 화학식을 혼동하는 반면, 다른 사람들은 생태학의 개념과 법칙은 말할 것도 없고 화학의 기본 개념과 법칙조차 재현하지 못합니다.

그들의 화학은 시작되지 않았습니다.

분명히 화학은 기본 원리, 그리고 무엇보다도 기본 개념과 법칙을 깊이 이해하는 것에서 시작됩니다.

1.1. 기본 화학 개념.

D.I. Mendeleev의 표에는 원소 기호 옆에 숫자가 있습니다. 하나의 숫자는 원소의 원자 번호와 두 번째 원자 질량을 나타냅니다. 일련번호에는 고유한 물리적 의미가 있습니다. 나중에 이에 대해 이야기하겠습니다. 여기서는 원자 질량에 초점을 맞추고 측정 단위를 강조하겠습니다.

표에 주어진 원소의 원자 질량은 상대값이라는 점을 바로 주목해야 합니다. 상대원자질량의 단위는 질량수가 12인 동위원소인 탄소원자 질량의 1/12로 취하고, 원자질량단위 /amu/라고 부른다. 따라서 1amu 탄소 동위원소 12C 질량의 1/12에 해당하며 1.667 * 10 –27kg과 같습니다. /탄소 원자의 절대 질량은 1.99*10 –26 kg입니다./

원자 질량표에 주어진 는 원자 질량 단위로 표현된 원자의 질량입니다. 수량은 무차원입니다. 특히 각 원소에 대해 원자 질량은 주어진 원자의 질량이 탄소 원자 질량의 1/12보다 크거나 작은 횟수를 나타냅니다.

분자량에 대해서도 마찬가지입니다.

분자 질량원자 질량 단위로 표현된 분자의 질량입니다. 규모도 상대적이다. 특정 물질의 분자 질량은 분자를 구성하는 모든 원소의 원자 질량의 합과 같습니다.

화학에서 중요한 개념은 "몰"이라는 개념입니다. 두더지– 6.02 * 10 23 구조 단위 /원자, 분자, 이온, 전자 등을 포함하는 물질의 양. 원자의 몰, 분자의 몰, 이온의 몰 등

주어진 물질 1몰의 질량을 몰/또는 몰/질량이라고 합니다. 이는 g/mol 또는 kg/mol 단위로 측정되며 문자 "M"으로 지정됩니다. 예를 들어, 황산 M H 2 SO4의 몰 질량 = 98 g/mol입니다.

다음 개념은 "동등"입니다. 동등한/E/는 1몰의 수소 원자와 상호작용하거나 화학 반응에서 그러한 양을 대체하는 물질의 중량입니다. 따라서 수소 EH의 당량은 1과 같습니다. /E N =1/. 산소당량 E O는 8 /E O =8/과 같습니다.

원소의 화학적 등가물과 복합 물질의 화학적 등가물이 구별됩니다.

요소에 해당하는 것은 가변 수량입니다. 이는 특정 화합물에서 해당 원소가 갖는 원자 질량 /A/ 및 원자가 /B/에 따라 달라집니다. E=A/B. 예를 들어, SO 2 및 SO 3 산화물에서 황의 당량을 결정해 보겠습니다. SO 2 E S =32/4=8이고, SO 3 E S =32/6=5.33입니다.

그램으로 표시되는 등가물의 몰질량을 등가질량이라고 합니다. 따라서 수소의 등가 질량 ME H = 1 g/mol, 산소의 등가 질량 ME O = 8 g/mol.

복합 물질/산, 수산화물, 염, 산화물/의 화학적 당량은 1몰의 수소 원자와 상호 작용하는 해당 물질의 양, 즉 1등가의 수소로 대체하거나 해당 양의 수소 또는 화학 반응에서 다른 물질을 대체합니다.

산성 등가물/E K/는 산의 분자량을 반응에 참여하는 수소 원자의 수로 나눈 몫과 같습니다. 산 H 2 SO 4의 경우, 두 수소 원자가 모두 H 2 SO 4 +2NaOH=Na 2 SO+2H 2 O와 반응하면 등가물은 EN 2 SO4 = M H 2 SO 4 /n H =98/2=49와 같습니다.

수산화물 당량 /E hydr. /는 수산화물의 분자량을 반응하는 수산기의 수로 나눈 몫으로 정의됩니다. 예를 들어, NaOH에 해당하는 값은 E NaOH = M NaOH / n OH = 40/1 = 40과 같습니다.

