По свойствам данного вещества можно определить строение его молекулы а: №8. Изложите основные положения теории химического строения органических веществ А. М. Бутлерова.

Содержание

Урок 32. состав – структура – свойства — Естествознание — 10 класс

Естествознание, 10 класс

Урок 32. Состав – структура — свойства

Перечень вопросов, рассматриваемых в теме:

  • Какова структура вещества? Все ли вещества имеют молекулярную структуру?
  • В чем причина многообразия веществ? Как структура молекул влияет на свойства веществ?
  • Можно ли прогнозировать свойства вещества, зная его структуру (строение)?

Глоссарий по теме:

Генезис (греч. — genesis) — происхождение, становление и развитие, результатом которого является определенное состояние изучаемого объекта. Генезис природных и социальных явлений интересовал и интересует философию и науку с античности до наших дней (философский словарь).

Структу́ра (от лат. Structūra — «строение»), или строе́ние — внутреннее устройство чего-либо / Ожегов С.И. и Шведова Н.Ю. Толковый словарь русского языка. / Российская академия наук. Институт русского языка им. В.В.Виноградова. — М.:Азбуковник, 1999/.

Качественный состав – это перечень всех образующих вещество химических элементов.

Количественный состав – это число атомов каждого химического элемента в составе мельчайшей частицы вещества – его молекулы.

Запись, выражающая качественный и количественный состав вещества с помощью хими-ческих знаков, называется химической формулой.

Закон постоянства состава: Многие вещества, независимо от нахождения в природе или способа получения их в лаборатории, всегда имеют один и тот же состав.

Химическая связь – это совокупность сил, связывающих и удерживающих атомы или другие частицы в устойчивых структурах (молекулах и др.).

Гибридизация атомных орбиталей – это их перемешивание в пространстве с целью выравнивания и обеспечения наиболее полного перекрывания.

Аллотропия – это явление, при котором один и тот же химический элемент образует несколько простых веществ. Простые вещества, образованные одним элементом – это аллотропные модификации (видоизменения) этого элемента.

Изомерия – это явление, при котором существуют вещества, имеющие одинаковый состав, но разное химическое строение, а потому и свойства. Вещества, имеющие одинаковый состав, но разное химическое строение, а потому и разные свойства, называются изомерами.

Основная и дополнительная литература по теме урока:

Основные источники:

  1. Еремин В.В. Теоретическая и математическая химия для школьников. – М.: МЦНМО, 2007.
  2. Миттова И.Я., Самойлов А.М. История химии с древнейших времен до конца XX века: учебное пособие в 2-х томах. Т. 1. – Долгопрудный: ИД «Интеллект», 2009.
  3. Папулов Ю.Г, Левин В.П., Виноградова М.Г. Строение вещества в естественнонаучной картине мира: Молекулярные аспекты. Учебное пособие, 2-ое издание. Тверь: ТвГУ, 2005 — 208 с.

Дополнительные источники:

  1. Травень В. Ф. «Органическая химия», в 2-х томах. Москва, ИКЦ «Академкнига», 2004.
  2. Химия. Школьная энциклопедия. Гл. ред. Ю.А.Золотов. М.: Большая российская энциклопедия, 2003.
  3. Энциклопедия для детей. Том 17. Химия. Гл. ред. В.А.Володин. — М.: Аванта+, 2000.

Теоретический материал для самостоятельного изучения

Учение о молекуле лежит в основе всех

других обобщений, так что современную химию

можно по праву назвать молекулярной химией.

А. М. Бутлеров, (1828-1886), русский химик, создатель теории химического строения органических веществ, учёный-пчеловод и лепидоптеролог, общественный деятель

Установление взаимосвязи между свойствами веществ и строением молекул составляет фундаментальную научную проблему химии. В ходе химических реакций происходит перегруппировка атомов в молекулах реагентов и образуются новые соединения. Поэтому одна из фундаментальных химических проблем состоит в выяснении порядка расположения атомов (связей) в исходных соединениях и характера изменений при образовании из них других соединений.

Мы знаем, что молекула представляет собой микрочастицу, образованную из атомов и способную к самостоятельному существованию, обладающую его главными химическими свойствами. Она имеет постоянный состав входящих в нее атомных ядер и фиксированное число электронов и обладает совокупностью свойств, позволяющих отличать молекулы одного вида от молекул другого. Число атомов в молекуле может быть различным: от двух до сотен тысяч. Молекулы простых веществ состоят из одинаковых атомов, сложных – из разных атомов. Существует большое количество соединений, молекулы которых состоят из многих тысяч атомов — макромолекулы.

Первые представления о структуре молекул основывались на химическом анализе. Со времен М.В. Ломоносова (1741), который высказал мысль, что свойства вещества зависят от рода, числа и расположения «элементов» (атомов), составляющих его «корпускулу» (молекулу), представления усложнялись по мере накопления знаний о химических свойствах веществ. Применение основных законов химии позволило определить число и тип атомов, из которых состоит молекула данного соединения; эта информация содержится в химической формуле, составленной на основе качественного и количественного анализа, а также закона постоянства состава (Ж. Пруст). В дальнейшем А.М. Бутлеров (1861) ввел понятие химического строения (как порядка связи атомов в молекуле) и показал, что свойства вещества определяются его составом и химическим строением. Стереохимическая гипотеза Я. Вант-Гоффа и Ле Беля (1874) расширила понятие строения. Оказалось, что свойства вещества зависят как от химического (в топологическом плане), так и пространственного строения молекул. Со временем химики осознали, что одной химической формулы недостаточно для точной характеристики молекулы, поскольку существуют молекулы-изомеры, имеющие одинаковые химические формулы, но разные свойства. Этот факт навел ученых на мысль, что атомы в молекуле должны иметь определенную топологию, стабилизируемую связями между ними. Впервые эту идею высказал в 1858 немецкий химик Ф.Кекуле. Согласно его представлениям, молекулу можно изобразить с помощью структурной формулы, в которой указаны не только сами атомы, но и связи между ними. Межатомные связи должны также соответствовать пространственному расположению атомов. В таблице 1 отражена зависимость пространственного строения веществ от типа гибридизации.

«Пространственное строение частиц в зависимости от типа гибридизации». Приведите свои примеры веществ.

Тип гибриди-зации центрального атома

Пространственное строение частицы

Условное изображение

Примеры

sp

Линейное

ВеС12, ZnCl2, С2Н2

sp2

Плоскостно-тригональное

BCl3, N03,CO32-, C2H4, C6H6

sp3

Тетраэдр

CH4, NH4+, SO42-, CC14

sp3

Тригональная пирамида

NH3, H30+

sp3

Угловое

Н20

Чем различаются понятия «свойства молекулы» и «свойства вещества»?

Подсказка. Допустим, вы открыли химический справочник и в статье «Азот» прочитали: «N2 – газ без цвета и запаха, tкип = –196 °С, tпл = –210 °С, энергия химической связи 940 кДж/моль». Какие из этих характеристик относятся к свойствам молекулы азота, а какие к свойствам простого вещества?

В состав молекулы может входить различное число атомов. Так, молекулы благородных газов одноатомны, молекулы таких веществ, как водород, азот, — двухатомны, воды — трехатомны и т.д. Молекулы наиболее сложных веществ — высших белков и нуклеиновых кислот — построены их такого количества атомов, которое измеряется сотнями тысяч. При этом атомы могут соединяться друг с другом не только в различных соотношениях, но и различным образом. Поэтому при сравнительно небольшом числе химических элементов число различных веществ очень велико.

Все ли вещества состоят из молекул?

Подсказка. Для ответа на этот вопрос обратитесь к строению таких веществ как металлы, алмаз, графит, хлорид натрия.

Не во всех случаях частицы, образующие вещество, представляют собой молекулы.

Многие вещества в твердом и жидком состоянии, например, большинство солей, имеют не молекулярную, а ионную структуру. Некоторые вещества имеют атомное строение. В веществах, имеющих ионное или атомное строение, носителем химических свойств являются не молекулы, а те комбинации ионов или атомов, которые образуют данное вещество.

Вспомните, какие типы связей и кристаллических решеток существуют? Чем определяются свойства веществ?

В зависимости от природы частиц, образующих кристалл, различают атомные, молекулярные, ионные и металлические кристаллические решетки

Таблица 2 «Зависимость свойств веществ от типа связи и кристаллических решеток»

Тип кристаллической решетки

Характерный вид химической связи

Частицы, располагающиеся в узлах решетки

Примеры веществ и их характерные свойства

Атомная

Ковалентная неполярная

Атомы

Некоторые неметаллы, оксиды и др. Чаще твердые вещества, обладающие высокой прочностью. Тугоплавки. Полупроводники и диэлектрики.

Молекулярная

Ковалентная неполярная и полярная

Молекулы

Неметаллы, оксиды, кислоты и др. Разнообразны по агрегатному состоянию и другим свойствам. Легко переходят из одного агрегатного состояния в другое. Летучи, легкоплавки.

Ионная

Ионная

Ионы

Соли, щелочи и др. Твердые вещества с высокими температурами плавления. Малолетучи. Хорошо растворяются в полярных растворителях.

Металлическая

Металлическая

Атомы и катионы металла

Металлы. Твердые вещества (кроме ртути) с металлическим блеском. Ковки, пластичны. Обладают тепловой и электрической проводимостью.

В настоящее время известен не один десяток миллионов разнообразных веществ. При этом все они образованы значительно меньшим числом химических элементов (современной науке достоверно известно 112 химических элементов).

Как объяснить такое разнообразие веществ?

Что такое аллотропия?

Приведите примеры аллотропных модификаций известных вам химических элементов. Дайте сравнительную характеристику их свойств.

Явление аллотропии характерно для большинства неметаллов и многих металлов. При этом образуемые ими аллотропные модификации могут различаться по составу, строению и типу кристаллических решеток.

Между аллотропными модификациями одного элементы возможны взаимные переходы. При этом все они имеют разную устойчивость. Как правило, при одних и тех же условиях более стабильна лишь одна из модификаций, обладающая минимальным запасом энергии. Остальные модификации при этих же условиях будут неустойчивы и рано или поздно перейдут в более устойчивую форму.

Что такое изомерия?

Изомерия – это явление, при котором существуют вещества, имеющие одинаковый состав, но разное химическое строение, а потому и свойства. Вещества, имеющие одинаковый состав, но разное химическое строение, а потому и разные свойства, называются изомерами.

Приведите примеры известных вам изомеров. Укажите, в чем заключаются различия их строения и свойств.

Явление изомерии характерно и для неорганических, и для органических веществ. Однако особенно ярко оно проявляется среди органических соединений, являясь важнейшей причиной их многообразия.

Таблица Изомерия органических соединений

Виды изомерии органических соединений

Структурная изомерия

Углеродного скелета

Положения функциональных групп

Положения кратных связей

Межклассовая

Пространственная изомерия

Конформационная

Геометрическая

Оптическая

Проиллюстрируйте указанные в таблице виды изомерии примерами.

Выводы:

  • Молекулы — это очередной после атомов качественный уровень строения и эволюции вещества.
  • Вещества имеют разный состав и строение.
  • Свойства веществ определяются их строением: характером связей, типом кристаллической решетки, пространственным расположением, порядком соединения атомов.
  • Зная строение вещества можно прогнозировать его свойства.

Примеры и разбор решения заданий тренировочного модуля:

Задание 1. Вещество, в узлах кристаллической решетки которого находятся ионы, это…

Тип вариантов ответов: (Текстовые, Графические, Комбинированные).

а) CaС12;

б) NH3;

в) I2;

г) C (графит).

Правильный вариант/варианты (или правильные комбинации вариантов): а

Подсказка: В узлах ионных решеток располагаются, чередуясь, положительно и отрицательно заряженные ионы. К соединениям с ионной связью, образующим ионные решетки, относится большинство солей и небольшое число оксидов.

Задание 2. Соедините попарно прямоугольники с овалами так, чтобы каждому типу гибридизации атомных орбиталей углерода соответствовал пример молекулы.

Правильный вариант:

Подсказка: Тип гибридизации атомных орбиталей углерода определяется числом заместителей при этом атоме углерода:

  1. четырем заместителям соответствует sp3-гибридизация;
  2. трем заместителям — sр2-гибридизация;
  3. двум заместителям — sp-гибридизация.

§ 2. Теория химического строения органических веществ

№1

Условие:

Что А.М. Бутлеров подразумевал под химическим строением вещества? В качестве примеров приведите как органические, так и неорганические вещества.

Решение:

Под химическим строением вещества А.М. Бутлеров подразумевал порядок соединения атомов в молекуле при помощи химических связей.

Советы:

Все атомы, образующие вещества связаны в определённой последовательности согласно их валентностям.
Валентность — это численный показатель способности атомов какого-либо элемента соединяться с атомами другого элемента ( валентность показывает сколько химических связей может образовать химический элемент).

2.

Условие:

Изложите основные положения теории химического строения органических веществ.

Решение:

  1. Все атомы, образующие молекулы органических веществ, связаны в определённоё последовательности согласно их валентностям.
  2. Свойства веществ зависят не только от того, какие атомы и сколько их входит в состав молекул, но и от порядка соединения атомов в молекулах. По свойствам данного вещества можно определить строение его молекулы, а по строению молекулы предвидеть свойства.
  3. Атомы и группы атомов в молекулах взаимно влияют друг на друга.

