Закон постоянства состава.
Закон постоянства состава впервые сформулировал в 1808г. французский учёный-химик Жозеф Луи Пруст.
Закон постоянства состава формулируется так:
Вещество, независимо от способа его получения, всегда имеет постоянный качественный и количественный состав.
Вещества с постоянным составом названы дальтонидами в честь английского химика Джона Дальтона.
Из закона постоянства состава следует, что при образовании сложного вещества элементы простых веществ соединяются друг с другом в строго определенных массовых долях.
Массовая доля элемента ωЭ показывает, какую часть составляет масса данного элемента от массы всего вещества, где
n – число атомов;
ArЭ – относительная атомная масса элемента;
Mr – относительная молекулярная масса вещества.
.
Развитие химии показало, что наряду с веществами, имеющими постоянный состав, существуют вещества с переменным составом, который зависит от способа получения. Такие вещества назвали в честь французского химика Клода Бертолле – бертоллидами.
Бертоллиды не подчиняются законам стехиометрии. Примеры бертоллидов есть в классах оксидов, сульфидов, карбидов, гидридов и пр.
Исходя из вышеизложенного, уточним формулировку закона постоянства состава:
Состав соединений с молекулярной структурой является постоянным независимо от способа получения. Состав же соединений с немолекулярной структурой (с атомной, ионной и металлической решеткой) не является постоянным и зависит от условий получения.
Источник
Кристаллические решетки
Урок 23. Химия 8 класс
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.
Получите невероятные возможности
Конспект урока «Кристаллические решетки»
Вещество может существовать в трех агрегатных состояниях: газообразном, жидком, твёрдом. Например, кислород, является газом, но при температуре -194 0 С он превращается в голубую жидкость, а при температуре -218,8 0 С – затвердевает в снегообразную массу, состоящую из кристаллов синего цвета.
Твёрдые вещества делят на кристаллические и аморфные. Аморфные вещества не имеют четкой температуры плавления, при нагревании размягчаются и переходят в текучее состояние. К аморфным веществам относятся пластмассы, воск, шоколад, пластилин, жевательные резинки.
Кристаллические вещества состоят из частиц, которые имеют четкое расположение в определенных точках пространства. Если соединить эти частицы, то получится своеобразный каркас, который называется кристаллической решеткой. А точки, где находятся частицы – узлами кристаллической решетки. В узлах кристаллической решетки могут находиться ионы, атомы, молекулы. Эти частицы совершают колебательные движения. При повышении температуры размах этих колебаний увеличивается, что приводит к тепловому расширению тел.
В зависимости от типа частиц в кристаллической решетки и характера связи между ними, различают ионные, атомные, молекулярные и металлические кристаллические решётки.
Ионные кристаллические решётки
Ионными, называются кристаллические решётки, в узлах которых находятся ионы. Их образуют вещества с ионным типом связи. Это соли, основания, некоторые оксиды. Например, кристалл хлорида натрия, построен из чередующихся ионов Na + и Cl — . Они образуют решётку в виде куба. Связи в этом кристалле очень прочные, поэтому вещества с ионным типом связи имеют высокую твердость и прочность, они нелетучи и тугоплавки.
Атомные кристаллические решётки
Атомными называют кристаллические решётки, в узлах которых находятся отдельные атомы. Эти атомы между собой соединены очень прочными ковалентными связями. Атомную кристаллическую решётку имеет алмаз. Ограненный и отшлифованный алмаз называют бриллиантом. Он широко используется в ювелирном деле.
Кроме алмаза атомную кристаллическую решётку имеют и такие простые вещества, как бор, кремний, германий, и сложные: кремнезём, кварц, песок, горный хрусталь, в состав которых входит SiO2. Вещества с атомной кристаллической решеткой имеют высокие температуры плавления, они прочные и твёрдые, практически нерастворимые.
