نموذج كيميائي. النماذج الكيميائية لأجسام الطبيعة

فيدوروف أ. واحدMelentyeva T.A. 2ميلينتييفا م. 3

1 معهد تولاالإدارة والأعمال. اختصار الثاني. ديميدوف

3 الأكاديمية الروسية للموسيقى جينسينس

1. Ivashov P.V. دراسات المناظر الطبيعية والجيوكيميائية على كتل البازلت. - م: فروم فو "Dalnauka" 2003. - 323 ص.

2. Akimova T.A.، Kuzmin A.P.، Khaskin V.V. علم البيئة. - م: فروم فو "UNITI" 2001. - 343 ص.

4. علم البيئة. إد. Terekhina L.A. - تولا: From-vo "TSPU" ، 2004. - 221 ص.

5. Fedorov A.Ya.، Melent'eva T.A.، Melent'eva M.A. عملية تنقية الغاز. - تولا: دار النشر "تولجو" سلسلة "البيئة والسلامة" ، 2009. - العدد. 3. - ص 47-52.

6. Fedorov A.Ya.، Melent'eva T.A.، Melent'eva M.A. نمذجة العمليات المعدنية. - م: دار النشر "أكاديمية العلوم الطبيعية" ، 2011. - ص 56-58.

من كل اندلعت من باطن الأرضالصخور ، الأكثر انتشارًا هي تشكيلات البازلت - الانصباب المرتبطة بالصهارة البازلتية. عادة ما يتم تقسيم عائلة البازلت من قبل علماء البترول إلى نوعين عريضين: البازلت الثوليكي والبازلت الأوليفين القلوي. يتكون البازلت الثوليك من اثنين من البيروكسين (الأوجيت والبيروكسين الفقير بالكالسيوم) والبلاجيوجلاز. قد تحتوي أيضًا على الزبرجد الزيتوني. تتميز البازلت الأوليفين القلوية بوجود بيروكسين واحد فقط (أوجيفيت) في عملية التكوُّن الجزئي مع البلاجيوجلاز والزبرجد الزيتوني. هم من سمات الجزر المحيطية بشكل خاص. تم العثور على البازلت Tholeint بشكل أساسي في أعماق المحيطات ، على طول التلال المحيطية ، وأيضًا في شكل بازلت مترابط على البر الرئيسي. التلييت القاري يحتوي على نسبة أعلى قليلاً من الكالسيوم والسيليكا من التلييتات المحيطية.

في مناطق انتشار النشاط البركاني القديم والحديث ، تم الآن إثبات الارتباط الوثيق والمكاني للبازلت والأنديسايت كتكوينات انصباب مع نظرائهم المتطفلين في شكل gabbroids و diorites. القواسم المشتركة التراكيب الكيميائيةمن هذه الصخور البركانية والصخور المتطفلة تشير إلى وحدة أصلها العميق.

تعتمد العديد من العمليات المعدنية على معالجة الصخور الحاملة للحديد. وهي تستند إلى استخلاص المعادن من الخامات ، حيث توجد بشكل أساسي في شكل أكاسيد أو كبريتيدات باستخدام حراري و التفاعلات الالكتروليتية. التفاعلات الكيميائية الأكثر شيوعًا هي:

Fe2O3 + 3C + O2 → 2Fe + CO + 2CO2 ،

5Сu2S + 5O2 → 10Cu + 5SO2 ، (1)

Al2O3 + 3O → 2Al + 3O2 ،

حيث Fe2O3 ، Al2O3 عبارة عن أكاسيد الحديد والألمنيوم ؛ Сu2S - كبريتيد النحاس ؛ ج - الكربون O2 - الأكسجين الجزيئي O - الأكسجين الذري ؛ الحديد ، النحاس ، المعادن التي تم الحصول عليها ؛ أول أكسيد الكربون ؛ ثاني أكسيد الكربون - ثاني أكسيد الكربون ؛ SO2 - ثاني أكسيد الكبريت. تشمل السلسلة التكنولوجية في علم المعادن الحديدية إنتاج الكريات والتكتلات ، وأفران الصهر ، وصناعة الصلب ، والدرفلة ، والسبائك الحديدية ، والمسبك ، وغيرها من الصناعات المساعدة. جميع المراحل المعدنية مصحوبة بتلوث بيئي شديد (الجدول). في إنتاج فحم الكوك ، الهيدروكربونات العطرية ، الفينولات ، الأمونيا ، السيانيد و خط كاملمواد أخرى. تستهلك المعادن الحديدية عدد كبير منماء. على الرغم من تلبية الاحتياجات الصناعية بنسبة 80-90 ٪ من خلال الأنظمة إعادة تدوير إمدادات المياه. مع المصارف في اجسام مائيةتدخل كميات كبيرة من المواد الصلبة العالقة والكبريتات والكلوريدات ومركبات المعادن الثقيلة.

انبعاثات الغازات من المراحل الرئيسية للمعادن الحديدية بالكيلو جرام / طن من المنتج المقابل

ملحوظة. * كجم / م 2 من سطح المعدن.

تكنولوجيا صناعة كيميائيةبجميع فروعها ( الكيمياء غير العضوية، كيمياء النفط والغاز ، كيمياء الخشب ، التخليق العضوي ، الكيمياء الدوائية ، الصناعة الميكروبيولوجية ، إلخ) تحتوي على العديد من دورات المواد غير المغلقة. تتمثل المصادر الرئيسية للانبعاثات الضارة في عمليات إنتاج الأحماض والقلويات غير العضوية والمطاط الصناعي والأسمدة المعدنية ومبيدات الآفات والبلاستيك والأصباغ والمذيبات والمنظفات وتكسير الزيت. بالإضافة إلى ذلك ، هناك عمليات تنظيف غازات العمليات. في التدفقات التكنولوجية للملوثات ، تحتل وسائط النقل مكانًا رئيسيًا - الهواء والماء.

