Контрольная работа по "Химии". 27

Содержание:

1. Химия и периодическая система Менделеева…………………………………………………….………. 2
2. Основы производства полимеров……………………………………………………………………………….…. 5
3. Решение задач (Окислительно-Восстановительные Реакции)………………………………….... 7
4. Приложение…………………………………………………………………………………………………………………..… 8
5. Литература……………………………………………………………………………………………………………………….. 9

1. Химия и периодическая система Менделеева. 

Химия - наука о веществах, их строении, свойствах и превращениях. В широком понимании, вещество - это любой вид материи, обладающий собственной массой, например элементарные частицы. В химии понятие вещества более узкое, а именно: вещество - это любая совокупность атомов и молекул.

Превращения веществ, сопровождающиеся изменением состава молекул, называются химическими реакциями. Традиционная химия изучает реакции, которые происходят на макроскопическом уровне (в лаборатории или в окружающем мире), и интерпретирует их на атомно-молекулярном уровне. Известно, например, что сера горит на воздухе голубым пламенем, давая резкий запах. Это - макроскопическое явление.

Современная химия способна изучать химические реакции с участием отдельных  молекул, обладающих строго определенной энергией. Пользуясь этим, можно  управлять течением химических реакций, подавая энергию в определенные участки молекулы. Управление химическими  процессами на молекулярном уровне - одна из основных особенностей современной  химии.

Химия как  метод изучения химических свойств  и строения веществ является чрезвычайно  многогранной и плодотворной наукой. На сегодняшний день известно около 15 млн. органических и около полумиллиона неорганических веществ, причем каждое из этих веществ может вступать в  десятки реакций, и каждое из них  имеет внутреннее строение. Внутреннее строение определяет химические свойства; в свою очередь, по химическим свойствам  мы часто можем судить о строении вещества.

Современная химия настолько разнообразна как  по объектам, так и по методам  их исследования, что многие ее разделы  представляют собой самостоятельные  науки. Взаимодействие химии и физики дало сразу две науки: физическую химию и химическую физику, причем эти науки, несмотря на сходство названий, изучают совершенно разные объекты. Физическая химия исследует вещества, состоящие из большого числа атомов и молекул, с помощью физических методов и на основе законов физики. Химическая физика основной упор делает на физическом исследовании элементарных химических процессов и строения молекул, ее предметом являются отдельные частицы вещества.

Одним из передовых  направлений химии является биохимия - наука, изучающая химические основы жизни.

Чрезвычайно интересные результаты получены в области космической химии, которая занимается химическими процессами, протекающими на планетах и звездах, а также в межзвездном пространстве.

Самой молодой  областью химии является возникшая  буквально в последнее десятилетие математическая химия. Ее задача - применение математических методов для обработки химических закономерностей, поиска связей между строением и свойствами веществ, кодирования веществ по их молекулярной структуре, подсчета числа изомеров органических веществ. Cовременная химия самым тесным образом взаимодействует со всеми другими областями естествознания. Ни одно серьезное химическое исследование не обходится без использования физических методов для установления структуры веществ и математических методов для анализа результатов. 

Основу химии  составляют атомно-молекулярная теория, теория строения атомов и молекул, закон  сохранения массы и энергии и  периодический закон. 
 

Периодическая система химических элементов (таблица Менделеева) — классификация химических элементов, устанавливающая зависимость различных свойств элементов от заряда атомного ядра. Система является графическим выражением периодического закона, установленного русским химиком Д. И. Менделеевым в 1869 году. Её первоначальный вариант был разработан Д. И. Менделеевым в 1869—1871 годах и устанавливал зависимость свойств элементов от их атомного веса (по-современному, от атомной массы). Всего предложено несколько сотен вариантов изображения периодической системы (аналитических кривых, таблиц, геометрических фигур и т. п.). В современном варианте системы предполагается сведение элементов в двумерную таблицу, в которой каждый столбец (группа) определяет основные физико-химические свойства, а строки представляют собой периоды, в определённой мере подобные друг другу.