Молекулярные кристаллические решётки
Молекулярная кристаллическая решётка – это кристаллическая решетка, в узлах которой находятся молекулы. Связи у веществ с молекулярной кристаллической решёткой могут быть ковалентными полярными, как в молекулах HCl, H2O, и ковалентными неполярными, как в молекулах O2, O3, N2, H2 и др. Атомы внутри молекулы связаны прочно, а вот связи между самими молекулами непрочные. Поэтому вещества с молекулярной кристаллической решеткой имеют малую твердость, низкие температуры плавления и кипения, летучи. К веществам с молекулярной кристаллической решеткой относятся: лед (вода в твердом агрегатном состоянии), который уже при температуре выше 0 0 С переходит в жидкое состояние, его кристаллическая структура разрушается; твердый оксид углерода (IV) – «сухой лед», который возгоняется при увеличении температуры, т.е. превращается в газ, твёрдые хлороводород и сероводород, твёрдые простые вещества. Такие как, одноатомные благородные газы, двухатомные молекулы (O2, N2, H2, Cl2, I2), трёхатомные (O3), четырёхатомные, как Р4, восьмиатомные молекулы, как S8. Молекулярную кристаллическую решетку имеют большинство органических веществ: глюкоза, сахар, нафталин, спирт, лимонная кислота.
Металлические кристаллические решётки
Металлическую кристаллическую решётку имеют вещества с металлическим типом связи. В узлах этой кристаллической решетки находятся ионы металла и свободные электроны. Поэтому вещества с этим типом связи обладают ковкостью, пластичностью, имеют металлический блеск, электро- и теплопроводны.
Для веществ молекулярного строения справедлив закон французского химика Ж. Л. Пруста – закон постоянства состава: молекулярные химические соединения независимо от способа их получения имеют постоянный состав и свойства. Закон Пруста – основной из законов химии, однако он несправедлив для веществ немолекулярного строения.
Источник
Урок №11. Закон постоянства состава веществ
I. НОВЫЙ МАТЕРИАЛ
К основным законам химии относится закон постоянства состава:
Всякое чистое вещество независимо от способа его получения всегда имеет постоянный качественный и количественный состав.
Атомно-молекулярное учение позволяет объяснить закон постоянства состава. Поскольку атомы имеют постоянную массу, то и массовый состав вещества в целом постоянен.
Закон постоянства состава впервые сформулировал французский ученый-химик Ж.Пруст в 1808 г
Он писал: «От одного полюса Земли до другого соединения имеют одинаковый состав и одинаковые свойства. Никакой разницы нет между оксидом железа из Южного полушария и Северного. Малахит из Сибири имеет тот же состав, как и малахит из Испании. Во всем мире есть лишь одна киноварь».
В этой формулировке закона, как и в приведенной выше, подчеркивается постоянство состава соединения независимо от способа получения и места нахождения.
Чтобы получить сульфид железа(II), мы смешивали железо и серу в соотношении 7:4. Посмотрите видео-эксперимент . Если смешать их в другой пропорции, например 10:4, то химическая реакция произойдет, но 3 г железа в реакцию не вступит. Почему наблюдается такая закономерность? Известно, что в сульфиде железа(II) на каждый один атом железа приходится один атом серы (демонстрация кристаллической решетки, рис.). Следовательно, для реакции нужно брать вещества в таких массовых соотношениях, чтобы сохранялось соотношение атомов железа и серы (1:1). Поскольку численные значения атомных масс Fe, S и их относительных атомных масс A r (Fe), A r (S) совпадают, можно записать:A r (Fe): A r (S) = 56:32 = 7:4.
Отношение 7:4 сохраняется постоянно, в каких бы единицах массы ни выражать массу веществ (г, кг, т, а.е.м.). Большинство химических веществ обладает постоянным составом.
Рис. Кристаллическая решетка сульфида железа(II)
Развитие химии показало, что наряду с соединениями постоянного состава существуют соединения переменного состава. По предложению Н.С. Курнакова первые названы дальтонидами (в память английского химика и физика Дальтона), вторые — бертоллидами (в память французского химика Бертолле, предвидевшего такие соединения). Состав дальтонидов выражается простыми формулами с целочисленными стехиометрическими индексами, например Н 2 О, НCl, ССl 4 , СO 2 . Состав бертоллидов изменяется и не отвечает стехиометрическим отношениям.