عادة عملية كيميائيةيتكون إنتاج المعادن من اختزال معدن معين - عادة أكسيد أو كبريتيد - إلى معدن حر. يستخدم الفحم عادة كعامل اختزال ، وغالبًا ما يكون في شكل فحم الكوك (KMZ ، RMZ).

تحتل روسيا غير المواتية الموقع الجغرافيفيما يتعلق بنقل ملوثات الهواء عبر الحدود. بسبب الغلبة رياح غربيةتأتي نسبة كبيرة من تلوث الهواء في الأراضي الأوروبية لروسيا (ETR) من النقل الجوي من دول الغرب و اوربا الوسطىوالدول المجاورة.

إلى عن على تقييم متكاملحالة الحوض الجوي ، يتم استخدام مؤشر التلوث الجوي الكلي:

حيث qi هو متوسط التركيز السنوي في الهواء للمادة i ؛ Ai - معامل الخطر للمادة i ، عكس MPC لهذه المادة ؛ Ci معامل يعتمد على فئة الخطر للمادة. Im هو مؤشر مبسط وعادة ما يتم حسابه لـ m = 5 - أهم تركيزات المواد التي تحدد تلوث الهواء. تشتمل هذه الخمسة في الغالب على مواد مثل البنزوبيرين ، والفورمالديهايد ، والفينول ، والأمونيا ، وثاني أكسيد النيتروجين ، وثاني كبريتيد الكربون ، والغبار. يختلف الفهرس Im من كسور واحد إلى 15-20 - ظروف التلوث القصوى.

وفقًا لعدد من المؤشرات ، في المقام الأول من حيث الكتلة وانتشار الآثار الضارة ، فإن ثاني أكسيد الكبريت هو الملوث الأول للهواء. الدخول في الغلاف الجوي كميات كبيرةيؤدي SO2 وأكاسيد النيتروجين إلى انخفاض ملحوظ في PH لهطول الأمطار. ويرجع ذلك إلى تفاعلات ثانوية في الغلاف الجوي تؤدي إلى تكوين أحماض قوية. تتضمن هذه التفاعلات الأكسجين وبخار الماء ، بالإضافة إلى جزيئات الغبار ذات التقنية المولدة كمحفز:

2SO2 + O2 + 2H2O → 2H2SO4 ،

4NO2 + 2H2O + O2 → 4HNO3 ، (3)

حيث H2SO4 ، HNO3 هي كبريتية و حمض النيتريك. يظهر عدد من المنتجات الوسيطة لهذه التفاعلات أيضًا في الغلاف الجوي. يؤدي انحلال الأحماض في الرطوبة الجوية إلى هطول الأمطار أمطار حمضية. في المناطق الصناعية وفي مناطق إدخال الغلاف الجوي لأكاسيد الكبريت والنيتروجين ، يتراوح الرقم الهيدروجيني لمياه الأمطار من 3 إلى 5. يعتبر ترسيب الأحماض خطيرًا بشكل خاص في المناطق ذات التربة الحمضية والتخزين المؤقت المنخفض مياه طبيعية. هذا يؤدي إلى تغييرات معاكسة في النظم الإيكولوجية المائية. لطالما شعرت المجمعات الطبيعية في جنوب كندا وأوروبا الكبريتية بتأثير الترسيب الحمضي.

في السبعينيات ، كانت هناك تقارير عن حدوث انخفاضات إقليمية في طبقة الأوزون في الستراتوسفير. كان الملاحظ بشكل خاص هو ثقب الأوزون النابض موسمياً فوق القارة القطبية الجنوبية بمساحة تزيد عن 10 ملايين كيلومتر مربع ، حيث انخفض محتوى O3 بنسبة 50 ٪ تقريبًا خلال الثمانينيات. نظرًا لأن ضعف شاشة الأوزون أمر خطير للغاية بالنسبة لجميع الكائنات الحية الأرضية وعلى صحة الإنسان ، فقد جذبت هذه البيانات انتباه العلماء ، ثم المجتمع بأسره. يميل معظم الخبراء إلى التفكير في الأصل التكنولوجي ثقوب الأوزون. الافتراض الأكثر منطقية هو أن السبب الرئيسي هو دخول الطبقات العليا من الغلاف الجوي للكلور والفلور التكنولوجي ، بالإضافة إلى الذرات والجذور الأخرى التي يمكن أن تضيف الأكسجين الذري بشكل فعال للغاية ، وبالتالي تتنافس مع التفاعل:

O + O2 → O3 ، (4)

حيث O3 هو الأوزون. يتم إدخال الهالوجينات النشطة في الغلاف الجوي العلوي بواسطة مركبات الكربون الكلورية فلورية المتطايرة (CFCs) مثل الفريونات ، والتي تكون في الظروف الطبيعيةخامل وغير سام ، تحت تأثير الموجة القصيرة الأشعة فوق البنفسجيةتفكك في الستراتوسفير. تحتوي مركبات الكلوروفلوروكربون على عدد من خصائص مفيدة، مما أدى إلى استخدامها على نطاق واسع في وحدات التبريد ، ومكيفات الهواء ، وعلب الأيروسول ، وطفايات الحريق ، وما إلى ذلك (الشكل). منذ عام 1950 ، زاد الإنتاج العالمي من مركبات الكربون الكلورية فلورية بنسبة 7-10٪ سنويًا.

الإنتاج العالمي من مركبات الكربون الكلورية فلورية

في وقت لاحق ، اعتمدوا اتفاقات دوليةإلزام الدول الأعضاء بالحد من استخدام مركبات الكربون الكلورية فلورية. في وقت مبكر من عام 1978 ، فرضت الولايات المتحدة حظرا على استخدام الهباء الجوي من مركبات الكربون الكلورية فلورية. لكن التوسع في التطبيقات الأخرى لمركبات الكربون الكلورية فلورية أدى مرة أخرى إلى زيادة إنتاجها العالمي. يرتبط انتقال الصناعة إلى تقنيات جديدة موفرة للأوزون بالكثير التكاليف المالية. في العقود الاخيرةكان هناك آخرون محض طرق تقنيةإدخال المواد المستنفدة للأوزون النشطة في الستراتوسفير: تفجيرات نوويةالغلاف الجوي ، والانبعاثات من الطائرات الأسرع من الصوت ، وإطلاق الصواريخ و سفن الفضاءقابلة لإعادة الاستخدام. ومع ذلك ، من الممكن أن يكون جزء من الضعف الملحوظ لشاشة الأوزون على الأرض غير مرتبط بالانبعاثات من صنع الإنسان ، ولكن بالتقلبات العلمانية في الخصائص الكيميائية الجوية للغلاف الجوي والتغيرات المناخية المستقلة.

