Kemia

Tiede
Kemia
Englanti  Kemia
Aihe luonnontiede
Opintojen aihe alkuaineita , yhdisteitä , aineita
Alkuperäkausi 1700-luvulla
Pääsuunnat epäorgaaninen kemia , orgaaninen kemia , biokemia
 Mediatiedostot Wikimedia Commonsissa

Kemia ( arabiasta کيمياء ‎, oletettavasti johdettu egyptiläisestä sanasta Kemet ( käännös Egyptin Kmt ) (musta), josta myös Egyptin nimi , mustamaa ja lyijy on peräisin  - Ta-Kemet  - "musta maa" ( egyptiläinen tA- kmt ) [1] [2] [3] , muut mahdolliset muunnelmat: OE kreikkalainen χυμος  - "mehu", "esanssi", "kosteus", "maku", OE kreikkalainen χυμα  - "metalliseos", "valu ", "virtaus", muu kreikkalainen χυμευσις  - "sekoitus") - yksi tärkeimmistä ja laajimmista luonnontieteen aloista, tiede , joka tutkii aineita sekä niiden koostumusta ja rakennetta , niiden koostumuksesta ja rakenteesta riippuvia ominaisuuksia, niiden koostumuksen muutokseen johtavia muutoksia - kemialliset reaktiot sekä lait ja mallit, joihin nämä muutokset vaikuttavat. Koska kaikki aineet koostuvat atomeista , jotka kemiallisten sidosten ansiosta pystyvät muodostamaan molekyylejä , niin kemiassa on ensisijaisesti kyse yllä olevien tehtävien tarkastelusta atomi-molekyylitasolla eli kemiallisten alkuaineiden ja niiden tasolla . yhdisteet . Kemialla on monia yhteyksiä fysiikkaan ja biologiaan , itse asiassa niiden välinen raja on ehdollinen [4] ja raja-alueita tutkivat kvanttikemia , kemiallinen fysiikka , fysikaalinen kemia , geokemia , biokemia ja muut tieteet. Se on kokeellista tiedettä .

Kemian historia

Kemian alku on ollut olemassa ihmisen aamunkoitosta lähtien. Koska ihminen on aina, tavalla tai toisella, käsitellyt kemikaaleja, hänen ensimmäisiä tulen , ihon parkitsemisen ja ruoanlaiton kokeita voidaan kutsua käytännön kemian alkuvaiheiksi. Vähitellen käytännön tietoa kertyi, ja aivan sivilisaation kehityksen alussa ihmiset osasivat valmistaa joitain maaleja , emaleja , myrkkyjä ja lääkkeitä . Alussa ihminen käytti biologisia prosesseja, kuten käymistä , mädäntymistä ; myöhemmin, tulen kehittyessä, hän alkoi käyttää palamis- , sintraus- ja fuusioprosesseja . Käytettiin redox-reaktioita , joita ei esiinny villieläimissä - esimerkiksi metallien pelkistäminen niiden yhdisteistä.

Käsityöt, kuten metallurgia , keramiikka , lasinvalmistus , värjäys , hajuvedet ja kosmetiikka saavuttivat merkittävää kehitystä jo ennen aikakautemme alkua. Esimerkiksi nykyaikaisen pullolasin koostumus on käytännössä sama kuin vuonna 4000 eKr. käytetyn lasin koostumus. e. Egyptissä. Vaikka papit piilottivat kemiallisen tiedon huolellisesti tietämättömiltä , ​​se tunkeutui silti hitaasti muihin maihin. Kemiatiede tuli eurooppalaisille pääasiassa arabeilta Espanjan valloituksen jälkeen vuonna 711 . He kutsuivat tätä tiedettä " alkemiaksi ", heiltä tämä nimi levisi Eurooppaan.

Tiedetään, että Egyptissä jo vuonna 3000 eKr. e. he osasivat saada kuparia sen yhdisteistä käyttämällä hiiltä pelkistimenä , ja he saivat myös hopeaa ja lyijyä . Vähitellen Egyptissä ja Mesopotamiassa pronssin tuotantoa kehitettiin ja pohjoisissa maissa raudan tuotantoa . Siellä oli myös teoreettisia havaintoja. Esimerkiksi Kiinassa XXII vuosisadalta eKr. e. peruselementeistä ( vesi , tuli , puu , kulta , maa ) oli teoria. Mesopotamiassa syntyi ajatus vastakohdista, joista maailma on rakennettu: tuli-vesi, lämpö -kylmä, kuivuus -kosteus jne .

5 -luvulla eKr e. Kreikassa Leukippos ja Demokritos kehittivät teorian aineen rakenteesta atomeista  - atomismista . Analogisesti kirjoittamisen rakenteen kanssa he päättelivät, että aivan kuten puhe jakautuu sanoiksi ja sanat koostuvat kirjaimista, niin kaikki aineet koostuvat tietyistä yhdisteistä ( molekyylistä ), jotka puolestaan ​​koostuvat jakamattomista elementeistä ( atomit ).

