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,
Дано: V(розчину)=100 мл, ω(HNO3)=60%, ρ(розчину)=1, 37 г/мл, V(води)=200 мл.
Знайти: ωн(HNO3)-?
Розв'язання:
іб.
m(розчину)=V(розчину)•ρ(розчину)=100 мл•1,37 г/мл=137 г.
З формули ω(HNO3)=(m(HNO3)/m(розчину))•100% знаходимо масу нітратної кислоти:
m(HNO3)=m(розчину)•ω(HNO3)/100%
m(HNO3)=137 г • 60% / 100% = 82,2 г.
Знаходимо масу води.
m(води)=V(води)•ρ(води)= 200 мл • 1 г/мл = 200 г.
Бачимо, що для води маса співпадає з об'ємом, тому ця дія не є обов'язковою.
Знаходимо масу нового розчину.
mн(розчину)=m(розчину)+m(води)= 137 г + 200 г = 337 г
Обчислюємо масову частку нітратної кислоти HNO3 в новому розчині.
ωн(HNO3)=m(HNO3)/mн(розчину)= 82,2 г / 337 г = 0,24 або 24%
іб.
m(розчину)=V(розчину)•ρ(розчину)=100 мл•1,37 г/мл=137 г.
Знаходимо масу нітратної кислоти. Для цього складемо пропорцію і розв'яжемо її.
Те, що масова частка нітратної кислоти рівна 60 % означає, що
у 100 г розчину міститься 60 г HNO3, тоді
у 137 г розчину буде міститися х г HNO3.
100 г / 137 г = 60 г / х г,
100 г • х г = 137 г • 60 г
х = 137 г • 60 г / 100 г = 82,2 г.
Знаходимо масу води.
m(води)=V(води)•ρ(води)=200 мл • 1 г/мл = 200 г.
Бачимо, що для води маса співпадає з об'ємом, тому ця дія не є обов'язковою.
Знаходимо масу нового розчину.
mн(розчину)=m(розчину)+m(води)= 137 г + 200 г = 337 г
Визначаємо масу речовини, що міститься у 100 г розчину, тобто, масову частку нітратної кислоти. Для цього складаємо пропорціїю і розв'язуємо її.
у 337 г розчину міститься 82,2 г HNO3, тоді
у 100 г розчину буде міститися х г HNO3.
337 г / 100 г = 82,2 г / х г,
тому х г • 337 г = 82,2 г • 100 г,
х = (82,2 г • 100 г) : 337 г = 24 г, тому
ωн(HNO3)= 24%
Відповідь: ωн(HNO3)=0,24% або 0,24.
Так как у них завершенный электронный слой