رابط ببليوغرافي

فيدوروف إيه يا ، ميلينتييفا تي إيه ، ميلينتييفا إم إيه. النموذج الكيميائي لتلوث الأرض // التقنيات الحديثة كثيفة العلم. - 2013. - رقم 2. - ص 107-109 ؛
URL: http://top-technologies.ru/ru/article/view؟id=31345 (تاريخ الوصول: 04/06/2019). نلفت انتباهكم إلى المجلات التي تصدرها دار النشر "أكاديمية التاريخ الطبيعي".

بالإضافة إلى الملاحظة والتجربة في الإدراك العالم الطبيعيوالكيمياء ، تلعب النمذجة دورًا مهمًا. أحد الأهداف الرئيسية للملاحظة هو البحث عن أنماط في نتائج التجارب. ومع ذلك ، فإن بعض الملاحظات غير مريحة أو يستحيل إجراؤها مباشرة في الطبيعة. بيئة طبيعيةإعادة في ظروف المختبربمساعدة الأجهزة الخاصة ، والتركيبات ، والكائنات ، أي النماذج. النماذج تنسخ فقط أكثر علامات مهمةوخصائص الكائن وتم حذفها التي ليست ضرورية للدراسة. لذلك في الكيمياء ، يمكن تقسيم النماذج بشكل شرطي إلى مجموعتين: المادية ومبدع.

نماذج مادية من الذرات والجزيئات والبلورات ، الصناعات الكيماويةيستخدم الكيميائيون لمزيد من الوضوح.

التمثيل الأكثر شيوعًا للذرة هو نموذج يشبه بنية النظام الشمسي.

غالبًا ما تستخدم لنمذجة جزيئات المواد. الكرة والعصاعارضات ازياء. يتم تجميع نماذج من هذا النوع من كرات ملونة تمثل الذرات التي يتكون منها الجزيء. الكرات متصلة بقضبان ترمز روابط كيميائية. بمساعدة نماذج الكرة والعصا ، يتم إعادة إنتاج زوايا الروابط في الجزيء بدقة تامة ، ولكن تنعكس المسافات بين النوى فقط تقريبًا ، نظرًا لأن أطوال القضبان التي تربط الكرات لا تتناسب مع أطوال الروابط.

نماذج الجرفتنقل بدقة زوايا الرابطة ونسبة أطوال الرابطة في الجزيئات. نوى الذرات فيها ، على عكس نماذج الكرة والقضيب ، لا يتم تحديدها بواسطة الكرات ، ولكن من خلال نقاط التوصيل للقضبان.

نماذج نصف كرويةتسمى أيضًا نماذج Stewart-Briegleb ، ويتم تجميعها من كرات ذات شرائح مقطوعة. يتم ربط نماذج الذرات ببعضها البعض بواسطة مستويات شرائح باستخدام الأزرار. تنقل النماذج نصف الكروية بدقة كلاً من نسبة أطوال الروابط وزوايا الرابطة وملء الفراغ الداخلي في الجزيئات. ومع ذلك ، فإن هذا الشغل لا يسمح دائمًا لأحد بالحصول عليه التمثيل المرئيحول الترتيب المتبادل للنواة.

نماذج البلورات تشبه نماذج الكرة والعصا من الجزيئات ، ومع ذلك ، فهي لا تصور الجزيئات الفردية للمادة ، ولكنها تظهر الترتيب المتبادلجسيمات المادة في الحالة البلورية.

ومع ذلك ، في كثير من الأحيان لا يستخدم الكيميائيون المواد ، ولكن نماذج مبدعة -هم رموز كيميائية ، الصيغ الكيميائيةالمعادلات تفاعلات كيميائية. مع الرموز العناصر الكيميائيةوالفهارس هي صيغ مكتوبة للمواد. يوضح الفهرس عدد ذرات عنصر معين متضمنة في جزيء مادة ما. هو مكتوب على يمين علامة العنصر الكيميائي.

الصيغة الكيميائية هي نموذج مبدع أساسي في الكيمياء. يظهر: مادة معينة ؛ جسيم واحد من هذه المادة التركيب النوعي للمادة ، أي ذرات العناصر المدرجة في التكوين مادة معينة؛ التركيب الكمي ، أي كم عدد ذرات كل عنصر هي جزء من جزيء المادة.

جميع النماذج المذكورة أعلاه مستخدمة على نطاق واسع في الإنشاء نماذج الكمبيوتر التفاعلية.

حاشية. ملاحظة

تتناول المقالة النماذج الكمومية الكيميائية للذرات والجزيئات ، والتي تجعل من الممكن فهم جوهر التحولات الكيميائية للمادة على الذرات والجزيئات. المستوى الجزيئيمنظمته.

نبذة مختصرة

المقالة مخصصة لدراسة مفصلة لنماذج الرسوم الكمومية الكيميائية للذرات والجزيئات والروابط الكيميائية. يسمح هذا النهج بفهم طبيعة العمليات الكيميائية وقوانين إجرائها.

تم الكشف عن الأفكار الحديثة حول بنية الذرات والجزيئات ، وفهم التحولات الكيميائية للمادة على المستوى الذري والجزيئي لتنظيمها من خلال كيمياء الكم.

