Химия — вопрос в нашем окружении
Все, что находится в этой вселенной, состоит из некоторых материалов, ученые назвали их «материей». Например, пища, которую мы едим, воздух, которым мы дышим, камни, облака, звезды, растения, животные, вода, пыль, все это классифицируется как материя.
Частицы материи очень маленькие, обычно не видны невооруженным глазом.
Частицы материи постоянно движутся, что известно как «кинетическая энергия».
Кинетическая энергия частиц напрямую зависит от температуры, так как температура увеличивается, скорость движения также увеличивается.
Частицы материи имеют силу притяжения; поэтому они привлекают друг друга.
Сила притяжения частиц удерживает частицы вместе; однако сила притяжения варьируется от одного вида вещества к другому.
Материя имеет три следующих состояния:
Твердое состояние
Жидкое состояние
Газообразное состояние
Давайте обсудим их вкратце —
Все твердые материалы имеют определенную форму, четкие границы и фиксированные объемы.
Большинство твердых материалов имеют незначительную сжимаемость.
Все твердые материалы имеют естественную тенденцию сохранять свою форму при воздействии внешней силы.
Твердые материалы могут быть разрушены под действием силы, но очень трудно изменить их форму, так как они жесткие.
В отличие от твердых веществ, жидкости не имеют фиксированной формы; однако они имеют фиксированный объем.
Жидкости принимают форму контейнера, в котором они хранятся.
Жидкости имеют свойство течь и менять форму.
Материя в виде воздуха, который не является ни твердым, ни жидким, известен как газ. Например, кислород, азот, водород и т. Д.
В отличие от твердого, газ не имеет определенного размера и формы.
Газы, такие как сжиженный нефтяной газ (СНГ — используется в кулинарии); сжатый природный газ (КПГ — используется в качестве топлива в транспортных средствах) и др. обладает высокой сжимаемостью; следовательно, большой объем газа может быть сжат в маленький баллон и может быть легко транспортирован.
Газы обычно обладают способностью очень быстро диффундировать в другие газы. Это причина того, что мы можем чувствовать запах (хороший или плохой) на расстоянии.
Вода может существовать во всех трех состояниях, например, в виде льда; вода (H2O) в виде жидкости; и водяной пар как газ. Следующая диаграмма иллюстрирует превращение воды в разные состояния —
Температура, при которой твердое вещество плавится и превращается в жидкость (при данном атмосферном давлении), называется «температурой плавления».
Точка плавления твердого тела является показателем силы силы притяжения между его частицами.
Температура плавления льда составляет 273,16 К, то есть 0 0 С.
Процесс плавления (то есть изменение твердого состояния в жидкое состояние) известен как плавление .
Количество тепловой энергии, которое требуется для превращения 1 кг твердых материалов в жидкие материалы при данном атмосферном давлении, известно как скрытая теплота плавления.
Температура, при которой жидкость начинает кипеть при данном атмосферном давлении, называется «точкой кипения».
Температура кипения воды составляет 373 К, т.е. 100 ° С.
Изменение состояния вещества непосредственно из твердого состояния в газ без перехода в жидкое состояние (или наоборот) называется «сублимацией».
Явление, т. Е. Превращение жидкости в пары при любой температуре ниже точки кипения, называется «испарением».
Твердый диоксид углерода (СО 2 ) хранится под высоким давлением.
Твердый CO 2 превращается непосредственно в газообразное состояние, когда давление снижается до 1 атмосферы.
Атмосфера (атм) — это единица измерения давления газа, а единица измерения давления — Паскаль (Па); 1 атмосфера = 1,01 × 105 Па.
Плазма — это состояние, состоящее из сверхэнергетических и сверх возбужденных частиц.
Сверх возбужденные частицы находятся в форме ионизированных газов. Например, люминесцентная лампа (которая содержит газообразный гелий) и неоновые лампы (которые содержат газообразный неон) состоят из плазмы.
Химия — материя вокруг нас чиста
Чистое вещество — это то, что состоит из одного типа частиц или частиц.
Смеси двух или более чистых компонентов без каких-либо нежелательных веществ известны как смеси , например, вода, минералы, почва и т. Д.
Гомогенная смесь двух или более веществ известна как раствор . Например, лимонад, газированная вода и т. Д.
Раствор может быть в любой форме, такой как — он может быть жидким, твердым или газообразным.
Сплавы являются еще одним примером смеси, которая содержит гомогенные смеси металлов; они не могут быть разделены на компоненты физическими методами. Например, латунь представляет собой смесь цинка (приблизительно 30%) и меди (около 70%).
Раствор обычно представляет собой гомогенную смесь.
Частицы раствора имеют диаметр менее 1 нм (10-9 м), и, следовательно, они не видны невооруженным глазом.
Путь света не виден в растворе.
Растворенные частицы не могут быть отделены от смеси простым процессом фильтрации.
Растворенные частицы не оседают, когда они остаются в покое.
При данной температуре, когда растворение больше не может быть растворено в растворе, оно известно как «насыщенный раствор».
При данной температуре количество растворенных частиц, присутствующих в насыщенном растворе, известно как растворимость ».
Суспензия представляет собой гетерогенную смесь, в которой частицы растворенного вещества не растворяются, а остаются суспендированными по всей массе среды, известная как «суспензия».