소금 등가물/E 염/은 분자량을 반응하는 금속 원자 수와 원자가의 곱으로 나누어 계산할 수 있습니다. 따라서 Al 2 (SO 4) 3 염의 당량은 E Al 2 (SO 4) 3 = M Al 2 (SO 4) 3 /6 = 342/2.3 = 342/6 = 57과 같습니다.

산화물 등가물/E ok /는 해당 원소와 산소의 당량의 합으로 정의할 수 있습니다. 예를 들어, CO 2 에 해당하는 양은 다음과 같습니다. 합계와 동일탄소와 산소의 등가물: E CO 2 =E C +E O =3+8=7.

을 위한 기체 물질동등한 볼륨 /E V /를 사용하는 것이 편리합니다. 언제부터 정상적인 조건 1몰의 가스는 22.4리터의 부피를 차지하며, 이 값을 기준으로 모든 가스의 등가 부피를 쉽게 결정할 수 있습니다. 수소를 생각해 봅시다. 수소 2g의 몰 질량은 22.4리터의 부피를 차지하고, 1g의 등가 질량은 11.2리터/또는 11200ml/의 부피를 차지합니다. 그러므로 E V N =11.2l. 염소의 등가 부피는 11.2 l /E VCl = 11.2 l/입니다. CO의 등가 부피는 3.56/E VCO =3.56 l/입니다.

원소 또는 복합 물질의 화학적 당량은 교환 반응의 화학양론적 계산에 사용되며, 산화환원 반응의 해당 계산에는 산화 및 환원 당량이 사용됩니다.

산화적 등가물산화제의 분자량을 주어진 산화환원 반응에서 산화제가 받아들이는 전자 수로 나눈 몫으로 정의됩니다.

환원당량은 환원제의 분자량을 주어진 반응에서 포기하는 전자의 수로 나눈 것과 같습니다.

산화 환원 반응을 작성하고 산화제와 환원제의 당량을 결정합시다.

5N 2 as+2KMnO 4 +8H 2 SO 4 =S+2MnSO 4 +K 2 SO 4 +5Na 2 SO 4 +8H 2 O

이 반응의 산화제는 과망간산칼륨이다. 산화제의 당량은 KMnO 4 의 질량을 반응에서 산화제가 받아들인 전자의 수로 나눈 값과 같습니다(ne=5). E KMnO 4 =M KMnO 4 /ne=158/5=31.5. 산성 매질에서 산화제 KMnO 4 당량의 몰 질량은 31.5 g/mol입니다.

환원제 Na 2 S의 등가물은 다음과 같습니다: E Na 4 S = M Na 4 S / ne = 78/2 = 39. Na 2 S 당량의 몰 질량은 39 g/mol입니다.

전기화학적 공정, 특히 물질의 전기분해 중에 전기화학적 등가물이 사용됩니다. 전기화학적 당량은 전극에서 방출된 물질의 화학적 당량을 패러데이 수 /F/로 나눈 몫으로 결정됩니다. 전기화학적 등가물은 해당 과정의 해당 단락에서 더 자세히 논의됩니다.

원자가. 원자가 상호 작용하면 원자 사이에 화학 결합이 형성됩니다. 각 원자는 특정 수의 결합만 형성할 수 있습니다. 연결 수에 따라 결정됩니다. 독특한 속성각 요소를 원자가라고 합니다. 가장 일반적인 견해원자가는 원자가 화학 결합을 형성하는 능력입니다. 수소 원자가 형성할 수 있는 하나의 화학 결합은 원자가 단위로 간주됩니다. 이 점에서 수소는 1가 원소이고, 산소는 2가 원소입니다. 2개 이하의 수소가 산소 원자와 결합을 형성할 수 있습니다.

화합물을 포함하여 각 원소의 원자가를 결정하는 능력은 다음과 같습니다. 필요한 조건화학 과정을 성공적으로 마쳤습니다.

원자가는 또한 다음과 같은 화학 개념과 관련이 있습니다. 산화 상태. 산화 하위 상태는 이온 화합물에 원소가 가지고 있거나 공유 전자쌍이 전기 음성도가 더 높은 원소로 완전히 이동된 경우 공유 결합 화합물에 가지고 있을 전하입니다. 산화 상태는 수치 표현뿐만 아니라 해당 전하 기호(+) 또는 (-)도 갖습니다. Valence에는 이러한 징후가 없습니다. 예를 들어, H 2 SO 4에서 산화 상태는 수소 +1, 산소 –2, 황 +6이므로 원자가는 1, 2, 6이 됩니다.

