Термины, формулы и единицы химии

Химический элемент

Основной 8–9. Поиск и близкие обозначения: элемент; атомный номер; Z.

Совокупность атомов с одинаковым зарядовым числом ядра Z. Элемент и образованное им простое вещество — разные понятия.

Учебный пример. O входит в состав O₂ и H₂O. Наличие элемента кислорода в воде не означает наличие в ней свободного газа O₂.

Разбор и применение.

Атом

Основной 8–9. Поиск и близкие обозначения: нейтральный атом; ядро; электроны.

Электронейтральная частица химического элемента, состоящая из ядра и электронов. Потеря или присоединение электронов даёт ион.

Учебный пример. В нейтральном атоме Na 11 протонов и 11 электронов; в Na⁺ электронов 10, а элемент остаётся натрием.

Разбор и применение.

Изотопы

Основной 8–9. Поиск и близкие обозначения: нуклид; нейтроны; массовое число.

Нуклиды одного элемента с одинаковым Z и различными массовыми числами A; их ядра различаются числом нейтронов.

Учебный пример. У ³⁵Cl и ³⁷Cl по 17 протонов, но 18 и 20 нейтронов. Число 35 или 37 не является относительной атомной массой природной смеси.

Разбор и применение.

Молекула

Основной 8–9. Поиск и близкие обозначения: молекулярная частица.

Электронейтральная частица из нескольких связанных атомов, рассматриваемая как отдельная химическая единица. Не все вещества состоят из молекул.

Учебный пример. O₂ — молекула из двух O. В кристалле NaCl нет необходимости выделять отдельную молекулу NaCl: там протяжённая ионная структура.

Разбор и применение.

Формульная единица

Основной 8–9. Поиск и близкие обозначения: формульная порция; немолекулярное вещество.

Условная единица счёта состава, заданная химической формулой; она не обязана быть отдельной реально изолированной частицей.

Учебный пример. Одна формульная единица CaCl₂ задаёт один Ca и два Cl; 0,20 моль таких единиц соответствуют 0,40 моль атомов Cl.

Разбор и применение.

Ион

Основной 8–9. Поиск и близкие обозначения: катион; анион; заряд иона.

Атомная или многоатомная частица с ненулевым электрическим зарядом. Катион заряжен положительно, анион — отрицательно.

Учебный пример. Ca²⁺ — одноатомный катион, SO₄²⁻ — многоатомный анион. Заряд 2− относится ко всему сульфат-иону.

Разбор и применение.

Химическая формула

Основной 8–9. Поиск и близкие обозначения: молекулярная формула; простейшая формула; состав.

Запись состава вещества или частицы с помощью символов элементов и числовых отношений. Её смысл зависит от того, молекулярный ли объект описан.

Учебный пример. C₂H₆O сообщает состав, но не выбирает между этанолом и диметиловым эфиром: для этого нужна связность.

Разбор и применение.

Индекс в формуле

Основной 8–9. Поиск и близкие обозначения: нижний индекс; скобки.

Число справа внизу у символа или группы, задающее их число в принятой формульной единице. Отсутствующий индекс равен одному.

Учебный пример. В Al₂(SO₄)₃ содержатся два Al, три S и двенадцать O. Индекс 3 умножает всю группу SO₄.

Разбор и применение.

Стехиометрический коэффициент

Основной 8–9. Поиск и близкие обозначения: коэффициент уравнения; баланс реакции.

Число перед формулой в уравнении, задающее стехиометрическую пропорцию количества соответствующего участника. При уравнивании оно не заменяет индексы.

Учебный пример. В 2H₂ + O₂ → 2H₂O два моля H₂ реагируют с одним молем O₂. Массы реагентов при этом не относятся как 2:1.

Разбор и применение.

Валентность

Основной 8–9. Поиск и близкие обозначения: валентность атома; число связей.

В принятой школьной модели обычных ковалентных структур — число связей атома с учётом кратности. Это беззнаковая характеристика, которую нельзя автоматически подменять зарядом или степенью окисления.

Учебный пример. В CH₄ у C четыре одинарные связи, валентность IV; степень окисления C равна −IV. Для сложных ионных/координационных структур сначала уточняют модель.

Разбор и применение.

Формальный заряд

Основной 10–11. Поиск и близкие обозначения: ФЗ; заряд Льюиса.

Результат условного электронного счёта в выбранной структуре Льюиса, где электроны каждой связи поровну делятся между связанными атомами. Он не равен автоматически реальному частичному заряду.

