Навчальний посібник до змістового модулю №1 для студентів І курсу фармацевтичного факультету спеціальність «Фармація» та «Технологія парфумерно-косметичних засобів»



Сторінка1/7
Дата конвертації17.04.2017
Розмір1.16 Mb.
ТипНавчальний посібник
  1   2   3   4   5   6   7

Міністерство охорони здоров′я України

Запорізький державний медичний університет

Кафедра токсикологічної та неорганічної хімії

ЗАГАЛЬНА ХІМІЯ

навчальний посібник до змістового модулю №1

для студентів І курсу фармацевтичного факультету

(спеціальність «Фармація» та

«Технологія парфумерно-косметичних засобів»)


Запоріжжя

2014

Навчальний посібник обговорений на засіданні кафедри « » _________ 2014 року (протокол № ) та розглянутий і рекомендований цикловою методичною комісією з фармацевтичних дисциплін для затвердження від



« »__________ 2014 р. (протокол )

Затверджено на засіданні Центральної методичної Ради ЗДМУ

( протокол №__3__ від «_27_»_листопада_____2014 року).

Навчальний посібник підготували співробітники кафедри токсикологічної та неорганічної хімії ЗДМУ:

зав. кафедри, д. фарм. н., професор Панасенко О.І.,

д.фарм. н., професор Буряк В.П.,

д. фарм. н., доцент Парченко В.В.,

к. фарм. н., доцент Кремзер О.А.,

к. фарм. н., доцент Мельник І.В.,

к. фарм. н., ст.викладач Постол Н.А.,

к. фарм. н., ст.викладач Гоцуля А.С.,

к.фарм. н., ст.викладач Куліш С.М.,

к.фарм. н., асистент Щербина Р.О.,

к.фарм. н., асистент Сафонов А.А.,

асистент Саліонов В.О.



Передмова

Даний навчальний посібник складено викладачами кафедри токсикологічної та неорганічної хімії Запорізького державного медичного університету на допомогу

студентам першого курсу фармацевтичного факультету спеціальностей «Фармація» і «ТПКЗ» для оптимізації підготовки до занять з неорганічної хімії, глибшого засвоєння матеріалу, рекомендованого навчальною програмою.

Головним завданням курсу неорганічної хімії є придбання студентами теоретичних основ предмету, а також необхідних знань про хімічну систематику, про фізичні і хімічні властивості елементів та їх сполук. Окрім цього, кожен студент зобов’язаний на основі отриманих теоретичних знань уміло проводити необхідні розрахунки та вирішувати ситуаційні задачи.

Отримані знання є основою для вивчення аналітичної, органічної, біологічної, фізичної і колоїдної хімії, а також інших загальнотеоретичних дисциплін. Окрім цього, отримані базові знання є необхідними при вивченні спеціальних дисциплін, особливо фармацевтичної хімії, які формують фахівця провізора.

До посібника включено 4 теми загальної хімії, які входять до складу

змістового модуля №1: «Основні закони стехіометрії», «Агрегатні стани речовин», «Атомно-молекулярне вчення» , «Еквіваленти та маси еквівалентів речовин».

ОСНОВНІ ЗАКОНИ СТЕХІОМЕТРІЇ

Закон збереження матерії.

Розділ хімії, який займається кількісними обчисленнями реагентів, називається стехіометрією. Серед фундаментальних законів природи, які дають змогу правильно розуміти і пояснювати різні природні явища, є закон збереження матерії. Згідно з цим законом, матерія не зникає безслідно і не виникає з нічого. Втім, форми існування матерії вкрай різноманітні і можуть взаємно переходити одна в одну. Так, наприклад, маса — атрибут речовини — може перетворюватися на енергію — атрибут силового поля. Зміну маси речовини (∆т) під час перебігу будь-якого процесу, який супроводжується вивільненням або поглинанням енергії (∆Е), може бути знайдено зі співвідношення А. Ейнштейна (1905):

Е = ∆тс2,

де с— швидкість поширення світла у вакуумі (2,9979 х х 108м/с).