Советы:

В органических веществах углерод имеет валентность IV (образует 4 связи).
Теория строения органических соединений лежит в основе современной органической химии .

3.

Условие:

На конкретных примерах поясните, что такое изомерия.

Решение:

Изомерия — это явление, заключающееся в существовании нескольких веществ, имеющих один и тот же состав и одну и ту же молекулярную массу, но различающихся строением молекул.  

Например, формуле  C4h20 соответствуют два изомерных соединения н-бутан с линейным углеродным скелетом и изобутан (2-метилбутан) с разветвленным скелетом.

При этом температура кипения н-бутана -0,5С0, а изобутана -11,4С0.

Советы:

Изомеры – это вещества, имеющие одинаковый состав (число атомов каждого типа), но разное взаимное расположение атомов – разное строение.

4.

Условие:

Приведите примеры из курса неорганической химии, которые доказывают, что свойства веществ зависят от их строения, а строение веществ — от их свойств.

Решение:

 Алмаз и Графит – аллотропные видоизменения углерода, которые обладают различным строением и различными свойствами. 

Особая твёрдость алмаза обусловлена его строением: в его кристаллической решетке каждый атом углерода в структуре алмаза расположен в центре правильного тетраэдра, вершинами которого служат четыре ближайших атома, эти атомы связаны прочными ковалентными связями.

 В графите атомы располагаются в виде плоских слоёв, где каждый атом углерода связан прочными равнозначными ковалентными связями с тремя другими окружающими его атомами углерода. Связи между атомами, расположенными в разных слоях, гораздо менее прочные, чем между атомами в одном слое. Этим и объясняется мягкость графит

Советы:

Физические свойства простых веществ зависят от строения кристаллических решеток.

5.

Условие:

Приведите примеры, подтверждающие, что в молекулах атомы или группы атомов влияют друг на друга.

Решение:

В неорганических соединениях гидроксогруппу (-ОН) содержат как основания, так и кислоты. Однако, свойства этих веществ разные.

Например:                                                 

 Na-OH  — основание

 кислота

Советы:

Свойства неорганических соединений, содержащих гидроксогруппы, зависят от того, с какими атомами они связаны, с атомами металлов или неметаллов.

6.

Условие:

Охарактеризуйте научное и практическое значение теории А. М. Бутлерова.

Решение:

Теория химического строения позволила объяснить многие факты, накопившиеся в органической химии в начале второй половины Х I Х в., доказала, что с помощью химических методов ( синтеза, разложения и других реакций) можно установить порядок соединения атомов в молекулах ( этим самым была доказана возможность познания строения вещества).

Внесла новое в атомно-молекулярное учение ( порядок расположения атомов в молекулах, взаимное влияние атомов, зависимость свойств от строения молекул вещества). Теория рассматривала молекулы вещества как упорядоченную систему, наделенную динамикой взаимодействующих атомов. В связи с этим атомно-молекулярное учение получило свое дальнейшее развитие, что имело большое значение для науки химии.

Дала возможность предвидеть свойства органических соединений на основании строения, синтезировать новые вещества, придерживаясь плана.

Позволила объяснить многообразие органических соединений.

Дала мощный толчок синтезу органических соединений, развитию промышленности органического синтеза ( синтез спиртов, эфиров, красителей, лекарственных веществ и др.).

Советы:

Теория Бутлерова позволила предсказать существование многих соединений, предвидеть их свойства, осуществить их синтез. Она указала путь внутрь строения молекулы.

Физико-химические методы исследований материалов


Rus Eng

Методы анализа веществ

Рентгеноструктурный анализ

Рентгеноструктурный анализ это метод исследования строения тел, использующий явление дифракции рентгеновских лучей, метод исследования структуры вещества по распределению в пространстве и интенсивностям рассеянного на анализируемом объекте рентгеновского излучения. Дифракционная картина зависит от длины волны используемых рентгеновских лучей и строения объекта. Для исследования атомной структуры применяют излучение с длиной волны порядка размеров атома.

Методами рентгеноструктурного анализа изучают металлы, сплавы, минералы, неорганические и органические соединения, полимеры, аморфные материалы, жидкости и газы, молекулы белков, нуклеиновых кислот и т.д. Рентгеноструктурный анализ является основным методом определения структуры кристаллов.

При исследовании кристаллов он даёт наибольшую информацию. Это обусловлено тем, что кристаллы обладают строгой периодичностью строения и представляют собой созданною самой природой дифракционную решётку для рентгеновских лучей. Однако он доставляет ценные сведения и при исследовании тел с менее упорядоченной структурой, таких, как жидкости, аморфные тела, жидкие кристаллы, полимеры и другие. На основе многочисленных уже расшифрованных атомных структур может быть решена и обратная задача: по рентгенограмме поликристаллического вещества, например легированной стали, сплава, руды, лунного грунта, может быть установлен кристаллический состав этого вещества, то есть выполнен фазовый анализ.

Рентгеноструктурный анализ позволяет объективно устанавливать структуру кристаллических веществ, в том числе таких сложных, как витамины, антибиотики, координационные соединения и т.д. Полное структурное исследование кристалла часто позволяет решить и чисто химические задачи, например установление или уточнение химической формулы, типа связи, молекулярного веса при известной плотности или плотности при известном молекулярном весе, симметрии и конфигурации молекул и молекулярных ионов.

Рентгеноструктурный анализ с успехом применяется для изучения кристаллического состояния полимеров. Ценные сведения даёт рентгеноструктурный анализ и при исследовании аморфных и жидких тел. Рентгенограммы таких тел содержат несколько размытых дифракционных колец, интенсивность которых быстро падает с увеличением. По ширине, форме и интенсивности этих колец можно делать заключения об особенностях ближнего порядка в той или иной конкретной жидкой или аморфной структуре.



Рентгеновские диффрактометры «ДРОН»

Рентгенофлуоресцентный анализ (РФА)

Один из современных спектроскопических методов исследования вещества с целью получения его элементного состава, т.е. его элементного анализа. Метод РФА основан на сборе и последующем анализе спектра, полученного путём воздействия на исследуемый материал рентгеновским излучением. При облучении атом переходит в возбуждённое состояние, сопровождающееся переходом электронов на более высокие квантовые уровни. В возбуждённом состоянии атом пребывает крайне малое время, порядка одной микросекунды, после чего возвращается в спокойное положение (основное состояние). При этом электроны с внешних оболочек либо заполняют образовавшиеся вакантные места, а излишек энергии испускается в виде фотона, либо энергия передается другому электрону из внешних оболочек (оже-электрон). При этом каждый атом испускает фотоэлектрон с энергией строго определённого значения, например железо при облучении рентгеновскими лучами испускает фотоны К?= 6,4 кэВ. Далее соответственно по энергии и количеству квантов судят о строении вещества.

В рентгено-флуоресцентной спектрометрии имеются возможности провести детальное сравнение образцов не только по характеристическим спектрам элементов, но и по интенсивности фонового (тормозного) излучения и по форме полос Комптоновского рассеяния. Это приобретает особый смысл в случае, когда химический состав двух проб одинаков по результатам количественного анализа, но пробы отличаются другими свойствами, такими, как зернистость, размер кристаллитов, шероховатость поверхности, пористость, влажность, присутствие кристаллизационной воды, качество полировки, толщина напыления и пр. Идентификация выполняется на основании детального сопоставления спектров. При этом нет необходимости знать химический состав пробы. Любое отличие сравниваемых спектров неопровержимо свидетельствует об отличии исследуемого образца от эталона.



Рентгено-флюороресцентный
микроанализатор VRA-30 (Германия)
Диапазон: от 14 до урановых элементов

Данный вид анализа проводится при необходимости отождествления состава и некоторых физических свойств двух образцов, один из которых является эталонным. Такой вид анализа важен при поиске любых отличий в составе двух образцов. Область применения: определение тяжелых металлов в почвах, осадках, воде, аэрозолях, качественный и количественный анализ почв, минералов, горных пород, контроль качества сырья, производственного процесса и готовой продукции, анализ свинцовых красок, измерение концентраций ценных металлов, определение загрязнений нефти и топлива, определение токсичных металлов в пищевых ингредиентах, анализ микроэлементов в почвах и сельскохозяйственных продуктах, элементный анализ, датирование археологических находок, изучение картин, скульптур, для проведения анализа и экспертиз.

 

Обычно подготовка образцов ко всем видам рентгено-флуоресцентнному анализа не представляет сложностей. Для проведения высоконадежного количественного анализа образец должен быть однородным и представительным, иметь массу и размер не менее требуемого методикой анализа. Металлы шлифуются, порошки измельчаются до частиц заданного размера и прессуются в таблетки. Горные породы сплавляются до стеклообразного состояния (это надежно избавляет от погрешностей, связанных с неоднородностью образца). Жидкости и сыпучие вещества просто помещаются в специальные чашки.

Спектральный анализ

Спектральный анализ — физический метод качественного и количественного определения атомного и молекулярного состава вещества, основанный на исследовании его спектров. Физическая основа С. а. — спектроскопия атомов и молекул, его классифицируют по целям анализа и типам спектров (см. Спектры оптические). Атомный С. а. (АСА) определяет элементный состав образца по атомным (ионным) спектрам испускания и поглощения, молекулярный С. а. (МСА) — молекулярный состав веществ по молекулярным спектрам поглощения, люминесценции и комбинационного рассеяния света. Эмиссионный С. а. производят по спектрам испускания атомов, ионов и молекул, возбуждённым различными источниками электромагнитного излучения в диапазоне от ?-излучения до микроволнового. Абсорбционный С. а. осуществляют по спектрам поглощения электромагнитного излучения анализируемыми объектами (атомами, молекулами, ионами вещества, находящегося в различных агрегатных состояниях). Атомный спектральный анализ (АСА) Эмиссионный АСА состоит из следующих основных процессов:

  1. отбор представительной пробы, отражающей средний состав анализируемого материала или местное распределение определяемых элементов в материале;
  2. введение пробы в источник излучения, в котором происходят испарение твёрдых и жидких проб, диссоциация соединений и возбуждение атомов и ионов;
  3. преобразование их свечения в спектр и его регистрация (либо визуальное наблюдение) с помощью спектрального прибора;
  4. расшифровка полученных спектров с помощью таблиц и атласов спектральных линий элементов.

На этой стадии заканчивается качественный АСА. Наиболее результативно использование чувствительных (т. н. «последних») линий, сохраняющихся в спектре при минимальной концентрации определяемого элемента. Спектрограммы просматривают на измерительных микроскопах, компараторах, спектропроекторах. Для качественного анализа достаточно установить наличие или отсутствие аналитических линий определяемых элементов. По яркости линий при визуальном просмотре можно дать грубую оценку содержания тех или иных элементов в пробе.

Количественный АСА осуществляют сравнением интенсивностей двух спектральных линий в спектре пробы, одна из которых принадлежит определяемому элементу, а другая (линия сравнения) — основному элементу пробы, концентрация которого известна, или специально вводимому в известной концентрации элементу («внутреннему стандарту»).

Атомно-абсорбционный С. а. (ААА) и атомно-флуоресцентный С. а. (АФА). В этих методах пробу превращают в пар в атомизаторе (пламени, графитовой трубке, плазме стабилизированного ВЧ- или СВЧ-разряда). В ААА свет от источника дискретного излучения, проходя через этот пар, ослабляется и по степени ослабления интенсивностей линий определяемого элемента судят о концентрации его в пробе. ААА проводят на специальных спектрофотометрах. Методика проведения ААА по сравнению с др. методами значительно проще, для него характерна высокая точность определения не только малых, но и больших концентраций элементов в пробах. ААА с успехом заменяет трудоёмкие и длительные химические методы анализа, не уступая им в точности.

В АФА атомные пары пробы облучают светом источника резонансного излучения и регистрируют флуоресценцию определяемого элемента. Для некоторых элементов (Zn, Cd, Hg и др.) относительные пределы их обнаружения этим методом весьма малы (10-5—10-6 %).



Атомно-абсорбционный автоматизированный
спектрофотометр AAS-3 (Германия)
с пламенной атомизацией

АСА позволяет проводить измерения изотопного состава. Некоторые элементы имеют спектральные линии с хорошо разрешенной структурой (например, Н, Не, U). Изотопный состав этих элементов можно измерять на обычных спектральных приборах с помощью источников света, дающих тонкие спектральные линии (полый катод, безэлектродные ВЧ- и СВЧ-лампы). Для проведения изотопного спектрального анализа большинства элементов требуются приборы высокой разрешающей способности (например, эталон Фабри — Перо). Изотопный спектральный анализ можно также проводить по электронно-колебательным спектрам молекул, измеряя изотопные сдвиги полос, достигающие в ряде случаев значительной величины.

Значительную роль АСА играет в атомной технике, производстве чистых полупроводниковых материалов, сверхпроводников и т. д. Методами АСА выполняется более 3/4 всех анализов в металлургии. С помощью квантометров проводят оперативный (в течение 2—3 мин) контроль в ходе плавки в мартеновском и конвертерном производствах. В геологии и геологической разведке для оценки месторождений производят около 8 млн. анализов в год. АСА применяется для охраны окружающей среды и анализа почв, в криминалистике и медицине, геологии морского дна и исследовании состава верхних слоев атмосферы, при разделении изотопов и определении возраста и состава геологических и археологических объектов и т. д.