Частицы взвеси хорошо видны невооруженным глазом.
Частицы взвеси рассеивают луч света, который проходит через него, и его путь виден.
Частицы салюта могут быть отделены от смеси простым процессом фильтрации.
Гетерогенная смесь известна как «коллоид». Например, туман, туман, дым, крем для лица и т. Д.
Размер коллоидных частиц слишком мал, чтобы увидеть невооруженным глазом.
Коллоидные частицы достаточно велики, чтобы рассеять проходящий через него луч света и сделать путь видимым.
Коллоидные частицы не могут быть отделены от смеси простым процессом фильтрации.
Для отделения коллоидных частиц можно использовать специальную технику фильтрации, например центрифугирование .
Процесс разделения компонентов смеси называется хроматографией ; обычно это используется для цветоделения.
Хроматографический метод используется для разделения тех растворенных веществ, которые растворяются в одном растворителе.
Процесс очистки жидкости с помощью нагревательных и охлаждающих средств известен как дистилляция.
Процесс, который отделяет чистое твердое вещество в форме его кристаллов от раствора, известен как «кристаллизация».
В 1661 году Роберт Бойл был первым ученым, который использовал термин элемент; Антуан Лоран Лавуазье, французский химик, был первым, кто экспериментально определил термин элемент.
Элемент является основной формой материи, которая не может быть разделена на более простые вещества в результате химической реакции.
Элементы обычно можно классифицировать как металлы, неметаллы и металлоиды .
Твердый материал, который обычно является твердым, пластичным, пластичным, блестящим и плавким с хорошей электрической и теплопроводностью, известен как металл . Например, золото, серебро, медь, алюминий и т. Д.
Ртуть — единственный металл, который остается жидким при комнатной температуре.
Все элементы или вещества, которые не являются металлами, известны как неметаллы. Например, водород, кислород, йод, углерод и т. Д.
Неметаллы имеют различные цвета, и они являются плохими проводниками тепла и электричества.
Неметаллы не блестят, не звучат и не податливы.
Вещество, состоящее из двух или более элементов, известно как «соединение».
Соединение является результатом химического сочетания двух или более элементов в фиксированной пропорции.
Свойства соединения каким-то образом отличаются от составляющих его элементов, тогда как свойства смеси такие же, как и у составляющих его элементов или соединений.
Химия — атомы и молекулы
Около 500 г. до н.э. индийский философ Махариши Канад впервые постулировал концепцию неделимой части материи и назвал ее «праману» .
В 1808 году Джон Далтон использовал термин «атом» и постулировал атомную теорию для изучения материи.
Согласно атомной теории Далтона, все вещество, будь то элемент, соединение или смесь, состоит из мелких частиц, называемых атомами.
Согласно атомной теории Далтона, все вопросы, будь то элементы, соединения или смеси, состоят из мелких частиц, известных как атомы.
Все вещество состоит из очень маленьких частиц, известных как атомы.
Атом — это неделимая частица, которая не может быть создана или разрушена в результате химической реакции.
Все атомы элемента идентичны по массе и химическим свойствам, тогда как атомы разных элементов имеют разные массы и химические свойства.
Чтобы сформировать соединение, атомы объединены в соотношении маленьких целых чисел.
В данном соединении относительное число и виды атомов постоянны.
Масса атома химического элемента; выражается в атомных единицах массы (символ u ).
Масса атома примерно эквивалентна числу протонов и нейтронов, присутствующих в атоме.
Одна атомная единица массы представляет собой единицу массы, равную ровно одной двенадцатой (1/12) массе одного атома углерода-12, и относительные атомные массы всех элементов были рассчитаны относительно атома углерода-12.
Самая маленькая частица элемента или соединения, которая способна существовать независимо и проявляет все свойства соответствующего вещества.
Молекула, как правило, представляет собой группу из двух или более атомов, которые химически связаны друг с другом.
Атомы одного и того же элемента или различных элементов могут соединяться (с химической связью) вместе, образуя молекулы.
Число атомов, составляющих молекулу, известно как ее атомарность .
Заряженная частица известна как ион ; это может быть либо отрицательный заряд, либо положительный заряд .
Положительно заряженный ион известен как «катион» .
Отрицательно заряженный ион известен как «анион».
Химическая формула соединения демонстрирует составляющие его элементы и число атомов каждого объединяющего элемента.
Химическая формула соединения является символическим представлением его состава.
Объединяющая способность элемента известна как его «валентность».
Молекулярная масса вещества рассчитывается путем взятия суммы атомных масс всех атомов в молекуле соответствующего вещества. Например, молекулярная масса воды рассчитывается как —
Атомная масса водорода = 1u
Атомная масса кислорода = 16 ед.
Вода содержит два атома водорода и один атом кислорода.
Молекулярная масса воды составляет = 2 × 1+ 1 × 16 = 18 ед. ( U — символ молекулярной массы).
Формульная единица массы вещества рассчитывается путем взятия суммы атомных масс всех атомов в формульной единице соединения.
Авогадро был итальянским ученым, который дал концепцию числа Авогадро (также известного как константа Авогадро).
Количество частиц (атомов, молекул или ионов), присутствующих в 1 моль любого вещества, является фиксированным, и его значение всегда рассчитывается как 6,022 × 1023 .