ФЗ = V − N_{несвяз.} − N_связ./2

Учебный пример. У N в NH₄⁺ четыре одинарные связи и нет неподелённой пары: ФЗ = 5 − 0 − 8/2 = +1. Степень окисления N здесь −III.

Разбор и применение.

Степень окисления

Основной 8–9. Поиск и близкие обозначения: СО; окислительное число.

Условный заряд атома при принятом ионном приближении связей. В простых школьных случаях электроны разнородной связи относят к более электроотрицательному партнёру.

Учебный пример. В H₂O принимают H(+I), O(−II). У O это не означает существования свободного O²⁻ внутри молекулы воды.

Разбор и применение.

Количество вещества

Основной 8–9. Поиск и близкие обозначения: n; ню.

Величина, связывающая число заданных объектов с постоянной Авогадро. Объект счёта — атомы, молекулы, ионы или формульные единицы — нужно назвать.

n = N/N_A

Единица и условие: моль (mol)

Учебный пример. 0,30 моль молекул N₂ содержат 0,60 моль атомов N. Слово «моль» без названия объекта скрывает важную разницу.

Разбор и применение.

Моль

Основной 8–9. Поиск и близкие обозначения: mol; единица количества вещества.

Единица СИ количества вещества. Один моль содержит ровно 6,02214076·10²³ заданных элементарных объектов.

Единица и условие: моль (mol)

Учебный пример. Один моль атомов He и один моль молекул CO₂ имеют одинаковое число названных объектов, но разные массы.

Разбор и применение.

Число частиц

Основной 8–9. Поиск и близкие обозначения: N; число объектов.

Число явно названных объектов в порции. Это величина размерности один; её не выражают в молях.

N = nN_A

Учебный пример. Для 0,0400 моль молекул заданного вещества N = 0,0400·Nₐ ≈ 2,41·10²² молекул.

Разбор и применение.

Постоянная Авогадро

Основной 8–9. Поиск и близкие обозначения: Nₐ; NA; число Авогадро.

Точный коэффициент пересчёта количества вещества в число названных объектов. Его единица — обратный моль.

N_A = 6,02214076·10²³ моль⁻¹

Единица и условие: моль⁻¹

Учебный пример. При n = 0,50 моль число объектов N ≈ 3,01·10²³. Округление в задаче не делает само значение Nₐ неточным.

Разбор и применение.

Масса

Основной 8–9. Поиск и близкие обозначения: m; грамм; килограмм.

Физическая величина, характеризующая инертные и гравитационные свойства тела. В химическом балансе массу порции отличают от количества вещества и от массы одной частицы.

Единица и условие: Единица СИ — килограмм (kg); 1 г = 10⁻³ кг.

Учебный пример. 3,00 г воды — масса образца; её нельзя назвать «тремя молями». Для пересчёта нужна молярная масса.

Разбор и применение.

Молярная масса

Основной 8–9. Поиск и близкие обозначения: M; г на моль.

Масса порции, делённая на её количество вещества для выбранного объекта счёта и состава. В отличие от относительной массы имеет единицу.

M = m/n; m = nM

Единица и условие: кг/моль в СИ; часто г/моль

Учебный пример. При принятом M(CO₂) = 44,0 г/моль порция 0,150 моль имеет массу 6,60 г.

Разбор и применение.

Относительная атомная масса

Основной 8–9. Поиск и близкие обозначения: Ar; Aᵣ; атомная единица массы.

Отношение средней массы атома заданного образца элемента к 1/12 массы атома ¹²C. Для природного элемента результат связан с изотопным составом.

Единица и условие: Размерность один; граммы не приписывают.

Учебный пример. Принятое для упражнения Aᵣ(Mg) ≈ 24 не означает заряд ядра 24: у Mg атомный номер 12.

Разбор и применение.

Относительная молекулярная масса

Основной 8–9. Поиск и близкие обозначения: Mr; Mᵣ; относительная формульная масса.

Отношение массы молекулы к 1/12 массы атома ¹²C. Для немолекулярного вещества аналогично считают относительную массу выбранной формульной единицы.

Единица и условие: Размерность один.

Учебный пример. При H = 1 и O = 16 получаем Mᵣ(H₂O) = 18. Молярную массу в школьном округлении записывают примерно 18 г/моль, но это другая величина.

Разбор и применение.

Молярный объём

Основной 8–9. Поиск и близкие обозначения: Vm; Vₘ; 22,4.

Объём порции, делённый на количество вещества. Значение зависит от состояния; для идеального газа определяется температурой и давлением.

