Национальный цифровой ресурс Руконт - межотраслевая электронная библиотека (ЭБС) на базе технологии Контекстум (всего произведений: 634757)
Контекстум
.

Стехиометрические законы химии в XXI веке (220,00 руб.)

0   0
Первый авторКострюков Виктор Федорович
АвторыСамойлов Александр Михайлович, Томина Елена Викторовна
ИздательствоИздательский дом ВГУ
Страниц77
ID656222
Аннотация При создании данного пособия авторский коллектив преследовал несколько важных целей. Во-первых, убедительно доказать студентам 1-гокурса, что стехиометрические законы химии (закон сохранения массы, закон постоянства состава, закон эквивалентов, закон кратных отношений, закон объемных отношений, близкий к ним закон Авогадро) представляют собой фундамент химической науки. Во-вторых, подчеркнуть, что значение стехиометрических законов, сыгравших колоссальную роль в процессе формирования классического атомно-молекулярного учения, нисколько не уменьшилось и в XXI столетии.
Кому рекомендованоРекомендовано студентам 1-го курса химического факультета дневного и вечернего отделений, изучающих дисциплину «Неорганическая химия».
Кострюков, В.Ф. Стехиометрические законы химии в XXI веке / А.М. Самойлов, Е.В. Томина; В.Ф. Кострюков .— Воронеж : Издательский дом ВГУ, 2016 .— 77 с. — 77 с. — URL: https://rucont.ru/efd/656222 (дата обращения: 25.04.2024)

Предпросмотр (выдержки из произведения)

