Уроки: Chemistry

11 уроков

• Кислоты и основания: свойства, индикаторы и реакции – Кислота даёт в воде ионы H⁺, а основание даёт ионы OH⁻. Индикатор по цвету или запаху показывает, что находится в растворе, а когда H⁺ встречается с OH⁻, получается вода и остаётся соль.
• Кислоты, основания, соли и титрование – Неорганические вещества делятся на четыре большие группы: оксиды, кислоты, основания и соли. Они связаны между собой: металл даёт основный оксид, оксид даёт основание, а основание с кислотой даёт соль и воду. Титрование использует эту реакцию нейтрализации, чтобы узнать неизвестную концентрацию: раствор основания с известной концентрацией по каплям добавляют из бюретки, пока вся кислота не израсходуется (точка эквивалентности). Тогда n(кислоты) = n(основания) по уравнению реакции, а для реакции 1 : 1 верно C₁V₁ = C₂V₂.
• Состав воздуха – Воздух — это смесь газов. По объёму сухой воздух содержит примерно 78% азота, 21% кислорода, 0,93% аргона и 0,04% углекислого газа, а также совсем немного других благородных газов. Количество водяного пара меняется от 0 до примерно 4%. Что воздух — смесь, и сколько в нём кислорода, можно показать опытом: если в закрытой трубке железо ржавеет (или горит фосфор), вода поднимается примерно на одну пятую. Дым, сернистый газ, оксиды азота и угарный газ делают воздух вредным, но мы можем их сократить.
• Спирты – Спирт – это органическое соединение, в котором группа –OH стоит у sp³-атома углерода (R–OH). Чтобы определить тип спирта, посчитайте, сколько атомов углерода соединено с углеродом C–OH: один – первичный (1°), два – вторичный (2°), три – третичный (3°). Название строят как алкан-n-ол, а группе –OH дают наименьший номер. Спирты получают из алкенов (гидратация с кислотой или гидроборирование–окисление), восстановлением альдегидов, кетонов и кислот, а также из реактивов Гриньяра. Водородные связи дают спиртам высокую температуру кипения и растворимость в воде. В реакциях рвётся либо связь O–H (кислотные свойства: Na, этерификация), либо связь C–O (HX, дегидратация), а 1° и 2° спирты ещё и окисляются. Главные промышленные спирты – метанол и этанол.
• Строение атома – В центре атома находится крошечное тяжёлое положительное ядро из протонов и нейтронов. Электроны движутся вокруг него по определённым слоям K, L, M, N. Число протонов (Z) определяет элемент; протоны плюс нейтроны дают массовое число (A). Валентность зависит от внешних электронов. У изотопов одинаковое Z, у изобаров одинаковое A.
• Температура, энергия активации, катализаторы и теория столкновений – Чтобы стать продуктами, молекулы реагентов должны взобраться на энергетический холм, высота которого называется энергией активации Ea. Уравнение Аррениуса k = A e^(−Ea/RT) показывает: при небольшом росте температуры через холм переходит намного больше молекул, поэтому k быстро растёт. Катализатор даёт более низкий холм, а ΔH не меняет. Теория столкновений: молекулы реагируют, только если сталкиваются с достаточной энергией и правильной ориентацией.
• Углублённая химия: строение, свойства, энергия и равновесие – Углублённая химия связывает четыре большие идеи. Строение: атомы соединяются в определённые формы. Свойства: форма и распределение заряда определяют температуру плавления, растворимость и многое другое. Энергия: реакции нужен толчок (энергия активации), и она выделяет или поглощает тепло. Равновесие: обратимые реакции приходят в состояние, где скорости прямой и обратной реакций равны.
• Химические реакции и уравнивание уравнений – В химической реакции атомы не появляются и не исчезают, они только меняют «партнёров». Поэтому в химическом уравнении каждого вида атомов должно быть поровну слева и справа. Уравниваем, меняя числа перед формулами, но никогда не меняя сами формулы.
• Химические свойства соединений углерода: этанол и этановая кислота – Соединения углерода горят в кислороде и дают CO₂, воду, тепло и свет (горение). Сильные окислители превращают спирты в кислоты (окисление). Непредельные соединения присоединяют водород с никелевым катализатором (присоединение). Предельные соединения в свете обменивают водород на хлор (замещение). Этанол реагирует с натрием с выделением водорода и при отщеплении воды даёт этен. Этановая кислота слабая, с спиртами образует сложные эфиры, а с карбонатами выделяет CO₂.
• Химическое равновесие: Kc, Kp, Q и энергия Гиббса – В закрытом сосуде обратимая реакция идёт в обе стороны. Через некоторое время скорости прямой и обратной реакций становятся равными, поэтому количества веществ перестают меняться, но реакция не останавливается. Это динамическое равновесие. В равновесии отношение продуктов к реагентам (каждый в степени своего коэффициента) равно постоянному числу, константе равновесия K. Kc считают по концентрациям, Kp по парциальным давлениям, и Kp = Kc(RT)^Δn. Чистые твёрдые вещества и жидкости в K не входят. Реакционный коэффициент Q показывает направление: Q < K, реакция идёт вперёд; Q > K, назад; Q = K, это равновесие. K связана с энергией Гиббса: ΔG = ΔG° + RT ln Q и ΔG° = −RT ln K.
• Щелочные металлы и соединения натрия – Щелочные металлы (литий, натрий, калий, рубидий, цезий) стоят в 1 группе периодической таблицы. У каждого атома один внешний электрон, который он легко отдаёт, превращаясь в ион M⁺. Эти металлы мягкие, лёгкие и очень активные: с водой они дают водород и щёлочь, а на воздухе горят. Сверху вниз по группе активность растёт. Натрий образует Na₂O, Na₂O₂, Na₂CO₃ (кальцинированная сода) и NaHCO₃ (пищевая сода), а каждый металл по-своему окрашивает пламя.