من وجهة نظر كيمياء الكم ، الذرة عبارة عن نظام دقيق يتكون من نواة وإلكترونات تتحرك في المجال الكهرومغناطيسي للنواة. على التين. يقدم الشكل 1 نماذج مدارية وإلكترونية ونماذج حيود الإلكترون لذرات الفترتين الأولى والثانية ، مبنية باستخدام مبادئ وقواعد الكم لملء مستويات الطاقة في الذرات بالإلكترونات. أربعة أعداد كمية ن, ل, م ل, تصلب متعددتميز بالكامل حركة الإلكترونات في مجال النواة. عدد الكم الرئيسي نيميز طاقة الإلكترون ، بعده عن النواة ويتوافق مع الرقم مستوى الطاقةالذي يقع عليه الإلكترون. رقم الكم المداري ليحدد شكل المدار وطاقة المستويات الفرعية من نفس مستوى الطاقة. مفهوم "المداري" يعني المنطقة الأكثر احتمالا لحركة الإلكترون في الذرة. عدد الكم المغناطيسي م ليحدد عدد المدارات واتجاهها المكاني. والأهم من ذلك ، أن الأرقام الكمية المدارية والمغناطيسية مترابطة فيما بينها. رقم الكم المداري ليأخذ قيمًا واحدة أقل من رقم الكم الرئيسي ن. اذا كان ن= 1 إذن ل= 0 ، وهي كروية الشكل 1 سمداري. اذا كان ن= 2 ، ثم يأخذ الرقم الكمي المداري قيمتين: ل= 0 ، 1 ، مما يشير إلى وجود مستويين فرعيين. إنها كروية 2 س- المداري ( ل= 0) وثلاثة 2 ص- المدرجات تشبه الدمبل في الجمباز ، وتقع بزاوية 90 درجة على طول محاور نظام الإحداثيات الديكارتية.

الشكل 1. حيود الكم الكيميائي والإلكتروني والإلكترون نماذج ذرات الفترتين الأولى والثانية

العدد والترتيب المكاني 2 صالمداري يحدد عدد الكم المغناطيسي م ل, الذي يأخذ القيم ضمن التغيير المداري عدد الكممن - لل + ل. اذا كان ل= 0 إذن م ل= 0 (واحد س- المداري). اذا كان ل= 1 إذن م ليأخذ ثلاث قيم - 1 , 0, +1 (ثلاثة صالمدارية).

تُظهر النماذج المدارية للذرات الترتيب المكاني وشكل المدارات ، وعلى نماذج حيود الإلكترون في شكل خلايا كمومية رمزية ، يتم إعطاء صورة للمدارات وموضع المستويات والمستويات الفرعية في مخطط الطاقة. انتبه لحجم الذرات. يتكرر نفس الانتظام في الفترات - مع زيادة شحنة النواة ، يزداد تشوه (ضغط) المدارات تحت تأثير التجاذب الكهرومغناطيسي للإلكترونات بواسطة النواة (الشكل 1).

يخضع وضع الإلكترونات في المدارات لواحد من أهم مبادئ ميكانيكا الكم (مبدأ باولي): لا يمكن أن يكون أكثر من إلكترونين في مدار واحد ، ويجب أن يختلفوا. لحظة خاصةمقدار الحركة - الدوران (دوران الدوران باللغة الإنجليزية). تُصوَّر الإلكترونات ذات الدورات المختلفة بشكل تقليدي بواسطة الأسهم و ¯. عندما يكون إلكترونان في نفس المدار ، يكون لهما دوران مضاد ولا يمنعان بعضهما البعض من التحرك في مجال النواة.

تشبه هذه الخاصية الدوران في شبكة ترسين. عند التعشيق ، يدور أحد التروس في اتجاه عقارب الساعة والآخر في عكس اتجاه عقارب الساعة. العتاد الثالث المتشابك مع الترسين الآخرين يوقف الدوران. إنها زائدة عن الحاجة. لذلك في مدار واحد يمكن أن يكون هناك إلكترونان فقط ، والثالث غير ضروري.

عندما تمتلئ مستويات الطاقة والمستويات الفرعية بالإلكترونات ، مبدأ الكمالحد الأدنى من الطاقة (حكم كليشكوفسكي) . تملأ الإلكترونات المدارات من أدنى مستوى إلى أعلى مستوى طاقة. يذكرنا مبدأ الحد الأدنى من الطاقة بملء أرضيات مبنى متعدد الطوابق أثناء الفيضان. يرتفع الماء ويملأ جميع الطوابق من الأسفل إلى الأعلى ، ولا يفقد واحدًا.

وفقًا لحكم Hund ، كل شيء ص- تمتلئ المدارات أولاً بإلكترون واحد ثم بالإلكترون الثاني مع دوران مضاد للتوازي.

تتيح النماذج الكمومية الكيميائية للذرات شرح خصائص الذرات لتبادل الطاقة ، وإعطاء الإلكترونات وأخذها ، وتغيير التكوين الهندسي ، وتشكيل روابط كيميائية.

تتشكل الرابطة الكيميائية التساهمية عندما تتداخل سحب الإلكترون التكافؤ. على سبيل المثال ، يتم تمثيل هذه الرابطة في النموذج المداري لجزيء الهيدروجين (الشكل 2).

الشكل 2. نموذج الرابطة التساهمية في جزيء الهيدروجين

يعتمد استخدام الطريقة الكيميائية الكمومية لروابط التكافؤ على فكرة أن كل زوج من الذرات في جزيء ما يتم تجميعه معًا بواسطة واحد أو أكثر من أزواج الإلكترونات ذات السبينات المضادة للتوازي. من وجهة نظر طريقة روابط التكافؤ ، الجزيء عبارة عن نظام دقيق يتكون من اثنين أو أكثرذرات مرتبطة تساهميًا. يتم الاحتفاظ بنوى ذرية موجبة الشحنة شحنة سالبةتتركز في منطقة المدارات الذرية المتداخلة. يتم موازنة جاذبية نوى الذرات لزيادة كثافة الإلكترون بينها بقوة تنافر النوى فيما بينها. يتم تشكيل نظام دقيق مستقر ، يكون فيه طول الرابطة التساهمية مساويًا للمسافة بين النوى.