В 1896 году Вильгельм Оствальд ввел понятие «моль»; однако, мольная единица была принята, чтобы обеспечить простой способ сообщить большое количество в 1967 году.
Во время химической реакции сумма масс реагентов и продуктов остается неизменной, что известно как «закон сохранения массы».
В чистом химическом соединении его элементы всегда присутствуют в определенной пропорции по массе, что известно как «Закон определенных пропорций».
Химия — структура атома
К 1900 году было обнаружено, что атом не является простой неделимой частицей, а содержит субатомные частицы.
Дж. Дж. Томсон открыл субатомную частицу, а именно «электрон».
Дж. Дж. Томсон был первым человеком, предложившим модель строения атома.
В 1886 г. Э. Гольдштейн обнаружил наличие новых излучений в газовом разряде и назвал их лучами канала.
Другая положительно заряженная субатомная частица была обнаружена в экспериментах с канальными лучами и получила название протон .
Томсон предположил, что атом состоит из положительно заряженной сферы, и в нее встроены электроны (отрицательный заряд) (как показано на рисунке ниже).
Далее Томсон сказал, что отрицательные и положительные заряды равны по величине. Таким образом, атом в целом электрически нейтрален.
Э. Резерфорд популярен как «отец» ядерной физики.
Резерфорд широко известен своими работами по радиоактивности и открытием ядра атома в эксперименте с золотой фольгой (как показано на изображении, приведенном ниже.
Резерфорд сказал, что в атоме есть положительно заряженный центр, известный как ядро .
Резерфорд сказал, что почти вся масса атома существует в ядре.
Согласно Резерфорду, электроны вращаются вокруг ядра по четко определенным орбитам.
Нейлс Бор расширил модель Резерфорда и улучшил его недостатки.
Согласно Бору, только некоторые специальные орбиты, известные как дискретные орбиты электронов, разрешены внутри атома.
Бор сказал, что электроны не излучают энергию, вращаясь по дискретным орбитам.
Бор назвал орбиты или оболочки энергетическими уровнями (как показано на рисунке ниже).
Бор представлял эти орбиты или оболочки буквами K, L, M, N,… или числами, n = 1,2,3,4,….
В 1932 году Дж. Чедвик открыл новую субатомную частицу — нейтрон.
Нейтрон не имеет заряда и массы, почти равной массе протона.
Нейтроны присутствуют в ядре всех атомов, кроме водорода.
Максимальное количество электронов, которые могут присутствовать в оболочке, определяется формулой 2n 2 .
«n» — номер орбиты или индекс уровня энергии, то есть 1, 2, 3,….
По данной формуле —
Первая орбита, т.е. K-оболочка будет = 2 × 1 2 = 2
Вторая орбита, т. Е. L-оболочка будет = 2 × 2 2 = 8
Третья орбита, т. Е. М-оболочка будет = 2 × 3 2 = 18
Четвертая орбита, т.е. N-оболочка будет = 2 × 4 2 = 32
Аналогично, максимальное количество электронов, которое может быть размещено на самой внешней орбите, равно 8.
Электроны не заполнены в данной оболочке, если не заполнены внутренние оболочки. Это означает, что оболочки заполнены пошагово; начиная от внутренней оболочки до внешней оболочки.
Электроны, присутствующие во внешней оболочке атома, известны как валентные электроны.
Согласно модели Бора-Бери, внешняя оболочка атома может иметь максимум 8 электронов.
Общее количество протонов, присутствующих в ядре атома, известно как атомный номер .
Количество протонов атома определяет атомный номер.
Атомный номер обозначается буквой «Z» .
Протоны и нейтроны вместе известны как нуклоны .
Сумма общего количества протонов и нейтронов, присутствующих в ядре атома, называется массовым числом .
Атомы одного и того же элемента, имеющие одинаковые атомные номера, но разные массовые числа, известны как изотопы. Например, атом водорода имеет три изотопа, а именно протий, дейтерий и тритий.
Химические свойства изотопов атома похожи, но их физические свойства различны.
Атомы разных элементов с разными атомными номерами, имеющие одинаковое массовое число, известны как изобары. Например, атомный номер кальция равен 20, а атомный номер аргона равен 18; кроме того, число электронов в этих атомах различно, но массовое число обоих этих элементов равно 40.
Химия — химические реакции и уравнения
Процесс, в котором одно или несколько химических веществ реагируют с другим химическим веществом и превращаются в одно или несколько различных веществ, называется химической реакцией.
Химическое уравнение является символической демонстрацией химической реакции; это представлено через символы и формулы. Например
Магний + Кислород = Оксид магния
Mg + O 2 = MgO
Вещества магний и кислород известны как реагенты и результат реакции, то есть оксид магния известен как продукт.
Помните, что общая масса элементов, присутствующих в продуктах химической реакции, должна быть равна общей массе элементов, присутствующих в реагентах.
Число атомов каждого элемента всегда остается одинаковым до и после химической реакции.
Ниже приведены основные типы химических реакций —
Комбинированная реакция
Реакция разложения
Реакция смещения
Давайте обсудим каждый из них вкратце —
Когда два или более вещества (т.е. элементы или соединения) реагируют с образованием одного продукта, такая реакция называется комбинированной реакцией . Например
CaO (s) + H 2 O (1) → Ca (OH) 2 (водн.)