Стехиометрические_законы_химии_в_XXI_веке_.pdf
Стр.1
Стр.3
Стр.6
Стр.7
Стр.8
Стр.9
Стр.10
Стехиометрические_законы_химии_в_XXI_веке_.pdf
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» В.Ф. Кострюков, А.М. Самойлов, Е.В. Томина СТЕХИОМЕТРИЧЕСКИЕ ЗАКОНЫ ХИМИИ В XXI ВЕКЕ Учебное пособие для вузов Воронеж Издательский дом ВГУ 2016
Стр.1
СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ .......................................................................................................... 4 Глава 1. СТЕХИОМЕТРИЧЕСКИЕ ЗАКОНЫ ХИМИИ ................................ 5 Глава 2. ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ МАССЫ ВЕЩЕСТВ ................................. 9 Глава 3. ЗАКОН ПОСТОЯНСТВА СОСТАВА ВЕЩЕСТВ. ПОСТОЯНСТВО И ПЕРЕМЕННОСТЬ СОСТАВА В ХИМИИ .................................................. 18 Глава 4. ЗАКОН ЭКВИВАЛЕНТОВ ............................................................... 33 4.1. Химические эквиваленты химических элементов ....................... 33 4.2. Химические эквиваленты кислот, оснований и солей ................ 43 4.3. Химические эквиваленты веществ, участвующих в окислительно-восстановительных реакциях .................................... 51 4.4. Закон эквивалентов ......................................................................... 52 Глава 5. ЗАКОН КРАТНЫХ ОТНОШЕНИЙ ................................................. 57 Глава 6. ЗАКОН ПРОСТЫХ ОБЪЕМНЫХ ОТНОШЕНИЙ ........................ 62 Глава 7. ЗАКОН АВОГАДРО .......................................................................... 64 7.1. Гипотеза Авогадро .......................................................................... 64 7.2. Закон Авогадро и следствия из него ............................................. 66 Библиографический список ............................................................................. 76 3
Стр.3
Если вещества реагируют между собой нацело и без остатка, отличительной особенностью такого химического взаимодействия является то, что оно осуществляется не в произвольных, а в строго определенных соотношениях, которые как раз и регулируются стехиометрическими законами. Понятие «стехиометрия» и производные от него широко используются в современной химической терминологии. Так, коэффициенты перед формулами веществ в уравнениях химических реакций называются стехиометрическими коэффициентами, а индексы, указывающие количество атомов в формулах соединений, – это стехиометрические индексы. В химических реакциях соотношения компонентов, при которых они реагируют без остатка, – это стехиометрические соотношения и т. п. Открытие стехиометрических законов тесно связано с революционным изменением научной методологии химии. До середины XVIII столетия главными инструментами научного познания в химии были наблюдения и эксперименты, результаты которых трактовались преимущественно на уровне объяснения качественных изменений. Немногие ученые в XVI– XVII вв. применяли в своих исследованиях весы (сравнительно небольшой точности) и приборы для измерения объемов жидкостей или газов. В России количественные химические эксперименты использовал М.В. Ломоносов, а в Западной Европе переход к измерению масс и объемов реагирующих веществ, а также величин тепловых эффектов химических реакций активно пропагандировал А.Л. Лавуазье. Благодаря широкому применению количественных экспериментов А.Л. Лавуазье смог доказать научную несостоятельность теории флогистона и разработать кислородную теорию горения и дыхания, а также кислородную теорию строения химических веществ. В рамках университетского курса неорганической химии изучается шесть стехиометрических законов химии: закон сохранения массы веществ, закон постоянства состава веществ, закон эквивалентов, закон кратных отношений, закон объемных отношений и закон Авогадро, сформулированный вначале в качестве молекулярной гипотезы для объ6
Стр.6
яснения закона объемных отношений, но в настоящее время имеющий самостоятельное значение*. Стехиометрические законы были открыты в исторически короткий промежуток времени – в конце XVIII столетия и первом десятилетии XIX столетия. Необходимо иметь в виду, что в то время английский химик Джон Дальтон стремился возродить атомистическую теорию древнегреческих натурфилософов, превращая ее из умозрительной концепции в научное мировоззрение. Однако далеко не все выдающиеся химики того времени разделяли воззрения Дальтона. Поэтому в начале XIX века многие понятия, которые в настоящее время изучаются уже на школьной скамье, в химии еще не утвердились окончательно. Не были четко сформулированы представления об атомах и молекулах, отсутствовали химические формулы и уравнения, да и сами химические символы элементов. Поэтому в тот исторический период открытие стехиометрических законов, в особенности закона кратных отношений и закона постоянства состава веществ, способствовало укреплению в химии представлений, связанных с существованием атомов и молекул. В свою очередь атомистическая теория Дальтона позволила объяснить и понять смысл стехиометрических законов. История открытия, эволюция понимания стехиометрических законов и их современное содержание весьма показательны и поучительны с точки зрения развития основных, фундаментальных понятий химии, таких как постоянство и переменность состава, проблемы валентности и химической * С точки зрения истории химии закон сохранения массы не относится к стехиометрическим законам, поскольку он был установлен в предыдущий исторический период – период объединения химии. Кроме того, в современной физике концепция и свойства массы существенно пересмотрены по сравнению с классическими понятиями (см. главу 2). Масса более не является мерой количества вещества, а закон сохранения массы тесно связан с законом сохранения внутренней энергии системы. Поэтому закон сохранения массы следует рассматривать как одно из проявлений универсального закона природы – закона сохранения массы и энергии. 7
Стр.7
связи, реакционная способность веществ и т.п. Естественно, ничего не было известно о сложном строении атома и природе химической связи. Именно открытие стехиометрических законов и способствовало введению в химию многих из перечисленных фундаментальных понятий. Наряду с Периодическим законом, теорией химического строения и учением о химических процессах стехиометрические законы относят к основным законам химии. Авторы данного учебного пособия доказывают, что при изучении стехиометрических законов важно рассматривать не только их фактическое содержание, но также анализировать их мировоззренческое значение и исторический контекст. Контрольные вопросы и задания 1. Какой ученый впервые ввел в науку термин «стехиометрия»? 2. Что означает термин «стехиометрия» в настоящее время? 3. Что является отличительной особенностью такого химического взаимодействия, когда вещества реагируют между собой нацело и без остатка? 4. Какие стехиометрические законы изучают в рамках университетского курса неорганической химии? 8
Стр.8
Глава 2. ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ МАССЫ ВЕЩЕСТВ В древнейшие времена античные натурфилософы высказывали этот закон в метафизической* форме, согласно которой вещество несотворимо и неуничтожимо. Одним из первых его сформулировал древнегреческий философ Эмпедокл** (V век до н. э.): «Ничто не может произойти из ничего, и никак не может то, что есть, уничтожиться». На рубеже позднего Средневековья и Нового времени передовые мыслители и ученые также не высказывали никаких сомнений в истинности этого закона. В 1620 г. английский философ Фрэнсис Бэкон*** провозгласил: «Сумма материи остается всегда постоянной и не может быть увеличена или уменьшена… ни одна мельчайшая ее часть не может быть ни одолена всей массой мира, ни разрушена совокупной силой всех агентов, ни вообще как-нибудь уничтожена». Необходимо подчеркнуть, что высказывания Эмпедокла и Ф. Бэкона носили сугубо умозрительный характер, были результатами теоретических рассуждений и не подкреплялись экспериментальными данными. Поэтому лишь некоторые ученые разделяли взгляды мыслителей, но большинство современников придерживалось иных точек зрения. * Метафизика (от др.-греч. «то, что после физики») – раздел философии, занимающийся исследованиями первоначальной природы реальности, мира и бытия как такового. ** Эмпедо́кл (490 до н. э. – 430 до н. э.) – древнегреческий философ, врач, государственный деятель, жрец. Труды Эмпедокла написаны в форме поэм. Был плюралистом, признавая множественность архэ. Являлся сторонником демократии. Автор поэмы «О природе», из которой сохранились 340 стихов, а также религиозной поэмы «Очищения» (сохранилось около 100 стихов). *** Фрэ́нсис Бэ́кон (1561–1626) – английский философ, историк, политик, основоположник эмпиризма. Крупный государственный деятель при короле Якове I. В 1621 г. Ф. Бэкон закончил государственную деятельность и последние годы жизни посвятил исключительно научной и литературной работе. 9
Стр.9
Впервые в отчетливой форме на основе результатов многочисленных экспериментов этот закон был сформулирован еще в середине XVIII века великим русским ученым М.В. Ломоносовым (1748–1756 гг.). Антуан Лоран Лавуазье (1743−1794) Михаил Васильевич Ломоносов (1711−1765) «Но все изменения, совершающиеся в природе, происходят таким образом, что сколько к чему прибавилось, столько же отнимается от другого. Так, сколько к одному телу прибавится вещества, столько же отнимется от другого... » – писал М.В. Ломоносов. Многие идеи, высказанные этим великим ученым, намного опередили свое время и сохраняют свое значение и в наши дни. Русский ученый сформулировал и вторую часть закона – закон сохранения энергии: «Этот закон природы является настолько всеобщим, что простирается и на правила движения: тело, возбуждающее толчком к движению другое, столько же теряет своего движения, сколько отдает от себя этого движения другому телу»*. * Из письма М.В. Ломоносова Л. Эйлеру. 5 июля 1748 г. / М. В. Ломоносов // Избранные философские произведения. М. : Госполитиздат, 1950. С. 155. 10
Стр.10

Облако ключевых слов *


* - вычисляется автоматически
.