З цього співвідношення, отже, виходить, що зменшення маси речовини на 1 г супроводжується вивільненням колосальної кількості енергії — 9 • 1013 Дж:

Е = ∆тс2= 10-3 кг • (3 • 108)2 (м/с)2 = = 90000000000000 Дж.

Цієї енергії цілком вистачає для того, щоб розтопити 270 000 т криги. З огляду на це, варто очікувати, що для реакцій, які відбуваються з поглинанням теплоти, загальна маса продуктів реакції має бути більшою за сумарну масу вихідних речовин. Навпаки, для реакцій, які відбуваються з вивільненням теплоти, повинно простежуватися зменшення загальної маси речовин. У дійсності це може справджуватись лише для процесів, пов'язаних з вивільненням або поглинанням величезних порцій енергії на одиницю маси речовини, наприклад, під час перебігу ядерних та термоядерних реакцій. Хімічні ж реакції супроводжуються значно меншими енергетичними ефектами. Наприклад, для такого хімічного процесу, як вибух бертолетової солі — КСlO3 (рис. 2.1):





зміна маси буде настільки мізерною, що на це можна не зважати. Дійсно, хоч під час вибуху 1 г КСl03 і вивільняється теплова енергія у 2537 Дж, все ж утрати на 1 г маси становлять всього 2,8 • 10-11 г:



тобто це менше ніж 10 9 % (!).


Закон збереження маси

У хімічних процесах справджується закон збереження маси, який є окремим випадком закону збереження матерії. Цей закон було вперше сформульовано М. Ломоносовим у 1748 р. У сучасному вигляді він формулюється так:



Сумарна маса продуктів реакції дорівнює сумарній масі речовин, які вступили в реакцію, тобто

Закон збереження маси — це основа стехіометрії. На основі цього закону відкрито цілу низку кількісних законів у хімії. Кількісні обчислення в хімії або ж ґрунтуються на знанні кількісного складу речовин, які реагують, або ж слугують для їхнього визначення. Всі речовини характеризуються якісним, кількісним та мольним складами. Якісний (елементний) склад показує, з атомів яких елементів складається та чи інша сполука.

Наприклад, гідроген пероксид Н202 складається з Гідрогену і Оксигену (Н і 0), мінерал кальцит СаСО3 — з Кальцію, Карбону та Оксигену (Са, С і О).

Кількісний (масовий) склад речовини показує, у якому масовому співвідношенні перебувають атоми елементів, що утворюють ту чи іншу сполуку.

Для гідрогену пероксиду кількісний склад описується таким співвідношенням мас:



або, якщо масу речовини взято за 100 %, то



Для кальциту —

або у масових відсоткаx -

Знаючи хімічну формулу речовини і мольну масу атомів (М) елементів, які входять до складу речовини, можна обчислити кількісний склад цієї речовини. У загальному випадку для речовини ВBСC:



Навпаки, виходячи з кількісного складу речовини і мольних мас атомів елементів, можна обчислювати мольне співвідношення b : с елементів:





Мольний склад характеризує мольне співвідношення b : с атомів у речовині

Виходячи із мольного складу, можна записати найпростішу (емпіричну) формулу речовини. Для кальциту відношення індексів, які вказують на мольне співвідношення атомів різних елементів у його формулі СаxСy0z, буде



х : у : z = 1 : 1 : 3.

У цьому випадку мольний склад відповідає дійсній будові взятої речовини, в якій на один складний йон [С03]2- припадає один йон Са2+. У випадку ж гідрогену пероксиду (НxОу) мольний склад (х : у = 1 : 1) веде до найпростішої формули НО, яка відрізняється від дійсної. Для речовин з молекулярною будовою, у разі виведення їхньої істинної (молекулярної) формули, потрібно, крім найпростішого мольного співвідношення елементів, знати мольну масу (М) речовини. Для гідрогену пероксиду експеримент дає величину М = 34 г/моль. Отже, для того, щоб істинна формула відповідала цьому значенню мольної маси, індекси х і у біля символів елементів потрібно подвоїти — Н202.

Приклад 2.1. Установіть найпростішу формулу сполуки хрому з оксигеном, в якій масова частка хрому сягає 68,4 % .