Инфракрасная спектроскопия

Метод ИКС включает получение, исследование и применение спектров испускания, поглощения и отражения в инфракрасной области спектра (0,76-1000 мкм). ИКС занимается главным образом изучением молекулярных спектров, т.к. в ИК-области расположено большинство колебательных и вращательных спектров молекул. Наиболее широкое распространение получило исследование ИК спектров поглощения, возникающих при прохождении ИК-излучения через вещество. При этом селективно поглощается энергия на тех частотах, которые совпадают с частотами вращения молекулы как целого, а в случае кристаллического соединения с частотами колебаний кристаллической решетки.

ИК-спектр поглощения — вероятно, уникальное в своем роде физическое свойство. Не существует двух соединений, за исключением оптических изомеров, с различающимися структурами, но одинаковыми ИК-спектрами. В некоторых случаях, таких как полимеры с близким молекулярным весом, различия могут быть практически незаметны, но они всегда есть. В большинстве случаев ИК-спектр является «отпечатком пальцев» молекулы, который легко отличим от спектров других молекул.

Кроме того, что поглощение характеристичное для отдельных групп атомов, его интенсивность прямопропорциональна их концентрации. Т.о. измерение интенсивности поглощения дает после простых вычислений количество данного компонента в образце.

ИК-спектроскопия находит применение в исследовании строения полупроводниковых материалов, полимеров, биологических объектов и непосредственно живых клеток. В молочной промышленности метод инфракрасной спектроскопии применяют для определения массовой доли жира, белка, лактозы, сухих веществ, точки замерзания и т. д.

Жидкое вещество чаще всего снимают в виде тонкой пленки между крышками из солей NaCl или KBr. Твердое вещество чаще всего снимают в виде пасты в вазелиновом масле. Растворы снимают в разборных кюветах.



Спектрофотометр «Specord M40»
спектральный диапазон от 185 до 900 нм, двулучевой, регистрирующий, точность длины волны 0.03 нм при 54000 см-1, 0.25 при 11000 см-1, воспроизводимость длины волны соответственно 0.02 нм и 0.1 нм
Спектрофотометр «Specord M80»
Прибор предназначен для снятия ИК — спектров твердых и жидких образцов.
Спектральный диапазон – 4000…200 см-1; фотометрическая точность ± 0.2%.

Абсорбционный анализ видимой и близкой ультрафиолетовой области



Спектрофотометр
«Portlab 501»
Анализ веществ в видимой и близкой ультрафиолетовой области поглощения электромагнитного излучения.
Фотометрический, Измерение концентрации, Кинетический, Сканирующий. Спектральный диапазон длин волн, нм 320…1000
Единицы измерения концентрации ppm, мкл/л, мг/л, М, %, бланк.

На абсорбционном методе анализа или свойстве растворов поглощать видимый свет и электромагнитное излучение в близком к нему ультрафиолетовом диапазоне основан принцип действия самых распространенных фотометрических приборов для медицинских лабораторных исследований — спектрофотометров и фотоколориметров (видимый свет).

 

Каждое вещество поглощает только такое излучение, энергия которого способна вызвать определенные изменения в молекуле этого вещества. Иными словами, вещество поглощает излучение только определенной длины волны, а свет другой длины волны проходит через раствор. Поэтому в видимой области света цвет раствора, воспринимаемый глазом человека, определяется длиной волны излучения, не поглощенного этим раствором. То есть наблюдаемый исследователем цвет является дополнительным по отношению к цвету поглощенных лучей.

В основу абсорбционного метода анализа положен обобщенный закон Бугера — Ламберта — Бера, который часто называют просто законом Бера. Он базируется на двух законах:

  1. Относительное количество энергии светового потока, поглощенного средой, не зависит от интенсивности излучения. Каждый поглощающий слой одинаковой толщины поглощает равную долю проходящего через эти слои монохроматического светового потока.
  2. Поглощение монохроматического потока световой энергии прямо пропорционально числу молекул поглощающего вещества.

Термический анализ

Метод исследования физ.-хим. и хим. процессов, основанный на регистрации тепловых эффектов, сопровождающих превращения веществ в условиях программирования температуры. Поскольку изменение энтальпии ?H происходит в результате большинства физ.-хим. процессов и хим. реакций, теоретически метод применим к очень большому числу систем.

В Т. а. можно фиксировать т. наз. кривые нагревания (или охлаждения) исследуемого образца, т.е. изменение температуры последнего во времени. В случае к.-л. фазового превращения в веществе (или смеси веществ) на кривой появляются площадка или изломыБольшей чувствительностью обладает метод дифференциального термического анализа (ДТА), в котором регистрируют во времени изменение разности температур DT между исследуемым образцом и образцом сравнения (чаще всего Аl2О3), не претерпевающим в данном интервале температур никаких превращений.

В Т. а. можно фиксировать т. наз. кривые нагревания (или охлаждения) исследуемого образца, т.е. изменение температуры последнего во времени. В случае к.-л. фазового превращения в веществе (или смеси веществ) на кривой появляются площадка или изломы.

В Т. а. можно фиксировать т. наз. кривые нагревания (или охлаждения) исследуемого образца, т.е. изменение температуры последнего во времени. В случае к.-л. фазового превращения в веществе (или смеси веществ) на кривой появляются площадка или изломы.

Дифференциальный термический анализ (ДТА) обладает большей чувствительностью. В нем регистрируют во времени изменение разности температур DT между исследуемым образцом и образцом сравнения (чаще всего Аl2О3), не претерпевающим в данном интервале температур никаких превращений. Минимумы на кривой ДТА (см., напр., рис.) соответствуют эндотермическим процессам, а максимумы — экзотермическим. Эффекты, регистрируемые в ДТА, м. б. обусловлены плавлением, изменением кристаллической структуры, разрушением кристаллической решетки, испарением, кипением, возгонкой, а также хим. процессами (диссоциация, разложение, дегидратация, окисление-восстановление и др.). Большинство превращений сопровождается эндотермическими эффектами; экзотермичны лишь некоторые процессы окисления-восстановления и структурного превращения.

В Т. а. можно фиксировать т. наз. кривые нагревания (или охлаждения) исследуемого образца, т.е. изменение температуры последнего во времени. В случае к.-л. фазового превращения в веществе (или смеси веществ) на кривой появляются площадка или изломы.

Мат. соотношения между площадью пика на кривой ДТА и параметрами прибора и образца позволяют определять теплоту превращения, энергию активации фазового перехода, некоторые кинетические константы, проводить полуколичественный анализ смесей (если известны DH соответствующих реакций). С помощью ДТА изучают разложение карбоксилатов металлов, различных металлоорганических соединений, оксидных высокотемпературных сверхпроводников. Этим методом определили температурную область конверсии СО в СО2 (при дожигании автомобильных выхлопных газов, выбросов из труб ТЭЦ и т.д.). ДТА применяют для построения фазовых диаграмм состояния систем с различным числом компонентов (физ.-хим. анализ), для качеств. оценки образцов, напр. при сравнении разных партий сырья.

Дериватография — комплексный метод исследования хим. и физ.-хим. процессов, происходящих в веществе в условиях программированного изменения температуры.



Дериватографы 1000Д и С «Мом» (Венгрия)
Максимальная температура 1500oC

Основана на сочетании дифференциального термического анализа (ДТА) с одним или несколькими физ. или физ.-хим. методами, например, с термогравиметрией, термомеханическим анализом (дилатометрия), масс-спектрометрией и эманационным термическим анализом. Во всех случаях наряду с превращениями в веществе, происходящими с тепловым эффектом, регистрируют изменение массы образца (жидкого или твердого). Это позволяет сразу однозначно определить характер процессов в веществе, что невозможно сделать по данным только ДТА или др. термическими методами. В частности, показателем фазового превращения служит тепловой эффект, не сопровождающийся изменением массы образца. Прибор, регистрирующий одновременно термического и термогравиметрического изменения, называется дериватографом. В дериватографе, действие которого основано на сочетании ДТА с термогравиметрией, держатель с исследуемым веществом помещают на термопару, свободно подвешенную на коромысле весов. Такая конструкция позволяет записывать сразу 4 зависимости (см., напр., рис.): разности температур исследуемого образца и эталона, который не претерпевает превращений, от времени t (кривая ДТА), изменения массы Dm от температуры (термогравиметрическая кривая), скорости изменения массы, т.е. производной dm/dt, от температуры (дифференциальная термогравиметрическая кривая) и температуры от времени. При этом удается установить последовательность превращений вещества и определить кол-во и состав промежуточных продуктов.

Химические методы анализа

Гравиметрический анализ основан на определении массы вещества.
В ходе гравиметрического анализа определяемое вещество или отгоняется в виде какого-либо летучего соединения (метод отгонки), или осаждается из раствора в виде малорастворимого соединения (метод осаждения). Методом отгонки определяют, например, содержание кристаллизационной воды в кристаллогидратах.
Гравиметрический анализ — один из наиболее универсальных методов. Он применяется для определения почти любого элемента. В большей части гравиметрических методик используется прямое определение, когда из анализируемой смеси выделяется интересующий компонент, который взвешивается в виде индивидуального соединения. Часть элементов периодической системы (например, соединения щелочных металлов и некоторые другие) нередко анализируется по косвенным методикам. В этом случае сначала выделяют два определенных компонента, переводят их в гравиметрическую форму и взвешивают. Затем одно из соединений или оба переводят в другую гравиметрическую форму и снова взвешивают. Содержание каждого компонента определяют путем несложных расчетов.

Наиболее существенным достоинством гравиметрического метода является высокая точность анализа. Обычная погрешность гравиметрического определения составляет 0,1—0,2%. При анализе пробы сложного состава погрешность возрастает до нескольких процентов за счет несовершенства методов разделения и выделения анализируемого компонента. К числу достоинств гравиметрического метода относится также отсутствие каких-либо стандартизации или градуировок по стандартным образцам, необходимых почти в любом другом аналитическом методе. Для расчета результатов гравиметрического анализа требуется знание лишь молярных масс и стехиометрических соотношений.

Титриметрический  или  объемный  метод  анализа является  одним  из  методов  количественного анализа. Титрование –  это  постепенное  прибавление  титрованного  раствора  реагента (титранта)  к  анализируемому  раствору  для  определения  точки  эквивалентности.  Титриметрический  метод  анализа  основан  на  измерении  объема  реагента точно известной концентрации, затраченного на реакцию взаимодействия с определяемым веществом. В основе этого метода лежит точное измерение объемов растворов двух веществ, реагирующих между собой. Количественное  определение  с  помощью  титриметрического метода анализа выполняется  довольно  быстро,  что  позволяет проводить несколько параллельных определений  и  получать  более  точное  среднее  арифметическое.  В  основе  всех расчетов титриметрического метода анализа лежит закон эквивалентов.  По  характеру  химической  реакции,  лежащей  в основе определения вещества,  методы  титриметрического  анализа  подразделяют  на  следующие  группы:  метод  нейтрализации  или  кислотно-основного  титрования;  метод  окисления- восстановления; метод осаждения и метод комплексообразования.

Ароматические углеводороды — Что такое Ароматические углеводороды?

Ароматические углеводороды (арены) – это углеводороды, молекулы которых содержат одно или несколько бензольных колец.


Ароматические углеводороды (арены) — класс углеводородов, содержащих бензольные ядра, которые могут быть конденсированными и иметь насыщенные боковые цепи. 


К наиболее важным аренам относятся бензол (С6Н6) и его гомологи.


Это углеводороды, молекулы которых содержат 1 или несколько бензольных колец, и другие углеводородные группы (алифатические, нафтеновые, полициклические).


Простейшим представителем ароматических углеводородов является бензол, молекулярная формула которого С6Н6.


Установлено, что все атомы углерода в молекуле бензола лежат в одной плоскости, образуя правильный 6-угольник .


Каждый атом углерода связан с одним атомом водорода.


Длины всех связей углерод-углерод одинаковы и составляют 0,139 нм.


Для передачи строение молекулы бензола используют формулы Кекуле, которые предложил в 1865 г. немецкий химик Август Кекуле.


Важными аренами являются и гомологи бензола (толуол С6Н5СНз, ксилолы С6Н4(СНз)2, дурол, мезитилен, этилбензол), кумол, нафталин C10H8, антрацен С14Н10 и их производные.


Ароматические углеводороды — исходное сырье для промышленного получения кетонов, альдегидов и кислот ароматического ряда, и других веществ.


Исторически название «ароматические углеводороды» сложилось потому, что многие производные бензола, которые первыми были выделены из природных источников, обладали приятным запахом.


В настоящее время под понятием «ароматичность» подразумевают, прежде всего, особый характер реакционной способности веществ, обусловленный, в свою очередь, особенностями строения молекул этих соединений.


В чем же состоят эти особенности?


В соответствии с молекулярной формулой С6Н6 бензол является ненасыщенным соединением, и можно ожидать, что для него были бы характерны типичные для алкенов реакции присоединения.


Однако в условиях, в которых алкены быстро вступают в реакции присоединения, бензол не реагирует или реагирует медленно.


Бензол не дает и характерных качественных реакций, свойственных непредельным углеводородам: он не обесцвечивает бромную воду и водный раствор перманганата калия.