V_m = V/n; для идеального газа V_m = RT/p

Единица и условие: м³/моль; часто л/моль

Учебный пример. При 273,15 К и 101,325 кПа Vₘ идеального газа ≈ 22,414 л/моль; 0,250 моль займут ≈ 5,60 л. Для жидкости это правило не используют.

Разбор и применение.

Температура

Основной 8–9. Поиск и близкие обозначения: T; t; кельвин; градус Цельсия.

Термодинамическую температуру T измеряют в кельвинах. Температура Цельсия отличается от неё постоянным сдвигом; интервалы в К и °C имеют одинаковый размер.

T/К = t/°C + 273,15

Единица и условие: К (K); для шкалы Цельсия — °C

Учебный пример. 25,00 °C соответствуют 298,15 К. Нагрев на 5,00 °C означает ΔT = 5,00 К, а не 278,15 К.

Разбор и применение.

Давление

Основной 8–9. Поиск и близкие обозначения: p; паскаль; атмосфера; бар.

Для равномерного нормального воздействия — сила на единицу площади. В газовых уравнениях берут абсолютное давление, а не показание относительно атмосферы.

p = F_⊥/A

Единица и условие: Па (Pa) = Н/м²; 1 кПа = 1000 Па

Учебный пример. 1 бар = 100 кПа; 1 атм = 101,325 кПа. Это близкие, но разные условия для вычисления газового объёма.

Разбор и применение.

Плотность

Основной 8–9. Поиск и близкие обозначения: ρ; ро; масса единицы объёма.

Масса однородной порции, делённая на её объём при указанных условиях. Плотность раствора относится ко всему раствору.

ρ = m/V

Единица и условие: кг/м³ в СИ; 1 г/мл = 1000 кг/м³

Учебный пример. Если 50,0 мл раствора имеют массу 54,0 г, его плотность 1,08 г/мл. Это ещё не массовая доля растворённой соли.

Разбор и применение.

Раствор

Основной 8–9. Поиск и близкие обозначения: однородная смесь.

Однородная фаза, в которой растворённые компоненты распределены на молекулярном/ионном уровне среди частиц растворителя.

Учебный пример. Прозрачный раствор NaCl остаётся смесью. Взвесь мела с отделяемыми частицами не становится истинным раствором из-за перемешивания.

Разбор и применение.

Растворитель

Основной 8–9. Поиск и близкие обозначения: вода растворитель.

Компонент раствора, принятый за среду растворения. Для водного раствора это вода; выбор нужно фиксировать до расчёта состава.

Учебный пример. В растворе из 8 г сахара и 92 г воды вода — растворитель. Для моляльности используют 0,092 кг воды, а не 0,100 кг раствора.

Разбор и применение.

Сольватация и гидратация

Основной 8–9. Поиск и близкие обозначения: гидратированный ион; сольватная оболочка.

Взаимодействие растворённых частиц с растворителем; в водной среде говорят о гидратации. Окружение может быть динамическим.

Учебный пример. Na⁺(aq) означает гидратированный ион, но такая сокращённая запись не задаёт навсегда одинаковое число молекул воды.

Разбор и применение.

Растворимость

Основной 8–9. Поиск и близкие обозначения: S; коэффициент растворимости.

Характеристика состава насыщенного раствора при заданных условиях. Основание пересчёта и температуру указывают явно.

Единица и условие: В задачах курса часто г вещества на 100 г воды.

Учебный пример. S = 30 г соли на 100 г воды означает 130 г насыщенного раствора. Массовая доля соли в нём 30/130 ≈ 23,1%, а не 30%.

Разбор и применение.

Насыщенный раствор

Основной 8–9. Поиск и близкие обозначения: насыщение; пересыщенный.

Раствор равновесного предельного состава по отношению к данной фазе при названных условиях. Высокая концентрация и насыщенность не тождественны.

Учебный пример. Если S = 12 г на 100 г воды, 6 г в 50 г воды отвечают насыщению; 5 г в той же воде — ненасыщенному раствору.

Разбор и применение.

Массовая доля

Основной 8–9. Поиск и близкие обозначения: w; омега; массовый процент.

Масса компонента, делённая на массу всей рассматриваемой смеси или раствора. Проценты получают умножением доли на 100%.

w = m_{компонента}/m_смеси

Единица и условие: Размерность один; можно выражать в %.

Учебный пример. 4,00 г NaCl в 80,0 г раствора дают w = 0,0500 = 5,00%. Нерастворённый осадок не включают в массу жидкого раствора.

