Закономерности, происходящие в веществах, процессы их превращения, при которых происходит изменение их состава и структуры, изучает раздел естествознания — химия. Она занимается явлениями природы, сопровождающими химические изменения вещества, изучает причины и законы управления химическими процессами, а также рассматривает составные части вещества и их применение на практике. Отдельные химические процессы (получение металлов из руд, крашение тканей и др.) использовались еще на заре становления человеческой цивилизации. Позже, в III—IV вв., зародилась алхимия, задачей которой было превращение неблагородных металлов в благородные (золото, серебро). Начиная с эпохи Возрождения химические исследования все в большей мере стали использовать для практических целей (металлургия, стеклоделие, керамика, получение красок и т. д.). Химию можно определить как науку, изучающую вещества и процессы их превращения, сопровождающиеся изменением состава и структуры. Химический процесс сопровождается изменением состава веществ, их структуры и обязательно энергетическими изменениями в реагирующей системе. Вследствие взаимосвязанности форм движения материи и их взаимопре- 197
вращаемости в результате химических реакций имеет место превращение химической энергии в теплоту, свет и проч. Химия нужна человечеству для того, чтобы из вещества природы получать по возможности все необходимое — металлы, цемент, бетон, керамику, фарфор, стекло, каучук, пластмассы, искусственные волокна, лекарства и многое другое. Основой химической науки является атомно-молекулярное учение (АМУ), закон сохранения материи, периодический закон и теория строения вещества, учение о химическом процессе (кинетика). Химические процессы подчиняются всеобщим законам природы — закону сохранения массы вещества и закону сохранения энергии. Закон сохранения массы вещества открыли М. В. Ломоносов и А. Л. Лавуазье почти независимо друг от друга. Они далеко продвинули развитие химии тем, что при химических реакциях применили физические методы, в частности взвешивание. Закон сохранения массы в химических процессах можно сформулировать так: сумма масс исходных веществ (соединений) равна сумме масс продуктов химической реакции. Например, при разложении воды масса воды будет равна сумме массы водорода и массы кислорода. Из закона сохранения вещества вытекает, что вещество нельзя ни создать из ничего, ни уничтожить совсем. Количественным выражением закона сохранения массы веществ применительно к производственному химическому процессу является материальный баланс, в котором подтверждается, что масса веществ, поступивших на технологическую операцию, равна массе полученных веществ. Закон сохранения энергии действует во всех случаях и повсюду, где одна форма энергии переходит в другую. Несмотря на обилие эмпирического материала о свойствах различных веществ и их соединений, особенностях протекания разнообразных реакций, в химии, до открытия в 1869 г. периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева не существовало той объединяющей концепции, с которой можно было бы объяснить весь накопленный фактический материал. Было бы,
2AgCl => 2Ag +Cl2 2Fe + 3Cl2 => 2FeCl3 2K + 2H2O => 2KOH + H2 NaOH + HCl => NaCl + H2O К примеру возьмем первое уравнение. Уравнение состоит из левой части (реагенты) и правой части (продукты реакции). Химические формулы составляются согласно валентности с индексов, которые при уравнивании реакции изменять нельзя. Уравнивают уравнение реакции согласно Закону сохранения массы веществ, то есть количество атомов каждого элемента в левой части должно быть равно количеству атомов элемента в правой части. У нас первая реакция - реакция разложения хлорида серебра. Смотрим внимательно на уравнение, видим, что в левой части уравнения 1 атом хлора, а в правой части уравнения - 2 атома хлора, поэтому перед AgCl ставим коэффициент 2, теперь у нас в левой части стало 2 атома серебра, а в правой - 1 атом серебра, в правой части перед атомом серебра ставим коэффициент 2. Проверим все атомы в левой и правой частях уравнения: 2 атома серебра в левой части уравнения равно 2 атомам серебра в правой части уравнения, 2 атома хлора в левой части уравнения равно 2 атомам хлора (двухатомная молекула хлора) в правой части уравнения. Уравнение читается следующим образом: при разложении 2 моль хлорида серебра (аргентум хлор) образуется 2 моль серебра (аргентума) и 1 моль молекулы хлора. Подобно уравниваются все уравнения.