Такой характер реакционной способности объясняется наличием в ароматическом кольце сопряженной системы — единого «пи»-электронного облака.

Строение вещества — урок. Физика, 7 класс.

Мельчайшей частицей вещества, которая определяет все свойства данного вещества, является молекула.

Молекула состоит из атомов. Число атомов и их распределение в молекуле является различным. В природе существует немногим более сотни атомов различного вида. Элементы обобщены и расположены в периодической таблице химических элементов, им даны наименования, например: водород, азот, углерод.

 

 

Молекулы одного и того же вещества одинаковы.

Например, молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода.

  

  

Молекулы вещества находятся в непрерывном движении.

Движение частиц вещества называют тепловым движением.

Чем выше температура вещества, тем быстрее движение молекул.

Твёрдые вещества

В твёрдых веществах атомы или молекулы расположены близко друг к другу, и в результате их взаимодействия могут происходить только колебательные движения около определённой точки.

  

 

В твёрдых кристаллических веществах атомы расположены в определённом порядке и образуют кристаллическую решётку. Кристаллическим веществом является поваренная соль (атомы натрия — красного цвета, атомы хлора — синего).

 

 

В твёрдых аморфных веществах атомы расположены беспорядочно. Аморфными веществами являются смола, янтарь.

В жидкостях расстояние между молекулами больше, чем в твёрдых веществах, и движение молекул свободнее.

 

 

Расположение молекул воды

Молекулы газа находятся на больших расстояниях друг от друга. Поэтому взаимодействие молекул газа не учитывается. Пространство между молекулами позволяет сильно сжимать газы.

 

 

Молекулы водяного пара

 

Другие видеоуроки по школьной программе смотрите на InternetUrok.ru

 

Газ не имеет своей формы. Газ заполняет весь предоставленный объём, легко смешивается с другими газами. Энергия газа заключена в скорости движения его молекул. Каждая молекула пролетает большое расстояние, прежде чем столкнётся с другой молекулой или стенкой сосуда. Если молекулы находятся на очень большом расстоянии, то силы между ними уже не действуют.

 

Интересное видео «Взаимодействие молекул»:

Другие видеоуроки по школьной программе смотрите на InternetUrok.ru

Страница не найдена |

Страница не найдена |



404. Страница не найдена

Архив за месяц

ПнВтСрЧтПтСбВс

     12

24252627282930

31      

       

       

     12

       

     12

       

      1

3031     

     12

       

15161718192021

       

25262728293031

       

    123

45678910

       

     12

17181920212223

31      

2728293031  

       

      1

       

   1234

567891011

       

     12

       

891011121314

       

11121314151617

       

28293031   

       

   1234

       

     12

       

  12345

6789101112

       

567891011

12131415161718

19202122232425

       

3456789

17181920212223

24252627282930

       

  12345

13141516171819

20212223242526

2728293031  

       

15161718192021

22232425262728

2930     

       

Архивы

Июн

Июл

Авг

Сен

Окт

Ноя

Дек

Метки

Настройки
для слабовидящих

Строение вещества. Молекула. – конспект урока – Корпорация Российский учебник (издательство Дрофа – Вентана)


Класс: 7 класс.


Тема урока: Строение вещества. Молекула.


Цель урока: Рассмотреть вопросы строения вещества, строения молекул.


Формировать у учащихся новых способов деятельности (умение задавать и отвечать на действенные вопросы; обсуждение проблемных ситуаций в группах; умение оценивать свою деятельность и свои знания).


Задачи урока:


Обучающие:

  • Познакомить учащихся с первоначальными сведениями о строением вещества.
  • Определить материальность объектов и предметов.
  • Ввести новые понятия : “молекула”, “атом”.
  • Познакомить учащихся со свойствами молекул.
  • Формировать умения анализировать, сравнивать, переносить знания в новые ситуации, планировать свою деятельность при построении ответа, выполнении заданий и поисковой деятельности.


Развивающие:

  • Развивать у учащихся познавательный интерес,
  • Расширять их кругозор, память, воображение.
  • Развивать умения строить самостоятельные высказывания в устной речи на основе усвоенного учебного материала.
  • Развитие логического мышления.


Воспитательные:

  • Формирование у учащихся научной картины мира и мировоззрения,
  • Создать условия для положительной мотивации при изучении физики, используя разнообразные приемы деятельности, сообщая интересные сведения.
  • Воспитывать чувство уважения к собеседнику, индивидуальной культуры общения.


Тип урока: урок изучения нового материала, с использованием мультимедийных технологий, презентации.


Оборудование: компьютер, мультимедийный проектор, презентация “Строение вещества. Молекула”, учебник “Физика -7” А.В.Пёрышкин.


Лабораторное оборудование для демонстрации опытов: яблоко, нож, резиновый мяч (воздушный надутый шарик), модель упругих пружин, две книги с вложенными друг в друга страницами, мензурка с водой, стакан с водой, стакан с окрашенной водой, мензурка со спиртом, закрытая колба с дымом,


Лабораторное оборудование для проведения опытов на парте учащихся: металлическая проволока, тетрадные листы, колба с водой, стакан, красящее вещество, пластилин, резина, капрон.


Межпредметные связи: биология, история, математика, техника.  


Формы работы: фронтальная, групповая, индивидуальная.


Планируемый результат


Личностные УУД:

  • формирование ответственного отношения к учению, готовности к саморазвитию и самообразованию;
  • формирование коммуникативной компетентности в общении и сотрудничестве со сверстниками.
  • формирование устойчивой учебно-познавательной мотивации и интереса к учению.


Регулятивные УУД:

  • осуществление регулятивных действий самонаблюдения, самоконтроля, самооценки в процессе урока;
  • формирование умения самостоятельно контролировать своё время и управлять им.


Учащиеся получат возможность научиться:

  • самостоятельно ставить новые учебные цели и задачи;
  • адекватно оценивать свои возможности достижения поставленной цели.


Коммуникативные УУД:

  • организация и планирование учебного сотрудничества с учителем и сверстниками,
  • использование адекватных языковых средств для отображения своих чувств, мыслей, мотивов и потребностей.
  • построение устных и письменных высказываний, в соответствии с поставленной коммуникативной задачей;


Учащиеся получат возможность научиться:

  • учитывать разные мнения и интересы и обосновывать собственную позицию; брать на себя инициативу в организации совместного действия;
  • участвовать в коллективном обсуждении проблемы.


Познавательные УУД: построение логических рассуждений, включающих установление причинно-следственных связей;


Учащиеся получат возможность научиться:

  • ставить проблему, аргументировать её актуальность;
  • искать наиболее эффективные средства достижения поставленной задачи.

Технологическая карта урока













Этап урока


Деятельность учителя


Деятельность ученика


Результат


Универсальные учебные действия


1


Организационный


Организует деятельность по подготовке к уроку


Готовят рабочее место


Готовность к уроку


Личностные УУД: нравственно-этического оценивания Коммуникативные УУД: умение слушать


2


Повторение ранее изученного материала


Организует деятельность по проверке изученного материала в форме теста


Работают с тестовым материалом по ранее изученной теме.


Самопроверка тестовых вопросов.


Познавательные УУД: Анализируют, работают самостоятельно


Личностные УУД: нравственно-этического оценивания


3


Целеполагание и мотивация


Создает проблемную ситуацию, необходимую для постановки учебной задачи


Вспоминают, что им известно по изучаемому вопросу


Систематизируют информацию


Делают предположения


Формулируют: что требуется узнать


Формулировка учащимися темы урока и определение целей урока


Познавательные УУД: Анализируют, работают самостоятельно


 


4


Первичное усвоение новых знаний («открытие» новых знаний)


Организует проведение эксперимента и обсуждение результатов


Наблюдение эксперимента, проведение собственных опытов, выдвижение гипотез, их обсуждение, формулирование выводов, их коррекция


Проведенный опыт, записанные выводы; вывод о состоянии вещества делают сами учащиеся


Личностные УУД: Умение ориентироваться в социальных ролях и межличностных отношениях


Регулятивные УУД: Определение последовательности промежуточных целей с учетом конечного результата; контроль способа действия и его результата; внесение необходимых дополнений и коррективов


Познавательные УУД: Составление плана и последовательности действий; прогнозирование результата и выбор наиболее эффективных способов решения задач в зависимости от конкретных условий


Коммуникативный УУД: Планирование учебного сотрудничества с учителем и сверстниками, способов взаимодействия; умение выражать свои мысли в соответствии с задачами и условиями коммуникации; владение монологической и диалогической формами речи


5


Первичная проверка понимания


Организует фронтальную проверку понимания нового материала


Отвечают на вопросы: о сохранении объема, формы, о переходе в другое состояние (при необходимости обсуждают варианты ответов в группах)


Понимание основных понятий и материала урока


Познавательные УУД: Самостоятельное создание способов решения проблем творческого характера


Коммуникативные УУД: Умение выражать свои мысли


6


Первичное закрепление новых знаний


Создает проблемную ситуацию, необходимую разрешить на основе учебного материала, изученного на уроке


 


Выполняют задание, вспоминают, воспроизводят фразы в письменной форме, соотносят с целевой установкой (при необходимости обсуждают варианты ответов в группах)


Через организацию самостоятельной практической работы учащиеся, самостоятельно делают выводы и объясняют полученные результаты


Регулятивные УУД: Самостоятельное активизирование мыслительных процессов, контроль правильности сопоставления информации, корректировка своих рассуждений


Познавательные УУД: Самостоятельное создание способов решения проблем творческого характера


Коммуникативные УУД: Умение выражать свои мысли


7


Подведение итогов урока (рефлексия учебных знаний)


Организует обсуждение результатов занятия


Работают с раздаточным материалом, отвечают на вопросы (при необходимости обсуждают варианты ответов в группах). Формулируют выводы о достижении цели урока


Формулировка учащимися: достижение каких целей урока было достигнуто в ходе урока


Личностные УУД: Оценивание личностной значимости полученной на уроке информации с практической точки зрения


Познавательные УУД: Умение обобщать, формулировать вывод


8


Информация о домашнем задании, инструктаж по его выполнению


Объявляет Д/З: §§ 11-12; вопросы; работа с таблицей


Восприятие, осознание Д/З, запись


Запись учащимися Д/З в дневниках


Личностные УУД: Оценивание уровня сложности Д/З при его выборе для выполнения учащимся самостоятельно


Регулятивные УУД: Организация учащимися своей учебной деятельности


9


Рефлексия учебных действий


Предлагает учащимся выбрать окончания фраз: Сегодня я узнал…


Было интересно…


Было трудно…


Я понял, что…


Я научился…


Меня удивило…


Выбирают окончания фразы в соответствии с собственной внутренней оценкой


Анализ результатов собственной деятельности; определение существующих пробелов в полученных знаниях


Личностные УУД: Умение анализировать результаты собственной деятельности; определять существующие пробелы в полученных знаниях.


Регулятивные УУД: Организация учащимися своей учебной деятельности в зависимости от обозначенных пробелов в полученных новых знаниях; умение осуществлять самоконтроль и самооценку

Ход урока

I. Организационная часть 


(Приветствие, проверка готовности к уроку, эмоционального настроя.)


Здравствуйте, ребята! Поприветствуйте друг друга. И я рада приветствовать вас на уроке, на котором мы продолжим открывать страницы в познании окружающего нас мира. Впереди нас ждут интересные открытия. Готовы? Да! Тогда приступим…

II. Повторение ранее изученного материала


Ребята, давайте вспомним, о чем мы говорили на прошлом уроке.


Я предлагаю вам тест по теме: “Физические явления” (вопросы распечатаны на столах учащихся, учащиеся отвечают письменно, с самопроверкой)


1. Что из перечисленного является физическим телом?

  1. вода
  2. ложка
  3. камень
  4. солнце
  5. чай
  6. дождь
  7. бумага
  8. ураган.


2. Что из перечисленного является веществом?

  1. бумага
  2. дерево
  3. железо
  4. карандаш
  5. верёвка
  6. воздух
  7. ручка
  8. стекло.


3. Какие слова обозначают физические величины?

  1. часы
  2. скорость
  3. метр
  4. линейка.


4. Какие явления относятся к механическим?

  1. полёт птицы
  2. солнечное излучение
  3. падение капель дождя


5. Какие явления относятся к физическим?

  1. радуга
  2. пожелтевшие листья
  3. падение капель дождя.

III. Целеполагание и мотивация


Человек издавна пытался объяснить явления, происходящие в природе, познать не только слышимое, но и неслышимое, не только видимое, но и не видимое.


Все мы знаем, что вода может быть и жидкой (это её естественное состояние), и твердой – лёд (при температуре ниже 0°С), и газообразной – водяной пар (слайд № 1). Отличаются ли свойства воды, льда и водяного пара? Может кто-то и затрудняется ответить. Поэтому, рассмотрим ещё один пример: алмаз и графит, два тела состоящие их углерода (слайд № 2). Отличаются ли их свойства? Конечно, графит легко расслаивается – грифель карандаша тому подтверждение, алмаз – один из самых твердых пород. Чем можно объяснить такую разницу?


Молодцы! Чтобы ответить на этот вопрос, и на многие другие, необходимо знать внутреннее “устройство” тел.


Как вы думаете, какая тема урока “ожидает” нас сегодня?