Позначимо мольне співвідношення Сг і О в найпростішій формулі через х і у відповідно (СrxОу). Тоді:





Розділивши обидва числа на найменше з них, тобто на 1,32, матимемо:

х : у = (1,32/1,32) : (1,98/1,32) = 1 : 1,5. Подвоївши обидва члени, матимемо х : у = 2 : 3, і отже, найпростіша формула оксиду буде Сг203.
Закон сталості складу

Дослідження, які здійснювали вчені у XVIII ст., давали підстави вважати, що якісний і кількісний склади різних хімічних сполук завжди є сталими. Узагальнюючи цей величезний експериментальний матеріал, французький учений Ж. Пруст сформулював закон сталості складу речовин (1799):



Кожна хімічна сполука має сталі якісний і кількісний склади незалежно від способу та умов и отримання. Цей закон перебуває у цілковитій відповідності з атомістичною теорією Дальтона.
Закон кратних відношень Дальтона.

Беручи до уваги відомості про кількісні склади різних сполук, утворених двома елементами, та виходячи з власних атомістичних уявлень, англійський хімік Д. Дальтон сформулював закон кратних відношень (1803):



Якщо два елементи утворюють між собою кілька сполук, то на одну й ту саму кількість одиниць маси одного елемента припадають такі кількості одиниць маси іншого елемента, які співвідносяться між собою як невеликі цілі числа.

Наприклад, Нітроген з Оксигеном утворює п'ять оксидів — N20, N0, N203, N02 і N205. У цих сполуках кількості одиниць маси Оксигену, що припадають на певну кількість одиниць маси нітрогену, співвідносяться між собою як




Дальтоніди і бертоліди. Хімічні матеріали.

На початку XIX ст. між Ж. Прустом і К. Бертолле розгорнулась дискусія, в якій Пруст відстоював свій погляд про те, що всі хімічні сполуки, незалежно від способу їхнього отримання, завжди мають сталий склад. Бертолле, який мав протилежну думку, хоч і був переможений у цій суперечці, все ж, як з'ясувалося, для багатьох сполук виявилася правильною саме його позиція, яку тільки через одне століття було переконливо підтверджено працями М. Курнакова. Закон сталості складу речовини справджується тільки для молекулярних речовин. Так, наприклад, гази (амоніак (NH3), гідроген хлорид (HCl), карбон(IV) оксид тощо), рухливі рідини (вода, спирт, бензен тощо) та тверді тіла, які легко топляться (крига, кристалічний карбон (IV) оксид, більшість органічних речовин — цукор, нафталін тощо), тобто сполуки, в яких структурними одиницями є окремі молекули, характеризуються сталим складом. Якщо молекулярна сполука утворюється із реагентів А і В, то вона завжди описується складом АаВб. Для молекулярних сполук справджується як закон сталості складу Пруста, так і закон кратних відношень Дальтона. Через це Курнаков дав назву цім сполукам- дальтоніди. Натомість, сполуки, для яких ці закони не справджуються, були названі бертолідами. Якщо сполуки типу АВ складаються з окремих атомів чи йонів, послідовно сполучених між собою, то виникає атомна чи іонна структура (кристалічні оксиди, сульфіди, нітриди, фосфіди, карбіди, бориди тощо) (рис. 2.2, а). В атомних чи іонних кристалічних структурах неможливо відокремити поодинокі молекули АВ, тому такого типу сполуки можуть мати змінний склад, який описується формулою Аa+x Вb+y. Наприклад, хімічний склад кристалічного титан (ІІ) оксиду може відповідати формулі Ті1,2O, або ТiO1,2. У структурі цього оксиду в першому випадку на 12 атомів Титану припадає 10 атомів Оксигену, тоді як у другому випадку — все навпаки. Будь-котре реальне кристалічне тіло (тверда фаза) з атомною або йонною структурою може мати дефекти. Дефекти виникають у процесі росту кристалів. Типи дефектів кристалічних структур схематично зображено на рис. 2.2. Коли при утворенні твердої фази не всі вузли кристалічної ґратки заселяються атомами, тоді в структурі з'являються вакансії і виникають дефектні структури (рис. 2.2, б). Склад сполуки буде відрізнятися від стехіометричного так само, як А1-хВ від АВ. Уразі близь кості розмірів атомів А і В і надлишкової кількості атомів В виникають дефектні структури заміщення, які описуються хімічним складом А1-х В1+x (рис. 2.2, в). Якщо розміри атомів одного з реагентів, наприклад В, будуть такими, що це дасть їм змогу втілитися у міжвузля кристалічної ґратки, тоді виникають дефектні структури втілення, складу АВ1+х (рис. 2.2, г). У природі не існує абсолютно чистих речовин. Усі речовини, навіть "хімічно чисті", завжди містять певну кількість домішок. Часто незначна кількість домішок сторонніх атомів або молекул може істотно вплинути на властивості речовини. Наприклад, атоми Хрому, які проникли у кристалічну ґратку корунду (А1203) у кількостях -0,03 %, перетворюють корунд на рубін, а германій за наявності навіть десятитисячної частки домішок перестає виявляти напівпровідникові властивості.