5 -luvulla eKr e. Empedocles ehdotti, että pääelementit ( elementit ) olisivat vesi , tuli , ilma ja maa . IV vuosisadalla eKr. e. Platon kehitti Empedokleen opetukset: jokaisella näistä elementeistä oli oma värinsä ja oma oikea atomin tilakuva, joka määrittää sen ominaisuudet: tuli - punainen ja tetraedri , vesi - sininen ja ikosaedri , maa - vihreä ja heksaedri , ilma - keltainen ja oktaedri . Platonin mukaan näiden "tiilien" yhdistelmistä rakennetaan koko aineellinen maailma . Opin neljästä muuttumisesta toisikseen peri Aristoteles .

Alkemia

Sana "alkemia" tuli eurooppalaisiin kieliin arabiasta. الخيمياء ‎ ( 'al-kīmiyā' ), joka puolestaan ​​on lainattu keskikreikan sanasta χυμεία 'neste'.

Egyptin kulttuurilla oli hyvin kehittynyt tekniikka, jonka osoittavat esineet ja rakenteet, joiden luominen on mahdollista vain, jos on teoreettinen ja käytännöllinen perusta. Tiede on äskettäin saanut vahvistuksen ensisijaisen teoreettisen tiedon kehityksestä Egyptissä. Siitä huolimatta tällaiseen alkuperään viittaa esoteerisempi , käsitteellinen kuuluvuus, jolla on yhtäläisyyksiä teoreettisiin - perinteiset alkemian lähteet - tämä outo ja kukkainen taiteen  "symbioosi" ja jossain määrin - yhden taiteen pääosien ensisijaisuus. luonnontiede - kemia, joka on vasta muodollisesti alkamassa tässä tiedon ja kokemuksen kompleksissa. Tällaisten lähteiden joukossa meidän pitäisi ensinnäkin mainita Hermes Trismegistusin " Smaragditaulu " ( lat.  "Tabula smaragdina" ) , samoin kuin monet muut " Suuren alkemistisen koodin " tutkielmat [5] [6] .

Se tapahtui 4. - 3. vuosisadalla eKr. e. idässä ( Intiassa Kiinassa , arabimaailmassa) alkemian varhainen "prototyyppi" . Tämän ja sitä seuraavien ajanjaksojen aikana havaittiin uusia menetelmiä sellaisten elementtien saamiseksi kuin elohopea , rikki , fosfori , monia suoloja karakterisoitiin, happo HNO 3 ja alkalin NaOH oli jo tunnettu ja käytetty . Varhaisesta keskiajasta lähtien se, mitä nyt yleisesti ymmärretään alkemiaksi, on kehittynyt, jossa edellä mainittujen tieteellisten komponenttien kanssa (tieteen metodologian nykyaikaisen ymmärryksen merkityksessä) Uudet käsityötaidot, samoin kuin maagiset ja mystiset ideat, yhdistettiin perinteisesti; Jälkimmäinen kuitenkin annettiin sen yksilöllisissä ilmenemismuodoissa ja piirteissä sen ajan filosofisella ajatuksella. Ajan merkittäviä alkemistit olivat Jabir Ibn Hayyan (Geber), Ibn Sina ( Avicenna ) ja Abu Bakr ar-razi . Jopa antiikissa kaupan intensiivisen kehityksen ansiosta kullasta ja hopeasta tulee valmistettujen tavaroiden universaali vastine. Näiden suhteellisen harvinaisten metallien saamiseen liittyvät vaikeudet saivat aikaan yrityksiä hyödyntää käytännössä Aristoteleen luonnonfilosofisia näkemyksiä joidenkin aineiden muuttumisesta toisiksi; " transmutaatio " -opin ilmaantuminen yhdessä jo nimetyn Hermes Trismegistoksen kanssa, hänen nimeensä liittyvän alkemiallisen koulukunnan perinteen kanssa. Nämä ideat ovat tehneet vähän muutoksia XIV -vuosisadalle [5] [6] .

700 - luvulla jKr. e. Alkemia tuli Eurooppaan. Tuohon aikaan, kuten kautta historian, ylellisyystuotteet, erityisesti kulta , olivat yhteiskunnan hallitsevien kerrosten edustajien keskuudessa erityisen "suosittuja", koska juuri tämä, kuten jo todettiin, vastasi kaupan arviointia. Alkemistit olivat muun muassa edelleen kiinnostuneita menetelmistä kullan saamiseksi muista metalleista sekä niiden käsittelyongelmista. Samaan aikaan arabialkemia alkoi etääntyä käytännössä ja menetti vaikutusvaltansa. Tekniikan erityispiirteistä johtuen, mm . hermeettisten näkemysten järjestelmästä, merkkijärjestelmien eroista, terminologiasta ja puhtaasti yritysten tiedon levittämisestä johtuen "alkemiallinen toiminta" kehittyi hyvin hitaasti. Tunnetuimmat eurooppalaiset alkemistit ovat Nicolas Flamel , Albertus Magnus , John Dee , Roger Bacon ja Raymond Lully . Alkemistien aikakausi merkitsi monien primääristen aineiden vastaanottamista, niiden tuotantomenetelmien kehittämistä, eristämistä ja puhdistamista. Vasta 1500-luvulla , kun eri teollisuudenalat, mukaan lukien metallurgia , sekä lääketeollisuus , kehittyivät, sen roolin lisääntymisen vuoksi lääketieteessä alkoi ilmestyä tutkijoita, joiden toiminta ilmeni merkittävinä muutoksina tässä tieteessä, mikä toi tämän tieteenalan hyvin harkittujen ja asiaankuuluvien käytännön menetelmien muodostuminen lähemmäksi. Heidän joukossaan on ensinnäkin mainittava George Agricola ja Theophrastus Bombast Paracelsus [5] [6] .