Распространённее  других являются 3 формы таблицы  Менделеева: «короткая» (короткопериодная), «длинная» (длиннопериодная) и «сверхдлинная». В «сверхдлинном» варианте каждый период занимает ровно одну строчку. В «длинном» варианте лантаноиды и актиноиды вынесены из общей таблицы, делая её более компактной. В «короткой» форме записи, в дополнение к этому, четвёртый и последующие периоды занимают по 2 строчки; символы элементов главных и побочных подгрупп выравниваются относительно разных краёв клеток.

Ниже приведён длинный вариант (длиннопериодная форма), утверждённый Международным союзом теоретической и прикладной химии (IUPAC) в качестве основного.

Короткая  форма таблицы, содержащая восемь групп элементов, была официально отменена ИЮПАК в 1989 году. Несмотря на рекомендацию использовать длинную форму, короткая форма продолжает приводиться в большом числе российских справочников и пособий и после этого времени. Из современной иностранной литературы короткая форма исключена полностью, вместо неё используется длинная форма. Такую ситуацию некоторые исследователи связывают в том числе с кажущейся рациональной компактностью короткой формы таблицы, а также с инерцией, стереотипностью мышления и невосприятием современной (международной) информации.

В 1970 году Теодор Сиборг предложил расширенную таблицу периодических элементов. Нильсом Бором разрабатывалась лестничная (пирамидальная) форма периодической системы. Существует и множество других, редко или вовсе не используемых, но весьма оригинальных, способов графического отображения Периодического закона. Сегодня существуют несколько сотен вариантов таблицы, при этом учёные предлагают всё новые варианты. 

Периодическая система Д. И. Менделеева стала важнейшей вехой в развитии атомно-молекулярного учения. Благодаря ей сложилось современное понятие о химическом элементе, были уточнены представления о простых веществах и соединениях.

Прогнозирующая  роль периодической системы, показанная ещё самим Менделеевым, в ХХ веке проявилась в оценке химических свойств трансурановых элементов.

Разработанная в XIX в. в рамках науки химии, периодическая таблица явилась готовой систематизацией типов атомов для новых разделов физики, получивших развитие в начале XX в. — физики атома и физики ядра. В ходе исследований атома методами физики было установлено, что порядковый номер элемента в таблице Менделеева (атомный номер) является мерой электрического заряда атомного ядра этого элемента, номер горизонтального ряда (периода) в таблице определяет число электронных оболочек атома, а номер вертикального ряда — квантовую структуру верхней оболочки, чему элементы этого ряда и обязаны сходством химических свойств. 
 

2. Основы производства полимеров.

Полимеры все шире и шире проникают во все области техники, сельского хозяйства и быта, так что наше время начинают называть не только атомным веком, эпохой космических полетов, но и веком полимеров. Советские химики, инженеры, техники, рабочие прилагают большие усилия, чтобы производство синтетических материалов в текущем семилетии значительно увеличилось. Здесь излучения также смогут сыграть важную роль, так как с их помощью можно получать полимеры и изменять свойства готовых пластиков.

Полимерами  называют высокомолекулярные соединения, состоящие из одной, двух или более  малых молекул (звеньев), которые  связаны между собой химической связью. Полимеры получаются методами полимеризации и поликонденсации. Исходные для образования полимера молекулы (мономеры) должны быть по крайней мере двухфункциональными.

Полимеризация – реакция образования полимера без образования низкомолекулярных продуктов. В качестве мономера используется молекула, содержащая кратную связь. При полимеризации этилена роль бифункциональной структурной единицы играет двойная связь, которая под влиянием инициатора (например, органического пероксида перикиси бензолоила (C₆H₅COO)₂), легко переходит в радикальное состояние R∙; присоединение радикала создает условия для роста цепи:

+ →        инициирование         рост цепи

Для реакции полимеризации характерны три стадии: инициирование, рост цепи и обрыв цепи:

Этот тип полимеризации называется радикальным.

Полимеризация может инициироваться катионами  или анионами (ионами). Ионная полимеризация включает те же стадии (инициирование, рост цепи, обрыв цепи). Инициаторамикатионной полимеризации могут быть H⁺, неорганические апротонные кислоты SnCl₄, AlCl₃, металлоорганические соединения Al(C₂H₅)₃. Инициаторами анионной полимеризации обычно служат электронодонорные соединения (щелочные металлы, их алкоголяты и т. д.).