Речовини, властивості яких визначаються наявністю домішок, називаються матеріалами. Домішки можуть підсилювати або послаблювати ті чи інші властивості матеріалів. Дуже часто наявність домішок поліпшують властивості матеріалів, а в деяких випадках навіть надають матеріалам нових цінних якостей, яких раніше не було у базових речовин. Для надання виробам потрібних властивостей до вихідної речовини спеціально вводять певну кількість інших речовин.



Виготовлені матеріали часто описують дуже складними формулами і, що характерно, мають складну будову. Для прикладу, розглянемо будову неорганічного матеріалу — спеченого алюмінієвого порошку (САП). На відміну від "чистого" алюмінію, САП характеризується підвищеною жаростійкістю і міцністю, але, разом з тим, залишається електропровідним матеріалом. Це зумовлено комірчастою структурою (рис. 2.3). Жаростійкість забезпечує А1203, який розтоплюється при високій температурі (>2000 °С). З алюмінію оксиду формується міцний каркас, який дуже тонким шаром (до 100 А) вкриває окремі зерна металевого алюмінію, між якими де-не-де зберігається безпосередній контакт. САП започаткував створення низки кераміко-металевих матеріалів, так званих керметів, які характеризуються неабиякою міцністю, жаростійкістю і високою температурою топлення. Кермети отримують пресуванням і спіканням суміші перетертого на порошок металу (наприклад, берилію, магнію або цирконію) з його оксидом (карбідом, боридом, сульфідом чи нітридом). Дедалі ширше застосовуються інші матеріали — ситали (від слів "скло" і "кристал") — спеціально виготовлені "закристалізовані" стекла. Ситали характеризуються підвищеною міцністю, твердістю, хімічною стійкістю, високою температурою розм'якшення (до 1500 °С), вони стійкі до різких перепадів температур. Ситали утворюються під час введення до розтопленого скла спеціальних домішок (дрібнозернистих порошків шляхетних металів, міді, титан (ІV) оксиду тощо). Окремі зерна цих домішок стають своєрідними осередками кристалізації скла, довкола яких і відбувається ріст кристалів скла після охолодження розтопу.


Еквівалент

Кількісні обчислення реагентів завжди здійснюються на основі рівнянь хімічних реакцій. Якщо вихідні речовини В і С утворюють продукт Б, тоді маси реагентів відповідно до рівняння реакції



перебувають між собою у такому кількісному співвідношенні:



Приклад 2.2. Обчисліть масу сульфатної кислоти (Н2S04), яку потрібно взяти, для нейтралізації 20 г NаОН. Згідно з рівнянням реакції



1 моль кислоти нейтралізує 2 моль лугу, тоді:



Звідси знаходимо масу сульфатної кислоти (m(Н2S04)):




Закон еквівалентів

Утім, відношення мас реагуючих речовин простіше обчислювати не за мольними масами речовин, помноженими на коефіцієнти, які взяті з рівнянь реакцій, а за відношенням мольних мас еквівалентів т) речовин, керуючись при цьому законом еквівалентів. Закон еквівалентів формулюється так:



Маси реагуючих речовин співвідносяться між собою як мольні маси еквівалентів цих речовин, тобто

Здійснюючи кількісні обчислення реагентів за законом еквівалентів, у рівняннях реакцій вказують лише вихідні і кінцеві речовини з коефіцієнтами, що дорівнюють одиниці, тобто подають схему процесу:

В + С → D.