Kemia tieteenä

Kemia itsenäisenä tieteenalana määriteltiin 1500-1600 - luvuilla useiden tieteellisten löytöjen jälkeen, jotka perustivat mekanistisen maailmankuvan, teollisuuden kehityksen ja porvarillisen yhteiskunnan syntymisen . Kuitenkin, koska kemiaa, toisin kuin fysiikkaa , ei voitu ilmaista kvantitatiivisesti , kiistelyt siitä, onko kemia kvantitatiivisesti toistettava tiede vai onko se jotain muuta tietoa. Vuonna 1661 Robert Boyle loi teoksen "Skeptic Chemist ", jossa hän selitti eri aineiden ominaisuuksien eroa sillä, että ne on rakennettu erilaisista hiukkasista ( solut ), jotka ovat vastuussa aineen ominaisuuksista. Palamista tutkiva Van Helmont esitteli kaasun käsitteen sen aikana syntyvälle aineelle , löysi hiilidioksidin . Vuonna 1672 Boyle havaitsi, että kun metalleja poltetaan , niiden massa kasvaa, ja selitti tämän "liekin painavien hiukkasten" vangitsemisella.

M. V. Lomonosov luokittelee sen jo ensimmäisessä tunnetussa teoksessaan "Elements of Mathematical Chemistry" ( 1741 ), toisin kuin useimmat aikansa kemistit, jotka pitivät tätä toiminta-alaa taiteena, ja luokittelee sen tieteeksi ja aloitti työnsä sanat [7] :

Kemia on tiedettä muutoksista, jotka tapahtuvat sekakehossa, koska se on sekoitettu. ... Minulla ei ole epäilystäkään siitä, että monet, joille tämä määritelmä näyttää epätäydelliseltä, valittavat erottelun, yhteyden, puhdistuksen ja muiden ilmaisujen, joilla lähes kaikki kemialliset kirjat ovat täynnä, puutteesta; mutta oivaltavammat huomaavat helposti, että mainitut ilmaisut, joilla varsin monilla kemian kirjoittajilla on tapana rasittaa tutkimuksiaan tarpeettomasti, voidaan kattaa yhteen sanaan: sekaruumis. Itse asiassa se, joka tuntee sekaruumiin, voi selittää kaikki mahdolliset muutokset siinä, mukaan lukien jakautuminen, liitto jne.

Kuumuus ja flogistoni. Kaasut

1700-luvun alussa Stahl muotoili teorian flogistonista  , aineesta, joka poistetaan materiaaleista niiden palamisen aikana.

Vuonna 1749 M. V. Lomonosov kirjoitti "Reflections on syy lämmön ja kylmän" (teoksen käsite juontaa juurensa 1742-1743 - katso  hänen muistiinpanoja fysiikasta ja korpuskulaarisesta filosofiasta). L. Euler antoi tälle työlle korkeimman arvion (kirje 21. marraskuuta 1747). Vuonna 1848 professori D. M. Perevoštšikov hahmottelee yksityiskohtaisesti M. V. Lomonosovin tärkeimmät ideat ja korostaa, että hänen lämpöteoriansa oli puoli vuosisataa tiedettä edellä ("Sovremennik", tammikuu 1848, osa VII, kirja 1, osa II, s. 41-58) - tämän mielipiteen kanssa, ennen ja tulevaisuudessa, monien muiden tutkijoiden näkemykset ovat johdonmukaisia ​​[7] .

Black löysi hiilidioksidin vuonna 1754 , Priestley löysi hapen vuonna 1774  ja Cavendish löysi vedyn vuonna 1766  .

Vuosina 1740-1790 Lavoisier ja Lomonosov [ 7 ] selittivät kemiallisesti palamis- , hapettumis- ja hengitysprosesseja ja osoittivat, että tuli  ei ole aine , vaan prosessin seuraus . Proust muotoili vuosina 1799-1806 koostumuksen pysyvyyden lain . Gay-Lussac löysi vuonna 1808 tilavuussuhteiden lain ( Avogadron laki ). Dalton teoksessaan " The New System of Chemical Philosophy " ( 1808-1827 ) todisti atomien olemassaolon , esitteli atomipainon , alkuaineen käsitteen  identtisten atomien joukona .

Aineen atomiteorian reinkarnaatio

Vuonna 1811 Avogadro oletti, että alkuainekaasujen molekyylit koostuivat kahdesta identtisestä atomista ; Myöhemmin tämän hypoteesin perusteella Cannizzaro suoritti atomimolekyyliteorian uudistuksen . Tämä teoria hyväksyttiin Karlsruhen ensimmäisessä kansainvälisessä kemistikongressissa 3.-5. Syyskuuta 1860.

Vuonna 1869 D. I. Mendelejev löysi kemiallisten alkuaineiden jaksollisen lain ja loi jaksollisen kemiallisten alkuaineiden järjestelmän . Hän selitti kemiallisen alkuaineen käsitteen ja osoitti alkuaineen ominaisuuksien riippuvuuden atomimassasta . Tämän lain löytämisen myötä hän perusti kemian kvantitatiiviseksi tieteeksi, ei vain kuvaavaksi ja laadulliseksi tieteeksi.

