Читать книгу Биология для студентов-медиков: общая биология, молекулярная биология, генетика - Дмитрий Дмитриевич Деминчук, Дмитрий Дмитриевич Грибанов, Татьяна Александровна Лобаева - Страница 3

Химический элемент – вид атомов с одинаковым зарядом ядра.

Атом – наименьшая частица химического элемента, сохраняющая все его химические свойства. Химические свойства атома определяются его строением.

Молекула – наименьшая частица вещества, обладающая его химическими свойствами, которые определяютя её составом и химическим строением мощью химических формул, в которых атомы обозначаются символами химических элементов, а их количество подстрочными индексами.

Атомная масса (Аr) – относительная масса атома элемента, показывающая во сколько раз данный атом тяжелее 1/12 атома углерода, т.е. выраженная в дальтонах.

Молекулярная масса (Mr) – относительная масса молекулы вещества, выраженная в дальтонах. Молекулярная масса вещества равна сумме масс всех атомов, образующих молекулу или частицу.

Величиной, характеризующей число структурных единиц, является количество вещества. За единицу измерения количества вещества принят моль.

Моль – количество вещества n (либо ν (ню), содержащее столько структурных единиц, сколько содержится в 12 г изотопа ₁₂С.

Молярная масса (M) – масса 1 моля вещества в граммах, равная отношению массы вещества (m) к соответствующему количеству вещества (n):

М = m/n

M численно равна молекулярной массе Mr.

N_А – число Авогадро, которое соответствует числу структурных единиц в одном моле любого вещества. N_А = 6,022 · 10²³ 1/моль.

Масса вещества (m), его количество и молярная масса между собой связаны соотношением:

m = n·М

Молярный объём газа (V_M )

– объём, который занимает 1 моль газообразного вещества при данных условиях.

– это объем 1 моля газа, равный отношению объема газа (V) к количеству вещества (n).

При нормальных условиях (н.у.), т.е. при температуре 20 ^◦ С и давлении 1 атм. (101,3 кПа), молярный объём газа (Vm) составляет 22,4 л/моль. При вычислении молярного объёма газа в других условиях используют уравнение состояния идеального газа:

P·V = n·R·T

(P – давление, V – объём газа, n – количество газа, Т – абсолютная температура,

R – универсальная газовая постоянная, значение которой 8,31 Дж/моль·K = 0,082057 л·атм·К⁻¹·моль⁻¹)

Эквивалент – реальная или условная часть формульной единицы (атома, молекулы или иона), принимающая участие в образовании одной химической связи при протекании химической реакции.

Под «реальной» частицей понимают реально существующие соединения (NaOH, H₂SO₄, H₂O и др.), под «условной» частицей – доли этих реальных частиц 1/2 H₂SO₄). Например, в реакции NaOH + HCl = NaCl + H₂O эквивалентом гидроксида натрия будет катион Na⁺ потому что при обмене он заменяется на катион водорода. То есть он эквивален H⁺.

Числo эквивалентности Z показывает, сколько эквивалентов вещества содержится в одной формульной единице. Значение Z зависит от химической реакции, в которой вещество принимает участие.

Наряду с числом эквивалентности часто используют понятие фактора эквивалентности f, представляющего собой долю формульной единицы, соответствующую эквиваленту f =1/Z.

Пример:

H₂SO₄+ 2NaOH = Na₂SO₄ + H₂O

Z (H₂SO₄) = 2

Z (NaOH) = 1

В данной реакции одна молекула серной кислоты, отщепляя 2 катиона водорода, расходует две химических связи на образование средней соли Na₂SO₄, т.е. 1 молекула серной кислоты содержит 2 эквивалента. Число эквивалентности Z = 2, а эквивалентом серной кислоты является ½ молекулы, т.е. фактор эквивалентности f = ½.

H₂SO₄+ NaOH = NaHSO₄ + H₂O

Z (H₂SO₄) = 1

Z (NaOH) = 1

При образовании кислой соли NaНSO₄ в молекуле серной кислоты замещается на натрий только один атом водорода, поэтому в данной реакции эквивалентом серной кислоты является вся молекула.

