1

Федоров А.Я. единМелентьева Т.А. 2Мелентиева М.А. 3

1 Тулски институтуправление и бизнес. Н.Д. Демидов

2 Тула Педагогически университеттях. Л.Н. Толстой

3 Руска музикална академия Гнесини

1. Ивашов П.В. Ландшафтно-геохимични изследвания на базалтови масиви. - М .: От-во "Далнаука", 2003. - 323 с.

2. Акимова Т.А., Кузмин А.П., Хаскин В.В. Екология. - М.: От-во "ЮНИТИ", 2001. - 343 с.

4. Екология; изд. Терехина Л.А. - Тула: От-во "ТСПУ", 2004. - 221 с.

5. Федоров А.Я., Мелентьева Т.А., Мелентьева М.А. Процес на пречистване на технологичен газ. - Тула: Издателство "ТулГУ", Серия "Екология и безопасност", 2009. - Бр. 3. – С. 47–52.

6. Федоров А.Я., Мелентьева Т.А., Мелентьева М.А. Моделиране на металургични процеси. - М .: Издателство "Академия по естествени науки", 2011. - С. 56–58.

От всички изригнали от земната вътрешностскали, най-разпространени са базалтите - ефузионни образувания, свързани с базалтовия магматизъм. Семейството на базалтите обикновено се разделя от петролозите на два широки типа: толеинови базалти и алкални оливинови базалти. Толеиновите базалти се състоят от два пироксена (авгит и собствено беден на калций пироксен) и плагиоклаз. Те могат също да съдържат оливин. Алкалните оливинови базалти се отличават с наличието само на един пироксен (авгивит) в парагенеза с плагиоклаз и оливин. Те са особено характерни за океанските острови. Толейнтовите базалти се намират главно в дълбоките океани, покрай океанските хребети, а също и под формата на покривни базалти на континента. Континенталните телеити имат малко по-високо съдържание на калций и силициев диоксид от океанските телеити.

В районите на разпространение на древна и съвременна вулканична дейност сега е доказана тясна и пространствена връзка на базалти и андезити като ефузионни образувания с техните интрузивни двойници под формата на габроиди и диорити. общност химически съставина тези вулканични скали и интрузивни скали показва единството на техния дълбок произход.

Много металургични процеси се основават на обработката на желязосъдържащи скали. Те се основават на извличането на метали от руди, където те се намират главно под формата на оксиди или сулфиди чрез термични и електролитни реакции. Най-типичните химични реакции са:

Fe2O3 + 3C +O2 → 2Fe + CO + 2CO2,

5Сu2S + 5O2 → 10Cu + 5SO2, (1)

Al2O3 + 3O → 2Al + 3O2,

където Fe2O3, Al2O3 са железни и алуминиеви оксиди; Сu2S - меден сулфид; C - въглерод; O2 - молекулярен кислород; O - атомарен кислород Fe, Cu, Al - получени метали; CO - въглероден окис; CO2 - въглероден диоксид; SO2 - серен диоксид. Технологичната верига в черната металургия включва производството на пелети и агломерати, доменната, стоманодобивната, прокатната, феросплавната, леярната и други спомагателни производства. Всички металургични етапи са придружени от интензивно замърсяване на околната среда (таблица). В производството на кокс, ароматни въглеводороди, феноли, амоняк, цианиди и цяла линиядруги вещества. Черната металургия консумира голям бройвода. Въпреки че индустриалните нужди се покриват на 80-90% от системи водоснабдяване за рециклиране., приемът на прясна вода и изхвърлянето на замърсени отпадъчни води достигат много големи обеми, съответно около 25-30 m3 и 10-15 m3 на 1 тон продукти с пълен цикъл. С вътре канали водни теланавлизат значителни количества суспендирани твърди вещества, сулфати, хлориди и съединения на тежки метали.

Газови емисии от основните етапи на черната металургия в kg/t от съответния продукт

Забележка. * kg/m2 метална повърхност.

технология химическа индустрияс всичките му клонове ( неорганична химия, химия на нефта и газа, химия на дървото, органичен синтез, фармакологична химия, микробиологична промишленост и др.) съдържат много незатворени материални цикли. Основните източници на вредни емисии са процесите на производство на неорганични киселини и основи, синтетичен каучук, минерални торове, пестициди, пластмаси, багрила, разтворители, детергенти, крекинг на масло. Освен това съществуват процеси за почистване на технологичен газ. В техногенните потоци на замърсители основно място заемат транспортните среди – въздух и вода.