Radioaktiivisuus ja spektrit

1800-luvun löydöillä oli tärkeä rooli aineen rakenteen ymmärtämisessä. Emissiospektrien ja absorptiospektrien hienorakenteen tutkiminen sai tutkijat pohtimaan niiden yhteyttä aineiden atomien rakenteeseen. Radioaktiivisuuden löytö osoitti, että jotkut atomit ovat epävakaita ( isotoopit ) ja voivat spontaanisti muuttua uusiksi atomeiksi ( radon  - "emanaatio").

Kvanttikemia

Pääartikkeli: Kvanttikemia

Kvanttikemia  on kemian ala, joka tarkastelee kemiallisten yhdisteiden rakennetta ja ominaisuuksia, reaktiivisuutta, kinetiikkaa ja kemiallisten reaktioiden mekanismia kvanttimekaniikkaan perustuen. Kvanttikemian osa-alueita ovat: molekyylirakenteen kvanttiteoria, kemiallisten sidosten ja molekyylien välisten vuorovaikutusten kvanttiteoria, kemiallisten reaktioiden ja reaktiivisuuden kvanttiteoria jne. [8] Kvanttikemia on kemian ja kvanttimekaniikan (kvanttimekaniikan) leikkauskohdassa. Se käsittelee aineiden kemiallisten ja fysikaalisten ominaisuuksien tarkastelua atomitasolla (elektroni-ydinrakenteen ja vuorovaikutusten mallit esitetään kvanttimekaniikan näkökulmasta). Koska tutkittavien kohteiden monimutkaisuus ei monissa tapauksissa mahdollista eksplisiittisten ratkaisujen löytämistä kemiallisten järjestelmien prosesseja kuvaaviin yhtälöihin, käytetään likimääräisiä laskentamenetelmiä. Laskennallinen kemia liittyy erottamattomasti kvanttikemiaan - tieteenalaan, joka käyttää kvanttikemian matemaattisia menetelmiä, jotka on mukautettu keräämään erityisiä tietokoneohjelmia, joita käytetään laskemaan molekyylien ominaisuuksia, elektronien löytämisen todennäköisyyden amplitudia atomeista ja simuloimaan molekyylien käyttäytymistä.

Peruskäsitteet

Alkeispartikkeli

Pääartikkeli: Alkuperäiset hiukkaset

Nämä ovat kaikki hiukkasia, jotka eivät ole atomiytimiä tai atomeja ( protoni  on poikkeus). Suppeassa merkityksessä hiukkaset, joiden ei voida katsoa koostuvan muista hiukkasista (tietyllä törmäys-/havaintoenergialla). Alkuainehiukkaset ovat myös elektroneja (-) ja protoneja (+).

Atom

Pääartikkeli: Atom

Kemiallisen alkuaineen pienin hiukkanen , jolla on kaikki sen ominaisuudet. Atomi koostuu ytimestä ja sen ympärillä olevasta elektronien "pilvestä" . Ydin koostuu positiivisesti varautuneista protoneista ja neutraaleista neutroneista . Vuorovaikutuksessa atomit voivat muodostaa molekyylejä .

Atomi on minkä tahansa aineen kemiallisen hajoamisen raja. Yksinkertainen aine (jos se ei ole monoatomi, kuten helium He) hajoaa yhden tyyppisiksi atomeiksi, monimutkainen aine erityyppisiksi atomeiksi.

Atomit (tarkemmin sanottuna atomiytimet) ovat kemiallisesti jakamattomia.

Molekyyli

Hiukkanen, joka koostuu kahdesta tai useammasta atomista , joka voi olla olemassa yksinään. Sillä on jatkuva laadullinen ja määrällinen koostumus. Molekyylin ominaisuudet riippuvat atomeista, jotka muodostavat sen koostumuksen, ja niiden välisten sidosten luonteesta, molekyylirakenteesta ja tilajärjestelystä ( isomeerit ). Sillä voi olla useita eri tiloja ja se voi siirtyä tilasta toiseen ulkoisten tekijöiden vaikutuksesta. Tietyistä molekyyleistä koostuvan aineen ominaisuudet riippuvat molekyylien tilasta ja molekyylin ominaisuuksista.

Aine

Pääartikkeli: Aine

Klassisten tieteellisten näkemysten mukaisesti erotetaan kaksi aineen olemassaolon fyysistä muotoa - aine ja kenttä . Aine on aineen muoto, jolla on massa (massa ei ole nolla). Kemia tutkii enimmäkseen aineita, jotka on organisoitunut atomeiksi , molekyyleiksi , ioneiksi ja radikaaleiksi . Ne puolestaan ​​koostuvat alkuainehiukkasista: elektroneista , protoneista , neutroneista jne.

Yksinkertaiset ja monimutkaiset aineet. Kemialliset alkuaineet

Puhtaista aineista on tapana erottaa yksinkertaiset (yhden kemiallisen alkuaineen atomeista koostuvat) ja kompleksiset (muodostuvat useiden kemiallisten alkuaineiden atomeista) aineet.

Yksinkertaiset aineet olisi erotettava käsitteistä "atomi" ja "kemiallinen alkuaine".