В связи с наличием соединений переменного состава в современную формулировку закона постоянства состава следует внести уточнение.
Cостав соединений молекулярной структуры, т.е. состоящих из молекул, — является постоянным независимо от способа получения. Состав же соединений с немолекулярной структурой (с атомной, ионной и металлической решеткой) не является постоянным и зависит от условий получения.
II. На основе закона постоянства состава можно производить различные расчёты.
Задача №1
В каких массовых отношениях соединяются химические элементы в серной кислоте, химическая формула которой H 2 SO 4 ?
Используя ПСХЭ найдём относительные атомные массы химических элементов:
Определим массовые отношения этих элементов в формуле H 2 SO 4
m(H) : m(S) : m(O) = 2Ar(H) : Ar(S) : 4Ar(O) = 2 : 32 : 64 = 1 : 16 : 32
Таким образом, чтобы получить 49 г серной кислоты (1+16+32=49), необходимо взять 1 г — Н, 16 г — S и 32 г — О.
Задача №2
Водород соединяется с серой в массовых отношениях 1 : 16. Используя данные об относительных атомных массах этих элементов, выведите химическую формулу сероводорода.
Используя ПСХЭ найдём относительные атомные массы химических элементов:
Обозначим количество атомов водорода в формуле — х, а серы — у: Н х S у
m(H) : m(S) = хAr(H) : уAr(S)= х1 : у32 = (2*1) : (1*32) = 2 : 32 = 1 : 16
Следовательно, формула сероводорода Н 2 S
Задача №3
Выведите формулу сульфата меди, если массовые отношения в нём меди, серы и кислорода соответственно равны 2:1:2?
Используя ПСХЭ найдём относительные атомные массы химических элементов:
Ar(Cu)=64, Ar(S)=32, Ar(O)=16.
Обозначим количество атомов меди в формуле — х, серы — у, а кислорода — z: Cu x S y O z
m(Cu) : m(S) : m(O) = хAr(Cu) : уAr(S) : zAr(O) = x64 : y32 : z16 = (1*64) : (1*32) : (4*16) = 64:32:64 = 2:1:2
III. РЕШИТЕ ЗАДАЧИ
№1. Применяя сведения об относительных атомных массах химических элементов, вычислите массовые отношения элементов в угольной кислоте, химическая формула которой H 2 CO 3 .
№2. Определите массу кислорода, реагирующего без остатка с 3 г водорода, если водород и кислород в данном случае соединяются соответственно в соотношении 1 : 8?
№3. Углерод и кислород в углекислом газе соединяются в массовых отношениях 3 : 8.
Выведите химическую формулу углекислого газа
№4. Определите массу водорода, реагирующего без остатка с 48 г кислорода, если водород и кислород в данном случае соединяются в соотношеннии 1:8.
Источник
Кристаллические аморфные вещества
Нина Игнатьева
Кристаллические аморфные вещества
Кристаллические и аморфные вещества.
Вещества, которые нас окружают, как правило, находятся в твердом агрегатном состоянии. Большинство физических свойств веществ обусловлено их внутренним строением.
По внутреннему строению и физическим свойствам различают два состояния твердых веществ — аморфный и кристаллический.
Аморфные вещества не образуют правильной геометрической структуры, представляя собой структуры с неупорядоченным расположением частиц (атомов или молекул). В отличие от кристаллических веществ, имеющих вполне определенную температуру плавления, аморфные вещества плавятся в широком интервале температур. При нагревании они постепенно размягчаются, затем начинают растекаться и, наконец, становятся редкими. Иногда аморфные вещества рассматривают как жидкости с очень большой вязкостью. В отличие от кристаллических веществ, которые характеризуются правильной повторяемостью расположения атомов на больших расстояниях, в аморфных веществах, подобно жидкостей, частицы расположены хаотично. Примерами аморфных веществ является стекло и смолы.