Обикновено химичен процесПроизводството на метали се състои в редукция на даден метал - обикновено оксид или сулфид - до свободен метал. Като редуциращ агент обикновено се използват въглища, най-често под формата на кокс (KMZ, RMZ).

Русия заема неизгодно географско положениевъв връзка с трансграничния пренос на замърсители на въздуха. Поради преобладаването западни ветровезначителна част от замърсяването на въздуха в европейската територия на Русия (ETR) идва от аерогенен транспорт от страните от Запада и Централна Европаи съседните страни.

За интегрална оценкасъстоянието на въздушния басейн се използва индексът на общото атмосферно замърсяване:

където qi е средногодишната концентрация във въздуха на i-то вещество; Ai - коефициент на опасност на i-тото вещество, обратна ПДК на това вещество; Ci е коефициент в зависимост от класа на опасност на веществото. Im е опростен показател и обикновено се изчислява за m = 5 - най-значимите концентрации на вещества, които определят замърсяването на въздуха. Тази петица най-често включва такива вещества като бензопирен, формалдехид, фенол, амоняк, азотен диоксид, въглероден дисулфид, прах. Индекс Im варира от части от единица до 15-20 - условия на екстремно замърсяване.

По редица показатели, преди всичко по маса и разпространение на вредните въздействия, серният диоксид е номер едно замърсител на въздуха. Навлизане в атмосферата големи количества SO2 и азотните оксиди водят до значително намаляване на PH на валежите. Това се дължи на вторични реакции в атмосферата, водещи до образуването на силни киселини. Тези реакции включват кислород и водни пари, както и техногенни прахови частици като катализатор:

2SO2 + O2 + 2H2O → 2H2SO4,

4NO2 + 2H2O + O2 → 4HNO3, (3)

където H2SO4, HNO3 са сярни и азотна киселина. Редица междинни продукти от тези реакции също се появяват в атмосферата. Разтварянето на киселините в атмосферната влага води до утаяване киселинен дъжд. В промишлени зони и в райони с атмосферно въвеждане на серни и азотни оксиди, pH на дъждовната вода варира от 3 до 5. Киселинните валежи са особено опасни в райони с кисели почви и ниска буферност естествени води. Това води до неблагоприятни промени във водните екосистеми. Природните комплекси на Южна Канада и сярна Европа отдавна са усетили ефекта на киселинните валежи.

През 70-те години на миналия век имаше съобщения за регионални спадове на озона в стратосферата. Особено забележима беше сезонно пулсиращата озонова дупка над Антарктида с площ над 10 милиона km2, където съдържанието на O3 е намаляло с почти 50% през 80-те години. Тъй като отслабването на озоновия екран е изключително опасно за цялата земна биота и за човешкото здраве, тези данни привлякоха вниманието на учените, а след това и на цялото общество. Повечето експерти са склонни да мислят за техногенния произход озонови дупки. Най-разумното предположение е, че основната причина е навлизането в горните слоеве на атмосферата на техногенен хлор и флуор, както и други атоми и радикали, които могат изключително активно да добавят атомен кислород, като по този начин се конкурират с реакцията:

O + O2 → O3, (4)

където O3 е озон. Въвеждането на активни халогени в горната атмосфера се медиира от летливи хлорофлуоровъглеводороди (CFC) като фреони, които, намирайки се в нормални условияинертен и нетоксичен, под въздействието на къси вълни ултравиолетови лъчиразпадат се в стратосферата. Хлорфлуорвъглеродите имат редица полезни свойства, което доведе до широкото им използване в хладилни агрегати, климатици, аерозолни кутии, пожарогасители и др. (фигура). От 1950 г. световното производство на фреон нараства със 7-10% годишно.

Световно производство на хлорфлуорвъглеводороди

Впоследствие осиновяват международни договоризадължава страните членки да намалят употребата на CFC. Още през 1978 г. САЩ въвеждат забрана за използването на CFC аерозоли. Но разширяването на други приложения на CFC отново доведе до увеличаване на глобалното им производство. Преходът на индустрията към нови озоноспестяващи технологии е свързан с големи финансови разходи. AT последните десетилетияимаше и други, чисто технически начинивъвеждането на активни озоноразрушители в стратосферата: ядрени експлозииатмосфера, емисии от свръхзвукови самолети, изстрелвания на ракети и Космически корабиза многократна употреба. Възможно е обаче част от наблюдаваното отслабване на озоновия екран на Земята да е свързано не с причинени от човека емисии, а с вековни колебания в аерохимичните свойства на атмосферата и независими климатични промени.