수치의 원자가 및 산화 상태가 항상 값과 일치하는 것은 아닙니다. 예를 들어, 에틸 알코올 CH 3 –CH 2 –OH 분자에서 탄소의 원자가는 6이고, 수소는 1, 산소는 2이고, 예를 들어 첫 번째 탄소의 산화 상태는 -3이고 두 번째 탄소는 –1: –3 CH 3 – –1 CH 2 –OH.

1.2. 기본 환경 개념.

최근에는 '생태학'이라는 개념이 우리 의식 속으로 깊이 들어왔습니다. E. Haeckel이 1869년에 도입한 이 개념은 그리스어에서 유래되었습니다. 오이코스- 집, 장소, 거주지, 로고– 그 가르침은 / 인류를 점점 더 혼란스럽게 하고 있습니다.

생물학 교과서에서 생태학살아있는 유기체와 환경 사이의 관계에 대한 과학으로 정의됩니다. B. Nebel은 그의 저서 "환경 과학"에서 생태학에 대한 거의 일치하는 정의를 제시합니다. 생태학은 유기체와 환경 사이의 상호 작용의 다양한 측면에 대한 과학입니다. 더 넓은 해석은 다른 출처에서 찾을 수 있습니다. 예를 들어 생태학 - 1/입니다. 유기체와 유기체의 체계적 집합체 및 환경 사이의 관계를 연구하는 과학입니다. 2/. 고분자에서 생물권에 이르기까지 체계적 생물학적 구조와 환경 사이의 관계를 연구하는 일련의 과학 분야입니다. 삼/. 다양한 계층적 수준에서 생태계 기능의 일반 법칙을 연구하는 학문입니다. 4/. 살아있는 유기체의 서식지를 연구하는 종합 과학입니다. 5/. 지구의 생물권에서 인간의 위치, 생태계와의 연관성 및 그에 미치는 영향에 대한 연구. 6/. 환경 생존의 과학. / N. A. Agidzhanyan, V.I. Torshik. 인간 생태./. 그러나 "생태학"이라는 용어는 과학으로서의 생태학뿐만 아니라 환경 자체의 상태와 그것이 인간, 동식물에 미치는 영향을 의미합니다.

이 매뉴얼은 학생, 지원자 및 교사를 대상으로 합니다. 이 매뉴얼은 현대 화학의 기초를 간단하면서도 유익하고 명확한 방식으로 설명합니다. 이것은 모든 고등학교 졸업생이 이해해야 하고 자신을 21세기의 화학, 의학 또는 생물학 학생이라고 생각하는 사람이라면 반드시 알아야 하는 기본 사항입니다.

원자 분자 이론.
물질 구조에 대한 원자-분자 이론은 두 가지 주요 문제를 해결하려는 과학자들의 시도의 결과로 나타났습니다. 1) 물질은 무엇으로 구성되어 있나요? 2) 물질은 왜 다르며 왜 어떤 물질은 다른 물질로 변할 수 있나요? 이 이론의 주요 조항은 다음과 같이 공식화될 수 있습니다.
1. 모든 물질은 분자로 이루어져 있습니다. 분자는 화학적 성질을 지닌 물질의 가장 작은 입자입니다.
2. 분자는 원자로 구성됩니다. 원자는 화합물의 원소 중 가장 작은 입자입니다. 다른 요소는 다른 원자에 해당합니다.
3. 화학 반응 중에 일부 물질의 분자는 다른 물질의 분자로 변환됩니다. 화학 반응 중에 원자는 변하지 않습니다.

원자-분자 이론의 창설과 발전의 역사를 간략하게 살펴 보겠습니다.
원자는 5세기 그리스에서 발명되었습니다. 기원전 이자형. 철학자 레우키포스(Leucippus)는 물질의 모든 조각이 아무리 작더라도 더 작은 조각으로 나눌 수 있는지 궁금해했습니다. 레우키포스는 그러한 분할의 결과로 더 이상의 분할이 불가능할 정도로 작은 입자를 얻을 수 있다고 믿었습니다. 레우키포스의 학생이자 철학자인 데모크리토스는 이 작은 입자를 '원자'라고 불렀습니다. 그는 각 원소의 원자는 특별한 크기와 모양을 갖고 있으며 이것이 원소의 특성의 차이를 설명한다고 믿었습니다. 우리가 보고 느끼는 물질은 원자의 화합물이다. 다양한 요소, 그리고 이 화합물의 성질을 변화시킴으로써 한 물질이 다른 물질로 전환될 수 있습니다. 데모크리토스는 원자론을 거의 창시했다. 현대적인 형태. 그러나 이 이론은 철학적 성찰의 결과일 뿐, 실험적 관찰에 의해 확인된 것은 아니다.