Тема урока: Строение вещества. Молекулы и атомы.


Цель, которую мы ставим сегодня перед собой: получить представление о внутреннем строении вещества, ответить на вопросы

  • Как доказать, что все вещества состоят из частиц?
  • Какими размерами и массами определяются частицы вещества?
  • Почему не видны частицы, из которых состоит вещество?
  • Почему твердые тела, состоящие из частиц, кажутся сплошными?


Откройте свои рабочие тетради и запишите тему сегодняшнего урока “Строение вещества. Молекулы и атомы” (слайд № 3)

IV. Первичное усвоение новых знаний


Вы не поверите, но вопросами внутреннего “устройства” тел задавалось человечество ещё в древние времена. Легенда гласит, что в Древней Греции в IV–V веках до н.э. ученый Демокрит (слайд № 4), держа в руке яблоко, задумался: сколько раз можно яблоко разрезать на части? 


Правильно, деление яблока можно выполнять до какой-то малой части. Эту малую и неделимую часть Демокрит назвал атом, что в переводе с древнегреческого языка так и переводится “неделимый”. Продолжили изучать строение вещества уже ученые XVIII века. Но с древних времен и до наших дней утверждение о строении вещества является одним из самых верных и значимых для изучения тепловых, электрических и квантовых явлений. Как же мы с вами можем сформулировать это утверждение.


Правильно. Все вещества состоят из мельчайших частиц — молекул.


Ребята, возьмите, пожалуйста, лист №1 “Строение вещества”







Утверждения


Опытное доказательство


 


Что было бы, если бы не…


1


 


 


 


2


 


 


 


3


 


 


 


Ваша цель: в ходе урока заполнить данную таблицу. Записываем первое утверждение. Теперь подумаем, как это утверждение можно доказать. Есть два способа: прямое (слайд № 5) и экспериментальное (слайд № 6). Микроскопов не было в Древней Греции, нет и у нас с вами, да и не в каждой физическ

1.3: Свойства материи — Chemistry LibreTexts

Цели обучения

  • Отделить физические свойства от химических и изменения

Все материи обладают физическими и химическими свойствами. Физические свойства — это характеристики, которые ученые могут измерить без изменения состава исследуемого образца, такие как масса, цвет и объем (объем пространства, занимаемого образцом). Химические свойства описывают характерную способность вещества реагировать с образованием новых веществ; они включают его воспламеняемость и подверженность коррозии.Все образцы чистого вещества имеют одинаковые химические и физические свойства. Например, чистая медь всегда представляет собой красновато-коричневое твердое вещество (физическое свойство) и всегда растворяется в разбавленной азотной кислоте с образованием синего раствора и коричневого газа (химическое свойство).

Физические свойства могут быть обширными или интенсивными. Расширяющиеся свойства зависят от количества вещества и включают массу, вес и объем. Интенсивные свойства , напротив, не зависят от количества вещества; они включают цвет, точку плавления, точку кипения, электропроводность и физическое состояние при данной температуре.Например, элементарная сера представляет собой желтое кристаллическое твердое вещество, которое не проводит электричество и имеет температуру плавления 115,2 ° C, независимо от того, какое количество исследуется (рисунок \ (\ PageIndex {1} \)). Ученые обычно измеряют интенсивные свойства, чтобы определить личность вещества, тогда как обширные свойства передают информацию о количестве вещества в образце.

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Разница между экстенсивными и интенсивными свойствами материи. Поскольку они различаются по размеру, два образца серы имеют разные экстенсивные свойства, такие как масса и объем.Напротив, их интенсивные свойства, включая цвет, температуру плавления и электропроводность, идентичны.

Хотя масса и объем являются экстенсивными свойствами, их соотношение является важным интенсивным свойством, называемым плотностью (\ (\ rho \)). Плотность определяется как масса на единицу объема и обычно выражается в граммах на кубический сантиметр (г / см 3 ). По мере увеличения массы в данном объеме увеличивается и плотность. Например, свинец с его большей массой имеет гораздо большую плотность, чем тот же объем воздуха, точно так же, как кирпич имеет большую плотность, чем такой же объем пенополистирола.При заданных температуре и давлении плотность чистого вещества постоянна:

\ [\ begin {align *} \ text {density} & = {\ text {mass} \ over \ text {volume}} \\ [4pt] \ rho & = {m \ over V} \ label {Eq1} \ end {align *} \]

Чистая вода, например, имеет плотность 0,998 г / см. 3 при 25 ° C. Средние плотности некоторых распространенных веществ указаны в Таблице \ (\ PageIndex {1} \). Обратите внимание, что у кукурузного масла отношение массы к объему ниже, чем у воды. Это означает, что при добавлении в воду кукурузное масло будет «плавать» (Рисунок \ (\ PageIndex {2} \)).

Таблица \ (\ PageIndex {1} \): плотности обычных веществ
Вещество Плотность при 25 ° C (г / см 3 ) Вещество Плотность при 25 ° C (г / см 3 )
кровь 1,035 Масло кукурузное 0,922
телесный жир 0.918 майонез 0,910
цельное молоко 1,030 мед 1,420

Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): Вода и масло. Поскольку масло имеет более низкую плотность, чем вода, оно плавает сверху. (CC-BY SA 3.0; Виктор Блакус).

Физическая собственность и изменение

Физические изменения — это изменения, при которых химические связи не разрываются и не образуются.Это означает, что те же типы соединений или элементов, которые были в начале изменения, присутствуют и в конце изменения. Поскольку конечные материалы такие же, как и исходные, их свойства (например, цвет, температура кипения и т. Д.) Также будут такими же. Физические изменения включают перемещение молекул, но не их изменение. Некоторые типы физических изменений включают:

  • Изменения состояния (переход от твердого состояния к жидкости или газу и наоборот)
  • Разделение смеси
  • Физическая деформация (резка, вмятина, растяжение)
  • Приготовление растворов (особых видов смесей).

По мере таяния кубика льда его форма изменяется по мере того, как он приобретает способность течь. Однако его состав не меняется. Плавление является примером физического изменения (рис. \ (\ PageIndex {3} \)), поскольку некоторые свойства материала меняются, но идентичность материи — нет. Физические изменения можно далее классифицировать как обратимые или необратимые. Растаявший кубик льда можно повторно заморозить, поэтому таяние — это обратимое физическое изменение. Все физические изменения, включающие изменение состояния, обратимы.Другие изменения состояния включают испарение (жидкость в газ), замораживание (жидкость в твердое тело) и конденсацию (газ в жидкость). Растворение — это также обратимое физическое изменение. Когда соль растворяется в воде, считается, что соль перешла в водное состояние. Соль можно восстановить, выпарив воду, оставив соль.

Рисунок \ (\ PageIndex {3} \): Таяние льда — это физическое изменение. Когда твердая вода (\ (\ ce {H_2O} \)) в виде льда тает в жидкость (воду), она кажется измененной.Однако это изменение носит только физический характер, поскольку состав составляющих молекул тот же: 11,19% водорода и 88,81% кислорода по массе.

Химические свойства и изменение

Химические изменения происходят, когда связи разрываются и / или образуются между молекулами или атомами. Это означает, что одно вещество с определенным набором свойств (например, температура плавления, цвет, вкус и т. Д.) Превращается в другое вещество с разными свойствами. Химические изменения часто труднее обратить, чем физические.

Хороший пример химического изменения — горящая бумага. В отличие от процесса разрыва бумаги, акт сжигания бумаги фактически приводит к образованию новых химических веществ (если быть точным, углекислого газа и воды). Другой пример химического изменения происходит при образовании воды. Каждая молекула содержит два атома водорода и один атом кислорода, химически связанные.

Другой пример химического изменения — это то, что происходит при сжигании природного газа в вашей печи. На этот раз до реакции у нас есть молекула метана \ (\ ce {CH_4} \) и две молекулы кислорода \ (\ ce {O_2} \), а после реакции у нас есть две молекулы воды, \ (\ ce {H_2O} \) и одна молекула диоксида углерода \ (\ ce {CO_2} \).В этом случае изменился не только внешний вид, но и структура молекул. Новые вещества не обладают такими химическими свойствами, как исходные. Следовательно, это химическое изменение.

Горение металлического магния также является химическим изменением (Магний + Кислород → Оксид магния):

\ [\ ce {2 Mg + O_2 \ rightarrow 2 MgO}
\ nonumber \]

как ржавчина железа (железо + кислород → оксид железа / ржавчина):

\ [\ ce {4 Fe + 3O_2 \ rightarrow 2 Fe_2O_3}
\ nonumber \]

Используя компоненты состава и свойств, мы можем отличить один образец материи от других.

Ссылки

  1. Петруччи, Биссоннетт, Селедка, Мадура. Общая химия: принципы и современные приложения. Десятое изд. Река Аппер Сэдл, Нью-Джерси 07458: Pearson Education Inc., 2011.
  2. Краколице, Петерс. Основы вводной химии Активный подход к обучению. Второе изд. Бельмонт, Калифорния 94001: Брукс / Коул, 2007.

Авторы и авторство

8: Молекулярная структура и физические свойства

Foundation

Начнем с наших знаний о структуре и свойствах атомов.Мы знаем, что атомы имеют ядерную структуру, а это означает, что весь положительный заряд и практически вся масса атома сосредоточены в ядре, которое составляет очень небольшую часть объема атома. Кроме того, мы знаем, что многие свойства атомов можно понять с помощью модели, в которой электроны в атоме расположены в «оболочках» вокруг ядра, причем каждая оболочка находится дальше от ядра, чем предыдущая. Электроны во внешних оболочках более слабо прикреплены к атому, чем электроны во внутренних оболочках, и только ограниченное количество электронов может поместиться в каждой оболочке.Внутри каждой оболочки есть подоболочки, каждая из которых также может содержать ограниченное количество электронов. Электроны в разных подоболочках имеют разные энергии и разные положения для движения вокруг ядра. Мы также предполагаем знание структуры Lewis, модели для химической связи, основанной на совместном использовании пары электронов валентной оболочки и правила октетов. Ковалентная химическая связь образуется, когда два связанных атома разделяют между собой пару электронов валентной оболочки. Обычно атомы групп с IV по VII связываются так, чтобы образовать октет электронов валентной оболочки.Наконец, мы используем модель Electron Domain Model для понимания и предсказания геометрии молекул. Пары электронов валентной оболочки расположены в связывающих и несвязывающих доменах, и эти домены разделены в пространстве, чтобы минимизировать электрон-электронное отталкивание. Такое расположение электронных доменов определяет геометрию молекулы.

Голы

Мы должны ожидать, что свойства молекул и, соответственно, веществ, которые они составляют, должны зависеть от деталей структуры и связей в этих молекулах. \ text {o} \ text {C} \) .Мы стремимся понять эти вариации, анализируя молекулярные структуры.

Чтобы развить это понимание, нам нужно будет применить больше деталей нашего понимания атомной структуры и электронных конфигураций. В нашей модели ковалентной связи мы предположили, что атомы «разделяют» электроны, образуя связь. Однако наши знания свойств атомов показывают, что разные атомы притягивают электроны с разной силой, что приводит к очень сильным изменениям энергии ионизации, атомных радиусов и сродства к электрону.Мы стремимся включить эту информацию в наше понимание химической связи.

Наблюдение 1: Соединения групп I и II

Мы начинаем с анализа соединений, образованных из элементов I и II групп (например, натрия и магния). Эти соединения в настоящее время не являются частью нашей структурной модели Льюиса. Например, натрий с одним валентным электроном вряд ли получит семь дополнительных электронов для завершения октета. Действительно, общая валентность щелочных металлов в группе 1 равна 1, а не 7, а общая валентность щелочноземельных металлов равна 2, а не 6.\text{o} \text{C} \right)\)»>> 1600

Во-вторых, жидкости, содержащие неметаллические галогениды, являются электрическими изоляторами, то есть они не проводят электрический ток.Напротив, когда мы плавим галогенид щелочного металла или галогенид щелочноземельного металла, полученная жидкость является отличным проводником электричества. Это указывает на то, что эти расплавленные соединения состоят из ионов, а галогениды неметаллов — нет.

Мы должны сделать вывод, что связывание атомов в галогенидах щелочных металлов и галогенидах щелочноземельных металлов значительно отличается от связывания в галогенидах неметаллов. Нам необходимо расширить нашу модель электронов валентных оболочек, чтобы учесть эту связь, и, в частности, мы должны учесть присутствие ионов в расплавленных галогенидах металлов.Рассмотрим типичный пример \ (\ ce {NaCl} \). Мы уже пришли к выводу, что атомы \ (\ ce {Cl} \) реагируют, образуя полный октет электронов валентной оболочки. Такой октет может быть достигнут путем ковалентного разделения электрона с единственной валентной оболочкой от атома натрия. Однако такое ковалентное разделение явно несовместимо с присутствием ионов в расплавленном хлориде натрия. Кроме того, этот тип связи предсказывает, что \ (\ ce {NaCl} \) должен иметь свойства, аналогичные свойствам других ковалентных хлоридных соединений, большинство из которых являются жидкостями при комнатной температуре.\ text {o} \ text {C} \), температура кипения хлорида натрия. Обратите внимание, что если твердый хлорид натрия состоит из отдельных ионов натрия, находящихся рядом с отдельными ионами хлорида, то каждый положительный ион притягивается не просто к одному конкретному отрицательному иону, а, скорее, ко всем отрицательным ионам в непосредственной близости от него. Следовательно, твердый хлорид натрия нельзя рассматривать как отдельные молекулы \ (\ ce {NaCl} \), а следует рассматривать скорее как решетку положительных ионов натрия, взаимодействующих с отрицательными ионами хлорида.Этот тип «ионной» связи, которая возникает из-за электростатического притяжения взаимосвязанных решеток положительных и отрицательных ионов, объясняет очень высокие температуры плавления и кипения галогенидов щелочных металлов.