Некоторые вещества могут находиться и в кристаллическом, и в аморфном состояниях — например, сера, кремний (ИУ) оксид и тому подобное. Многие вещества могут быть переведены из аморфного состояния в кристаллическое и наоборот. Так, аморфное стекло при хранении «розскляновуеться», то есть в нем появляются мелкие кристаллики. Вследствие этого старое стекло при нагревании разбивается и трескается легче и чаще, чем только изготовлено. Аморфные вещества больше отличаются от кристаллических по физическим свойствам.
Твердые вещества, как правило, имеют кристаллическое строение. Оно характеризуется правильным расположением частиц в строго определенных точках пространства. При мысленном соединении этих точек пересекающимися прямыми линиями образуется пространственный каркас, который называют кристаллической решеткой.
Точки, в которых размещены частицы, называются узлами кристаллической решетки. В узлах воображаемой решетки могут находиться ионы, атомы или молекулы. Они совершают колебательные движения. С повышением температуры амплитуда колебаний возрастает, что проявляется в тепловом расширении тел.
В зависимости от вида частиц и характера связи между ними различают четыре типа кристаллических решеток: ионные, атомные, молекулярные и металлические.
Кристаллические решетки, состоящие из ионов, называются ионными. Их образуют вещества с ионной связью. Примером может служит кристалл хлорида натрия, в котором, как уже отмечалось, каждый ион натрия окружен шестью хлорид-ионами, а каждый хлорид-ион — шестью ионами натрия. Такому расположению соответствует наиболее плотная упаковка, если ионы представить в виде шаров, размещенных в кристалле. Очень часто кристаллические решетки изображают, как показано на рис
В зависимости от характера частиц, образующих кристалл, и от типа химической связи между ними различают четыре типа кристаллических решеток: металлические, ионные, молекулярные и атомные.
Кристаллические решетки, состоящие из молекул (полярных и неполярных, называются молекулярными.
Молекулы в таких решетках соединены между собой сравнительно слабыми межмолекулярными силами. Поэтому вещества с молекулярной решеткой имеют малую твердость и низкие температуры плавления, нерастворимы или малорастворимы в воде, их растворы почти не проводят электрический ток. Число неорганических веществ с молекулярной решеткой невелико.
Примерами их являются лед, твердый оксид углерода (IV) («сухой лед», твердые галогеноводороды, твердые простые вещества, образованные одно- (благородные газы, двух- (F2, Сl2, Br2, I2, Н2, О2, N2, трех- (О3, четырех- (Р4, восьми- (S8) атомными молекулами. Молекулярная кристаллическая решетка йода показана на
Большинство кристаллических органических соединений имеют молекулярную решетку.
Ионная кристаллическая решетка.
Если в узлах решетки расположены ионы (частицы с отрицательным или положительным зарядом, то это ионная кристаллическая решетка, характеризующаяся одноименными связями.
Эти связи весьма прочны и стабильны. Поэтому вещества с таким типом строения обладают достаточно высокой твердостью и плотностью, нелетучи и тугоплавки. При низких температурах они проявляют себя как диэлектрики. Однако при плавлении таких соединений нарушается геометрически правильная ионная кристаллическая решетка (расположение ионов) и уменьшаются прочностные связи.
При температуре, близкой к температуре плавления, кристаллы с ионной связью уже способны проводить электрический ток. Такие соединения легко растворимы в воде и других жидкостях, которые состоят из полярных молекул.
Ионная кристаллическая решетка свойственна всем веществам с ионным типом связи — соли, гидроксиды металлов, бинарные соединения металлов с неметаллами. Ионная связь не имеет направленности в пространстве, потому что каждый ион связан сразу с несколькими противоионами, сила взаимодействия которых зависит от расстояния между ними. Ионно-связанные соединения имеют немолекулярное строение, они представляют собой твердые вещества с ионными решетками, высокой полярностью, высокими температурами плавления и кипения, в водных растворах являющиеся электропроводными. Соединений с ионными связями в чистом виде практически не встречается.
Ионная кристаллическая решетка присуща некоторым гидроксидам и оксидам типичных металлов, солям, т. е. веществам с ионной химической связью.