목차
서문 3
1부. 이론화학 5
CHAPTER 1. 화학의 기본 개념과 법칙 5
§ 1.1. 화학과5
§1.2. 원자분자론 7
§ 1.3. 질량과 에너지 보존의 법칙 10
§ 1.4. 주기법칙 12
§ 1.5. 기본 화학 개념 14
§ 1.6. 화학의 화학량론적 비율 18
§ 1.7. 가스 법칙 19
2장. 원자 구조 22
§ 2.1. 원자의 복잡한 구조에 대한 아이디어 개발 22
§ 2.2. 전자의 양자수 25
§ 2.3. 원자 내 전자의 분포 28
§ 2.4. 방사성 변환 33
§ 2.5. 원소 원자의 성질의 주기성 37
CHAPTER 3. 화학결합과 분자구조 41
§ 3.1. 화학 결합의 본질 41
§ 3.2. 공유결합 44
§ 3.3. 이온 결합 48
§ 3.4. 금속 연결 50
§ 3.5. 분자간 화학결합 51
§ 3.6. 원자가와 산화상태 55
§ 3.7. 분자의 공간구조 58
제4장 물질의 상태 63
§ 4.1. 특징적인 성질기체, 액체, 고체 63
§ 4.2. 물질의 상태도 66
§ 4.3. 가스 68
§ 4.4. 액체 70
§ 4.5. 결정질 물질 73
§ 4.6. 물질의 다양한 형태의 존재 80
5장. 화학 반응의 에너지 효과 81
§ 5.1. 화학반응에서 에너지의 방출과 흡수 81
§ 5.2. 발열 및 흡열 반응. 헤스의 열화학 법칙 87
CHAPTER 6. 화학반응의 동역학 93
§ 6.1. 화학 동역학의 기본 개념과 가정 93
§ 6.2. 온도가 반응 속도에 미치는 영향 97
§ 6.3. 촉매작용 99
7장. 화학 평형 103
§ 7.1. 평형 상태 결정 103
§ 7.2. 화학 평형 상수 105
§ 7.3. 화학 평형의 변화. 르 샤틀리에의 원리 108
§ 7.4. 산업 규모로 물질을 얻기 위한 최적의 조건 111
8장. 솔루션 114
§ 8.1. 물리화학적 과정으로서의 용해 114
§ 8.2. 물질의 용해도에 영향을 미치는 요인 117
§ 8.3. 용액의 농도를 표현하는 방법 121
9장. 용액의 전해질 해리와 이온 반응 122
§ 9.1. 전해질과 전해해리 122
§ 9.2. 해리 정도. 강하고 약한 전해질. 해리 상수 123
§ 9.3. 이온 반응 방정식 126
§ 9.4. 염의 가수분해 128
10장. 화학 반응의 기본 유형 129
§ 10.1. 반응의 상징성과 분류특성 129
§ 10.2. 시약과 반응산물의 수와 구성에 따른 분류 131
§ 10.3. 위상 특성에 따른 반응 분류 136
§ 10.4. 전달된 입자의 유형에 따른 반응 분류 137
§ 10.5. 가역적 및 비가역적 화학반응 138
11장. 산화환원 과정 140
§ 11.1. 산화환원반응 140
§ 11.2. OVR 144에서 화학양론적 계수 선택
§ 11.3. 표준 전위 OVR 148
§ 11.4. 용액의 전기분해 및 전해질의 용융물 152
2부. 무기화학 154
12장. 일반적 특성무기 화합물, 분류 및 명명법 154
§ 12.1. 산화물 155
§ 12.2. 염기(금속 수산화물) 158
§ 12.3. 산 160
§ 12.4. 소금 165
13장. 수소 168
§ 13.1. 주기율표의 원자 구조와 위치 D.I. 멘델레예바 168
§ 13.2. 수소의 화학적 성질 171
§ 13.3. 수소의 생산과 그 이용 173
§ 13.4. 산화수소 174
14장. 할로겐 178
§ 14.1. 물리적 특성할로겐 178
§ 14.2. 할로겐의 화학적 성질과 생산 180
§ 14.3. 할로겐화수소, 할로겐화수소산 및 그 염 185
§ 14.4. 산소 함유 할로겐 화합물 187
15장. 칼코겐 190
§ 15.1. 일반적인 특성 190
§ 15.2. 단순물질 191
§ 15.3. 황화합물 196
16장. 질소 하위군 204
§ 16.1. 일반적인 특성 204
§ 16.2. 단순물질의 성질 205
§ 16.3. 암모니아. 포스핀. 인할로겐화물 207
§ 16.4. 질소 산화물. 질산과 아질산 210
§ 16.5. 인산화물과 산 214