Теперь мы можем нарисовать модифицированные структуры Льюиса для учета ионной связи, но они сильно отличаются от наших предыдущих рисунков. Хлорид натрия можно представить, как показано на рисунке 8.1.

Рисунок 8.1: Структура Льюиса для хлорида натрия.+} \) ион подчиняется правилу октетов, которое, возможно, состоит в том, что, освободив свою валентную оболочку от электронов, оставшаяся внешняя оболочка электронов в ионе имеет тот же октет, что и атом неона. Однако мы должны иметь в виду, что положительный ион натрия притягивается ко многим отрицательным ионам хлора, а не только к одному иону хлора, изображенному в структуре Льюиса.

Наблюдение 2: Моменты молекулярного диполя

Наша модель связи Льюиса, разработанная в настоящее время, включает два крайних взгляда на распределение электронов в связи.В ковалентной связи до этого момента мы предполагали, что электронная пара полностью разделена. Напротив, в ионной связи мы предположили, что электроны вообще не разделяются. Скорее предполагается, что один из атомов полностью извлекает один или несколько электронов из другого. Можно ожидать, что более точное описание реальности химических связей в целом находится где-то между этими двумя крайностями. Чтобы наблюдать это промежуточное поведение, мы можем исследовать молекулярные дипольные моменты.

Электрический диполь — это пространственное разделение положительных и отрицательных зарядов. В простом случае положительный заряд \ (Q \) и отрицательный заряд \ (- Q \), разделенные расстоянием \ (R \), создают измеримый дипольный момент , \ (\ mu \), равный \ ( Q \ раз R \). Электрическое поле может взаимодействовать с электрическим диполем и даже может ориентировать диполь в направлении поля.

Изначально можно было ожидать, что молекулы вообще не имеют дипольных моментов. Каждый атом, образующий химическую связь, электрически нейтрален с равным количеством положительных и отрицательных зарядов.Следовательно, молекула, образованная из нейтральных атомов, также должна быть электрически нейтральной. Хотя электронные пары являются общими для связанных ядер, это не влияет на общее количество отрицательных зарядов. Из этих простых утверждений мы можем предсказать, что на молекулы не будут воздействовать электрические или магнитные поля, причем каждая молекула будет вести себя как отдельная незаряженная частица.

Однако это предсказание неверно. Чтобы проиллюстрировать, поток воды может быть отклонен электрически заряженным объектом рядом с потоком, что указывает на то, что отдельные молекулы воды демонстрируют дипольный момент.{-30} \: \ text {C} \ cdot \ text {m} \). Вода не уникальна: молекулы большинства веществ обладают дипольными моментами. Выборка молекул и их дипольных моментов приведена в таблице 8.2.

Таблица 8.2: Дипольные моменты определенных молекул
\ (\ му \) (дебай)
\ (\ ce {H_2O} \) 1,85
\ (\ ce {HF} \) 1.91
\ (\ ce {HCl} \) 1,08
\ (\ ce {HBr} \) 0,80
\ (\ ce {HI} \) 0,42
\ (\ ce {CO} \) 0,12
\ (\ ce {CO_2} \) 0
\ (\ ce {NH_3} \) 1,47
\ (\ ce {PH_3} \) 0.58
\ (\ ce {AsH_3} \) 0,20
\ (\ ce {CH_4} \) 0
\ (\ ce {NaCl} \) 9,00

Если снова сосредоточиться на молекуле воды, как мы можем объяснить существование дипольного момента у нейтральной молекулы? Существование дипольного момента показывает, что молекула воды должна иметь внутреннее разделение на положительный частичный заряд \ (\ delta \) и отрицательный частичный заряд \ (- \ delta \).Таким образом, должно быть верно, что электроны в ковалентной связи между водородом и кислородом не разделены на поровну . Скорее общие электроны должны проводить больше времени в непосредственной близости от одного ядра, чем другого. Таким образом, молекула имеет одну область, где, в среднем, имеется чистый избыток отрицательного заряда, и одну область, где в среднем имеется компенсирующий избыток положительного заряда, создавая таким образом молекулярный диполь. Дополнительные наблюдения показывают, что кислородный «конец» молекулы несет частичный отрицательный заряд.Следовательно, ковалентно разделенные электроны проводят больше времени около атома кислорода, чем около атомов водорода. Мы пришли к выводу, что атомы кислорода обладают большей способностью притягивать общие электроны в связи, чем атомы водорода.

Нас не должно удивлять тот факт, что отдельные атомы разных элементов обладают разными способностями притягивать электроны к себе. Ранее мы видели, что разные атомы имеют сильно различающиеся энергии ионизации, что представляет собой большую вариацию в степени, в которой атомы цепляются за свои электроны.Мы также наблюдали большие вариации в сродстве атомов к электрону, представляющие собой вариации в степени, в которой атомы притягивают добавленный электрон. Теперь мы определим электроотрицательность атома как способность атома притягивать электроны в химической связи. Это отличается от энергии ионизации или сродства к электрону, потому что электроотрицательность — это притяжение электронов в химической связи , тогда как энергия ионизации и сродство к электрону относятся к удалению и присоединению электронов в свободных атомах.Однако можно ожидать, что электроотрицательность коррелирует с сродством к электрону и энергией ионизации. В частности, электроотрицательность атома возникает из-за комбинации свойств атома, включая размер атома, заряд ядра, количество электронов вокруг ядер и количество электронов в валентной оболочке.

Поскольку электроотрицательность является абстрактно определенным свойством, его нельзя измерить напрямую. Фактически, существует множество определений электроотрицательности, что приводит к множеству различных шкал электроотрицательности.Однако относительную электроотрицательность можно наблюдать косвенно, измеряя дипольные моменты молекул: в общем, чем больше дипольный момент, тем больше должно быть разделение зарядов и, следовательно, тем менее равномерным должно быть разделение связывающих электронов.

Имея это в виду, вернемся к диполям, приведенным в таблице 8.2. В этих данных можно выделить несколько важных тенденций. Обратите внимание, что каждый галогенид водорода (\ (\ ce {HF} \), \ (\ ce {HCl} \), \ (\ ce {HBr} \) и \ (\ ce {HI} \)) имеет значительную дипольный момент.Более того, дипольные моменты увеличиваются по мере того, как мы перемещаемся на вверх на периодической таблицы в группе галогенов. Мы можем сделать вывод, что атомы фтора имеют большую электроотрицательность, чем атомы хлора и т. Д. Отметим также, что \ (\ ce {HF} \) имеет больший дипольный момент, чем \ (\ ce {H_2O} \), который, в свою очередь, больше чем у \ (\ ce {NH_3} \). Мы можем сделать вывод, что электроотрицательность увеличивается, когда мы перемещаем по периодической таблицы слева направо за один период. Эти тенденции обычно сохраняются при сравнении электроотрицательностей отдельных элементов.Один набор относительных электроотрицательностей атомов в первых трех строках периодической таблицы приведен в таблице 8.3.

Таблица 8.3: Электроотрицательность выбранных атомов
х
\ (\ ce {H} \) 2,1
\ (\ ce {He} \)
\ (\ ce {Li} \) 1.0
\ (\ ce {Be} \) 1,5
\ (\ ce {B} \) 2,0
\ (\ ce {C} \) 2,5
\ (\ ce {N} \) 3,0
\ (\ ce {O} \) 3,5
\ (\ ce {F} \) 4,0
\ (\ ce {Ne} \)
\ (\ ce {Na} \) 0.9
\ (\ ce {Mg} \) 1,2
\ (\ ce {Al} \) 1,5
\ (\ ce {Si} \) 1,8
\ (\ ce {P} \) 2,1
\ (\ ce {S} \) 2,5
\ (\ ce {Cl} \) 3,0
\ (\ ce {Ar} \)
\ (\ ce {K} \) 0.8
\ (\ ce {Ca} \) 1,0

Наблюдение 3: Дипольные моменты в многоатомных молекулах

Мы можем разумно ожидать от нашего анализа наблюдения дипольного момента в любой молекуле, образованной из атомов с разной электроотрицательностью. Хотя это должно быть так для двухатомной молекулы, это не обязательно верно для многоатомной молекулы, то есть молекулы с более чем двумя атомами. Например, углерод более электроотрицателен, чем водород.Однако простейшая молекула, образованная из углерода и водорода (например, \ (\ ce {CH_4} \)), не обладает дипольным моментом , как мы видим в Таблице 8.2. Точно так же кислород значительно более электроотрицателен, чем углерод, но \ (\ ce {CO_2} \) — неполярная молекула. Анализ молекулярных дипольных моментов в многоатомных молекулах требует от нас применения нашего понимания молекулярной геометрии.

Обратите внимание, что каждая связь \ (\ ce {C-O} \) должна быть полярной из-за неравного распределения электронных пар между углеродом и кислородом.Таким образом, атом углерода должен иметь небольшой положительный заряд, а атом кислорода — небольшой отрицательный заряд в каждой связи \ (\ ce {C-O} \). Однако, поскольку каждый атом кислорода должен иметь одинаковый суммарный отрицательный заряд, ни один из концов молекулы не будет проявлять большее сродство к электрическому полю. Более того, поскольку \ (\ ce {CO_2} \) линейно, диполь в одной связи \ (\ ce {CO} \) точно смещен диполем в противоположном направлении из-за другого \ (\ ce {CO} \) связь. При измерении с помощью электрического поля на расстоянии молекула \ (\ ce {CO_2} \) не имеет разделенных положительных и отрицательных зарядов и, следовательно, не имеет полярности.Таким образом, при прогнозировании молекулярных диполей мы должны учитывать как различия в электроотрицательности, которые влияют на полярность связей, так и общую геометрию молекулы, которая может привести к отмене полярностей связей.

Используя тот же аргумент, мы можем рационализировать нулевые молекулярные дипольные моменты, наблюдаемые для других молекул, таких как метан, этен и ацетилен. В каждой из этих молекул отдельные связи \ (\ ce {C-H} \) полярны. Однако симметрия молекулы приводит к отмене этих диполей связи в целом, и ни одна из этих молекул не имеет молекулярного дипольного момента.

В качестве примера того, как молекулярное свойство, такое как дипольный момент, может влиять на макроскопические свойства вещества, мы можем исследовать точки кипения различных соединений. Температура кипения соединения определяется силой сил между молекулами соединения: чем сильнее сила, тем больше энергии требуется для разделения молекул, тем выше температура, необходимая для обеспечения этой энергии. Следовательно, молекулы с сильными межмолекулярными силами имеют высокие температуры кипения.\ text {o} \ text {C} \). Таким образом, все три соединения являются газами при комнатной температуре и значительно ниже ее. Эти молекулы имеют очень похожие массы и одинаковое количество электронов. Однако дипольные моменты этих молекул очень разные. Дипольный момент \ (\ ce {SiH_4} \) равен \ (0.0 \: \ text {D} \), дипольный момент \ (\ ce {PH_3} \) равен \ (0.58 \: \ text {D } \), а дипольный момент \ (\ ce {SH_2} \) равен \ (0.97 \: \ text {D} \). Обратите внимание, что для подобных молекул, чем выше дипольный момент, тем выше температура кипения.Таким образом, молекулы с большими дипольными моментами обычно имеют более сильные межмолекулярные силы, чем аналогичные молекулы с меньшими дипольными моментами. Это связано с тем, что положительный конец диполя в одной молекуле может электростатически взаимодействовать с отрицательным концом диполя в другой молекуле, и наоборот.

Отметим, однако, что на основании информации о дипольном моменте нельзя в целом предсказать только относительные точки кипения соединений очень разнородных молекул.

Обзор и обсуждение вопросов

  1. Сравните и сопоставьте химические и физические свойства \ (\ ce {KCl} \) и \ (\ ce {CCl_4} \), а также сравните и сопоставьте, как модель химической связи может быть использована для учета этих свойств.
  2. Почему дипольный момент \ (\ ce {NaCl} \) чрезвычайно велик?
  3. Объясните, почему \ (\ ce {CO} \) имеет дипольный момент, а \ (\ ce {CO_2} \) — нет.
  4. Объясните, почему ожидается, что атом с высокой энергией ионизации будет иметь высокую электроотрицательность. Объясните, почему ожидается, что атом с высоким сродством к электрону будет иметь высокую электроотрицательность.
  5. Можете ли вы предсказать, что атом \ (\ ce {Kr} \) имеет высокую или низкую электроотрицательность? Предскажите относительную электроотрицательность \ (\ ce {Kr} \) и \ (\ ce {F} \).
  6. Объясните, почему \ (\ ce {S} \) имеет большую электроотрицательность, чем \ (\ ce {P} \), но меньшую электроотрицательность, чем \ (\ ce {O} \).
  7. \ (\ ce {N} \) атомов обладают высокой электроотрицательностью. Однако атомы \ (\ ce {N} \) не имеют сродства к электрону, что означает, что атомы \ (\ ce {N} \) не притягивают электроны. Объясните, как и почему эти факты не противоречат друг другу.
  8. Объясните, почему соединения, образованные из элементов с большой разницей в электроотрицательности, являются ионными.
  9. Объясните, почему ионные соединения имеют гораздо более высокие температуры плавления, чем ковалентные соединения.