Примечание:

А) В химических реакциях обменного типа число эквивалентности считают равным количеству моль Н+ или ОН¯ ионов, которые отщепляются или присоединяются 1 молем вещества.

В) В окислительно-восстановительных реакциях (ОВР) число эквивалентности рассчитывается по отношению к количеству отданных или принятых частицей электронов. Количество эквивалентов вещества νЭ прямо пропорционально произведению количества моль вещества и числа эквивалентности: νЭ = Z · ν

Молярная масса эквивалента (эквивалентная масса) МЭ равна массе одного моль эквивалента вещества. [MЭ]= 1 г/моль

Молярная масса эквивалента МЭ (размерность г/моль)– равна массе вещества, эквивалентной 1 молю водорода или 1 молю электронов в химической реакции. Численно равна эквиваленту вещества. МЭ равна молярной массе вещества, умноженной на фактор эквивалентности:

М(1/z X) = M(X) • f_экв (X) = M(X) / z

Основные законы химии:

1. Закон сохранения массы (Михаил Васильевич Ломоносов, 1756 и Антуан Лоран Лавуазье, 1778)

Масса исходных веществ, вступивших в реакцию, равна массе получившихся веществ.

2. Закон эквивалентов (И. В. Рихтер, 1792 и У. Х. Волластон, 1807)

Отношение масс веществ, вступающих в химическое взаимодействие, равно отношению их химических эквивалентов

3. Закон постоянства состава (Жозеф Луи Пруст, 1799г.).

Состав индивидуального химического соединения постоянен и не зависит от способа получения этого соединения.

4. Закон простых кратных отношений. (Джон Дальтон, 1803г.). Если два элемента образуют между собой несколько соединений, то на одну и ту же массу одного элемента приходятся такие массы другого, которые относятся друг к другу, как небольшие целые числа.

5. Закон простых объёмных отношений (Жозеф Луи Гей Люссак, 1808).

Объёмы реагирующих газов относятся друг к другу и к объёмам газообразных продуктов как небольшие целые числа.

6. Закон Авогадро (Амедео Авогадро, 1810г.; Канниццаро, 1860г.).

В равных объёмах газов при одинаковых условиях содержится одинаковое число молекул.

ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ

ЗАДАНИЕ 1

Как проанализировать образец воды и убедиться, что она чистая или содержит примеси?

Решение:

_____________________________________

_____________________________________

ЗАДАНИЕ 2. Приведите по 2 примера веществ, являющихся при 20 градусах Цельсия: а) газами б) жидкостями в) твердыми

Решение:

_____________________________________

_____________________________________

ЗАДАНИЕ 3. Приведите примеры смесей: а) двух газов, б) 2 жидкостей в) твердого и жидкого вещества г) газа и жидкости

Решение:

_____________________________________

_____________________________________

ЗАДАНИЕ 4. Как очистить кукурузную крупу от соли и соевое масло от воды?

Решение:

_____________________________________

_____________________________________

ЗАДАНИЕ 5. В чем сходство и различие очистки веществ фильтрованием и отстаиванием?

Решение:

_____________________________________

_____________________________________

ЗАДАНИЕ 6. В чем заключается очистка веществ перегонкой? Какое оборудование необходимо иметь в лаборатории для проведения перегонки?

Решение:

_____________________________________

_____________________________________

ЗАДАНИЕ 7. Что называют экстракцией? Какое оборудование необходимо иметь в лаборатории для проведения экстракции?

Решение:

_____________________________________

_____________________________________

ЗАДАНИЕ 8. Назовите 5 любых веществ и область их применения. Какие из них используются в медицине?

Решение:

_____________________________________

_____________________________________

ЗАДАНИЕ 9. Приведите 3 примера, как чистое вещество превращается в смесь. Какие смеси используются в медицине?