Разбор и применение.

Молярная концентрация

Основной 10–11. Поиск и близкие обозначения: c; молярность; моль на литр.

Количество вещества названного растворённого компонента или частицы, делённое на объём всего раствора. Аналитический состав соли и концентрации свободных ионов различают.

c = n/V_{раствора}

Единица и условие: моль/м³ в СИ; часто моль/л

Учебный пример. 0,0600 моль соли в 0,300 л раствора дают c = 0,200 моль/л. Объём взят у раствора, а не у исходной воды.

Разбор и применение.

Моляльность

Углубление. Поиск и близкие обозначения: b; моляльная концентрация; molality.

Количество вещества растворённого компонента, делённое на массу растворителя в килограммах. Это не молярная концентрация и не деление на массу раствора.

b = n_{вещества}/m_{растворителя}

Единица и условие: моль/кг

Учебный пример. 0,0600 моль компонента в 0,200 кг воды дают b = 0,300 моль/кг. Объём раствора для этого расчёта не требуется.

Разбор и применение.

Электролит

Основной 8–9. Поиск и близкие обозначения: сильный электролит; слабый электролит.

Вещество, раствор или расплав которого проводит электрический ток за счёт движения ионов. Для обсуждения силы электролита называют растворитель и условия.

Учебный пример. NaCl в воде образует ионы; сахар при обычном растворении сохраняет молекулы. Слабый электролит не означает малую концентрацию раствора.

Разбор и применение.

Степень диссоциации

Основной 10–11. Поиск и близкие обозначения: α; альфа; доля диссоциации.

Доля исходных формульных порций, превратившихся в выбранной модели диссоциации в другие частицы. Её смысл и значения зависят от модели и условий.

α = n_{диссоциировавшего}/n_{исходного}

Единица и условие: Размерность один.

Учебный пример. Если из 0,100 моль HA диссоциировали 0,0150 моль по HA ⇌ H⁺ + A⁻, то α = 0,150. Это не выход вещества при выделении из раствора.

Разбор и применение.

Кислота Бренстеда

Основной 10–11. Поиск и близкие обозначения: донор протона; кислота.

Частица, способная передавать протон другой частице в рассматриваемой кислотно-основной реакции. Это описание требует партнёра и среды.

Учебный пример. В NH₄⁺ + OH⁻ → NH₃ + H₂O кислотой служит NH₄⁺: он отдаёт протон. Заряд частицы сам по себе не определяет эту роль.

Разбор и применение.

Основание Бренстеда

Основной 10–11. Поиск и близкие обозначения: акцептор протона; основание.

Частица, принимающая протон в рассматриваемой реакции. Её не обязательно записывают формулой гидроксида металла.

Учебный пример. В NH₃ + H₂O ⇌ NH₄⁺ + OH⁻ аммиак принимает протон и служит основанием. Ионов OH⁻ в исходной молекуле NH₃ нет.

Разбор и применение.

Сопряжённая кислотно-основная пара

Основной 10–11. Поиск и близкие обозначения: сопряжённая кислота; сопряжённое основание.

Две частицы, различающиеся одним протоном H⁺. Их заряды различаются на единицу; остальные атомы сохраняются.

Учебный пример. H₂CO₃/HCO₃⁻ — пара. H₂CO₃/CO₃²⁻ различаются двумя протонами и не образуют одну непосредственную сопряжённую пару.

Разбор и применение.

Амфипротная частица

Основной 10–11. Поиск и близкие обозначения: амфипротность; амфолит.

Частица, которая в разных кислотно-основных реакциях может и отдавать, и принимать протон. Это уточнение не следует смешивать со всеми видами амфотерности твёрдого оксида.

Учебный пример. HCO₃⁻ может перейти в CO₃²⁻, отдавая H⁺, или в H₂CO₃, принимая H⁺. Направление зависит от партнёра и условий.

Разбор и применение.

Активность

Углубление. Поиск и близкие обозначения: a; относительная активность; коэффициент активности.

Безразмерная термодинамическая характеристика компонента относительно выбранного стандартного состояния. В приближённых моделях связывается с концентрацией через коэффициент активности.

a = γ(c/c°) — для указанной концентрационной шкалы

Единица и условие: Размерность один.

Учебный пример. В выбранной концентрационной шкале a = γc/c°. Если c/c° = 0,0200 и γ = 0,800, то a = 0,0160. Логарифмируют эту безразмерную величину, а не число с единицей.

Разбор и применение.