في جزيء الفلور ، وكذلك في جزيء الهيدروجين ، يوجد غير قطبي الرابطة التساهمية. التداخل 2 ص 1 المدارات ، يخلق زوج الإلكترون كثافة إلكترون متزايدة بين نوى الذرات ويحافظ على الجزيء في حالة مستقرة (الشكل 3).

الشكل 3. نموذج الرابطة التساهمية في جزيء الفلور

تعني الرابطة التساهمية غير القطبية مثل هذا التداخل في مدارات التكافؤ ، ونتيجة لذلك تتطابق مراكز ثقل الشحنات الموجبة والسالبة.

من الممكن تكوين رابطة تساهمية قطبية عند التداخل 1 س 1 - و 2 ص 1 مدارات. على التين. يوضح الشكل 4 نموذجًا لفلوريد الهيدروجين برابطة تساهمية قطبية. تتحول كثافة الإلكترون بين الذرات المترابطة تساهميًا إلى ذرة الفلور ، التي تمارس شحنتها النووية (+9) جاذبية كهرومغناطيسية أكبر مقارنة بنواة ذرة الهيدروجين بشحنة (+1).

الشكل 4. نموذج الرابطة التساهمية القطبية في جزيء فلوريد الهيدروجين

يرجع الارتباط الأيوني إلى جاذبية الجسيمات المشحونة كهربائيًا - الأيونات. على التين. يوضح الشكل 5 نموذجًا لتشكيل رابطة أيونية في فلوريد الليثيوم. المجال الكهرومغناطيسي القوي الناتج عن نواة ذرة الفلور يلتقط ويثبت ص- مدارات لإلكترون ينتمي إلى ذرة الليثيوم. تغير ذرة الليثيوم ، المحرومة من الإلكترون ، تكوينها الهندسي (2 س-orbital) ، يصبح أيونًا موجب الشحنة وينجذب إلى أيون الفلور سالب الشحنة ، والذي اكتسب إلكترونًا إضافيًا على صمداري.

الشكل 5. نموذج للزوج الأيوني Li + F - فلوريد الليثيوم

قوى التجاذب الكهروستاتيكي للأيونات ذات الشحنة المعاكسة والتنافر قذائف الإلكترونتتوازن أيونات الليثيوم والفلور وتحمل الأيونات على مسافة تقابل طول الرابطة الأيونية. التداخل المداري في المركبات الأيونية يكاد يكون غير موجود.

يتجلى نوع خاص من الروابط الكيميائية في ذرات المعادن. تتكون البلورة المعدنية (الشكل 6) من أيونات موجبة الشحنة ، في المجال الذي تتحرك فيه إلكترونات التكافؤ بحرية ("سحابة إلكترونية").

الشكل 6. نموذج الكريستال المعدني الليثيوم

تحمل الأيونات و "سحابة الإلكترون" بعضها البعض في حالة مستقرة. نظرًا للحركة العالية للإلكترونات ، فإن المعادن لها موصلية إلكترونية.

في الجزيئات ، الذرات المرتبطة بالعديد من الروابط التساهمية تغير تكوينها الهندسي. ضع في اعتبارك مظهر هذه الخاصية في مثال ذرة كربون (1 سلا يظهر المدار 2 في نماذج ذرة الكربون ، لأن لا تشارك في تكوين روابط كيميائية).

لقد ثبت تجريبياً أنه في جزيء CH 4 ، تشكل ذرة الكربون أربعة روابط تساهمية متطابقة مع ذرات الهيدروجين ، والتي تكافئ في طاقتها وخصائصها المكانية. من الصعب تخيل أربع روابط تساهمية متطابقة ، إذا وضعنا في الاعتبار أنه في الكربون توجد إلكترونات التكافؤ على طاقتيْن 2 سو 2 صالمستويات الفرعية:

في حالة الأرض (غير متحمس) ، يشكل الكربون رابطتين تساهمية فقط. في الحالة المثارة ، إلكترون واحد من المستوى الفرعي 2 سينتقل إلى مستوى فرعي أعلى من الطاقة 2 ص. نتيجة لقفز الإلكترون هذا ، إجمالي الطاقة 2 س- و 2 صيتغير المدار وتكافؤ ذرة الكربون إلى أربعة:

ومع ذلك ، فإن هذا لا يكفي لتفسير الروابط التساهمية الأربعة المكافئة في جزيء CH 4 ، لأن 2 س- و 2 ص- المدرات لها هيئة مختلفةوالترتيب المكاني. تم حل المشكلة عن طريق إدخال فرضية التهجين - خلط إلكترونات التكافؤ في المستويات الفرعية من نفس مستوى الطاقة. يوجد 2 واحد في جزيء الميثان س- وثلاثة 2 ص- تتحول مدارات ذرة الكربون نتيجة التهجين إلى أربعة مكافئات ص 3-مدارات هجينة:

على عكس الحالة غير المستثارة (الأرضية) لذرة الكربون ، حيث ثلاثة 2 ص- المدارات للذرة بزاوية 90 درجة (الشكل 7 ، أ) ، في جزيء الميثان (الشكل 7 ، ب) متكافئة في الشكل والحجم ص 3 - ذرات كربون هجينة توجد بزاوية 109 حوالي 28 بوصة.

الشكل 7. نموذج لجزيء الميثان

في جزيء الإيثيلين C 2 H 4 (الشكل 8 ، أ) ذرات الكربون في سص 2 - الحالة الهجينة. 2 تشارك في التهجين س- مداري واثنان 2 صمداري. نتيجة التهجين ، تشكل ذرات الكربون ثلاث مكافئات ص 2 - مدارات هجينة تقع بزاوية 120 على متن الطائرة ؛ 2 ص-وربيتال لا يشارك في التهجين.

الشكل 8. نموذج لجزيء الإيثيلين

في جزيء الإيثيلين ، ترتبط ذرات الكربون ليس فقط برابطة s ، ولكن أيضًا برابطة p. تتشكل نتيجة التداخل صض- مداري مع تكوين منطقتين من التداخل فوق وتحت المحور الذي يربط النوى ، على جانبي محور الرابطة s (الشكل 8).