Катионная полимеризация:

Анионная полимеризация:

+        обрыв цепи 

Поликонденсация сопровождается образованием полимера и низкомолекулярного соединения (H₂O, HCl, NH₃ и т. п.). Мономеры должны содержать минимум две функциональные группы.

Типичная  реакция поликонденсации лежит  в основе получения фенолформальдегидных смол

или полиэфирных  соединений

 + 

 + n  
 
 
 
 
 
 

3. Решение  задач (Окислительно-Восстановительные  Реакции).

Задача 1. Подберите  коэффициенты в уравнении окислительно-восстановительной  реакции

Fe₂O₃ + CO ® Fe + CO₂

Решение

Fe₂O₃ + 3 CO = 2 Fe +3 CO₂

Fe^III + 3 e^- = Fe⁰          2

C^II - 2 e^- = C^IV            3

При одновременном  окислении (или восстановлении) атомов двух элементов одного вещества расчет ведут на одну формульную единицу  этого вещества. 

Задача 2. Напишите уравнения реакций, протекающих в водной среде:

а) Na₂SО₃ + КМnО₄ + Н₂SО₄ → X + …

б) Х + КОН → ...

Решение.

а) Перманганат калия в кислой среде восстанавливается в соль марганца (II), а сульфит натрия окисляется до сульфата натрия:

5Nа₂SО₃ + 2КМnО₄ + ЗН₂SО₄ = 5Nа₂SО₄ + К₂SО₄ + 2МnSО₄ + ЗН₂О.

б) Из продуктов реакции а) только сульфат марганца (II) (вещество X) реагирует со щелочью в водном растворе:

MnSО₄ + 2КОН = Мn(ОН)₂↓+ К₂SО₄.      
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

4. Приложение.

Основные  законы химии:

• Закон сохранения массы (М. Ломоносов, 1748; А. Лавуазье, 1789): масса всех веществ, вступивших в химическую реакцию, равна максе всех продуктов реакции.
• Периодический закон (Д. Менделеев, 1869): свойства простых веществ, а также формы и свойства соединений элементов находится в периодической зависимости от заряда ядра элемента. Существует ряд частных законов химии, которые имеют ограниченную область применения.
• Закон постоянства состава (Ж. Пруст, 1808): все индивидуальные вещества имеют постоянный качественный и количественный состав, независимо от способа их получения.
• Закон кратных отношений (Д.Дальтон, 1803 г.): если два химических элемента дают несколько соединений, то весовые доли одного и того же элемента в этих соединениях, приходящиеся на одну и ту же весовую долю второго элемента, относятся между собой как небольшие целые числа.
• Закон объемных отношений (Гей-Люссак, 1808 г.): объемы газов, вступающих в химические реакции, и объемы газов, образующихся в результате реакции, относятся между собой как небольшие целые числа.
• Закон Авогадро ди Кваренья (1811 г.): в равных объемах различных газов при одинаковых условиях (температура, давление и т.д.) содержится одинаковое число молекул. Закон справедлив только для газообразных веществ.
• Уравнение Клайперона-Менделеева: если записать объединенный газовый закон для любой массы любого газа, то получается уравнение Клайперона-Менделеева:

pV= (m / M) RT

где m - масса газа; M - молекулярная масса; p - давление; V - объем; T - абсолютная           температура (°К); R - универсальная газовая постоянная (8,314 Дж/(моль•К). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

5. Литература. 

Иванов  В.Г., Горленко В.А., Гева О.Н. Органическая химия. Учебник. М.: Издательский центр. «Академия». 2008 

Общая химия.// Под ред. Ершова Ю.А. Учебник  М.: «Высшая школа».  2005. 

Артеменко А.И. Органическая химия. Учебник. М.: «Высшая  школа» 2002. 

Глинка  Н.Л. Общая химия. Учебник. М.: «Интеграл- Пресс» 2000. 

Коровин Н.В. Общая химия. Учебник. М.: «Высшая  школа» 2003.