Водородный показатель pH

Основной 10–11. Поиск и близкие обозначения: кислотность; минус логарифм; водородный показатель.

Отрицательный десятичный логарифм активности ионов водорода в растворе. Замена активности концентрацией — дополнительное приближение для подходящих растворов.

pH = −lg a(H⁺)

Единица и условие: Размерность один.

Учебный пример. Если a(H⁺) = 10⁻⁴, то pH = 4. При 25 °C это кислая водная среда; нейтральность при иной температуре проверяют через K_w, а не правилом «всегда 7».

Разбор и применение.

Ионное произведение воды

Основной 10–11. Поиск и близкие обозначения: Kw; K_w; автопротолиз воды; pKw.

В принятой водной шкале произведение активностей H⁺ и OH⁻, согласованное с определением реакции и стандартных состояний. Зависит от температуры и условий.

K_w = a(H⁺)a(OH⁻); pH_нейтр. ≈ ½pK_w — в разбавленном идеальном приближении и согласованной шкале

Единица и условие: Термодинамическая константа безразмерна в принятой шкале.

Учебный пример. В школьной водной модели нейтральность означает равенство концентраций H⁺ и OH⁻. В разбавленном идеальном приближении a ≈ c/c°, поэтому при 25 °C K_w ≈ 10⁻¹⁴ и обе концентрации примерно по 10⁻⁷ моль/л. При другой T нейтральный pH может отличаться от 7.

Разбор и применение.

Химическое равновесие

Основной 10–11. Поиск и близкие обозначения: динамическое равновесие; обратимая реакция.

Состояние без суммарного изменения состава по рассматриваемой реакции; прямое и обратное превращения продолжаются с одинаковыми скоростями. Равенство концентраций участников не требуется.

Учебный пример. В модельной A ⇌ B равновесные c(A) = 0,20 и c(B) = 0,60 моль/л совместимы с равновесием; они не обязаны совпадать.

Разбор и применение.

Константа равновесия

Основной 10–11. Поиск и близкие обозначения: K; Kc; Kp.

Значение реакционного отношения активностей в равновесии для заданных уравнения, температуры и стандартных состояний. При изменении нормировки уравнения меняется выражение K.

Для A ⇌ B: K = a(B)_равн./a(A)_равн.

Единица и условие: Термодинамическая K безразмерна; размерные школьные Kc требуют оговорки.

Учебный пример. Если для A ⇌ B K = 3, то для 2A ⇌ 2B константа 3² = 9. Это не новое измерение силы вещества.

Разбор и применение.

Реакционное отношение

Углубление. Поиск и близкие обозначения: Q; реакционное частное.

Выражение того же вида, что K, но с текущими активностями. Для сравнения Q и K используют одно уравнение и одинаковую шкалу.

Q < K: Δ_rG < 0; Q = K: Δ_rG = 0

Единица и условие: Размерность один в активности.

Учебный пример. Если в модели A ⇌ B сейчас Q = 2, а K = 5, изменение состава в прямом направлении термодинамически выгодно. Скорость по этим двум числам не найдена.

Разбор и применение.

Константа кислотности

Углубление. Поиск и близкие обозначения: Ka; K_a; pKa; сила кислоты.

Константа равновесия передачи протона данной кислотой растворителю. Сравнивают значения при согласованных растворителе, температуре и стандартных состояниях.

pK_a = −lg K_a

Единица и условие: Термодинамическая K_a безразмерна.

Учебный пример. Для одной сопряжённой пары HA/A⁻ при одинаковых условиях K_a(HA)K_b(A⁻) = K_w. Нельзя перемножать Ka и Kb произвольных кислоты и основания.

Разбор и применение.

Окисление

Основной 8–9. Поиск и близкие обозначения: отдача электронов; повышение СО.

Изменение, при котором степень окисления атома повышается; в электронном балансе это отдача электронов.

Учебный пример. В Fe²⁺ → Fe³⁺ + e⁻ железо окисляется. Наличие O в записи не является обязательным.

Разбор и применение.

Восстановление

Основной 8–9. Поиск и близкие обозначения: принятие электронов; понижение СО.

Изменение с понижением степени окисления; в электронном балансе соответствует принятию электронов.

Учебный пример. Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu: медь восстанавливается из +II до 0.

Разбор и применение.

Окислитель

Основной 8–9. Поиск и близкие обозначения: акцептор электронов.

Участник ОВР, который принимает электроны и сам восстанавливается. Роль устанавливают по конкретному превращению.