يتم تقديم نموذج الرابطة الثلاثية في جزيء الأسيتيلين (الشكل 9). عند خلط واحد 2 س- وواحد 2 ص س -يتم تشكيل اثنين من المدارات من ذرة الكربون ص- المدارات الهجينة ، والتي تقع على الخط الذي يربط نوى الذرات (الزاوية 180 درجة). غير هجين 2 RU- و 2صض- تتداخل المدارات من ذرات كربون مختلفة ، مكونة رابطتين p بشكل متبادل الطائرات العمودية(الشكل 9).

الشكل 9. نموذج لجزيء الأسيتيلين

تُظهر الجزيئات ، مثل الذرات ، القدرة على كسر وتشكيل روابط كيميائية ، وتغيير تكوينها الهندسي ، والانتقال من الحالة المحايدة كهربائيًا إلى الحالة الأيونية. يتم عرض هذه الخصائص في التفاعل بين جزيئات الأمونيا NH 3 وفلوريد الهيدروجين HF (الشكل 10). تتكسر الرابطة التساهمية في جزيء فلوريد الهيدروجين ، وتتشكل رابطة تساهمية متقبلية بين النيتروجين والهيدروجين في جزيء الأمونيا. المتبرع هو الزوج الوحيد من إلكترونات ذرة النيتروجين ، والمستقبل هو المدار الشاغر لذرة الهيدروجين (الشكل 10). يتغير التكوين الهندسي لجزيء NH 3 (الهرم المثلثي ، زاوية الرابطة 107 o 18 ") إلى التكوين رباعي السطوح لأيون NH 4 + (109 o 28"). العملية النهائية هي تكوين رابطة أيونية في هيكل بلوريفلوريد الأمونيوم. تتيح النماذج المدارية للجزيئات إظهار جميع الخصائص المذكورة أعلاه في تفاعل واحد: كسر وتشكيل الروابط الكيميائية ، وتغيير التكوين الهندسي ، والانتقال من الحالة المحايدة كهربائيًا إلى الحالة الأيونية.

أرز. 10. نموذج لتكوين زوج أيوني من NH 4 + F -

تفاعل كيميائي باستخدام رموز العناصر الكيميائية:

NH 3 + HF → NH 4 F ،

يعطي تعبيرًا عامًا عما يتم الكشف عنه في النماذج المدارية للجزيئات. التفاعلات الكيميائية التي تمثلها النماذج المدارية ورموز العناصر الكيميائية تكمل بعضها البعض. هذا هو جدارة. يؤدي إتقان المعرفة الأولية للتعبير الكيميائي الكمي لهيكل وتكوين الذرات والجزيئات إلى فهم المفتاح المفاهيم الكيميائية: قطبي تساهمي و الرابطة غير القطبية، رابطة متبرع متقبل ، رابطة أيونية ، تكوين هندسي للذرات والجزيئات ، تفاعل كيميائي. وعلى أساس هذه المعرفة ، يمكن للمرء أن يستخدم بثقة رمزية العناصر والمركبات الكيميائية وصف قصير الدول الكيميائيةوتحولات المادة.

دعونا نعطي مثالًا آخر على تفاعل تم اعتباره من وجهة نظر كيمياء الكم. خصائص معارض المياه إلكتروليت ضعيف. عادة ما يتم تمثيل التفكك الالكتروليتي بالمعادلة:

H 2 O ⇄H + + OH -

H 2 O + H 2 O ⇄H 3 O + + OH -.

يكشف تقسيم جزيئات الماء إلى أيونات موجبة وسالبة الشحنة عن النموذج الكيميائي الكمي للتفاعل التفكك الالكتروليتي(الشكل 11).

الشكل 11. نموذج التفكك الكهربائي للماء

جزيء الماء عبارة عن هرم مشوه (زاوية التكافؤ 104 o 30 ") سص 3-المدارات الهجينة لذرة الأكسجين تشكل روابط s مع ذرات الهيدروجين. اثنان آخران سص 3-المدارات الهجينة لها أزواج حرة من الإلكترونات مع دوران مضاد. يؤدي تكسير رابطة H-O التساهمية في أحد الجزيئات إلى تكوين رابطة كيميائية تساهمية على الجزيء المجاور وفقًا لآلية المتلقي المتلقي. يعمل أيون الهيدروجين ، الذي له مدار شاغر ، كمستقبل لزوج الإلكترون من ذرة الأكسجين لجزيء الماء المجاور. في هذا المثال ، كما في المثال السابق ، يتيح النهج الكيميائي الكمي فهم المعنى الفيزيائي والكيميائي لعملية التفكك الكهربائي للماء.

التفكير هو العملية التي يمكننا من خلالها الحكم بشكل غير مباشر على ما هو مخفي عن إدراكنا الحسي. تعطي كيمياء الكم صورة مرئية للعمليات الكيميائية وحالات المادة ، وتكشف ما هو مخفي عن إدراكنا الحسي ، وتشجع التعلم والتفكير.

فهرس:

1. فيجوتسكي إل. التفكير والكلام. - م: متاهة 1999. - 352 ص.
2. Zagashev I.O.، Zair-Bek S.I. التفكير النقدي: تكنولوجيا التطوير. - سان بطرسبرج: تحالف "دلتا" 2003. - 284 ص.
3 - كراسنوف ك. الجزيئات والروابط الكيميائية. - م: المدرسة العليا 1984. - 295 ص.
4. Leontiev A.N. محاضرات في علم النفس العام. - م: المعنى ، 2000. - 512 ص.
5. Peregudov F.I. ، Tarasenko F.P. مقدمة في تحليل النظام. - م: المدرسة العليا 1989. - 367 ص.
6. بروكوفييف ف. رجل - حاسوب حيوي مضبوط؟ // نشرة الأكاديمية الدوليةالعلوم (القسم الروسي). - 2008. - رقم 1. - س 1-21.
7. Yablokov V.A.، Zakharova O.M. نظام تنظيم محتوى تدريس الكيمياء // الكون: علم النفس والتعليم: الإلكترون. علمي مجلة 2016. No. 5 (23) / [ المورد الإلكتروني]. - وضع وصول:
URL: // website / ru / psy / archiv / item / 2505 (تم الوصول إليه في 2.04.2017)

كيمياء- علم تجريبي لتحولات العناصر الكيميائية و مركبات كيميائية. وفقًا لتعريف D.I Mendeleev ، فإن الكيمياء في نفس الوقت علوم، و إنتاج. تتمثل المهمة الرئيسية للكيمياء في الحصول على المواد ذات الخصائص المرغوبة وتطوير طرق للتحكم في خصائص المواد في عملية تحولها. كيمياء دراساتالروابط الكيميائية وطاقة التفاعلات الكيميائية ، التفاعليةالمواد وخصائص المحفزات ، إلخ.