Данные типы кристаллических решеток присутствуют в соединениях с ионным типом связи. В этом случае узлы решетки содержат ионы, обладающие противоположным электрическим зарядом. Благодаря электромагнитному полю, силы межионного взаимодействия оказываются достаточно сильными, и это обуславливает физические свойства вещества. Обычными характеристиками являются тугоплавкость, плотность, твердость и возможность проводить электрический ток. Ионные типы кристаллических решеток имеются у таких веществ, как поваренная соль, нитрат калия и прочие.
Металлическая кристаллическая решетка.
Металлической называется такая кристаллическая решетка, узлы которой сформированы атомами и положительными ионами (катионами) металла со свободными валентными электронами (отцепившимися от атомов при образовании ионов, беспорядочно движущимися в объеме кристалла. Однако эти электроны по существу являются полусвободными, так как могут беспрепятственно перемещаться только в рамках, которые ограничивает данная кристаллическая решетка.
Электростатические электроны и положительные ионы металлов взаимно притягиваются, чем объясняется стабильность металлической кристаллической решетки. Совокупность свободных движущихся электронов называют электронным газом – он обеспечивает хорошую электропроводность и теплопроводность металлов. При появлении электрического напряжения электроны устремляются к положительной частице, участвуя в создании электрического тока и взаимодействуя с ионами.
Металлическая кристаллическая решетка характерна, главным образом, для элементарных металлов, а также для соединений различных металлов друг с другом. Основные свойства, которые присущи металлическим кристаллам (механическая прочность, летучесть, температура плавления, достаточно сильно колеблются. Однако такие физические свойства, как пластичность, ковкость, высокая электропроводимость и теплопроводность, характерный металлический блеск свойственны лишь исключительно кристаллам с металлической решеткой.
Металлическая связь гибче и пластичней ионной, хотя может показаться, что обе они базируются на одном и том же принципе. Типы кристаллических решеток металлов объясняют их типичные свойства – такие, например, как механическая прочность, тепло- и электропроводность, плавкость.
Отличительной особенностью металлической кристаллической решетки является наличие положительно заряженных ионов металла (катионов) в узлах этой решетки. Между узлами находятся электроны, которые непосредственно участвуют в создании электрического поля вокруг решетки. Количество электронов, перемещающихся внутри этой кристаллической решетки, называется электронным газом.
При отсутствии электрического поля свободные электроны совершают хаотическое движение, беспорядочно взаимодействуя с ионами решетки. Каждое такое взаимодействие меняет импульс и направление движения отрицательно заряженной частицы. Своим электрическим полем электроны притягивают к себе катионы, уравновешивая их взаимное отталкивание. Хотя электроны считаются свободными, их энергии не хватает для того, чтобы покинуть кристаллическую решетку, поэтому эти заряженные частицы постоянно находятся в ее пределах.
Присутствие электрического поля придает электронному газу дополнительную энергию. Соединение с ионами в кристаллической решетке металлов не является прочным, поэтому электроны легко покидают ее пределы. Электроны двигаются по силовым линиям, оставляя позади положительно заряженные ионы.
Молекулярная кристаллическая решетка.
Вещества, имеющие молекулярный тип кристаллической решетки, представляют собой систему устойчивых, взаимодействующих, плотноупакованных между собой молекул, которые расположены в узлах кристаллической решетки. В подобных соединениях молекулы сохраняют свое пространственное положение в газообразной, жидкой и твердой фазе. В узлах кристалла молекулы удерживаются слабыми ван-дер-ваальсовыми силами, которые в десятки раз слабее сил ионного взаимодействия.
Образующие кристалл молекулы могут быть как полярными, так и неполярными. Из-за спонтанного движения электронов и колебания ядер в молекулах электрическое равновесие может смещаться – так возникает мгновенный электрический момент диполя. Соответствующим образом ориентированные диполи создают силы притяжения в решетке. Двуокись углерода и парафин являются типичными примерами элементов с молекуляной кристаллической решеткой.