(Быстрая известь) (гашеная известь)
Как показано в приведенной выше реакции, оксид кальция и вода реагировали (или объединялись) с образованием одного продукта, известного как гидроксид кальция.
Химическая реакция, при которой тепло также выделяется вместе с образованием продукта, называется экзотермическими химическими реакциями .
Реакция, в которой один реагент распадается на более простые продукты, называется реакцией разложения. Например
В приведенной выше реакции кристаллы сульфата железа (т.е. FeSO 4 , 7H 2 O) при нагревании теряют воду и цвет кристаллов изменяется. Наконец, он разлагается на оксид железа (Fe 2 O 3 ), диоксид серы (SO 2 ) и триоксид серы (SO 3 ).
Реакция, в которой элемент вытесняет или удаляет другой элемент, называется реакцией вытеснения. Например
Fe (s) + CuSO4 (aq) → FeSO4 (aq) + Cu (s)
(Сульфат меди) (Сульфат железа)
В приведенной выше реакции железо вытесняет медь из раствора сульфата меди и образует сульфат железа.
Если вещество приобретает кислород во время реакции, оно называется окислением . С другой стороны, в реакции, если вещество теряет кислород, оно называется восстановлением . Например
В приведенной выше реакции оксид меди теряет кислород и, следовательно, восстанавливается (т.е. восстанавливается); с другой стороны, водород получает кислород и, следовательно, окисляется (т.е. окисляется).
Когда на металл воздействуют вещества, находящиеся в окружающей среде, такие как влага, кислоты и т. Д., Это называется коррозией . Например, черное покрытие на серебре, зеленое покрытие на меди и т. Д.,
Когда жиры и масла окисляются, процесс называется прогорклым. Их запах, вкус, цвет и т. Д. Также меняются; аналогично, это делало пищу небезопасной для потребления.
Химия — кислоты, основания и соли
Мы едим еду кислой и горькой, это только из-за присутствия кислот и оснований соответственно.
Лакмус, который извлекается из лишайника, имеет фиолетовый цвет (см. Изображение, приведенное ниже), но это условие, когда он не является ни кислым, ни основным, то есть нейтральным.
Лакмус в основном является растением, относящимся к Thallophyta, и в химическом эксперименте его обычно используют в качестве индикатора.
Вещества, запах которых изменяется в кислой или щелочной среде, известны как обонятельные показатели.
Ионы водорода в HCl образуются из-за присутствия воды. Во-вторых, отделение иона H + от молекул HCl невозможно в отсутствие воды. Химическая формула показана ниже
HCl + H 2 O → H 3 O + + Cl —
Кроме того, ионы водорода не могут существовать в одиночку, но они могут существовать в присутствии молекул воды. Следовательно, ионы водорода показаны в виде H + (aq) или иона гидроксония (H 3 O + ). Химическая формула —
H + + H 2 O → H 3 O +
Основания, которые растворимы в воде, известны как щелочи . Но все основания не растворимы в воде.
Если вода добавляется к концентрированной кислоте, то выделяется тепло.
Смешивание кислоты или основания с водой приводит к снижению концентрации ионов (т.е. H 3 O + / OH–) на единицу объема, и этот процесс называется разбавлением .
Шкала, используемая при измерении концентрации ионов водорода в растворе, называется шкалой рН .
«P» в pH означает «потенциал», это немецкий термин, который означает «сила».
Значение рН принимается просто как число, которое указывает на кислотную или основную природу раствора. Итак, если концентрация иона гидрония выше, то значение pH будет ниже.
Значение шкалы pH находится в диапазоне от 0 до 14; Итак, если значение pH измеряется как «0», это означает, что оно очень кислое, а если оно равно 14, то это означает, что оно очень щелочное .
Нейтральное значение шкалы pH — «7».
На шкале рН значения менее 7 представляют кислотный раствор, а значения больше 7 представляют основной раствор.
Обычно бумага, пропитанная общим индикатором, используется для измерения pH (см. Изображение ниже) —
Аналогично, сила кислот и оснований в основном зависит от количества образующихся ионов H + и OH — соответственно.
Следующее изображение примерно иллюстрирует (изменение цвета) значение pH некоторых распространенных веществ —
Значение рН человеческого тела колеблется от 7,0 до 7,8.
Желудок человеческого организма вырабатывает соляную кислоту, которая помогает в переваривании пищи; Удивительно, но в любом случае это не вредит желудку.
Однако, когда желудок вырабатывает слишком много кислоты (известный как расстройство желудка), это вызывает боль и раздражение. Чтобы облегчить эту боль, врачи предлагают использовать основы, известные как антациды.
Эти антациды нейтрализуют и контролируют повышенное количество кислоты.
Зубы, которые состоят из фосфата кальция, являются самым твердым веществом в организме. Однако, когда pH во рту уменьшается (ниже 5,5), это разъедает зубы.
Соль, как правило, образуется путем сочетания соляной кислоты и раствора гидроксида натрия; и комбинация известна как хлорид натрия.
Когда значение pH дождевой воды составляет менее 5,6, оно называется кислотным дождем .
Когда кислотные дожди попадают в реки, это также снижает рН речной воды.
Кислая речная вода — угроза для выживания водной жизни.