Авторы и авторство

Физические и химические свойства вещества

Физические и химические свойства вещества

Свойства вещества можно разделить на экстенсивные или интенсивные, а также на физические или химические.

Цели обучения

Признать разницу между физическими и химическими, интенсивными и экстенсивными свойствами

Основные выводы

Ключевые моменты
  • Все свойства вещества являются либо физическими, либо химическими, а физические свойства либо интенсивными, либо обширными.
  • Обширные свойства, такие как масса и объем, зависят от количества измеряемого вещества.
  • Интенсивные свойства, такие как плотность и цвет, не зависят от количества присутствующего вещества.
  • Физические свойства можно измерить без изменения химической идентичности вещества.
  • Химические свойства можно измерить только путем изменения химической идентичности вещества.
Ключевые термины
  • интенсивное свойство : Любая характеристика вещества, не зависящая от количества присутствующего вещества.
  • обширное свойство : Любая характеристика вещества, зависящая от количества измеряемого вещества.
  • физическое свойство : Любая характеристика, которая может быть определена без изменения химической идентичности вещества.
  • химическое свойство : Любая характеристика, которая может быть определена только путем изменения молекулярной структуры вещества.

Все свойства материи либо экстенсивные, либо интенсивные, либо физические, либо химические.Обширные свойства, такие как масса и объем, зависят от количества измеряемого вещества. Интенсивные свойства, такие как плотность и цвет, не зависят от количества вещества. И экстенсивные, и интенсивные свойства являются физическими свойствами, что означает, что их можно измерить без изменения химической идентичности вещества. Например, точка замерзания вещества является физическим свойством: когда вода замерзает, это неподвижная вода (H 2 O) — просто она находится в другом физическом состоянии.

Твердое тело, жидкости и газы : Вода может существовать в нескольких состояниях, включая лед (твердое тело), ​​воду (жидкость) и водяной пар (газ).

Между тем, химическое свойство — это любое свойство материала, которое проявляется в ходе химической реакции; то есть любое качество, которое может быть установлено только путем изменения химической идентичности вещества. Химические свойства нельзя определить, просто взглянув на вещество или прикоснувшись к нему; Чтобы исследовать химические свойства вещества, необходимо повлиять на его внутреннюю структуру.

Физические свойства

Физические свойства — это свойства, которые можно измерить или наблюдать без изменения химической природы вещества. Некоторые примеры физических свойств:

  • цвет (интенсивный)
  • плотность (интенсивная)
  • том (обширный)
  • масса (обширная)
  • точка кипения (интенсивная): температура, при которой вещество кипит
  • точка плавления (интенсивная): температура, при которой вещество плавится

Физические свойства : Материя имеет массу и объем, что демонстрирует этот бетонный блок.Вы можете наблюдать его массу, чувствуя, насколько он тяжелый, когда пытаетесь поднять его; вы можете наблюдать его объем, глядя на него и замечая его размер. Масса и объем являются примерами обширных физических свойств.

Химические свойства

Помните, определение химического свойства заключается в том, что измерение этого свойства должно приводить к изменению химической структуры вещества. Вот несколько примеров химических свойств:

  • Теплота сгорания — это энергия, выделяющаяся при полном сгорании (сгорании) соединения с кислородом.Обозначение теплоты сгорания ΔH c .
  • Химическая стабильность означает, будет ли соединение реагировать с водой или воздухом (химически стабильные вещества не вступают в реакцию). Гидролиз и окисление — две такие реакции, обе представляют собой химические изменения.
  • Воспламеняемость означает, будет ли соединение гореть под воздействием огня. Опять же, горение — это химическая реакция, обычно высокотемпературная реакция в присутствии кислорода.
  • Предпочтительная степень окисления — это степень окисления с наименьшей энергией, для достижения которой металл будет подвергаться реакциям (если присутствует другой элемент, принимающий или отдающий электроны).

Физические и химические изменения вещества

Есть два типа изменения материи: физическое изменение и химическое изменение.

Цели обучения

Определите ключевые особенности физических и химических изменений

Основные выводы

Ключевые моменты
  • Физические изменения меняют только внешний вид вещества, но не его химический состав.
  • Химические изменения заставляют вещество превращаться в совершенно новое вещество с новой химической формулой.
  • Химические изменения также известны как химические реакции. «Ингредиенты» реакции называются реагентами, а конечные результаты — продуктами.
Ключевые термины
  • химическое изменение : процесс, при котором вещество превращается в новое вещество с новой химической формулой.
  • химическая реакция : Процесс, включающий разрыв или образование межатомных связей и преобразование вещества (или веществ) в другое.
  • физическое изменение : процесс, который не приводит к тому, что вещество становится принципиально другим веществом.

Есть два типа изменения материи: физическое изменение и химическое изменение. Как следует из названия, физическое изменение влияет на физические свойства вещества, а химическое изменение влияет на его химические свойства. Многие физические изменения обратимы (например, нагрев и охлаждение), тогда как химические изменения часто необратимы или обратимы только с дополнительным химическим изменением.

Physical & Chemical Changes: Это видео описывает физические и химические изменения в материи.

Физические изменения : Смешивание смузи включает физические изменения, но не химические.

Физические изменения

Другой способ подумать об этом состоит в том, что физическое изменение не заставляет вещество становиться принципиально другим веществом, но химическое изменение заставляет вещество превращаться во что-то химически новое.Например, смешивание смузи включает в себя два физических изменения: изменение формы каждого фрукта и смешивание множества разных кусочков фруктов. Поскольку никакие химические вещества в компонентах смузи не меняются во время смешивания (например, вода и витамины из фруктов остаются неизменными), мы знаем, что никаких химических изменений не происходит.

Резка, разрыв, дробление, измельчение и перемешивание — это еще одни типы физических изменений, поскольку они изменяют форму, но не состав материала.Например, смешивание соли и перца создает новое вещество без изменения химического состава любого из компонентов.

Фазовые изменения — это изменения, которые происходят, когда вещества плавятся, замораживаются, кипятятся, конденсируются, сублимируются или осаждаются. Это также физические изменения, потому что они не меняют природу вещества.

Кипящая вода : Кипящая вода является примером физического изменения, а не химического изменения, потому что водяной пар по-прежнему имеет ту же молекулярную структуру, что и жидкая вода (H 2 O).Если бы пузырьки были вызваны разложением молекулы в газ (например, H 2 O → H 2 и O 2 ), то кипение было бы химическим изменением.

Химические изменения

Химические изменения также известны как химические реакции. «Ингредиенты» реакции называются реагентами, а конечные результаты — продуктами. Переход от реагентов к продуктам обозначен стрелкой:

Реагенты → Продукция

Образование пузырьков газа часто является результатом химического изменения (за исключением случая кипения, которое является физическим изменением).Химическое изменение может также привести к образованию осадка, например, появлению мутного материала при смешивании растворенных веществ.

Гниение, горение, приготовление пищи и ржавчина — все это дальнейшие типы химических изменений, поскольку они производят вещества, представляющие собой совершенно новые химические соединения. Например, сгоревшая древесина превращается в золу, углекислый газ и воду. Под воздействием воды железо превращается в смесь нескольких гидратированных оксидов и гидроксидов железа. Дрожжи осуществляют ферментацию для производства спирта из сахара.

Неожиданное изменение цвета или выделение запаха также часто указывает на химическое изменение. Например, цвет элемента хрома определяется его степенью окисления; одно соединение хрома изменит цвет только в том случае, если оно подвергнется реакции окисления или восстановления. Тепло от варки яйца изменяет взаимодействие и форму белков яичного белка, тем самым изменяя его молекулярную структуру и превращая яичный белок из полупрозрачного в непрозрачный.

Лучший способ быть полностью уверенным в том, является ли изменение физическим или химическим, — это провести химический анализ вещества, например масс-спектроскопию, для определения его состава до и после реакции.

Физические и химические свойства вещества

Цель обучения
  • Признать разницу между физическими и химическими, интенсивными и обширными свойствами

Ключевые моменты
    • Все свойства вещества являются либо физическими, либо химическими, а физические свойства либо интенсивными, либо обширными.
    • Обширные свойства, такие как масса и объем, зависят от количества измеряемого вещества.
    • Интенсивные свойства, такие как плотность и цвет, не зависят от количества присутствующего вещества.
    • Физические свойства можно измерить без изменения химической идентичности вещества.
    • Химические свойства можно измерить только путем изменения химической идентичности вещества.

Условия
  • обширное свойство: Любая характеристика вещества, зависящая от количества измеряемого вещества.
  • химическое свойство: Любая характеристика, которая может быть определена только путем изменения молекулярной структуры вещества.
  • интенсивное свойство: Любая характеристика вещества, не зависящая от количества присутствующего вещества.
  • физическое свойство: Любая характеристика, которая может быть определена без изменения химической идентичности вещества.

Все свойства материи являются экстенсивными или интенсивными, физическими или химическими. Обширные свойства, такие как масса и объем, зависят от количества измеряемого вещества. Интенсивные свойства, такие как плотность и цвет, не зависят от количества вещества.И экстенсивные, и интенсивные свойства являются физическими свойствами, что означает, что их можно измерить без изменения химической идентичности вещества. Например, точка замерзания вещества является физическим свойством: когда вода замерзает, это неподвижная вода (H 2 O) — просто она находится в другом физическом состоянии.

Твердое тело, жидкости и газы Вода может существовать в нескольких состояниях, включая лед (твердое тело), ​​воду (жидкость) и водяной пар (газ).

Между тем, химическое свойство — это любое свойство материала, которое проявляется в ходе химической реакции; то есть любое качество, которое может быть установлено только путем изменения химической идентичности вещества.Химические свойства нельзя определить, просто взглянув на вещество или прикоснувшись к нему; Чтобы исследовать химические свойства вещества, необходимо повлиять на его внутреннюю структуру.

Физические свойства

Физические свойства — это свойства, которые можно измерить или наблюдать без изменения химической природы вещества. Некоторые примеры физических свойств:

  • цвет (интенсивный)
  • плотность (интенсивная)
  • том (обширный)
  • масса (обширная)
  • точка кипения (интенсивная): температура, при которой вещество кипит
  • точка плавления (интенсивная): температура, при которой вещество плавится

Физические свойства Материя имеет массу и объем, что демонстрирует этот бетонный блок.Вы можете наблюдать его массу, чувствуя, насколько он тяжелый, когда пытаетесь поднять его; вы можете наблюдать его объем, глядя на него и замечая его размер. Масса и объем являются примерами обширных физических свойств.

Химические свойства

Помните, определение химического свойства заключается в том, что измерение этого свойства должно приводить к изменению химической структуры вещества. Вот несколько примеров химических свойств:

  • Теплота сгорания — это энергия, выделяющаяся при полном сгорании (сгорании) соединения с кислородом.Обозначение теплоты сгорания ΔH c .
  • Химическая стабильность означает, будет ли соединение реагировать с водой или воздухом (химически стабильные вещества не вступают в реакцию). Гидролиз и окисление — две такие реакции, обе представляют собой химические изменения.
  • Воспламеняемость означает, будет ли соединение гореть под воздействием огня. Опять же, горение — это химическая реакция, обычно высокотемпературная реакция в присутствии кислорода.
  • Предпочтительная степень окисления — это степень окисления с наименьшей энергией, для достижения которой металл будет подвергаться реакциям (если присутствует другой элемент, принимающий или отдающий электроны).

Показать источники

Boundless проверяет и курирует высококачественный контент с открытой лицензией из Интернета. Этот конкретный ресурс использовал следующие источники:

физических свойств молекулярных веществ

Размер точки плавления или кипения будет зависеть от силы межмолекулярных сил. Наличие водородных связей поднимет точки плавления и кипения. Чем больше молекула, тем больше возможно притяжений Ван-дер-Ваальса — и им также потребуется больше энергии для разрушения.

 

Растворимость в воде

Большинство молекулярных веществ нерастворимы (или растворимы лишь в очень низкой степени) в воде. Те, которые действительно растворяются, часто вступают в реакцию с водой или способны образовывать водородные связи с водой.

Почему метан, CH 4 , не растворяется в воде?

Проблема не в метане. Метан — это газ, поэтому его молекулы уже разделены — воде не нужно отделять их друг от друга.

Проблема в водородных связях между молекулами воды. Если бы метан растворился, ему пришлось бы пробиться между молекулами воды и, таким образом, разорвать водородные связи. Это стоит разумного количества энергии.

Единственное возможное притяжение между молекулами метана и воды — это гораздо более слабые силы Ван-дер-Ваальса — и при их создании выделяется не так много энергии. Смешивать метан и воду просто энергетически невыгодно.

Почему аммиак NH 3 растворяется в воде?

Аммиак обладает способностью образовывать водородные связи.Когда водородные связи между молекулами воды разрываются, они могут быть заменены эквивалентными связями между молекулами воды и аммиака.