Библиографска връзка

Федоров А.Я., Мелентиева Т.А., Мелентиева М.А. ХИМИЧЕСКИ МОДЕЛ НА ЗАМЪРСЯВАНЕ НА ЗЕМЯТА // Съвременни наукоемки технологии. - 2013. - № 2. - С. 107-109;
URL: http://top-technologies.ru/ru/article/view?id=31345 (дата на достъп: 06.04.2019 г.). Предлагаме на Вашето внимание списанията, издавани от издателство "Естествонаучна академия"

В допълнение към наблюдението и експеримента в познанието естествен святи химията, моделирането играе важна роля. Една от основните цели на наблюдението е да се търсят закономерности в резултатите от експериментите. Някои наблюдения обаче са неудобни или невъзможни за провеждане директно в природата. естествена средапресъздайте в лабораторни условияс помощта на специални устройства, инсталации, предмети, т.е. модели. Моделите копират само най-много важни характеристикии свойства на обекта и са пропуснати несъществени за изследването. Така че в химията моделите могат условно да се разделят на две групи: материални и емблематични.

Материални модели на атоми, молекули, кристали, химически индустриихимиците използват за по-голяма яснота.

Най-често срещаното представяне на атом е модел, който наподобява структурата на слънчевата система.

Често се използва за моделиране на молекулите на веществата. топка и стикмодели. Модели от този тип се сглобяват от цветни топки, които представляват атомите, изграждащи молекулата. Топките са свързани с пръти, символизиращи химически връзки. С помощта на модели с топка и пръчка ъглите на връзката в молекулата се възпроизвеждат доста точно, но междуядрените разстояния се отразяват само приблизително, тъй като дължините на пръчките, свързващи топките, не са пропорционални на дължините на връзките.

Дредиращи моделидоста точно предават ъглите на връзката и съотношението на дължините на връзките в молекулите. Ядрата на атомите в тях, за разлика от моделите с топка и пръчка, се обозначават не с топки, а със съединителните точки на пръчките.

полусферични модели,наричани още модели Stewart-Briegleb, се сглобяват от топки с изрязани сегменти. Моделите на атомите са свързани помежду си чрез равнини на срезове с помощта на бутони. Хемисферичните модели предават точно както съотношението на дължините на връзките и ъглите на връзките, така и запълването на междуядреното пространство в молекулите. Тази заетост обаче не винаги позволява да се получи визуално представянеза взаимното разположение на ядрата.

Моделите на кристали приличат на модели на молекули с топка и пръчка, но те не изобразяват отделни молекули на вещество, а показват взаимно споразумениечастици материя в кристално състояние.

Въпреки това, по-често химиците използват не материал, а емблематични модели -те са химически символи, химични формули, уравнения химична реакция. Със символи химически елементиа индексите са писмени формули на вещества. Индексът показва колко атома на даден елемент влизат в молекулата на дадено вещество. Пише се вдясно от знака на химичния елемент.

Химическата формула е основен емблематичен модел в химията. Той показва: конкретно вещество; една частица от това вещество; качественият състав на веществото, т.е. атомите на кои елементи са включени в състава дадено вещество; количествен състав, т.е. колко атома от всеки елемент са част от молекулата на веществото.

Всички горепосочени модели са широко използвани в създаването интерактивни компютърни модели.

АНОТАЦИЯ

Статията се занимава с квантово-химични модели на атоми, молекули, които позволяват да се разбере същността на химичните трансформации на материята върху атомната и молекулярно нивонеговата организация.

РЕЗЮМЕ

Статията е посветена на подробно разглеждане на графични квантово-химични модели на атоми, молекули и химични връзки. Този подход позволява да се разбере природата на химичните процеси и законите на тяхното протичане.

Съвременните идеи за структурата на атомите и молекулите, разбирането на химичните трансформации на материята на атомно и молекулярно ниво на нейната организация се разкриват от квантовата химия.