Отбеливающий порошок получают действием хлора на сухую гашеную известь [Ca (OH) 2 ] и обозначают как CaOCl 2 .
Отбеливающий порошок обычно используется в текстильной промышленности, на бумажной фабрике, в химической промышленности и для дезинфекции питьевой воды.
Пищевая сода обычно используется на кухне для приготовления вкусных хрустящих блюд. Это также готовит некоторые продукты быстрее.
Химическое название пищевой соды — гидрокарбонат натрия, а формула — NaHCO 3 .
Перекристаллизация карбоната натрия приводит к промыванию соды.
Химическая формула моющей соды — Na 2 CO 3 .10H 2 O.
Моющая сода обычно используется в стекольной, мыльной и бумажной промышленности.
Парижская штукатурка — это белый порошок, который врачи используют как штукатурку для поддержки переломов костей.
Химическое название пластыря Парижа — полугидрат сульфата кальция, а химическая формула — 2CaSO 4 .H 2 O.
Материалы: металлы и неметаллы 1
Металлы можно отличить от неметаллов по их химическим и физическим свойствам.
Свойство металлов, с помощью которого они могут быть разбиты на тонкие листы, известно как пластичность .
Свойство металла, с помощью которого он может быть втянут в проволоку, известно как пластичность .
Металлы обычно являются твердыми, пластичными, блестящими, пластичными, звонкими и хорошими проводниками тепла и электричества. Например, железо, медь, кальций, алюминий, магний и т. Д.
Материалы, которые не являются звонкими и являются плохими проводниками тепла и электричества, известны как неметаллы . Например, сера, углерод, кислород, фосфор и т. Д.
Некоторые металлы, такие как натрий и калий , мягкие и их можно резать ножом.
Ртуть — единственный металл, который остается в жидком состоянии при комнатной температуре.
Когда диоксид серы растворяется в воде, образуется серная кислота. Иллюстрация — Диоксид серы (SO 2 ) + Вода (H 2 O) → Серная кислота (H 2 SO 3 ).
Оксиды неметаллов имеют кислую природу.
Серная кислота меняет синий лакмусовой бумаги на красный.
Фосфор является очень активным неметаллом и загорается при воздействии воздуха.
Чтобы предотвратить контакт фосфора с кислородом воздуха, фосфор хранится в воде.
При горении металлы легко вступают в реакцию с кислородом и образуют оксиды металлов, которые являются основными по своей природе.
Неметаллы реагируют с кислородом и образуют неметаллические оксиды; они имеют кислую природу.
Некоторые металлы реагируют с водой и образуют гидроксиды металлов и газообразный водород.
Неметаллы обычно не реагируют с водой.
Металлы также реагируют с кислотами и образуют газообразный водород и соли металлов.
Неметаллы обычно не реагируют с кислотами.
Металлы используются в производстве машин, самолетов, автомобилей, поездов, спутников, промышленных гаджетов, кухонных принадлежностей, водяных котлов и т. Д.
Неметаллы используются в удобрениях для улучшения роста растений.
Неметаллические используются при очистке воды.
Неметаллы используются в крекерах.
Химия — Металлы и неметаллы 2
Твердый материал, который обычно является твердым, пластичным, блестящим, плавким и пластичным, известен как металлы. Например, железо, медь, алюминий, магний, натрий, свинец, цинк и т. Д.
Обычно металлы имеют хорошую электрическую и теплопроводность.
Металлы в чистом виде имеют блестящую поверхность, известную как металлический блеск .
Металлы могут быть разбиты на тонкие листы; это свойство известно как податливость .
Свойство металлов втягиваться в тонкие проволоки известно как пластичность . Например, золото — самый пластичный металл.
Серебро и медь — лучший проводник тепла.
Неметаллы обычно находятся в твердом или газообразном состоянии. Тем не менее, бром является исключением, которое находится в жидком состоянии.
Некоторые из основных примеров неметаллов — это углерод, сера, йод, кислород, водород и т. Д.
Все металлы существуют в твердой форме при комнатной температуре, кроме ртути.
Галлий и цезий имеют очень низкие температуры плавления; эти два металла плавятся даже на ладони.
Йод неметаллический, но он блестящий (блестящий — это свойство металла).
Углерод — это неметалл, который может существовать в разных формах. Каждая форма называется аллотропом.
Алмаз — это аллотроп углерода, и это самое твердое из известных природных веществ.
Температура плавления и кипения алмаза очень высока.
Графит также является аллотропом углерода; это проводник электричества.
Щелочные металлы, такие как литий, калий, натрий, являются примерами мягких металлов, так как их можно резать ножом.
Почти все металлы в сочетании с кислородом образуют оксиды металлов.
Разные металлы имеют разную частоту реакции; некоторые реагируют медленно, но некоторые реагируют очень быстро. Например, калий и натрий очень активны, и они загораются, только если их держать на открытом воздухе.
Поэтому калий и натрий хранятся в керосиновом масле, чтобы они не могли загореться.
Однако среди всех металлов натрий (наиболее вероятно) является наиболее реакционноспособным металлом.
Анодирование — это процесс формирования толстого защитного оксидного слоя алюминия, который защищает от коррозии.
Элементы или соединения, которые встречаются в природе в земной коре (верхний слой), известны как минералы.