Kemiallinen alkuaine  on atomityyppi, jolla on tietty positiivinen ydinvaraus. Kaikki kemialliset alkuaineet on lueteltu D. I. Mendelejevin jaksolliseen alkuainejärjestelmään ; jokaisella elementillä on oma sarjanumeronsa jaksollisessa järjestelmässä. Alkuaineen sarjanumeron arvo ja saman alkuaineen atomin ytimen varauksen arvo ovat samat, eli kemiallinen alkuaine on kokoelma atomeja, joilla on sama sarjanumero.

Pääartikkeli: Kemiallinen alkuaine

Yksinkertaiset aineet ovat muotoja kemiallisten alkuaineiden olemassaolosta vapaassa muodossa; jokainen alkuaine vastaa pääsääntöisesti useita yksinkertaisia ​​aineita (allotrooppisia muotoja), jotka voivat erota koostumukseltaan, esimerkiksi atomihappi O, happi O 2 ja otsoni O 3 , tai kidehilassa, esimerkiksi timantti ja grafiitti elementille hiili C. On selvää, että yksinkertaiset aineet voivat olla yksi- ja moniatomisia.

Monimutkaiset aineet tunnetaan muuten kemiallisina yhdisteinä. Tämä termi tarkoittaa, että aineita voidaan saada kemiallisilla reaktioilla, jotka yhdistetään yksinkertaisista aineista (kemiallinen synteesi) tai erotetaan alkuaineiksi vapaassa muodossa (yksinkertaiset aineet) käyttämällä kemiallisia hajoamisreaktioita (kemiallinen analyysi).

Yksinkertaiset aineet ovat monimutkaisten aineiden kemiallisen hajoamisen lopullisia muotoja. Yksinkertaisista aineista muodostetut monimutkaiset aineet eivät säilytä ainesosien kemiallisia ominaisuuksia.

Yhteenvetona kaikesta yllä olevasta voimme kirjoittaa:

, jossa
E - yksinkertaiset aineet (alkuaineet vapaassa muodossa),
C - monimutkaiset aineet (kemialliset yhdisteet),
S - synteesi,
A - analyysi.

Tällä hetkellä kemikaalien "synteesi" ja "analyysi" käsitteitä käytetään laajemmassa merkityksessä. Synteesillä tarkoitetaan mitä tahansa kemiallista prosessia, joka johtaa tarvittavan aineen tuotantoon ja samalla se on mahdollista eristää reaktioseoksesta. Analyysi on mikä tahansa kemiallinen prosessi, jonka avulla voit määrittää aineen tai aineseoksen laadullisen ja määrällisen koostumuksen eli määrittää, mistä ainesosista tietty aine koostuu ja mikä on kunkin aineen sisältö. Tämän mukaisesti erotetaan kvalitatiivinen ja kvantitatiivinen analyysi - yhden kemian tieteiden - analyyttisen kemian - kaksi komponenttia.

Metallit ja ei-metallit

Kaikki kemialliset alkuaineet ominaisuuksiensa, eli vapaiden atomien ominaisuuksien ja alkuaineiden muodostamien yksinkertaisten ja monimutkaisten aineiden ominaisuuksien mukaan, jaetaan metallisiin ja ei-metallisiin alkuaineisiin. Perinteisesti epämetallit sisältävät alkuaineet He , Ne , Ar , Kr , Xe , Rn , F , Cl , Br , I , At , O , S , Se , N , P , C ja H. Puolimetallit sisältävät B , Si , Ge , As , Sb , Te , joskus Po . Loput elementit katsotaan metalleina.

Puhtaat aineet ja aineseokset

Yksittäisellä puhtaalla aineella on tietty joukko tunnusomaisia ​​ominaisuuksia. Puhtaista aineista on erotettava aineseokset, jotka voivat koostua kahdesta tai useammasta puhtaasta aineesta, jotka säilyttävät ominaisuutensa.

Aineseokset jaetaan homogeenisiin (homogeenisiin) ja heterogeenisiin (heterogeenisiin).

Erilaisia ​​esimerkkejä mahdollisista aineiden seoksista eri aggregaatiotasoissa
Aineosien kokonaistila

(ennen seoksen muodostumista)

Homogeeninen seos

(homogeeninen järjestelmä)

heterogeeninen seos

(heterogeeninen järjestelmä)

kiinteä - kiinteä Kiinteät liuokset, seokset (esim. messinki, pronssi) Kivet (esimerkiksi graniitti, mineraalimalmit jne.)
Kiinteä - neste Nestemäiset liuokset (esimerkiksi suolan vesiliuokset) Kiinteä nesteessä - suspensiot tai suspensiot (esimerkiksi savihiukkaset vedessä, kolloidiset liuokset )
Neste kiinteässä aineessa - neste huokoisissa kappaleissa (esimerkiksi maaperässä, maaperässä)
Vankka - kaasumainen Kemisorboitua vetyä platinassa, palladiumissa, teräksissä Kiinteä kaasumainen - jauheet, aerosolit, mukaan lukien savu, pöly, savu
Kaasumainen kiinteässä - huokoisissa materiaaleissa (esim. tiili, hohkakivi)
Neste - kiinteä Kiinteät nesteet (esim. lasi on kiinteää, mutta silti nestemäistä) Voi ottaa eri muodon ja korjata sen (esim. astiat ovat eri muotoisia ja värejä)
Neste - neste Nestemäiset liuokset (esimerkiksi etikka - etikkahapon liuos vedessä) Kaksikerroksiset ja monikerroksiset nestejärjestelmät, emulsiot (esim. maito - tippa nestemäistä rasvaa vedessä)
Neste - kaasumainen Nestemäiset liuokset (esimerkiksi hiilidioksidiliuos vedessä) Neste kaasumaisessa - nesteen aerosolit kaasussa, mukaan lukien sumut
Kaasumainen nesteessä - vaahdot (esim. saippuavaahto)
kaasumainen - kaasumainen Kaasuliuokset (seokset minkä tahansa määrän ja minkä tahansa määrän kaasuja), esim. ilmaa . Heterogeeninen järjestelmä on mahdoton