От гледна точка на квантовата химия атомът е микросистема, състояща се от ядро ​​и електрони, движещи се в електромагнитното поле на ядрото. На фиг. Фигура 1 представя модели на орбитална, електронна и електронна дифракция на атоми от първи и втори период, изградени с помощта на квантови принципи и правила за запълване на енергийните нива в атомите с електрони. Четири квантови числа н, л, m l, Госпожицанапълно характеризират движението на електроните в полето на ядрото. Главно квантово число нхарактеризира енергията на електрона, разстоянието му от ядрото и съответства на числото енергийно нивовърху който се намира електронът. Орбитално квантово число лопределя формата на орбиталата и енергията на поднива на едно и също енергийно ниво. Понятието "орбитала" означава най-вероятната област на движение на електрона в атома. Магнитно квантово число m lопределя броя на орбиталите и тяхната пространствена ориентация. Най-важното е, че орбиталните и магнитните квантови числа са взаимосвързани. Орбитално квантово число лприема стойности с едно по-малко от главното квантово число н. Ако н= 1, тогава л= 0, а по форма е сферична 1 с- орбитален. Ако н= 2, тогава орбиталното квантово число приема две стойности: л= 0, 1, което показва наличието на две поднива. Това е сферично 2 с- орбитален ( л= 0) и три 2 стр-орбитали, наподобяващи форма на гимнастически дъмбели, разположени под ъгъл от 90 ° по осите на декартовата координатна система.

Фигура 1. Квантово-химична, електронна и електронна дифракция модели на атоми от първи и втори период

Брой и пространствено разположение 2 стр-орбиталите определят магнитното квантово число m l, който приема стойности в рамките на орбиталната промяна квантово числоот - лдо + л. Ако л= 0, тогава m l= 0 (един с- орбитален). Ако л= 1, тогава m lприема три стойности - 1 , 0, +1 (три Р-орбитали).

Орбиталните модели на атомите показват пространственото разположение и формата на орбиталите, а върху електроннодифракционните модели под формата на символични квантови клетки се дава изображение на орбиталите и позицията на нива и поднива в енергийната диаграма. Обърнете внимание на размера на атомите. Същата закономерност се повтаря и в периодите - с увеличаване на заряда на ядрото се увеличава деформацията (компресията) на орбиталите под влияние на електромагнитното привличане на електрони от ядрото (фиг. 1).

Поставянето на електрони в орбитали е предмет на един от най-важните принципи на квантовата механика (принципа на Паули): не повече от два електрона могат да бъдат в една орбитала и те трябва да се различават собствен моментколичество движение - въртене (на английски spin rotation). Електроните с различни спинове са условно изобразени със стрелки и ¯. Когато два електрона са в една и съща орбитала, те имат антипаралелни спинове и не пречат един на друг да се движат в полето на ядрото.

Това свойство наподобява въртенето в зацепването на две зъбни колела. Когато е включена, едната предавка се върти по посока на часовниковата стрелка, а другата - обратно. Третата предавка, зацепена с другите две, спира въртенето. Тя е излишна. Така че в една орбитала може да има само 2 електрона, третият е излишен.

Когато енергийните нива и поднива се запълнят с електрони, квантов принципминимална енергия (правило на Клечковски) . Електроните запълват орбиталите от най-ниското до най-високото енергийно ниво. Принципът на минимална енергия напомня запълването на етажите на многоетажна сграда по време на наводнение. Водата се издига и изпълва всички етажи отдолу нагоре, като не пропуска нито един.

Според правилото на Хунд всички Р-орбиталите се запълват първо с един електрон и едва след това с втори с антипаралелен спин.

Квантово-химичните модели на атомите позволяват да се обяснят свойствата на атомите да обменят енергия, да отдават и отнемат електрони, да променят геометричната конфигурация и да образуват химични връзки.

Ковалентна химична връзка се образува, когато облаците от валентни електрони се припокриват. Например, такава връзка е представена в орбиталния модел на водородната молекула (фиг. 2).

Фигура 2. Модел на ковалентна връзка във водородна молекула

Използването на квантово-химичния метод на валентните връзки се основава на идеята, че всяка двойка атоми в молекула се държи заедно от една или повече електронни двойки с антипаралелни спинове. От гледна точка на метода на валентните връзки, молекулата е микросистема, състояща се от две или Повече ▼ковалентно свързани атоми. Задържат се положително заредени атомни ядра отрицателен зарядконцентрирани в областта на припокриващи се атомни орбитали. Привличането на ядрата на атомите към повишената електронна плътност между тях се балансира от силата на отблъскване на ядрата помежду им. Образува се стабилна микросистема, в която дължината на ковалентната връзка е равна на разстоянието между ядрата.

В молекулата на флуора, както и в молекулата на водорода, има неполярна ковалентна връзка. Припокриване 2 Р 1 орбитали, електронна двойка създава повишена електронна плътност между ядрата на атомите и поддържа молекулата в стабилно състояние (фиг. 3).