Минералы в сыром виде известны как руды . Например, золото, серебро, железо и т. Д. (Железная руда показана на рисунке ниже) —
Руды, которые извлекаются из земли, обычно загрязнены большим количеством примесей, таких как смесь с некоторыми элементами, почвой, песком и т. Д., Известными как «жила» .
Исходя из реакционной природы и извлечения из руд, металлы можно классифицировать как —
Химия — Углерод и его соединения
Углерод играет очень важную роль для всех живых существ.
Количество углерода в земной коре составляет всего 0,02%, что доступно в виде минералов, таких как карбонаты, гидрокарбонаты, уголь и нефть.
Присутствие углерода в атмосфере Земли составляет 0,03%, в виде углекислого газа.
Почти все соединения углерода (за исключением нескольких) являются плохими проводниками электричества.
Алмаз и графит оба образованы атомами углерода; однако разница между ними заключается в том, как атомы углерода связаны друг с другом.
В алмазе каждый атом углерода связан с четырьмя другими атомами углерода и образует жесткую трехмерную структуру (см. Изображение, приведенное ниже).
В графите каждый атом углерода связан с тремя другими атомами углерода в той же плоскости, что дает гексагональную решетку (см. Изображение ниже) —
Существует также разница в некоторой физической структуре алмаза и графита.
Алмаз является самым твердым веществом из известных, тогда как графит является гладким и скользким веществом.
Графит является хорошим проводником электричества, а алмаз — нет.
Следующая таблица иллюстрирует структуры соединений углерода и водорода —
Соединения, которые имеют одинаковую молекулярную формулу, но разные структуры, известны как структурные изомеры (см. Структуру Бутан, приведенную ниже).
Насыщенные углеводороды известны как алканы .
Ненасыщенные углеводороды, которые содержат одну или несколько двойных связей, известны как алкены .
Ненасыщенные углеводороды, которые содержат одну или несколько тройных связей, известны как алкины .
Растения сахарного тростника очень эффективно преобразуют солнечный свет в химическую энергию, а его сок можно использовать для приготовления патоки.
Когда меласса сбраживается, она производит спирт (этанол).
Некоторые страны в настоящее время используют алкоголь в качестве присадки к бензину, так как это более чистое топливо.
Эти спирты при сжигании в достаточном количестве воздуха (кислорода) дают только углекислый газ и воду.
Сложные эфиры — это душистые вещества, которые чаще всего образуются в результате реакции кислоты и спирта (см. Изображение ниже — иллюстрирует образование сложных эфиров).
Когда сложные эфиры реагируют в присутствии кислоты или основания, он возвращает спирт и карбоновую кислоту.
Реакция сложных эфиров с кислотой или основанием известна как омыление, поскольку она используется при приготовлении мыла.
Молекулы мыла обычно представляют собой натриевые или калиевые соли длинноцепочечных карбоновых кислот.
Интересно, что ионный конец мыла растворяется в воде, тогда как углеродная цепь растворяется в масле. Это типичные особенности молекул мыла образует структуры, известные как мицеллы (см. Изображение ниже)
В мицеллах один конец молекулы направлен к масляной капле, тогда как ионный конец остается снаружи.
Мыльная мицелла помогает растворять грязь в воде; Точно так же одежда очищается.
С другой стороны, моющими средствами обычно являются аммониевые или сульфонатные соли длинноцепочечных карбоновых кислот, которые остаются эффективными даже в жесткой воде.
Моющие средства обычно используются для изготовления шампуней и некоторых других продуктов для чистки одежды.
Периодическая классификация элементов
На сегодняшний день нам известно около 115 элементов.
На основе своих свойств все элементы расположены в порядке, известном как периодическая таблица.
Иоганн Вольфганг Доберайнер, немецкий ученый, впервые попытался расположить элементы в 1817 году.
Джон Ньюлендс, английский ученый, также попытался расположить известные тогда элементы (в 1866 г.).
Джон Ньюлендс следовал порядку увеличения атомных масс, чтобы расположить элементы.
Ньюлендс начал с элемента, имеющего самую низкую атомную массу (такого как водород), и закончился торием, который был 56-м элементом (в то время).
Расположение элементов Ньюленда известно как «Закон Октав», так как в его расположении каждый восьмой элемент обладал свойствами, подобными свойствам первого. Например, свойства лития и натрия оказались одинаковыми.
Ньюлендс также сравнил его с октавами, которые встречаются в музыке (см. Таблицу выше).
В индийской музыке семь музыкальных нот: са, ре, га, ма, па, да, ни; однако на западе музыкальные ноты — до, ре, ми, фа, ит, ля, ти.
Кроме того, чтобы поместить некоторые элементы в свою Таблицу, Ньюлендс поместил два элемента в одну и ту же ячейку (см. Приведенную выше таблицу — кобальт и никель хранятся в одной и той же ячейке), но эта методика не сработала, поскольку они имеют разные свойства.
Тем не менее, закон октавы имеет ограничение, так как он применим только к кальцию; и после кальция каждый восьмой элемент не обладал свойствами, подобными свойствам первого.
Дмитрий Иванович Менделеев, русский химик, который успешно пытался расположить элементы.
Менделеев расположил элементы на основе их (элементов) фундаментальных свойств, атомной массы, а также на сходство химических свойств.