في عام 1860 ، عقد المؤتمر الدولي للكيميائيين في ألمانيا ، حيث توصل العلماء إلى استنتاج مفاده أن جميع المواد تتكون من جزيئات ، وتتكون الجزيئات من ذرات وذرات وجزيئات مستمرة. الحركة الحرارية. يتم تنفيذ الرابطة الكيميائية بين الذرات بواسطة إلكترونات موجودة في الغلاف الخارجي للذرات. يطلق عليهم إلكترونات التكافؤ.

إن دور النمذجة في الكيمياء مرتفع للغاية ، لذا تتكون النظرية الكيميائية من العديد من النماذج. من بينها نماذج ذات نطاق واسع جدًا من التطبيقات ، والتي تشكل أساس العلوم الكيميائية الحديثة. تشمل هذه النماذج: نموذج متكافئ ، جزيئي ذري ، هندسي وإلكتروني. أدى ظهور كل واحد منهم في وقت واحد إلى ثورة في آراء الكيميائيين.

نموذج متكافئيحدد استخدام الصيغ والمعادلات الكيميائية. تعطي المعادلة المتكافئة الوصف الدقيقأي رد فعل.

النموذج الجزيئي الذرييُظهر كل من إعادة ترتيب الذرات داخل الجزيئات وبين الجزيئات. يوضح هذا النموذج التفاعلات الكيميائية التي تحدث خلالها إعادة توزيع الذرات.

نموذج هندسييحدد هيكل الصيغ الكيميائية وهندسة المعلمات الجزيئية. هذا النموذج يجعل من الممكن تمثيل بنية المركب مكانيًا ، لفهم سبب ظهور مواد الأيزومر. أي التحول الكيميائيإنه انتقال مستمر من تكوين هندسي للذرات إلى آخر. النموذج الهندسي هو النظرية الكلاسيكيةهيكل الجزيئات ، لأن كل الذرات لها إحداثيات ومسارات للحركة. أصبحت النماذج الذرية الجزيئية والهندسية أدوات قوية لتنظيم المواد التجريبية الهائلة.

نموذج إلكترونييوضح تفاعل المواد من خلال التركيب الإلكتروني للجزيئات. هذا النموذج ينتمي إلى الكيمياء غير الكلاسيكية ، لأن سلوك الإلكترونات في الذرات يخضع للقوانين فيزياء الكم. التفاعلات الكيميائية التي تحدث في ظل ظروف معينة: تنتمي الضغوط ودرجات الحرارة إلى الكيمياء الكلاسيكية ، وتنتمي التفاعلات التي تحدث بمشاركة المحفزات والمثبطات والإنزيمات إلى كيمياء الكم. كل هذه النماذج تكمل بعضها البعض. يستخدم كل نموذج لاحق ويفصل افتراضات النموذج السابق.

أسئلة لضبط النفس

1. ما هو علم الكيمياء؟

2. ما هو التعريف الذي أعطاه مندليف للكيمياء؟

3. ما هي المهمة الرئيسية للكيمياء؟

4. ماذا تدرس الكيمياء؟

5. أين انعقد المؤتمر الدولي للكيميائيين عام 1860؟

6. ما الذي وافق عليه المشاركون في المؤتمر الدولي للكيميائيين عام 1860؟

7. ما هي الإلكترونات التي تسمى إلكترونات التكافؤ؟

8. ما هي النماذج المستخدمة على نطاق واسع في الكيمياء؟

9. ما الذي يحدد نموذج القياس المتكافئ؟

10. ماذا يظهر النموذج الجزيئي الذري؟

11. ما الذي يحدد نموذج هندسي?

12. ماذا يظهر النموذج الإلكتروني؟

تطوير نماذج تفاعلية للعالم الدقيق وطرق استخدامها في دراسة مقرر مدرسي في الكيمياء

1.4.1 النماذج الكيميائية

بالإضافة إلى الملاحظة والتجربة ، تلعب النمذجة دورًا مهمًا في معرفة العالم الطبيعي والكيمياء. أحد الأهداف الرئيسية للملاحظة هو البحث عن أنماط في نتائج التجارب. ومع ذلك ، فإن بعض الملاحظات غير مريحة أو يستحيل إجراؤها مباشرة في الطبيعة. يتم إعادة إنشاء البيئة الطبيعية في المختبر بمساعدة الأجهزة والتركيبات والأشياء الخاصة ، أي النماذج. النماذج تنسخ فقط أهم خصائص وخصائص الكائن وتحذف تلك التي ليست ضرورية للدراسة. لذلك في الكيمياء ، يمكن تقسيم النماذج بشكل شرطي إلى مجموعتين: المادة والعلامة.

يستخدم الكيميائيون النماذج المادية للذرات والجزيئات والبلورات والصناعات الكيماوية لمزيد من الوضوح.

التمثيل الأكثر شيوعًا للذرة هو نموذج يشبه بنية النظام الشمسي.