Виникає природне запитання: як визначають мольну масу еквівалента речовин, і, взагалі, що таке еквівалент?



Еквівалент елементів і речовин

Поняття про еквівалент увів у хімію І. В. Ріхтер ще 1793 р. Для здійснення кількісних обчислень простих і складних речовин, які вступають у реакцію, потрібно знати відношення, в яких сполучаються їхні маси, тобто треба мати інформацію про "сполучні маси" — еквіваленти елементів або речовин. Під поняттям сполучної маси (еквівалента) будь-якої речовини розуміють таку її кількість, яка сполучається з 1,0078 г водню чи 8 г кисню або заміщає такі самі кількості атомів Н чи О в хімічних реакціях. Наприклад, у таких сполуках, як HCl, Н20, NH3 і СН4, один атом СІ, О, N чи С сполучається відповідно з 1, 2, 3 і 4 атомами Н. Тобто кожен з атомів перелічених елементів утворює з атомами Н різну кількість хімічних зв'язків, або виявляє різну хімічну силу — валентність (від лат. valens — той, що має силу). Валентність елемента (z) відображає кількість хімічних зв'язків, які утворює атом елемента у речовині. Звідси, еквіваленти елементів СІ, О, N і С (виражені в а. о. м.) відповідно становитимуть:



У загальному ж випадку еквівалент елемента визначають як



З цих прикладів видно, що еквівалент елемента дорівнює або відносній атомній масі цього ж елемента, або менший за неї у ціле число разів. Тобто можна записати:





де fеквфактор еквівалентності (f ≤ 1); z — валентність елемента.

У реальних хімічних процесах у реакцію вступають конкретні хімічні речовини, а не хімічні елементи. Тому еквівалент будь-якої хімічної речовини визначають як суму еквівалентів окремих елементів. Наприклад, для хімічної сполуки складу ВьСс



Принагідно зазначимо, що відносну молекулярну масу речовини ВьСс визначають за співвідношенням



Подаємо сучасне формулювання поняття еквівалента:



Еквівалентом називається реальна або умовна частинка речовини, яка в реакціях йонного обміну рівноцінна (еквівалентна) одному йону Гідрогену, або в окисно-відновних реакціях — одному електрону.


Мольна маса еквівалента

Еквівалент речовини теж виражають в а. о. м. Однак якщо еквівалент речовини виразити у грамах, то це відповідатиме одному молю еквівалента цієї речовини. Масу одного моля еквівалента речовини називають мольною масою еквівалента (Ет) і виражають у г/моль. Мольна маса еквівалента будь-якої речовини дорівнює добутку фактора еквівалентності на її мольну масу:



Для визначення Ет простих та складних речовин використовують формули:

де 2 — валентність елемента; п і т — індекси в формулах сполук; п і п(0Н) — основність кислоти і кислотність основи відповідно; Ас — кислотний залишок; Ме — метал.

За допомогою закону еквівалентів обчисліть масу сульфатної кислоти (Н2S04), яку потрібно взяти для нейтралізації 20 г NаОН. Згідно зі схемою реакції

1 моль еквівалентів кислоти нейтралізує 1 моль еквівалентів лугу, тоді



Оскільки мольна маса еквівалента сульфатної кислоти (•Еm24) визначається як



а натрію гідроксиду (Em(NaOH)) як



маса тH2SO4 становитиме



Мольні маси еквівалентів речовин для кожної конкретної реакції визначаються окремо. Усі хімічні реакції можна умовно поділити на дві групи:

а) реакції, під час перебігу яких змінюється ступінь окиснення деяких хімічних елементів (окисно-відновні реакції);

б) реакції, які не супроводжуються зміною ступеня окиснення хімічних елементів. (Ступінь окиснення хімічного елемента — це умовна величина, яка показує заряд атома елемента у сполуці за умови, що всі зв'язки в ній вважаються йонними). В окисно-відновних реакціях мольну масу еквівалента речовини визначають так:



де е- — кількість електронів, яку формально приєднує окисник (або віддає відновник) під час перебігу окисно-відновної реакції.