Закономерности, происходящие в веществах, процессы их превращения, при которых происходит изменение их состава и структуры, изучает раздел естествознания — химия. Она занимается явлениями природы, сопровождающими химические изменения вещества, изучает причины и законы управления химическими процессами, а также рассматривает составные части вещества и их применение на практике. Отдельные химические процессы (получение металлов из руд, крашение тканей и др.) использовались еще на заре становления человеческой цивилизации. Позже, в III—IV вв., зародилась алхимия, задачей которой было превращение неблагородных металлов в благородные (золото, серебро). Начиная с эпохи Возрождения химические исследования все в большей мере стали использовать для практических целей (металлургия, стеклоделие, керамика, получение красок и т. д.).
Химию можно определить как науку, изучающую вещества и процессы их превращения, сопровождающиеся изменением состава и структуры. Химический процесс сопровождается изменением состава веществ, их структуры и обязательно энергетическими изменениями в реагирующей системе. Вследствие взаимосвязанности форм движения материи и их взаимопре-
197
вращаемости в результате химических реакций имеет место превращение химической энергии в теплоту, свет и проч. Химия нужна человечеству для того, чтобы из вещества природы получать по возможности все необходимое — металлы, цемент, бетон, керамику, фарфор, стекло, каучук, пластмассы, искусственные волокна, лекарства и многое другое.
Основой химической науки является атомно-молекулярное учение (АМУ), закон сохранения материи, периодический закон и теория строения вещества, учение о химическом процессе (кинетика). Химические процессы подчиняются всеобщим законам природы — закону сохранения массы вещества и закону сохранения энергии. Закон сохранения массы вещества открыли М. В. Ломоносов и А. Л. Лавуазье почти независимо друг от друга. Они далеко продвинули развитие химии тем, что при химических реакциях применили физические методы, в частности взвешивание. Закон сохранения массы в химических процессах можно сформулировать так: сумма масс исходных веществ (соединений) равна сумме масс продуктов химической реакции. Например, при разложении воды масса воды будет равна сумме массы водорода и массы кислорода. Из закона сохранения вещества вытекает, что вещество нельзя ни создать из ничего, ни уничтожить совсем. Количественным выражением закона сохранения массы веществ применительно к производственному химическому процессу является материальный баланс, в котором подтверждается, что масса веществ, поступивших на технологическую операцию, равна массе полученных веществ. Закон сохранения энергии действует во всех случаях и повсюду, где одна форма энергии переходит в другую.
Несмотря на обилие эмпирического материала о свойствах различных веществ и их соединений, особенностях протекания разнообразных реакций, в химии, до открытия в 1869 г. периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева не существовало той объединяющей концепции, с которой можно было бы объяснить весь накопленный фактический материал. Было бы,
2Fe + 3Cl2 => 2FeCl3
2K + 2H2O => 2KOH + H2
NaOH + HCl => NaCl + H2O
К примеру возьмем первое уравнение. Уравнение состоит из левой части (реагенты) и правой части (продукты реакции). Химические формулы составляются согласно валентности с индексов, которые при уравнивании реакции изменять нельзя. Уравнивают уравнение реакции согласно Закону сохранения массы веществ, то есть количество атомов каждого элемента в левой части должно быть равно количеству атомов элемента в правой части. У нас первая реакция - реакция разложения хлорида серебра. Смотрим внимательно на уравнение, видим, что в левой части уравнения 1 атом хлора, а в правой части уравнения - 2 атома хлора, поэтому перед AgCl ставим коэффициент 2, теперь у нас в левой части стало 2 атома серебра, а в правой - 1 атом серебра, в правой части перед атомом серебра ставим коэффициент 2. Проверим все атомы в левой и правой частях уравнения: 2 атома серебра в левой части уравнения равно 2 атомам серебра в правой части уравнения, 2 атома хлора в левой части уравнения равно 2 атомам хлора (двухатомная молекула хлора) в правой части уравнения. Уравнение читается следующим образом: при разложении 2 моль хлорида серебра (аргентум хлор) образуется 2 моль серебра (аргентума) и 1 моль молекулы хлора. Подобно уравниваются все уравнения.