Homogeenisissa seoksissa aineosia ei voida havaita visuaalisesti tai optisten instrumenttien avulla, koska aineet ovat mikrotasolla pirstoutuneita. Homogeeniset seokset ovat minkä tahansa kaasujen ja todellisten liuosten seoksia sekä tiettyjen nesteiden ja kiinteiden aineiden, kuten metalliseosten, seoksia.

Heterogeenisissä seoksissa, joko visuaalisesti tai optisten instrumenttien avulla, on mahdollista erottaa rajapinnan rajaamat alueet (aggregaatit) eri aineista; jokainen näistä alueista on homogeeninen itsessään. Tällaisia ​​alueita kutsutaan vaiheiksi .

Homogeeninen seos koostuu yhdestä faasista, heterogeeninen seos kahdesta tai useammasta faasista.

Heterogeenisiä seoksia, joissa yksi faasi erillisten hiukkasten muodossa jakautuu toiseen, kutsutaan dispergoituneiksi systeemeiksi . Tällaisissa järjestelmissä erotetaan dispersioväliaine (jakoväliaine) ja dispergoitu faasi (dispersioväliaineeseen murskattu aine).

Fysikaalisten erotusmenetelmien avulla on mahdollista erottaa seokset aineosiksi eli puhtaiksi aineiksi.

Yleiskatsaus tunnetuista fysikaalisista menetelmistä kemian ja kemian tekniikassa käytettävien aineseosten erottamiseksi
Seoksen aineosien kokonaistila Erotukseen käytetty fyysinen omaisuus Erotusmenetelmä
kiinteä - kiinteä Tiheys laskeutuminen , sedimentaatio
kostuvuus Vaahdotus , vaahdotus
Hiukkaskoko Seulonta
Liukoisuus Uutto , uutto
Magnetismi Magneettinen erotus
Kiinteä - neste Tiheys Sedimentointi, dekantointi (nesteen tyhjennys sedimentistä), sentrifugointi
nesteen kiehumispiste Haihdutus, tislaus , kuivaus
Hiukkaskoko Suodatus
Kiinteän aineen liukoisuus Kiteytys
Vankka - kaasumainen Tiheys Sedimentaatio, keskipakoerotus
Hiukkaskoko Suodatus
Sähkövaraus sähkösuodatus
Neste - neste Tiheys Selkeytys (erotussuppilossa, öljynerottimessa), sentrifugointi
Kiehumislämpötila Tislaus
Liukoisuus Uutto
Neste - kaasumainen Tiheys Sedimentaatio, keskipakoerotus
Kaasun liukoisuus Kaasun poistaminen (lämpötilaa nostamalla), pesu toisella nesteellä
kaasumainen - kaasumainen Tiivistyksen lämpötila Tiivistyminen
Absorboituvuus Imeytyminen (absorptio sorbentin tilavuuden mukaan)
Adsorboituvuus Adsorptio (absorptio sorbenttipinnalla)
Hiukkaskoko Diffuusio
Paino sentrifugointi

Puhtaat aineet ovat aineita, jotka fysikaalisin menetelmin suoritettuna eivät erotu kahdeksi tai useammaksi muuksi aineeksi eivätkä muuta niiden fysikaalisia ominaisuuksia.

Luonnossa ei ole täysin puhtaita aineita. Esimerkiksi niin kutsuttu ekstrapuhdas alumiini sisältää edelleen 0,001 % muiden aineiden epäpuhtauksia. Siten ehdottoman puhdas substanssi on abstraktio. Totta, mitä tahansa ainetta puhuttaessa kemia käyttää tätä abstraktiota, eli se katsoo aineen olevan todella puhdasta, vaikka käytännössä otetaankin aine, jolla on tietty määrä epäpuhtauksia. Tietysti kemistin tulee pyrkiä käyttämään käytännössä mahdollisimman puhtaita aineita, jotka sisältävät mahdollisimman vähän epäpuhtauksia. On pidettävä mielessä, että pienikin määrä epäpuhtauksia voi muuttaa merkittävästi aineen kemiallisia ominaisuuksia.