Поділіться з Вашими друзьями:
  1   2   3   4   5   6   7

Схожі:

Навчальний посібник до змістового модулю №1 для студентів І курсу фармацевтичного факультету спеціальність «Фармація» та «Технологія парфумерно-косметичних засобів» iconНавчальний посібник до змістового модулю №2 для студентів І курсу фармацевтичного факультету спеціальність «Фармація» та «Технологія парфумерно-косметичних засобів»

Навчальний посібник до змістового модулю №1 для студентів І курсу фармацевтичного факультету спеціальність «Фармація» та «Технологія парфумерно-косметичних засобів» iconНавчальний посібник до змістового модулю №3 для студентів І курсу фармацевтичного факультету спеціальність «Фармація» та «Технологія парфумерно-косметичних засобів»

Навчальний посібник до змістового модулю №1 для студентів І курсу фармацевтичного факультету спеціальність «Фармація» та «Технологія парфумерно-косметичних засобів» iconКонтрольні роботи для студентів заочної форми навчання спеціальності «технологія парфумерно-косметичних засобів»

Навчальний посібник до змістового модулю №1 для студентів І курсу фармацевтичного факультету спеціальність «Фармація» та «Технологія парфумерно-косметичних засобів» iconНавчальний посібник Для викладачів та студентів фармацевтичного факультету Запоріжжя 2014

Навчальний посібник до змістового модулю №1 для студентів І курсу фармацевтичного факультету спеціальність «Фармація» та «Технологія парфумерно-косметичних засобів» iconНавчально-методичний посібник за кредитно-модульною системою для студентів вищих навчальних медичних закладів за спеціальністю «технологія парфюмерно-косметичних засобів»
Сторія україни: навчально-методичний посібник для студентів, працюючих за кредитно-модульною системою. (укладачі: кандидат історичних...
Навчальний посібник до змістового модулю №1 для студентів І курсу фармацевтичного факультету спеціальність «Фармація» та «Технологія парфумерно-косметичних засобів» iconНавчально-методичний посібник для студентів І курсу факультету філології та журналістики стаціонарної форми навчання. Доп., розш. Полтава: пдпу, 2009. 61 с
Тарасова н.І.,Чередник л. А. Організація самостійної та індивідуальної роботи з античної літератури: Навчально-методичний посібник...
Навчальний посібник до змістового модулю №1 для студентів І курсу фармацевтичного факультету спеціальність «Фармація» та «Технологія парфумерно-косметичних засобів» iconНавчальний посібник для студентів 5-го, 6-го курсу медичних внз, лікарів-інтернів педіатрів, інфекціоністів та сімейних лікарів Запоріжжя, 2016р
...
Навчальний посібник до змістового модулю №1 для студентів І курсу фармацевтичного факультету спеціальність «Фармація» та «Технологія парфумерно-косметичних засобів» iconМетодичні вказівки для студентів ІІ курсу фармацевтичного факультету для підготовки до семінарських занять з предмету
...
Навчальний посібник до змістового модулю №1 для студентів І курсу фармацевтичного факультету спеціальність «Фармація» та «Технологія парфумерно-косметичних засобів» iconМетодичні вказівки для студентів ІІ курсу фармацевтичного факультету для підготовки до семінарських занять з предмету
...
Навчальний посібник до змістового модулю №1 для студентів І курсу фармацевтичного факультету спеціальність «Фармація» та «Технологія парфумерно-косметичних засобів» iconНавчальний посібник для студентів гуманітарного факультету, спеціальності 029 «Інформаційна, бібліотечна та архівна справа»
Концепція професійного спрямування (Вступ до фаху) : навчальний посібник для студентів гуманітарного факультету, спеціальності 029...


База даних захищена авторським правом ©biog.in.ua 2017
звернутися до адміністрації

    Головна сторінка