Молекулярными называют кристаллические решетки, в узлах которых располагаются молекулы. Химические связи в этих молекулах могут быть и полярными и неполярными. Несмотря на то что атомы внутри молекул связаны очень прочными ковалентными связями, между самими молекулами действуют слабые силы можмолекулярного притяжения. Поэтому вещества с молекулярными кристаллическими решетками имеют малую твердость, низкие температуры плавления, летучи.
Примерами веществ с молекулярными кристаллическими решетками являются твердая вода — лед, твердый оксид углерода (IV) — «сухой лед», твердые хлороводород и сероводород, твердые простые вещества, образованные одно- (благородные газы, двух-, трех- (О3, четырех- (Р4). восьмиатомными молекулами. Большинство твердых органических соединений имеют молекулярные кристаллические решетки (нафталин, глюкоза.
Вещества с металлической связью имеют металлические кристаллические решетки. В узлах таких решеток находятся атомы и ионы (то атомы, то ионы, в которые легко превращаются атомы металла, отдавая свои внешние электроны в общее пользование).Такое внутреннее строение металлов определяет их характерные физические свойства: ковкость, пластичность, электро- и теплопроводность, характерный металлический блеск.
Для веществ, имеющих молекулярное строение, справедлив открытый французским химиком Ж. Л. Прустом (1799—1803) закон постоянства состава.В настоящее время этот закон формулируется так: «Молекулярные химические соединения независимо от способа их получения имеют постоянный состав и свойства. Закон Пруста является одним из основных законов химии.
Атомная кристаллическая решетка.
Этот тип строения вещества присущ элементам, структуру которых определяет ковалентная химическая связь. Типы кристаллических решеток подобного рода содержат в узлах отдельные атомы, связанные между собой крепкими ковалентными связями. Подобный тип связи возникает тогда, когда два одинаковых атома «делятся» электронами, тем самым образуют общую пару электронов для соседних атомов. Благодаря такому взаимодействию ковалентные связи равномерно и сильно связывают атомы в определенном порядке. Химические элементы, которые содержат атомные типы кристаллических решеток, обладают твердостью, высокой температурой плавления, плохо проводят электрический ток и химически неактивны. Классическими примерами элементов с подобным внутренним строением можно назвать алмаз, кремний, германий, бор.
Атомная кристаллическая решетка свойственна твердым веществам и возникает при низких температурах и высоком давлении. Собственно, именно благодаря такому строению, алмаз, металлы и ряд других материалов приобретают характерную прочность. Строение таких веществ на молекулярном уровне выглядит, как кристаллическая решетка, каждый атом в которой связан со своим соседом самым прочным соединением, существующим в природе — ковалентной связью. Все мельчайшие элементы, образующие структуры, расположены упорядоченно и с определенной периодичностью. Представляя собой сетку, в углах которой расположены атомы, окруженные всегда одинаковым числом спутников, атомная кристаллическая решетка практически не меняет своего строения. Общеизвестно, что изменить структуру чистого металла или сплава можно лишь нагревая его. При этом температура тем выше, чем более прочные связи в решетке.
Конспект познавательного занятия для подготовительной группы «Маленькие человечки. Твердые, жидкие и газообразные вещества» Конспект познавательного занятия для подготовительной группы. Тема: «Маленькие человечки». Владимирова Елена Цель: Ознакомление детей с.
Занятие по познавательному развитию в старшей группе «Ознакомление с агрегатным состоянием вещества» по методике ТРИЗ Конспект занятия по познавательному развитию. В старшей группе «Ознакомление с агрегатным состоянием вещества» (по методике триз) ПРОГРАММНОЕ.
Конспект ООД по безопасности в старшей группе «Почему нельзя пробовать на вкус незнакомые вещества?» Конспект ООД по безопасности в старшей группе «Почему нельзя пробовать на вкус незнакомые вещества?» ЦЕЛЬ: познакомить детей с опасностью.
Экологическая игра «Смеси и вещества» Цель: закрепить различные способы разделения смесей Задачи: • Формировать представление детей о веществах смесях и соединениях твердых,.
Источник