Aineseosten ja monimutkaisten aineiden väliset erot
Seos monimutkainen aine
Muodostunut fysikaalisella prosessilla (puhtaiden aineiden sekoittaminen) Muodostuu kemiallisessa reaktiossa (synteesi yksinkertaisista aineista)
Puhtaiden aineiden, joista seos koostuu, ominaisuudet pysyvät ennallaan. Yksinkertaisten aineiden, joista monimutkainen aine saadaan, ominaisuudet eivät säily jälkimmäisessä.
Puhtaat aineet (yksinkertaiset ja monimutkaiset) voivat olla seoksessa missä tahansa massasuhteessa Monimutkaisen aineen muodostavat alkuaineet ovat aina tietyssä massasuhteessa.
Voidaan erottaa aineosiksi (puhtaat aineet) fysikaalisilla menetelmillä Voidaan hajottaa aineosiksi (yksiköiden muodossa olevat alkuaineet) vain kemiallisen reaktion avulla (analyysi)

Ion

Tämä on varautunut hiukkanen, atomi tai molekyyli, jossa on eriarvoinen määrä protoneja ja elektroneja. Jos hiukkasessa on enemmän elektroneja kuin protoneja, se on negatiivisesti varautunut ja sitä kutsutaan anioniksi . Esimerkiksi - Cl - . Jos hiukkasessa on vähemmän elektroneja kuin protoneja, se on positiivisesti varautunut ja sitä kutsutaan kationiksi . Esimerkiksi - Na + .

Radikaali

Se on hiukkanen ( atomi tai molekyyli ), joka sisältää yhden tai useamman parittoman elektronin . Useimmissa tapauksissa kemiallinen sidos muodostuu kahden elektronin osallistumisesta. Hiukkanen, jossa on pariton elektroni, on erittäin aktiivinen ja muodostaa helposti sidoksia muiden hiukkasten kanssa. Siksi radikaalin elinikä väliaineessa on yleensä hyvin lyhyt.

Kemiallinen sidos

Pitää atomeja tai atomiryhmiä yhdessä. Kemiallisia sidoksia on useita tyyppejä: ionisia , kovalenttisia (polaarisia ja ei-polaarisia), metallisia , vetysidoksia .

Jaksollinen laki

Löysi D. I. Mendelejev 1. maaliskuuta 1869 . Nykyaikainen muotoilu: Alkuaineiden ja niiden muodostamien yhdisteiden ominaisuudet ovat jaksoittaisessa riippuvuudessa niiden atomien ytimien varauksista .

Kemialliset reaktiot

Kemiallisissa aineissa tai eri aineiden seoksissa tapahtuvat prosessit ovat kemiallisia reaktioita. Kemialliset reaktiot tuottavat aina uusia aineita.

Pohjimmiltaan tämä on prosessi, jolla muutetaan molekyylin rakennetta . Reaktion seurauksena atomien lukumäärä molekyylissä voi kasvaa ( synteesi ), pienentyä ( hajoaminen ) tai pysyä vakiona ( isomeroituminen , uudelleenjärjestely ). Reaktion aikana atomien väliset sidokset ja atomien järjestys molekyyleissä muuttuvat.

Kemialliset reaktiot paljastavat ja kuvaavat tietyn aineen kemiallisia ominaisuuksia.

Kemiallisen reaktion suorittamiseen otettuja alkuaineita kutsutaan lähtöaineiksi ja kemiallisen reaktion tuloksena muodostuneita uusia aineita kutsutaan reaktiotuotteiksi. Yleensä kemiallinen reaktio kuvataan seuraavasti:

Reagenssit → Tuotteet

Kemia tutkii ja kuvaa näitä prosesseja sekä makromittakaavassa, aineiden makromäärien tasolla, että mikromittakaavassa, atomi-molekyylitasolla. Makromittakaavassa tapahtuvien kemiallisten prosessien ulkoisia ilmenemismuotoja ei voida suoraan siirtää aineiden vuorovaikutuksen mikrotasolle ja tulkita yksiselitteisesti, mutta tällaiset siirtymät ovat mahdollisia käyttämällä oikein vain mikroalueelle ominaisia ​​erityisiä kemiallisia lakeja (atomit, molekyylit, ionit yksittäisinä määrinä).

Nimikkeistö

Tämä on joukko kemiallisten yhdisteiden nimeämissääntöjä. Koska tunnettujen yhdisteiden kokonaismäärä on yli 20 miljoonaa ja niiden lukumäärä on pohjimmiltaan rajoittamaton, on välttämätöntä käyttää selkeitä sääntöjä nimeäessä niitä, jotta niiden rakenne voidaan toistaa nimellä. Orgaanisten ja epäorgaanisten yhdisteiden nimeämiseen on useita vaihtoehtoja, mutta IUPAC -nimikkeistöä pidetään vakiona .

Kemian osat

Nykyaikainen kemia on niin laaja luonnontieteen ala, että monet sen osa-alueista ovat olennaisesti itsenäisiä, vaikkakin läheisesti liittyviä tieteenaloja.

Tutkittavien esineiden (aineiden) perusteella kemia jaetaan yleensä epäorgaaniseen ja orgaaniseen . Fysikaalinen kemia , mukaan lukien kvanttikemia, sähkökemia, kemiallinen termodynamiikka ja kemiallinen kinetiikka, selittää kemiallisten ilmiöiden olemusta ja vahvistaa niiden yleisiä lakeja fysikaalisten periaatteiden ja kokeellisten tietojen perusteella . Analyyttinen ja kolloidinen kemia ovat myös itsenäisiä osia (katso osioiden luettelo alla).

Nykyaikaisen tuotannon teknologiset perustat muodostavat kemiallinen teknologia  - tiede taloudellisista menetelmistä ja keinoista valmis luonnonmateriaalien teolliseen kemialliseen käsittelyyn sekä sellaisten kemiallisten tuotteiden keinotekoiseen tuotantoon, joita ei esiinny luonnossa.