Во времена Менделеева было известно всего 63 элемента.
Периодическая таблица Менделеева состоит из вертикальных столбцов, известных как «группы», и горизонтальных строк, известных как «периоды».
Периодический закон Менделеева гласит, что
«Свойства элементов являются периодической функцией их атомных масс».
Менделеев организовал последовательность в перевернутом виде, чтобы элементы с похожими свойствами могли быть сгруппированы вместе.
Менделеев оставил место для некоторых элементов, которые не были обнаружены в то время; он смело предсказывал существование будущих элементов.
Одно из самых больших ограничений Периодической формулы Менделеева заключается в том, что в Периодической таблице не было назначено ни одной фиксированной позиции для водорода.
В 1913 году английский физик Генри Мозли обнаружил, что атомный номер элемента является более фундаментальным свойством по сравнению с его атомной массой.
Основываясь на открытии Мозли, периодический закон Менделеева был изменен, и атомный номер был принят за основу современной периодической таблицы.
Современный периодический закон гласит:
«Свойства элементов являются периодической функцией их атомного номера».
18 вертикальных столбцов, известных как « группы », и 7 горизонтальных строк, известных как «периоды», определены в современной периодической таблице.
В современной периодической таблице элементы расположены таким образом, что он показывает периодичность свойств, таких как атомный размер, валентность или совокупная емкость, а также металлические и неметаллические характеристики (элементов).
В современной периодической таблице металлический характер уменьшается через период и увеличивается вниз по группе.
С другой стороны, неметаллы являются электроотрицательными, так как они имеют тенденцию образовывать связи, приобретая электроны.
В современной периодической таблице неметаллы размещены справа (сверху).
Химия — синтетические волокна и пластмассы
Одежда, которую мы носим, состоит из тканей, а ткани — из волокон, получаемых из натуральных или искусственных источников.
Естественным источником волокон является хлопок, шерсть, шелк и т. Д., Которые получают из растений или животных.
Синтетические волокна сделаны людьми; поэтому их называют синтетическими или искусственными волокнами.
Синтетическое волокно, как правило, представляет собой цепочку небольших единиц, соединенных вместе; каждая маленькая единица представляет собой химическое вещество.
Искусственный шелк обычно известен как вискоза .
Вискоза (волокно) была получена путем химической обработки древесной массы.
Волокно, приготовленное из угля, воды и воздуха, известно как нейлон .
Нейлон был первым полностью синтетическим волокном.
Полиэстер также является синтетическим волокном; это без морщин волокна. Например, терилен.
ПЭТ является одной из привычных форм сложных полиэфиров и используется для изготовления посуды, бутылок, пленок, проволоки и многих других полезных продуктов.
Полиэстер (Poly + сложный эфир) состоит из повторяющихся звеньев химического вещества, известного как сложный эфир.
Пластик также является своего рода полимером, как синтетическое волокно.
Полиэтилен (Poly + ethene) является распространенным примером пластика.
Есть некоторые пластмассы, которые при формовании один раз не могут быть размягчены нагреванием; поэтому они известны как термореактивные пластмассы. Например, бакелит и меламин.
Бакелит — плохой проводник тепла и электричества; поэтому он используется при изготовлении электрических выключателей, ручек различной посуды и т. д.
Меламин противостоит огню и может переносить жару лучше, чем другие пластмассы; поэтому он используется для изготовления напольной плитки, кухонных принадлежностей и тканей.
Материал, который разлагается в результате естественных процессов, например, под воздействием бактерий, известен как биоразлагаемый.
Материал, который не может быть легко разложен естественными процессами, известен как не биоразлагаемый.
Пластик не является экологически чистым.
Химия — уголь и нефть
Ресурсы, которые присутствуют в неограниченном количестве в природе и вряд ли будут исчерпаны деятельностью человека, известны как неисчерпаемые природные ресурсы . Например, солнечный свет, воздух.
Ресурсы, которые присутствуют в ограниченном количестве в природе и могут быть истощены в результате деятельности человека, известны как исчерпаемые природные ресурсы . Например, леса, дикая природа, полезные ископаемые, уголь, нефть, природный газ и т. Д.
Истощаемые природные ресурсы были сформированы из мертвых останков живых организмов (ископаемых); поэтому эти природные ресурсы также известны как ископаемое топливо . Например, уголь, нефть и природный газ.
Уголь тверд, как камень, и черного цвета.
Уголь является одним из видов топлива, используемого для приготовления пищи.
Уголь используется на тепловых электростанциях для производства электроэнергии.
Под высоким давлением и высокой температурой мертвые растения, захороненные внутри Земли, медленно превращались в уголь.
Уголь содержит в основном углерод.
Медленный процесс превращения мертвой растительности в уголь известен как карбонизация.
Уголь образуется из остатков растительности; поэтому он также известен как ископаемое топливо.
Когда уголь горит, он производит в основном углекислый газ.
Когда уголь перерабатывается в промышленности, он производит некоторые полезные продукты, такие как кокс, каменноугольная смола и угольный газ.
Кока-кола представляет собой твердое, пористое и черное вещество.
Кокс является чистой формой углерода.
Кокс в основном используется при производстве стали и при добыче многих металлов.
Каменноугольная смола представляет собой черную густую жидкость с неприятным запахом.