Учебный пример. В Zn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu окислитель — Cu²⁺. Он не «заставляет восстановиться цинк»: цинк окисляется.

Разбор и применение.

Восстановитель

Основной 8–9. Поиск и близкие обозначения: донор электронов.

Участник ОВР, отдающий электроны и сам окисляющийся.

Учебный пример. В том же превращении Zn — восстановитель: каждый атом Zn в балансе отдаёт два электрона.

Разбор и применение.

Электродный потенциал

Углубление. Поиск и близкие обозначения: E; стандартный потенциал; E°.

Характеристика электрода, используемая в сравнении с заданным электродом отсчёта. Зависит от состава, температуры и состояния поверхности; стандартный и фактический потенциалы различают.

E_яч = E_кат − E_ан

Единица и условие: вольт (В, V)

Учебный пример. Для двух согласованно записанных восстановительных потенциалов учебные E°кат = +0,50 В и E°ан = −0,20 В дают E°яч = 0,70 В. Знак изолированного табличного числа не равен напряжению целой ячейки.

Разбор и применение.

Атомная орбиталь

Основной 10–11. Поиск и близкие обозначения: АО; электронное облако; волновая функция.

Одноэлектронная волновая функция атомной модели; её квадрат модуля задаёт плотность вероятности положения электрона. Изображаемая поверхность не является траекторией.

Учебный пример. У s-орбитали сферическая симметрия. Электрон не обязан двигаться по нарисованной сфере, как планета по орбите.

Разбор и применение.

Ковалентная связь

Основной 8–9. Поиск и близкие обозначения: общая электронная пара.

Химическая связь, в которой существенна общая электронная плотность между атомами. Школьная модель общих пар полезна, но не требует равного распределения электронов.

Учебный пример. В H–Cl связь ковалентная полярная: общая электронная плотность смещена к Cl. Формальная пара не означает два неподвижных шарика.

Разбор и применение.

σ-связь

Основной 10–11. Поиск и близкие обозначения: сигма связь; sigma.

Компонент связи с цилиндрической симметрией электронной плотности относительно межъядерной оси в рассматриваемой локальной модели.

Учебный пример. В обычной локальной модели этена между двумя C одна σ- и одна π-связь; две линии двойной связи не означают две σ-связи.

Разбор и применение.

π-связь

Основной 10–11. Поиск и близкие обозначения: пи связь; pi.

Компонент связи, соответствующая орбитальному перекрыванию по сторонам межъядерной оси; у π-орбитали есть узловая плоскость через эту ось.

Учебный пример. В локальной модели этина C≡C содержит одну σ- и две π-компоненты. Нельзя свободно повернуть одну часть вокруг кратной связи, сохранив всё перекрывание.

Разбор и применение.

Координационное число

Основной 10–11. Поиск и близкие обозначения: КЧ; ближайшие соседи.

Число соседей по явно принятому правилу координации. Для комплекса часто считают непосредственно связанные донорные атомы, для кристалла — выбранных ближайших соседей.

Учебный пример. В [Al(H₂O)₆]³⁺ шесть донорных O, КЧ = 6. Это не степень окисления Al, которая равна +III.

Разбор и применение.

Кристаллическая ячейка

Основной 10–11. Поиск и близкие обозначения: элементарная ячейка; периодичность.

Повторяемая трансляциями область периодической структуры с заданным набором атомных позиций. Обычная выбранная ячейка не обязательно примитивна.

Учебный пример. В одноатомной ГЦК-модели 8 вершин по 1/8 и 6 граней по 1/2 дают 4 атома на обычную кубическую ячейку. Это не КЧ, равное 12.

Разбор и применение.

Гомологи

Основной 10–11. Поиск и близкие обозначения: гомологический ряд; CH2.

Соединения одного структурного семейства, различающиеся на одну или несколько групп CH₂ и сохраняющие соответствующий тип функционального фрагмента/строения.

Учебный пример. Пропан и бутан — соседние алканы. Совпадение разности CH₂ у двух случайно выбранных формул само по себе ещё не доказывает один гомологический ряд.

Разбор и применение.

Изомерия

Основной 10–11. Поиск и близкие обозначения: изомеры; структурная изомерия; стереоизомерия.

Различие химического строения или пространственной организации при одинаковом составе молекул. Нужно назвать, какое именно различие и какие операции сравнения учитываются.

Учебный пример. Этанол и диметиловый эфир имеют C₂H₆O, но разную связность. Поворот всего рисунка одного этанола не создаёт второго структурного изомера.