Kemiaa yhdistetään muihin vastaaviin luonnontieteisiin: biokemia , bioorgaaninen kemia , geokemia , säteilykemia , fotokemia jne.

Kemiallisten menetelmien yleiset tieteelliset perusteet kehitetään tiedon teoriassa ja tieteen metodologiassa .

Kemiallinen tekniikka

Fysikaalis-kemiallisen analyysin menetelmät

Katso analyysimenetelmien vertailu ja täydellinen luokittelu pääartikkelista Analyyttinen kemia ja erityisesti:

Katso myös

Muistiinpanot

  1. ↑ O. Libkin. Tieteen sanakirja. Kemia. Lehti "Kemia ja elämä. 1967. Nro 1. S.28.
  2. ↑ S. I. Fingaret . Muinaisen Egyptin taide Eremitaasin kokoelmassa / Valtion Eremitaaši. - L .: Avrora, 1970. - S. 19. - 72 s.
  3. ↑ I. P. Magidovich , V. I. Magidovich , V. S. Preobrazhensky . Esseitä maantieteellisten löytöjen historiasta: viiden osan painos. - M . : Koulutus, 1982. - S. 13. - 292 s.
  4. ↑ Tieteen filosofia, toim. A. I. Lipkina M.: Eksmo, 2007
  5. ↑ 1 2 3 Kemian synty ja kehitys muinaisista ajoista XVIII vuosisadalle. Yleinen kemian historia. M.: Tiede. 1989
  6. ↑ 1 2 3 Rabinovich VL Alkemia keskiaikaisen kulttuurin ilmiönä. M.: Tiede. 1979
  7. ↑ 1 2 3 Mihail Vasilyevich Lomonosov. Valitut teokset. Kahdessa osassa. T. 1. Luonnontieteet ja filosofia. - M.: Nauka. 1986
  8. ↑ Davtyan O.K. kvanttikemia. - M .: Korkeakoulu, 1962. - 784 s. - sivu 5

Kirjallisuus

  • Mendelejev D. I. Jaksollinen laki: 3 osana Runiversin verkkosivuilla
  • Nekrasov B.V. Yleisen kemian perusteet, osa 1. - M .: "Kemia", 1973
  • Chemical Encyclopedia, s. toim. Knunyants I. L., osa 5. - M .: "Soviet Encyclopedia", 1988
  • Kemia: Ref. toim. / W. Schroeter, K.-H. Lautenschleger, H. Bibrak ja muut: Per. hänen kanssaan. - M.: Kemia, 1989
  • John Moore. Chemistry for Dummies = Chemistry For Dummies. - M . : "Dialektiikka" , 2011. - 320 s. — ISBN 978-5-8459-1773-7 .
  • N. L. Glinka. Yleinen kemia. - M. : Integral-Press, 2008. - S. 728. - ISBN 5-89602-017-1 .
  • Dzhua M. Kemian historia. - M . : Mir, 1966. - 452 s.
  • Dubinskaya A. M., Prizment E. L. Chemical Encyclopedias, kirjassa: Chemical Encyclopedic Dictionary. - M., 1983
  • Potapov V. M., Kochetova E. K. Kemialliset tiedot. Mistä ja miten etsiä tarvittavaa tietoa kemistille. - M., 1988
  • Ablesimov N.E. Onko kemia huono? http://shkolazhizni.ru/world/articles/52420/
  • Kuznetsov V. I. Yleinen kemia: kehityssuuntaukset. M.: Korkeakoulu,
  • Ablesimov N.E. Kuinka monta kemiaa maailmassa on? // Kemia ja elämä - XXI vuosisata. 2009. nro 5. S. 49-52; Nro 6. S. 34-37.
  • Akhmetov, N. S. Yleinen ja epäorgaaninen kemia. Yleinen epäorgaaninen kemia. Proc. yliopistoille -4th ed., Rev., -M,: Higher School, Ed. Keskus "Akatemia", 2001.-743 s., ill., 2001.
  • Melentieva, Galina A. Farmaseuttinen kemia. Ripol Classic, 1985.
  • Nikolaev L.A. Elämän kemia. - M., Koulutus, 1977. - 239 s.
  • E. Grosse, H. Weissmantel Kemia uteliaille. - L., Chemistry, 1987. - 392 s.

Linkit

  Siirry Wikidata-kohteeseen  Sanakirjat ja tietosanakirjat
 Tieteelliset ohjeet
Humanistiset tieteet Luonnollinen Julkinen Sovellettu Tekninen Tarkka
Tieteen tiede
 Luonnontieteet
 Kemian osat
  • Luettelo epäorgaanisista yhdisteistä
  • Luettelo orgaanisista yhdisteistä
  • Luettelo biomolekyyleistä
Fyysinen
Luomu
epäorgaaninen
Analyyttinen
muu
Katso myös
  • Luokat
  • yhteiset
  • Portaali
  • Projekti
 Kemian lait ja teoriat
Atomi-molekyylioppi
muuJaksollinen laki
 Materiaalitieteen osat
Perusmääritelmät
Pääsuunnat
Yleiset näkökohdat
Muita tärkeitä ohjeita
Liittyvät tieteet