Фигура 3. Модел на ковалентна връзка във флуорна молекула

Неполярната ковалентна връзка означава такова припокриване на валентни орбитали, в резултат на което центровете на тежестта на положителните и отрицателните заряди съвпадат.

Възможно е да се образува полярна ковалентна връзка при припокриване на 1 с 1 - и 2 Р 1 орбитали. На фиг. 4 показва модел на флуороводород с полярна ковалентна връзка. Електронната плътност между ковалентно свързаните атоми се измества към флуорния атом, чийто ядрен заряд (+9) упражнява по-голямо електромагнитно привличане в сравнение с ядрото на водородния атом със заряд (+1).

Фигура 4. Модел на полярна ковалентна връзка в молекула на флуороводород

Йонното свързване се дължи на привличането на електрически заредени частици - йони. На фиг. 5 показва модел за образуване на йонна връзка в литиев флуорид. Силното електромагнитно поле, създадено от ядрото на флуорния атом, улавя и задържа Р-орбитали на електрон, принадлежащ на литиев атом. Литиевият атом, лишен от електрон, променя своята геометрична конфигурация (2 с-орбитален), се превръща в положително зареден йон и е привлечен от отрицателно зареден флуорен йон, който е придобил допълнителен електрон върху Р- орбитален.

Фигура 5. Модел на йонната двойка Li + F - литиев флуорид

Сили на електростатично привличане на противоположно заредени йони и отблъскване електронни обвивкилитиевите и флуорните йони са балансирани и задържат йоните на разстояние, съответстващо на дължината на йонната връзка. Орбиталното припокриване в йонно свързаните съединения практически не съществува.

В атомите на металите се проявява специален вид химична връзка. Металният кристал (фиг. 6) се състои от положително заредени йони, в полето на които валентните електрони се движат свободно („електронен облак“).

Фигура 6. Модел на литиево-метален кристал

Йоните и "електронният облак" взаимно се поддържат в стабилно състояние. Поради високата подвижност на електроните, металите имат електронна проводимост.

В молекулите атомите, свързани с няколко ковалентни връзки, променят своята геометрична конфигурация. Помислете за проявата на това свойство на примера на въглероден атом (1 с 2-орбиталата не е показана в моделите на въглеродния атом, т.к не участва в образуването на химични връзки).

Експериментално е установено, че в молекулата на CH 4 въглеродният атом образува четири еднакви ковалентни връзки с водородни атоми, които са еквивалентни по своите енергийни и пространствени характеристики. Трудно е да си представим четири еднакви ковалентни връзки, ако имаме предвид, че във въглерода валентните електрони са разположени на две енергийни 2 си 2 стрподнива:

В основно (невъзбудено) състояние въглеродът образува само две ковалентни връзки. Във възбудено състояние един електрон от подниво 2 спреминава към по-високо енергийно подниво 2 стр. В резултат на такова прескачане на електрони общата енергия 2 с- и 2 стр-орбитали и валентността на въглеродния атом се променя на четири:

И все пак това не е достатъчно, за да обясни четирите еквивалентни ковалентни връзки в молекулата CH4, т.к. 2 с- и 2 стр-орбиталите имат различна формаи пространствено разположение. Проблемът беше решен чрез въвеждане на хипотезата на хибридизация - смесване на валентни електрони в поднива на едно и също енергийно ниво. В молекулата на метана има едно 2 с- и три 2 Р-орбиталите на въглеродния атом в резултат на хибридизация се превръщат в четири еквивалента sp 3-хибридни орбитали:

За разлика от невъзбуденото (основно) състояние на въглеродния атом, в което три 2 Р-орбиталите на атома са разположени под ъгъл от 90 o (фиг. 7, а), в молекула метан (фиг. 7, b) са еквивалентни по форма и размер sp 3-хибридни въглеродни атоми са разположени под ъгъл от 109 около 28".

Фигура 7. Модел на молекулата на метана

В етиленовата молекула C 2 H 4 (фиг. 8, а) въглеродни атоми са вътре сР 2 - хибридно състояние. 2 участват в хибридизацията с-орбитална и две 2 Р-орбитали. В резултат на хибридизация въглеродните атоми образуват три еквивалента sp 2 -хибридни орбитали, разположени под ъгъл от 120° в равнината; 2 pz-орбиталната не участва в хибридизацията.

Фигура 8. Модел на етиленовата молекула

В молекулата на етилена въглеродните атоми са свързани не само чрез s-връзка, но и чрез p-връзка. Образува се в резултат на припокриване Рz-орбитали с образуване на две области на припокриване над и под оста, свързваща ядрата, от двете страни на оста на s-връзката (фиг. 8).