Разбор и применение.

Конформация

Основной 10–11. Поиск и близкие обозначения: конформер; вращение связи.

Пространственное расположение атомов, различаемое среди форм, способных взаимопревращаться вращениями вокруг формально одинарных связей и другими допустимыми конформационными движениями.

Учебный пример. Заслонённая и заторможенная формы этана различаются взаимным поворотом групп. Быстрое взаимопревращение не означает, что эти геометрии одинаковы.

Разбор и применение.

Функциональная группа

Основной 10–11. Поиск и близкие обозначения: характеристическая группа; класс органики.

Структурный фрагмент, связанный с характерными химическими превращениями семейства органических соединений. Влияние остальных частей молекулы сохраняется.

Учебный пример. Группа –COOH характеризует карбоновые кислоты. Одно наличие O не позволяет назвать любое вещество спиртом.

Разбор и применение.

Полимер

Основной 10–11. Поиск и близкие обозначения: макромолекула; повторяющееся звено.

Вещество из макромолекул с многократно повторяющимися структурными звеньями; состав порции может включать распределение длин цепей. Мономер и повторяющееся звено различают.

Учебный пример. При присоединительной полимеризации этена получают звено –CH₂–CH₂–. Двойная связь исходного мономера не сохраняется как двойная в каждой связи основной цепи.

Разбор и применение.

Теплота

Основной 8–9. Поиск и близкие обозначения: q; Q; теплопередача.

Энергия, переданная через границу системы из-за различия температур. Теплота относится к процессу, а не является запасённым веществом внутри тела.

Единица и условие: джоуль (Дж, J)

Учебный пример. Если выбранная система получила от окружения 350 Дж теплоты, qсистемы = +350 Дж; для её отдающего тепло окружения знак противоположен.

Разбор и применение.

Энтальпия

Основной 10–11. Поиск и близкие обозначения: H; ΔH; тепловой эффект.

Функция состояния H = U + pV. Изменение энтальпии совпадает с теплотой при постоянном давлении, если система закрыта и совершается только работа изменения объёма.

H = U + pV; q_p = ΔH — при названных ограничениях

Единица и условие: Дж; молярное изменение — Дж/моль

Учебный пример. Для заданного процесса ΔH = −12 кДж означает уменьшение энтальпии. При указанных условиях система отдаёт 12 кДж теплоты; скорость не определена.

Разбор и применение.

Энтропия

Углубление. Поиск и близкие обозначения: S; ΔS; микросостояния.

Функция состояния, изменение которой для обратимого изотермического пути равно qrev/T. Не является бытовой оценкой видимого беспорядка.

ΔS = q_rev/T — для изотермического обратимого пути

Единица и условие: Дж/К; молярная — Дж/(моль·К)

Учебный пример. Если на обратимом изотермическом пути при 300 К система получает 600 Дж теплоты, ΔS = +2,00 Дж/К. Для необратимого процесса нельзя без проверки подставить фактическое q в ту же формулу.

Разбор и применение.

Энергия Гиббса

Углубление. Поиск и близкие обозначения: G; ΔG; свободная энергия.

Функция состояния G = H − TS. При постоянных T,p для закрытой системы без навязанной работы, кроме объёмной, самопроизвольное разрешённое изменение уменьшает G.

При одной T: ΔG = ΔH − TΔS

Единица и условие: Дж; для молярной реакции — Дж/моль

Учебный пример. В модели ΔH = −10,0 кДж, ΔS = −20,0 Дж/К и T = 300 К дают ΔG = −4,00 кДж. Это критерий направления в заданных условиях, а не обещание мгновенной реакции.

Разбор и применение.

Экзотермический процесс

Основной 8–9. Поиск и близкие обозначения: выделение теплоты; ΔH меньше нуля.

Процесс, при котором выбранная система передаёт теплоту окружению. При постоянном давлении и только объёмной работе ему соответствует ΔH < 0.

Учебный пример. Для qсистемы = −0,80 кДж окружение получает +0,80 кДж, если других обменов нет. Слово «экзо» не означает отсутствие энергетического барьера.

Разбор и применение.

Эндотермический процесс

Основной 8–9. Поиск и близкие обозначения: поглощение теплоты; ΔH больше нуля.

Процесс получения теплоты выбранной системой; при постоянном давлении и только объёмной работе ΔH > 0.

Учебный пример. Если растворение в принятой модели поглощает теплоту у раствора и сосуда, их температура может понизиться. Это не доказывает, что растворение невозможно.