غالبًا ما تُستخدم نماذج الكرة والعصا لنمذجة جزيئات المواد. يتم تجميع نماذج من هذا النوع من كرات ملونة تمثل الذرات التي يتكون منها الجزيء. ترتبط الكرات بقضبان ترمز إلى الروابط الكيميائية. بمساعدة نماذج الكرة والعصا ، يتم إعادة إنتاج زوايا الروابط في الجزيء بدقة تامة ، ولكن تنعكس المسافات بين النوى فقط تقريبًا ، نظرًا لأن أطوال القضبان التي تربط الكرات لا تتناسب مع أطوال الروابط.

تنقل نماذج Dreding بدقة زوايا الروابط ونسبة أطوال الروابط في الجزيئات. نوى الذرات فيها ، على عكس نماذج الكرة والقضيب ، لا يتم تحديدها بواسطة الكرات ، ولكن من خلال نقاط التوصيل للقضبان.

يتم تجميع النماذج نصف الكروية ، والتي تسمى أيضًا نماذج Stewart-Briegleb ، من كرات ذات شرائح مقطوعة. يتم ربط نماذج الذرات ببعضها البعض بواسطة مستويات شرائح باستخدام الأزرار. تنقل النماذج نصف الكروية بدقة كلاً من نسبة أطوال الروابط وزوايا الرابطة وملء الفراغ الداخلي في الجزيئات. ومع ذلك ، فإن هذا الشغل لا يجعل من الممكن دائمًا الحصول على تمثيل مرئي للترتيب المتبادل للنواة.

نماذج البلورات تشبه نماذج الكرة والعصا من الجزيئات ، ومع ذلك ، فهي لا تصور الجزيئات الفردية للمادة ، ولكنها تظهر الترتيب المتبادل لجزيئات المادة في الحالة البلورية.

ومع ذلك ، في كثير من الأحيان لا يستخدم الكيميائيون المواد ، ولكن النماذج الرمزية - هذه هي الرموز الكيميائية والصيغ الكيميائية ومعادلات التفاعلات الكيميائية. باستخدام رموز العناصر والمؤشرات الكيميائية ، تتم كتابة صيغ المواد. يوضح الفهرس عدد ذرات عنصر معين متضمنة في جزيء مادة ما. هو مكتوب على يمين علامة العنصر الكيميائي.

الصيغة الكيميائية هي نموذج مبدع أساسي في الكيمياء. يظهر: مادة معينة ؛ جسيم واحد من هذه المادة التركيب النوعي للمادة ، أي ذرات العناصر التي تشكل جزءًا من هذه المادة ؛ التركيب الكمي ، أي كم عدد ذرات كل عنصر هي جزء من جزيء المادة.

تستخدم جميع النماذج المذكورة أعلاه على نطاق واسع في إنشاء نماذج الكمبيوتر التفاعلية.

اختيار مفاعل لإجراء تفاعل أكسدة لثاني أكسيد الكبريت في أنهيدريد الكبريتيك

المكتب المركزيفي أي نظام كيميائي-تكنولوجي ، والذي يتضمن عددًا من الآلات والأجهزة المتصلة ببعضها البعض بوصلات مختلفة ، يوجد مفاعل كيميائي - جهاز تحدث فيه عملية كيميائية. اختيار النوع ...

أولاً ، يتم إنشاء نموذج كمبيوتر للكائن ، و نمذجة الكمبيوترلتكوين الجزيئات في موقع الدراسة. يمكن أن يكون النموذج ثنائي الأبعاد أو ثلاثي الأبعاد.

طريقة مبتكرة لتطوير التكنولوجيا لخلق جديد أدوية

في معقولية نموذج الجزيء المستخدم في التركيبات الكيميائية الكمية ، والتي بموجبها يخضع نظام النوى والإلكترونات للتحليل ويتم وصف سلوكه بواسطة المعادلات نظرية الكم، لا يوجد شك...

طريقة مبتكرة لتطوير التكنولوجيا لابتكار عقاقير جديدة

بالنسبة لطرق تحديد النشاط البيولوجي ، تم تقديم مفهوم الواصفات و QSAR. الواصف الجزيئي هو القيم العدديةتوصيف خصائص الجزيئات. على سبيل المثال ، يمكن أن تمثل الخصائص الفيزيائية والكيميائية ...

دراسة حركية ألكلة الأيزوبيوتان مع الأيزوبيوتيلين إلى الأيزوكتان بالطريقة النمذجة الرياضية

دراسة حركية تفاعل كلورة البنزين

R = k * C1 * Ck؟ للحصول على أفضل معالجة للنموذج الذي تم الحصول عليه ، سنقوم بتحويل شكل الوظيفة ، نظرًا لأن الاعتماد على معدل التفاعل في الوقت المحدد ثابت وللتجارب الثلاثة الأولى هو 0.0056 ...

طريقة المحاكاة في الكيمياء

حاليا ، هناك الكثير تعاريف مختلفةمفاهيم "النموذج" و "المحاكاة". دعونا نفكر في بعضها. "يُفهم النموذج على أنه عرض للحقائق والأشياء والعلاقات في مجال معين من المعرفة في شكل أبسط ...

أسس علميةالريولوجيا

حالة الإجهاد والتوتر للجسم في الحالة العامةثلاثي الأبعاد ومن غير الواقعي وصف خصائصه باستخدام نماذج بسيطة. ومع ذلك ، في تلك الحالات النادرة التي تتشوه فيها الأجسام أحادية المحور ...

توليف وتحليل CTS في إنتاج البنزين

إن النموذج الكيميائي لعملية التكسير التحفيزي غاية في الأهمية منظر معقد. ضع في اعتبارك أبسط التفاعلات التي تحدث أثناء عملية التكسير: СnН2n + 2> CmH2m + 2 + CpH2p ...

توليف نظام تكنولوجي كيميائي (CTS)

تتنوع عمليات الإنتاج في سماتها ودرجة تعقيدها. إذا كانت العملية معقدة ويتطلب فك شفرة آليتها تكلفة كبيرةالقوى والوقت ، استخدام نهج تجريبي. النماذج الرياضية...

مقارنة تدفق القابس ومفاعلات الخلط الكامل في التشغيل المتساوي الحرارة