Каменноугольная смола представляет собой смесь около 200 веществ.
Продукты, полученные из каменноугольной смолы, используются в качестве исходных материалов для производства различных веществ, используемых в повседневной жизни и в промышленности. Например, взрывчатые вещества, краски, кровельные материалы, синтетические красители, наркотики, парфюмерия, пластмассы, фотоматериалы и т. Д.
Шарики нафталина , полученные из каменноугольной смолы, используются для отпугивания моли и других насекомых.
Битум , полученный из нефтепродуктов, используется вместо каменноугольной смолы для металлизации дорог.
При переработке угля для получения кокса получается угольный газ .
В 1810 году впервые в Лондоне, Великобритания, угольный газ использовался для уличного освещения, а в 1820 году — в Нью-Йорке, США.
В настоящее время угольный газ используется в качестве источника тепла.
Бензин и дизельное топливо получают из природного ресурса, известного как нефть.
Нефть образовалась из организмов, живущих в море.
За миллионы лет (мертвые организмы погребены в земле), при высокой температуре, высоком давлении и в отсутствии воздуха мертвые организмы превращаются в нефть и природный газ.
В 1859 году в Пенсильвании, США, была пробурена первая в мире нефтяная скважина.
В 1867 году нефть застряла в Макуме в Ассаме, Индия.
В Индии нефть в основном добывается в Ассаме, Гуджарате, Мумбаи Хай, Махараштре, а также в речных бассейнах Годавари и Кришны.
Следующее изображение иллюстрирует слой газа и нефти —
Нефть — это смесь различных компонентов, таких как бензин, нефтяной газ, дизельное топливо, смазочное масло, парафиновый воск и т. Д.
Процесс разделения различных компонентов нефти известен как очистка .
Различные полезные вещества, которые получают из нефти и природного газа, известны как «Нефтехимия».
Нефтехимия используется в производстве моющих средств, волокон (полиэстер, нейлон, акрил и т. Д.), Полиэтилена и других искусственных пластиков.
Газообразный водород, который получают из природного газа, используется при производстве удобрений (мочевины).
Из-за того, что нефть имеет большое коммерческое значение, она также известна как «черное золото».
Природный газ обычно хранится под высоким давлением и, следовательно, известен как сжатый природный газ (СПГ) .
КПГ используется для выработки электроэнергии и топлива для транспортных средств.
Следующая таблица иллюстрирует различные составляющие нефти и их использование —
Химия — Горение и Пламя
Химический процесс, в котором вещество реагирует с кислородом и выделяет тепло, называется горением .
Вещество, которое подвергается сгоранию, называется горючим или топливом .
Топливо может быть в форме твердого вещества, жидкости или газа.
Во время горения свет также испускается или в форме пламени или как свечение .
Вещества, которые испаряются во время горения, дают пламя.
Есть три разных зоны пламени: темная зона, светящаяся зона и несветящаяся зона.
Различные вещества загораются при разных температурах.
Самая низкая температура, при которой вещество загорается, известна как температура его воспламенения .
Спичка содержит трисульфид сурьмы и хлорат калия.
Протирающая поверхность спички содержит порошковое стекло и немного красного фосфора.
Красный фосфор гораздо менее опасен.
Когда спичка ударяется о трущуюся поверхность, некоторое количество красного фосфора превращается в белый фосфор; процесс немедленно реагирует с хлоратом калия, присутствующим в головке спички, и выделяет достаточно тепла, чтобы воспламенить трисульфид сурьмы; аналогично начинается сгорание.
Вещества, которые имеют очень низкую температуру воспламенения и могут легко воспламениться от пламени, известны как легковоспламеняющиеся вещества . Например бензин, спирт, сжиженный нефтяной газ (LPG) и др.
Вода — самый распространенный огнетушитель.
Вода, как огнетушитель, работает только тогда, когда горят такие предметы, как дерево и бумага.
Если электрическое оборудование горит, вода может проводить электричество и повредить тем, кто пытается погасить огонь.
Вода также не является хорошим огнетушителем для пожаров, связанных с нефтью и бензином.
Для огней, которые связаны с электрическим оборудованием и легковоспламеняющимися материалами, такими как бензин, углекислый газ (CO2) является лучшим огнетушителем.
Одним из способов получения CO2 является выделение большого количества сухого порошка химических веществ, таких как бикарбонат натрия (пищевая сода) или бикарбонат калия.
Фосфор горит на воздухе при комнатной температуре.
Количество тепловой энергии, выделяемой при полном сгорании 1 кг топлива, известно как его теплотворная способность .
Теплотворная способность топлива измеряется в единицах, называемых килоджоулями на кг (кДж / кг).
Следующая таблица иллюстрирует теплотворную способность различных видов топлива —
При сжигании большинства видов топлива в окружающую среду выделяется углекислый газ .
Повышенная концентрация углекислого газа в воздухе, скорее всего, вызывает глобальное потепление .
Повышение температуры атмосферы Земли известно как глобальное потепление .
Глобальное потепление вызывает таяние полярных ледников, что приводит к повышению уровня моря, что в конечном итоге вызывает наводнения в прибрежных районах.
Оксиды серы и азота растворяются в дождевой воде и образуют кислоты; такой тип дождя известен как кислотный дождь .