17장. 탄소 하위군 218
§ 17.1. 일반적인 특성 218
§ 17.2. 탄소 219
§ 17.3. 탄소산화물 223
§ 17.4. 탄산과 그 염 226
§ 17.5. 실리콘 228
§ 17.6. 산화 상태의 실리콘 화합물 +4 230
§ 17.7. 산화 상태의 실리콘 화합물 -4 233
18장. S-금속과 그 화합물의 특성 234
§ 18.1. 일반적인 특성 234
§ 18.2. 금속의 화학적 성질 236
§ 18.3. S-금속 화합물 239
19장. 알루미늄과 붕소 240
§ 19.1. 일반적인 특성 240
§ 19.2. 단순물질의 성질과 제조 242
§ 19.3. 붕소 및 알루미늄 화합물 247
20장. 주요 전이금속 249
§ 20.1. 일반적인 특성 249
§ 20.2. 크롬과 그 화합물 251
§ 20.3. 망간과 그 화합물 253
§ 20.4. 철 트라이어드 255
§ 20.5. 철강 생산 258
§ 20.6. 구리와 그 화합물 261
§ 20.7. 아연과 그 화합물 263
§ 20.8. 은과 그 화합물 264
21장. 희가스 265
§ 21.1. 일반적인 특성 265
§ 21.2. 희가스의 화합물 267
§ 21.3. 희가스의 응용 269
파트 III. 유기화학 271
22장. 유기화학의 기본 개념과 패턴 271
§ 22.1. 유기화학과목 271
§ 22.2. 유기화합물의 분류 272
§ 22.3. 유기화합물의 명명법 274
§ 22.4. 유기화합물의 이성질체 278
§ 22.5. 유기화합물의 전자효과와 반응성 279
§ 22.6. 일반적인 특성 281
23장. 포화 탄화수소 283
§ 23.1. 알칸 283
§ 23.2. 시클로알케인 286
24장. 알켄과 알카디엔 289
§ 24.1. 알켄 289
§ 24.2. 디엔 탄화수소 293
제25장 알킨 295
§ 25.1. 일반적인 특성 295
§ 25.2. 제조 및 화학적 성질 296
26장. 아레나 300
§ 26.1. 일반적인 특성 300
§ 26.2. 제조 및 화학적 성질 303
§ 26.3. 제1종 및 제2종 동양인(대리) 308
제27장. 알코올과 페놀 310
§ 27.1. 일반적인 특성 310
§ 27.2. 1가 알코올 311
§ 27.3. 다가 알코올 315
§ 27.4. 페놀 316
28장. 알데히드와 케톤 321
§ 28.1. 일반적인 특성 321
§ 28.2. 323을 얻는 방법
§ 28.3. 화학적 성질 324
29장. 카르복실산 327
§ 29.1. 분류, 명명법 및 이성질체 327
§ 29.2. 일염기성 포화 카르복실산 334
§ 29.3. 일염기성 불포화 카르복실산 339
§ 29.4. 방향족 카르복실산 342
§ 29.5. 이염기성 카르복실산 343
30장. 카르복실산의 기능성 유도체 345
§ 30.1. 기능적 파생상품의 분류 345
§ 30.2. 카르복실산 무수물 346
§ 30.3. 카르복실산 할로겐화물 348
§ 30.4. 카르복실산의 아미드 350
§ 30.5. 에스테르 352
§ 30.6. 지방 353
31장. 탄수화물(당) 357
§ 31.1. 단당류 357
§ 31.2. 단당류의 개별 대표자 363
§ 31.3. 올리고당 366
§ 31.4. 다당류 368
제32장 아민 371
§ 32.1. 포화 지방족 아민 371
§ 32.2. 아닐린 375
33장. 아미노산. 펩티드. 단백질 377
§ 33.1. 아미노산 377
§ 33.2. 펩티드 381
§ 33.3. 단백질 383
34장. 질소 함유 헤테로고리 화합물 387
§ 34.1. 6원 헤테로사이클 387
§ 34.2. 5원 고리를 갖는 화합물 390
35장. 핵산 393
§ 35.1. 뉴클레오티드와 뉴클레오티드 393
§ 35.2. 핵산의 구조 395
§ 35.3. 핵산의 생물학적 역할 398
제36장. 합성 고분자 화합물(고분자) 400
§ 36.1. 일반적인 특성 400
§ 36.2. 플라스틱 402
§ 36.3. 섬유 404
§ 36.4. 고무 405
410을 읽어보길 권한다.