Разбор и применение.

Энергия активации

Основной 10–11. Поиск и близкие обозначения: Ea; Eₐ; барьер; Аррениус.

Параметр температурной зависимости константы скорости в уравнении Аррениуса. Для простой модели связан с барьером пути, но не равен энтальпии всей реакции.

k = A·exp[−E_a/(RT)] — в модели Аррениуса

Единица и условие: Дж/моль; часто кДж/моль

Учебный пример. У двух модельных путей одинаковое ΔH, но Eₐ = 45 и 70 кДж/моль. При одинаковых множителях Аррениуса первый быстрее; знак ΔH этого не устанавливает.

Разбор и применение.

Скорость реакции

Основной 10–11. Поиск и близкие обозначения: v; изменение концентрации за время.

Мера изменения количества реагента или продукта во времени. Для единой скорости по уравнению учитывают коэффициенты; концентрационные формулы требуют постоянного объёма.

Для 2A → B при постоянном V: v = −½dc(A)/dt = dc(B)/dt

Единица и условие: Для объёмной концентрационной скорости — моль/(л·с).

Учебный пример. В 2A → B при постоянном объёме A исчезает со скоростью 0,040 моль/(л·с), а B образуется со скоростью 0,020 моль/(л·с). Нормированная v = 0,020 моль/(л·с).

Разбор и применение.

Кинетическое уравнение

Углубление. Поиск и близкие обозначения: закон скорости; порядок реакции.

Зависимость скорости от состава и иных условий в заданной модели. Показатели степеней устанавливают экспериментом или механизмом, а не просто читают из суммарного уравнения.

v = k·c(A)^αc(B)^β — один из возможных законов

Учебный пример. В модельном v = k·c(A)² удвоение c(A) при постоянных остальных условиях увеличивает скорость в четыре раза. Коэффициент перед A в общем балансе мог быть иным.

Разбор и применение.

Константа скорости

Углубление. Поиск и близкие обозначения: k; кинетическая константа.

Параметр принятого закона скорости при заданных температуре и среде. Не является константой равновесия; её единица зависит от порядка реакции.

Учебный пример. Для v = kc(A) и v в моль/(л·с) единица k — с⁻¹. Для v = kc(A)² это л/(моль·с); сравнивать числа k без единиц нельзя.

Разбор и применение.

Катализатор

Основной 10–11. Поиск и близкие обозначения: катализ; ускорение реакции.

Участник, обеспечивающий иной путь превращения и регенерирующийся в суммарном каталитическом цикле. При тех же T и термодинамических ограничениях не меняет K равновесия.

Учебный пример. Катализатор может ускорить установление равновесия и в прямом, и в обратном направлении. Его присутствие не означает, что равновесный выход обязательно вырос.

Разбор и применение.

Период полупревращения

Углубление. Поиск и близкие обозначения: t1/2; половинное время; период полураспада.

Время уменьшения количества или концентрации выбранного участника вдвое в заданной модели. Постоянное значение, независимое от начального состава, не универсально для всех реакций.

t_½ = ln2/k — только для данной модели первого порядка

Единица и условие: секунда; допустимы согласованные мин, ч

Учебный пример. Для необратимого первого порядка с k = 0,0200 с⁻¹ t½ = ln2/k ≈ 34,7 с. Этот закон нельзя автоматически использовать для второго порядка.

Разбор и применение.

Выход продукта

Основной 8–9. Поиск и близкие обозначения: η; эта; теоретический выход.

Отношение реально полученного количества заданного продукта к теоретическому по принятому уравнению и исходным данным. Должны совпадать продукт, форма и основание счёта.

η = n_{получено}/n_теор.; для одного чистого вещества также m_{получено}/m_теор.

Единица и условие: Размерность один; часто %.

Учебный пример. Из теоретических 12,0 г чистого продукта выделили 9,00 г: η = 75,0%. Масса мокрого загрязнённого осадка не является автоматически массой чистого продукта.

Разбор и применение.

Лимитирующий реагент

Основной 8–9. Поиск и близкие обозначения: недостаток; избыток реагента.

Участник, начальное количество которого ограничивает максимально возможную степень превращения по выбранному уравнению. Учитывают стехиометрическую потребность.

Сравнивают n_i,0/ν_i для реагентов.

Учебный пример. Для 2A + B → C даны 0,30 моль A и 0,20 моль B: отношения n/коэффициент равны 0,15 и 0,20 моль. Лимитирует A; максимум C = 0,15 моль.

Разбор и применение.