Решение:

_____________________________________

_____________________________________

ЗАДАНИЕ 10. Будет ли смешиваться с водой (образовывать однородную жидкость, растворяться): а) спирт б) ацетат натрия (соль) в) бензин г) подсолнечное масло д) серная кислота

Решение:

_____________________________________

_____________________________________

ЗАДАНИЕ 11. Напишите формулы 3 веществ, относительные молекулярные массы которых кратны а) 3 б) 4

ЗАДАНИЕ 12. Определите валентность центрального атома в соединениях: а) азотистая кислота б) фосфорная кислота в) перманганат калия г) хромат калия д) карбонат натрия

ЗАДАНИЕ 13. В каком из оксидов марганца самая высокая массовая доля кислорода : MnO, Mn₂O₃, MnO₂, Mn₃O₄, Mn₂O₇ Ответ подтвердите расчетом.

ЗАДАНИЕ 14. В каких соединениях CuS, FeS₂, SO₂, SO₃, CS₂ – массовые доли серы составляют 33%; 3%; 40%; 50%; 53%; 84,2%?

ЗАДАНИЕ 15. Какого металла больше по массе в медном колчедане CuFeS₂ (меди или железа)?

Определите формулу химического соединения по данным элементного анализа:

А) w (H)= 1,46% ; w (Cl) =51,82%; w(O)= 46,72% (Ответ: HClO₂)

Б) w(K)= 39,7%; w(Mn)=27,9%; w(O)=32,4% (Ответ: K₂MnO4)

ЗАДАНИЕ 16. С какой массой преципитата CaHPO₄ в почву будет внесено столько же фосфора, сколько его вносится с 620 кг фосфорита Ca₃(PO₄)₂ (Ответ: 544 кг)

ЗАДАНИЕ 17. Гормон инсулин имеет Mr = 5734. Вычислите массу одной молекулы инсулина в граммах.

ЗАДАНИЕ 18. Масса молекулы хлорофилла равна 1,485 ·10 ^-18 мг. Вычислите молярную массу хлорофилла.

ЗАДАНИЕ 19. Как называют силы, удерживающие атомы в химических соединениях? Какова природа сил химической связи?

ЗАДАНИЕ 20. Для соединений каких классов веществ характерна ионная связь?

ЗАДАНИЕ 21. Какое строение – молекулярное или ионное – имеют вещества с ковалентной связью?

ЗАДАНИЕ 22. Определите тип химической связи в следующих соединениях:

H₂, KCl, NH₃, CaBr₂, CH₄, N₂, NCl₃, LiOH, SF₆.

ЗАДАНИЕ 23. Укажите виды химических связей в следующих веществах и их смесях (сплавах):

латунь (сплав меди и цинка), хлор, вода, фтороводород, графит (углерод), метан, серная кислота, углекислый газ.

ЗАДАНИЕ 24. Как изменится длина химический связи водород-галоген в ряду: H-Cl, H-Br, H-I?

ЗАДАНИЕ 25. На основании физических характеристик определите, какое строение имеет вещество – ионное или молекулярное:

t пл = 2800 ´C (MgO)

t кип = 84´C, резкий запах (HNO₃)

t пл = 801 ´C (NaCl)

t кип = – 84,8´C, резкий запах (HCl)

t кип = – 252,6´C (H₂)

ЗАДАНИЕ 26. Напишите структурные (графические) формулы веществ:

HCl, H₂S, PCl₃, CF₄, N₂O₃

ЗАДАНИЕ 27. Карбиды CaC₂, Al₄C₃ и нитриды Mg₃N₂, AlN – это вещества с ионной связью. Определите в каком из них наибольшая массовая доля металла, рассчитайте ее значение.

ЗАДАНИЕ 28. У атомов каких химических элементов электроотрицательность выше: лития или углерода, брома или азота, серы или хлора?

ЗАДАНИЕ 29. К атомам каких элементов смещены общие электронные пары в молекулах: HI, CO, N₂H₄, SiCl_4?

ЗАДАНИЕ 30. Назовите 4 типа кристаллических решеток (КР), различающихся характером частиц в узлах?

Сгруппируйте по типам кристаллических решеток (КР) следующие вещества: O₂, C, CaC₂, Si, Pb, CuO, H₂O, CO₂, Al.