Моделът на тройната връзка е представен в молекулата на ацетилена (фиг. 9). При смесване на едно 2 с- и едно 2 p x -образуват се две орбитали на въглероден атом sp-хибридни орбитали, които са разположени на линията, свързваща ядрата на атомите (ъгъл 180o). Нехибриден 2 RU- и 2Рz-орбиталите на различни въглеродни атоми се припокриват, образувайки взаимно две р-връзки перпендикулярни равнини(фиг. 9).

Фигура 9. Модел на ацетиленовата молекула

Молекулите, подобно на атомите, проявяват способността да разкъсват и образуват химични връзки, да променят своята геометрична конфигурация и да преминават от електрически неутрално към йонно състояние. Тези свойства се проявяват в реакцията между молекулите на амоняка NH 3 и флуороводорода HF (фиг. 10). Ковалентната връзка в молекулата на флуороводорода се разкъсва и се образува ковалентна донорно-акцепторна връзка между азота и водорода в молекулата на амоняка. Донорът е несподелената електронна двойка на азотния атом, акцепторът е свободната орбитала на водородния атом (фиг. 10). Геометричната конфигурация на молекулата на NH 3 (тригонална пирамида, ъгъл на свързване 107 o 18") се променя до тетраедричната конфигурация на NH 4 + йона (109 o 28"). Крайният процес е образуването на йонна връзка в кристална структураамониев флуорид. Орбиталните модели на молекулите позволяват да се покажат всички свойства, изброени по-горе, в една реакция: разкъсване и образуване на химични връзки, промяна на геометричната конфигурация, преминаване от електрически неутрално към йонно състояние.

Ориз. 10. Модел на образуване на йонна двойка кристален NH 4 + F -

Химическа реакция с помощта на символи на химични елементи:

NH 3 + HF → NH 4 F,

дава обобщен израз на това, което се разкрива в орбиталните модели на молекулите. Химичните реакции, представени чрез орбитални модели и символи на химични елементи, се допълват взаимно. Това е тяхна заслуга. Овладяването на елементарни познания за квантово-химичния израз на структурата и състава на атомите и молекулите води до разбиране на ключа химически понятия: ковалентен полярен и неполярна връзка, донорно-акцепторна връзка, йонна връзка, геометрична конфигурация на атоми и молекули, химична реакция. И на основата на това знание може уверено да се използва символиката на химичните елементи и съединения за Кратко описание химични състоянияи трансформации на материята.

Нека дадем друг пример за реакция, разглеждана от гледна точка на квантовата химия. Водата проявява свойства слаб електролит. Електролитната дисоциация обикновено се представя с уравнението:

H 2 O ⇄H + + OH -

H 2 O + H 2 O ⇄H 3 O + + OH -.

Разделянето на водните молекули на положително и отрицателно заредени йони разкрива квантовия химичен модел на реакцията електролитна дисоциация(фиг. 11).

Фигура 11. Модел на електролитна дисоциация на вода

Молекулата на водата е изкривена пирамида (валентен ъгъл 104 o 30 "). Две сР 3-хибридни орбитали на кислородния атом образуват s-връзки с водородни атоми. Други двама сР 3-хибридните орбитали имат свободни двойки електрони с антипаралелни спинове. Разкъсването на ковалентната Н–О връзка в една от молекулите води до образуване на ковалентна химична връзка на съседната молекула по донорно-акцепторния механизъм. Водородният йон, който има свободна орбитала, действа като акцептор на електронната двойка на кислородния атом на съседната водна молекула. В този пример, както и в предишния, квантово-химичният подход позволява да се разбере физикохимичният смисъл на процеса на електролитна дисоциация на водата.

Мисленето е процесът, чрез който можем косвено да преценим какво е скрито от нашето сетивно възприятие. Квантовата химия дава визуален образ на химичните процеси и състояния на материята, разкрива какво е скрито от сетивното ни възприятие, насърчава ученето и мисленето.