Часть аммиака также вступает в реакцию с водой с образованием ионов аммония и гидроксид-ионов.

Обратимые стрелки показывают, что реакция не доходит до завершения. В любой момент времени только около 1% аммиака фактически прореагировало с образованием ионов аммония. Растворимость аммиака в основном связана с водородными связями, а не с реакцией.

Другие распространенные вещества, которые легко растворяются в воде, поскольку они могут связывать водородные связи с молекулами воды, включают этанол (спирт) и сахарозу (сахар).

 

Растворимость в органических растворителях

Молекулярные вещества часто растворяются в органических растворителях, которые сами по себе являются молекулярными. Молекулы растворенного вещества (растворяющееся вещество) и растворителя, вероятно, притягиваются друг к другу силами Ван-дер-Ваальса.Хотя эти притяжения будут нарушены при смешивании, они заменяются аналогичными между двумя разными типами молекул.

 

Электропроводность

Молекулярные вещества не проводят электричество. Даже в тех случаях, когда электроны могут быть делокализованы внутри конкретной молекулы, между молекулами недостаточно контакта, чтобы позволить электронам перемещаться через твердое тело или жидкость в целом.

Йод, I 2

Йод — темно-серое кристаллическое вещество с пурпурным паром.Температура плавления: 114 ° C. Температура кипения: 184 ° C. Он очень и очень мало растворим в воде, но легко растворяется в органических растворителях.

Таким образом, йод представляет собой твердое вещество с низкой температурой плавления. Кристалличность предполагает регулярную упаковку молекул.

Структура описывается как гранецентрированная кубическая — это куб из молекул йода с другой молекулой в центре каждой грани.

Ориентацию молекул йода в этой структуре довольно сложно определить (не говоря уже о том, чтобы помнить!).Если ваш учебный план и прошлые экзаменационные работы предполагают, что вам необходимо его запомнить, внимательно посмотрите на следующую последовательность диаграмм, показывающих слои.

молекула | Определение, примеры, структуры и факты

Молекула , группа из двух или более атомов, которые образуют наименьшую идентифицируемую единицу, на которую может быть разделено чистое вещество, и при этом сохраняют состав и химические свойства этого вещества.

Несколько методов представления структуры молекулы.В структурах Льюиса символы элементов представляют атомы, а точки — окружающие их электроны. Пара общих электронов (ковалентная связь) также может быть показана одной чертой. Модель шарика и ручки лучше иллюстрирует пространственное расположение атомов. Для ароматических соединений обычна структура Кекуле, в которой каждая связь представлена ​​тире, атомы углерода подразумеваются там, где встречаются две или более линий, а атомы водорода обычно опускаются. Формулы связи, аналогичные структуре Кекуле, часто используются для сложных неароматических органических соединений.Сахара часто изображают в виде проекций Фишера, в которых углеродный «каркас» изображен в виде прямой вертикальной линии с атомами углерода, подразумеваемыми там, где горизонтальные линии пересекаются с вертикальной.

© Merriam-Webster Inc.

Британская викторина

Подводки к химии

Возможно, вы знаете, что элементы составляют воздух, которым мы дышим, и воду, которую мы пьем, но знаете ли вы о них больше? Какой элемент почти такой же легкий, как водород? Что вы называете смесью двух химических элементов? Узнайте ответы в этой викторине.

Разделение образца вещества на все более мелкие части не приводит к изменению ни его состава, ни его химических свойств до тех пор, пока не будут получены части, состоящие из отдельных молекул. Дальнейшее деление вещества приводит к еще более мелким частям, которые обычно отличаются от исходного вещества по составу и всегда отличаются от него по химическим свойствам. На этой последней стадии фрагментации химические связи, удерживающие атомы вместе в молекуле, разрываются.

Атомы состоят из одного ядра с положительным зарядом, окруженного облаком отрицательно заряженных электронов. Когда атомы близко подходят друг к другу, электронные облака взаимодействуют друг с другом и с ядрами. Если это взаимодействие таково, что полная энергия системы снижается, тогда атомы связываются вместе, образуя молекулу. Таким образом, со структурной точки зрения молекула состоит из совокупности атомов, удерживаемых вместе валентными силами. Двухатомные молекулы содержат два атома, которые химически связаны.Если два атома идентичны, как, например, в молекуле кислорода (O 2 ), они составляют гомоядерную двухатомную молекулу, а если атомы разные, как в молекуле монооксида углерода (CO), они составляют гетероядерная двухатомная молекула. Молекулы, содержащие более двух атомов, называются многоатомными молекулами, например диоксид углерода (CO 2 ) и вода (H 2 O). Молекулы полимера могут содержать многие тысячи составляющих атомов.

молекула воды

Молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода.Одиночный атом кислорода содержит шесть электронов в своей внешней оболочке, которая может содержать в общей сложности восемь электронов. Когда два атома водорода связаны с атомом кислорода, внешняя электронная оболочка кислорода заполняется.

Encyclopædia Britannica, Inc.

Отношение количества атомов, которые могут быть связаны вместе с образованием молекул, является фиксированным; например, каждая молекула воды содержит два атома водорода и один атом кислорода. Именно эта особенность отличает химические соединения от растворов и других механических смесей.Таким образом, водород и кислород могут присутствовать в любых произвольных пропорциях в механических смесях, но при искрообразовании будут объединяться только в определенных пропорциях с образованием химического соединения воды (H 2 O). Одни и те же виды атомов могут объединяться в разных, но определенных пропорциях, чтобы образовать разные молекулы; например, два атома водорода будут химически связываться с одним атомом кислорода с образованием молекулы воды, тогда как два атома водорода могут химически связываться с двумя атомами кислорода с образованием молекулы пероксида водорода (H 2 O 2 ).Кроме того, атомы могут связываться друг с другом в одинаковых пропорциях, образуя разные молекулы. Такие молекулы называются изомерами и различаются только расположением атомов внутри молекул. Например, этиловый спирт (CH 3 CH 2 OH) и метиловый эфир (CH 3 OCH 3 ) оба содержат один, два и шесть атомов кислорода, углерода и водорода, соответственно, но эти атомы связаны по-разному.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.Подпишитесь сейчас

Не все вещества состоят из отдельных молекулярных единиц. Хлорид натрия (обычная поваренная соль), например, состоит из ионов натрия и ионов хлора, расположенных в решетке, так что каждый ион натрия окружен шестью равноудаленными ионами хлора, а каждый ион хлора окружен шестью равноудаленными ионами натрия. Силы, действующие между любым натрием и любым соседним ионом хлора, равны. Следовательно, не существует отчетливого агрегата, идентифицируемого как молекула хлорида натрия. Следовательно, в хлориде натрия и во всех твердых телах подобного типа понятие химической молекулы не имеет значения.Следовательно, формула такого соединения задается как простейшее соотношение атомов, называемое формульной единицей — в случае хлорида натрия — NaCl.

Молекулы удерживаются вместе с помощью общих электронных пар или ковалентных связей. Такие связи являются направленными, что означает, что атомы занимают определенные положения относительно друг друга, чтобы максимизировать прочность связи. В результате каждая молекула имеет определенную, довольно жесткую структуру или пространственное распределение своих атомов. Структурная химия связана с валентностью, которая определяет, как атомы соединяются в определенных соотношениях и как это связано с направлениями и длинами связей.Свойства молекул коррелируют с их структурой; например, молекула воды структурно изогнута и поэтому имеет дипольный момент, тогда как молекула диоксида углерода линейна и не имеет дипольного момента. Выяснение способа реорганизации атомов в ходе химических реакций очень важно. В некоторых молекулах структура не может быть жесткой; например, в этане (H 3 CCH 3 ) существует практически свободное вращение вокруг одинарной связи углерод-углерод.

Положение ядер в молекуле определяется либо из микроволновых колебательно-вращательных спектров, либо с помощью дифракции нейтронов. Электронное облако, окружающее ядра в молекуле, может быть изучено с помощью экспериментов по дифракции рентгеновских лучей. Дополнительную информацию можно получить с помощью методов электронного спинового резонанса или ядерного магнитного резонанса. Достижения в электронной микроскопии позволили получать визуальные изображения отдельных молекул и атомов. Теоретически молекулярная структура определяется путем решения квантовомеханического уравнения движения электронов в поле ядер (называемого уравнением Шредингера).В молекулярной структуре длины связей и валентные углы — это те, для которых молекулярная энергия наименьшая. Определение структур путем численного решения уравнения Шредингера стало высокоразвитым процессом, предполагающим использование компьютеров и суперкомпьютеров.

Молекулярная масса молекулы — это сумма атомных масс составляющих ее атомов. Если вещество имеет молекулярную массу M , то M грамм вещества называется одним моль.Количество молекул в одном моль одинаково для всех веществ; это число известно как число Авогадро (6.022140857 × 10 23 ). Молекулярные массы можно определить масс-спектрометрией и методами, основанными на термодинамике или явлениях кинетического переноса.

Материя MS-PS1 и ее взаимодействие

Учащиеся, демонстрирующие понимание, могут:

МС-ПС1-1.

[Уточняющее заявление: упор делается на разработку моделей молекул разной сложности.Примеры простых молекул могут включать аммиак и метанол. Примеры расширенных структур могут включать хлорид натрия или алмазы. Примеры моделей на молекулярном уровне могут включать рисунки, трехмерные структуры шариков и палочек или компьютерные изображения, показывающие различные молекулы с разными типами атомов.] [ Граница оценки: оценка не включает валентные электроны и энергию связи, обсуждая ионную природу субъединиц. сложных структур или полное описание всех отдельных атомов в сложной молекуле или расширенной структуре не требуется.]

MS-PS1-2.

[Уточняющее заявление: Примеры реакций могут включать сжигание сахара или стальной ваты, реакцию жира с гидроксидом натрия и смешивание цинка с хлористым водородом.] [ Граница оценки: Оценка ограничивается анализом следующих свойств: плотность, температура плавления, кипение точка, растворимость, воспламеняемость и запах. ]

MS-PS1-3. [Уточнение: особое внимание уделяется природным ресурсам, которые подвергаются химическому процессу с образованием синтетического материала.Примеры новых материалов могут включать новые лекарства, продукты питания и альтернативные виды топлива.] [ Граница оценки: оценка ограничивается качественной информацией. ]
MS-PS1-4.

[Уточняющее заявление: акцент делается на качественных моделях твердых тел, жидкостей и газов на молекулярном уровне, чтобы показать, что добавление или удаление тепловой энергии увеличивает или уменьшает кинетическую энергию частиц до тех пор, пока не произойдет изменение состояния. Примеры моделей могут включать чертежи и диаграммы.Примеры частиц могут включать молекулы или инертные атомы. Примеры чистых веществ могут включать воду, диоксид углерода и гелий.]

MS-PS1-5. [Уточнение: акцент делается на законе сохранения материи и на физических моделях или чертежах, включая цифровые формы, которые представляют атомы.] [ Граница оценки: оценка не включает использование атомных масс, балансировку символьных уравнений или межмолекулярные силы. ]
MS-PS1-6. [Уточнение: особое внимание уделяется конструкции, контролю передачи энергии в окружающую среду и модификации устройства с использованием таких факторов, как тип и концентрация вещества. Примеры конструкций могут включать химические реакции, такие как растворение хлорида аммония или хлорида кальция.] [ Граница оценки: оценка ограничивается критериями количества, времени и температуры вещества при испытании устройства. ]

Наука и инженерная практика

Разработка и использование моделей

Моделирование в 6–8 основано на K – 5 и переходит к разработке, использованию и пересмотру моделей для описания, тестирования и прогнозирования более абстрактных явлений и систем проектирования.

Анализ и интерпретация данных

Анализ данных в 6–8 основывается на K – 5 и расширяется до расширения количественного анализа на исследования, различения между корреляцией и причинно-следственной связью, а также основных статистических методов анализа данных и ошибок.

Построение объяснений и разработка решений

Построение объяснений и разработка решений в 6–8 основано на опыте K – 5 и включает в себя построение объяснений и разработку решений, подкрепленных многочисленными источниками доказательств, согласующихся с научными знаниями, принципами и теориями.

Получение, оценка и передача информации

Получение, оценка и передача информации на курсах 6–8 основаны на K – 5 и позволяют оценить достоинства и обоснованность идей и методов.

— — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — —

Связь с природой науки

Научные знания основаны на эмпирических данных

  • Научные знания основаны на логических и концептуальных связях между доказательствами и объяснениями.(MS-PS1-2)

Научные модели, законы, механизмы и теории объясняют природные явления

  • Законы — это закономерности или математические описания природных явлений. (MS-PS1-5)

Основные дисциплинарные идеи

PS1.A: Структура и свойства вещества

PS1.B: Химические реакции

PS3.A: Определения энергии

ETS1.B: Разработка возможных решений

ETS1.C: Оптимизация проектного решения

Комплексные концепции

Узоры

Причина и следствие

Масштаб, пропорции и количество

Энергия и материя

Структура и функции

— — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — —

Connections to Engineering, Technology,

& nbsp and Applications of Science

Взаимозависимость науки, техники и технологий

  • Инженерные достижения привели к важным открытиям практически во всех областях науки, а научные открытия привели к развитию целых отраслей и инженерных систем.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.