Библиография:

1. Виготски L.S. Мислене и реч. – М.: Лабиринт, 1999. – 352 с.
2. Загашев И.О., Заир-Бек С.И. Критично мислене: развойна технология. - Санкт Петербург: Алианс "Делта", 2003. - 284 с.
3. Краснов К.С. Молекули и химични връзки. - М.: Висше училище, 1984. - 295 с.
4. Леонтиев A.N. Лекции по обща психология. – М.: Значение, 2000. – 512 с.
5. Перегудов F.I., Тарасенко F.P. Въведение в системния анализ. - М.: Висше училище, 1989. - 367 с.
6. Прокофиев V.F. Човек – контролиран биокомпютър? // Бюлетин международна академиянауки (руски раздел). - 2008. - № 1. - С. 1-21.
7. Яблоков В.А., Захарова О.М. Системна организация на съдържанието на обучението по химия // Universum: Психология и образование: електрон. научен списание 2016. № 5(23) / [ Електронен ресурс]. - Режим на достъп:
URL://website/ru/psy/archiv/item/2505 (посетен на 2.04.2017 г.)

Химия- експериментална наука за превръщанията на химичните елементи и химични съединения. Според определението на Д. И. Менделеев, химията е едновременно наука, и производство. Основната задача на химията е да се получат вещества с желани свойства и да се разработят начини за контрол на свойствата на веществата в процеса на тяхното превръщане. Химия проучванияхимични връзки, енергетика на химичните реакции, реактивноствещества, свойства на катализатори и др.

През 1860 г. в Германия се провежда Международният конгрес на химиците, където учените стигат до извода, че всички вещества се състоят от молекули, молекулите се състоят от атоми, атомите и молекулите са в непрекъсната топлинно движение. Химическата връзка между атомите се осъществява от електрони, разположени във външната обвивка на атомите. Те се наричат валентни електрони.

Ролята на моделирането в химията е изключително висока, така че химическата теория се състои от много модели. Сред тях има модели с много широк спектър на приложение, които са в основата на съвременната химическа наука. Тези модели включват: стехиометричен, атомно-молекулен, геометричен и електронен модел. Появата на всеки от тях по едно време предизвика революция във възгледите на химиците.

Стехиометричен моделопределя използването на химични формули и уравнения. Стехиометричното уравнение дава точно описаниевсяка реакция.

Атомно-молекулен моделпоказва както вътрешномолекулни, така и междумолекулни пренареждания на атомите. Този модел показва химичните реакции, по време на които се случва преразпределението на атомите.

геометричен моделопределя структурата на химичните формули и геометрията на молекулните параметри. Този модел дава възможност да се представи пространствено структурата на съединението, да се разбере причината за появата на изомерни вещества. Всякакви химическа трансформациятова е непрекъснат преход от една геометрична конфигурация на атоми към друга. Геометричният модел е класическа теорияструктурата на молекулите, защото всички атоми имат координати и траектории на движение. Атомно-молекулярните и геометричните модели се превърнаха в мощни инструменти за систематизиране на огромен експериментален материал.

електронен моделпоказва реактивността на веществата чрез електронната структура на молекулите. Този модел принадлежи към некласическата химия, т.к поведението на електроните в атомите се подчинява на законите квантова физика. Химичните реакции, протичащи при определени условия: налягане и температура, принадлежат към класическата химия, а реакциите, протичащи с участието на катализатори, инхибитори и ензими, принадлежат към квантовата химия. Всички тези модели се допълват взаимно. Всеки следващ модел използва и детайлизира постулатите на предишния модел.

Въпроси за самоконтрол

1. Каква е науката химия?

2. Какво определение е дал Менделеев на химията?

3. Каква е основната задача на химията?

4. Какво изучава химията?

5. Къде се проведе Международният конгрес на химиците през 1860 г.?

6. Какво беше одобрено от участниците в Международния конгрес на химиците през 1860 г.?

7. Какви електрони се наричат ​​валентни електрони?

8. Какви модели се използват широко в химията?

9. Какво определя стехиометричния модел?

10. Какво показва атомно-молекулярният модел?

11. Какво определя геометричен модел?

12. Какво показва електронният модел?

Разработване на интерактивни модели на микросвета и методи за тяхното използване при изучаването на училищен курс по химия

1.4.1 Химически модели

В допълнение към наблюдението и експеримента, моделирането играе важна роля в познаването на природния свят и химията. Една от основните цели на наблюдението е да се търсят закономерности в резултатите от експериментите. Някои наблюдения обаче са неудобни или невъзможни за провеждане директно в природата. В лабораторията се пресъздава естествената среда с помощта на специални уреди, инсталации, предмети, т.е. макети. Моделите копират само най-важните характеристики и свойства на обекта и пропускат тези, които не са от съществено значение за изследване. Така че в химията моделите могат условно да се разделят на две групи: материални и знакови.

Материалните модели на атоми, молекули, кристали, химически индустрии се използват от химиците за по-голяма яснота.

Най-често срещаното представяне на атом е модел, който наподобява структурата на слънчевата система.

Моделите с топка и пръчка често се използват за моделиране на молекулите на веществата. Модели от този тип се сглобяват от цветни топки, които представляват атомите, изграждащи молекулата. Топките са свързани с пръчици, символизиращи химически връзки. С помощта на модели с топка и пръчка ъглите на връзката в молекулата се възпроизвеждат доста точно, но междуядрените разстояния се отразяват само приблизително, тъй като дължините на пръчките, свързващи топките, не са пропорционални на дължините на връзките.

Моделите на Дрединг доста точно предават ъглите на връзката и съотношението на дължините на връзките в молекулите. Ядрата на атомите в тях, за разлика от моделите с топка и пръчка, се обозначават не с топки, а със съединителните точки на пръчките.

Полусферичните модели, наричани още модели на Stewart-Briegleb, се сглобяват от топки с изрязани сегменти. Моделите на атомите са свързани помежду си чрез равнини на срезове с помощта на бутони. Хемисферичните модели предават точно както съотношението на дължините на връзките и ъглите на връзките, така и запълването на междуядреното пространство в молекулите. Тази заетост обаче не винаги дава възможност да се получи визуално представяне на взаимното разположение на ядрата.

Моделите на кристали приличат на модели на молекули с топка и пръчка, но те не изобразяват отделни молекули на вещество, а показват взаимното разположение на частици на вещество в кристално състояние.

Въпреки това, по-често химиците използват не материални, а символични модели - това са химически символи, химични формули, уравнения на химични реакции. С помощта на символите на химичните елементи и индексите се записват формулите на веществата. Индексът показва колко атома на даден елемент влизат в молекулата на дадено вещество. Пише се вдясно от знака на химичния елемент.

Химическата формула е основен емблематичен модел в химията. Той показва: конкретно вещество; една частица от това вещество; качественият състав на веществото, т.е. атомите на кои елементи са част от това вещество; количествен състав, т.е. колко атома от всеки елемент са част от молекулата на веществото.

Всички горепосочени модели се използват широко при създаването на интерактивни компютърни модели.

Изборът на реактор за провеждане на реакцията на окисляване на серен диоксид в серен анхидрид

централен офисвъв всяка химико-технологична система, която включва редица машини и апарати, свързани помежду си с различни връзки, има химически реактор - апарат, в който протича химичен процес. Избор на тип...

Първо се създава компютърен модел на обекта и компютърно моделиранеза образуване на молекули на мястото на изследването. Моделът може да бъде 2D или 3D.

Иновативен начин за разработване на технологии за създаване на нови лекарства

В разумността на модела на молекулата, използван за квантово-химични конструкции, според който системата от ядра и електрони подлежи на анализ и нейното поведение се описва с уравненията квантова теория, няма съмнение...

Иновативен начин за развитие на технологията за създаване на нови лекарства

За методите за определяне на биологичната активност се въвежда понятието дескриптори и QSAR. Молекулярният дескриптор е числови стойностихарактеризиращи свойствата на молекулите. Например, те могат да представляват физико-химични свойства...

Изследване на кинетиката на алкилирането на изобутан с изобутилен до изооктан по метода математическо моделиране

Изследване на кинетиката на реакцията на хлориране на бензен

R = k*C1*Ck? За най-добра обработка на получения модел ще преобразуваме формата на функцията, тъй като зависимостта на скоростта на реакцията от времето е постоянна и за първите 3 експеримента е 0,0056...

Симулационен метод в химията

В момента има много различни определенияпонятия "модел" и "симулация". Нека разгледаме някои от тях. „Моделът се разбира като показване на факти, неща и отношения от определена област на знанието под формата на по-проста ...

Научни основиреология

Напрегнатото състояние на тялото в общ случайе триизмерен и е нереалистично да се опишат неговите свойства с прости модели. Но в онези редки случаи, когато едноосните тела се деформират...

Синтез и анализ на CTS в производството на бензин

Химическият модел на процеса на каталитичен крекинг е много сложен изглед. Помислете за най-простата от реакциите, протичащи по време на процеса на крекинг: СnН2n+2 > CmH2m+2 + CpH2p...

Синтез на химико-технологична система (ХТС)

Производствените процеси са разнообразни по своите характеристики и степен на сложност. Ако процесът е сложен и дешифрирането на неговия механизъм изисква голям разходсили и време, използвайте емпиричен подход. Математически модели...

Сравнение на плунжерния поток и реакторите с пълно смесване при изотермична работа