1

Fedorov A.Ya. üksMelentyeva T.A. 2Melentyeva M.A. 3

1 Tula instituut juhtimine ja äri. N.D. Demidov

2 Tula Pedagoogikaülikool neid. L.N. Tolstoi

3 Vene Muusikaakadeemia Gnessiinid

1. Ivašov P.V. Maastiku-geokeemilised uuringud basaltmassiividel. - M .: From-vo "Dalnauka", 2003. - 323 lk.

2. Akimova T.A., Kuzmin A.P., Khaskin V.V. Ökoloogia. - M.: From-vo "UNITI", 2001. - 343 lk.

4. Ökoloogia; toim. Terekhina L.A. - Tula: From-vo "TSPU", 2004. - 221 lk.

5. Fedorov A.Ya., Melentjeva T.A., Melentjeva M.A. Protsessi gaasi puhastamise protsess. - Tula: Kirjastus "TulGU" Sari "Ökoloogia ja ohutus", 2009. - Väljaanne. 3. – Lk 47–52.

6. Fedorov A.Ya., Melentjeva T.A., Melentjeva M.A. Metallurgiliste protsesside modelleerimine. - M .: Kirjastus "Loodusteaduste Akadeemia", 2011. - S. 56–58.

Kõigist, millest purskas maa sisemus kivimid, levinuimad on basaltid – basaltmagmatismiga seotud efusioonimoodustised. Petroloogid jagavad basaltide perekonna tavaliselt kaheks suureks tüübiks: toleiinbasaltid ja leeliselised oliviinbasaltid. Toleiinsed basaltid koosnevad kahest pürokseenist (augiidist ja kaltsiumivaesest pürokseenist) ja plagioklaasist. Need võivad sisaldada ka oliviini. Leeliselised oliviinbasaltid eristuvad ainult ühe pürokseeni (augivit) olemasolu poolest parageneesis plagioklaasi ja oliviiniga. Need on eriti iseloomulikud ookeanisaartele. Toleintse basalte leidub peamiselt sügavates ookeanides, ookeaniharjade ääres ja mandril ka terviklike basaltide kujul. Mandri teleiitidel on veidi suurem kaltsiumi ja ränidioksiidi sisaldus kui ookeanilistel teleiitidel.

Muistse ja kaasaegse vulkaanilise tegevuse leviku piirkondades on nüüdseks tõestatud basaltide ja andesiitide kui efusioonimoodustiste lähedane ja ruumiline seos nende sissetungivate vastetega gabroidide ja dioriitide kujul. ühisosa keemilised koostised Nende vulkaaniliste kivimite ja pealetükkivate kivimite sisaldus näitab nende sügava päritolu ühtsust.

Paljud metallurgilised protsessid põhinevad rauda kandvate kivimite töötlemisel. Need põhinevad metallide taastamisel maakidest, kus neid leidub peamiselt oksiidide või sulfiidide kujul, kasutades termilisi ja elektrolüütilised reaktsioonid. Kõige tüüpilisemad keemilised reaktsioonid on:

Fe2O3 + 3C +O2 → 2Fe + CO + 2CO2,

5Сu2S + 5O2 → 10Cu + 5SO2, (1)

Al2O3 + 3O → 2Al + 3O2,

kus Fe2O3, Al2O3 on raud- ja alumiiniumoksiidid; Сu2S - vasksulfiid; C - süsinik; O2 - molekulaarne hapnik; O - aatomi hapnik;Fe, Cu, Al - saadud metallid; CO - süsinikoksiid; CO2 - süsinikdioksiid; SO2 - vääveldioksiid. Mustmetallurgia tehnoloogiline ahel hõlmab pelletite ja aglomeraatide tootmist, kõrgahju, terase tootmist, valtsimist, ferrosulamit, valukodasid ja muid abitööstusi. Kõikide metallurgia etappidega kaasneb intensiivne keskkonnareostus (tabel). Koksi tootmisel aromaatsed süsivesinikud, fenoolid, ammoniaak, tsüaniidid ja terve rida muud ained. Mustmetallurgia kulutab suur hulk vesi. Kuigi tööstuslikud vajadused kaetakse 80-90% ulatuses süsteemidega veevarustuse taaskasutamine., magevee sissevõtt ja saastunud reovee ärajuhtimine ulatuvad väga suurte mahtudeni, vastavalt umbes 25-30 m3 ja 10-15 m3 1 tonni täistsükliga toodete kohta. Koos sissevooluga veekogud siseneb märkimisväärses koguses hõljuvaid aineid, sulfaate, kloriide ja raskmetallide ühendeid.

Mustmetallurgia põhietappide gaasiheitmed kg/t vastava toote kohta

Märge. * kg/m2 metallpinna.

Tehnoloogia keemiatööstus kõigi oma okstega ( anorgaaniline keemia, nafta- ja gaasikeemia, puidukeemia, orgaaniline süntees, farmakoloogiline keemia, mikrobioloogiline tööstus jne) sisaldavad paljusid mittesuletud materjaliringe. Peamised kahjulike emissioonide allikad on anorgaaniliste hapete ja leeliste, sünteetilise kautšuki, mineraalväetiste, pestitsiidide, plastide, värvainete, lahustite, pesuainete, õlipragude tootmisprotsessid. Lisaks on protsessigaaside puhastusprotsessid. Saasteainete tehnogeensetes voogudes on võtmekohal transpordivahendid - õhk ja vesi.

Tavaliselt keemiline protsess Metallide tootmine seisneb antud metalli – tavaliselt oksiidi või sulfiidi – redutseerimises vabaks metalliks. Kivisütt kasutatakse tavaliselt redutseeriva ainena, kõige sagedamini koksi kujul (KMZ, RMZ).

Venemaa on ebasoodsas olukorras geograafiline asukoht seoses õhusaasteainete piiriülese transpordiga. Ülekaalu tõttu läänetuuled märkimisväärne osa õhusaastest Venemaa Euroopa territooriumil (ETR) pärineb aerogeensest transpordist lääne- ja lääneriikidest. Kesk-Euroopa ja naaberriigid.

Sest terviklik hindamineõhubasseini olek, kasutatakse kogu atmosfäärisaaste indeksit:

kus qi on i-nda aine aastane keskmine kontsentratsioon õhus; Ai - i-nda aine ohukoefitsient, selle aine pöördväärtus; Ci on aine ohuklassist sõltuv koefitsient. Im on lihtsustatud näitaja ja seda arvutatakse tavaliselt m = 5 jaoks - kõige olulisemad ainete kontsentratsioonid, mis määravad õhusaaste. See viis sisaldab kõige sagedamini selliseid aineid nagu bensopüreen, formaldehüüd, fenool, ammoniaak, lämmastikdioksiid, süsinikdisulfiid, tolm. Indeks Im varieerub murdosast ühest 15-20-ni – äärmuslikud saastetingimused.

Mitmete näitajate järgi, eelkõige kahjulike mõjude massi ja levimuse poolest, on vääveldioksiid õhusaasteaine number üks. Sisenemine atmosfääri suured hulgad SO2 ja lämmastikoksiidid põhjustavad sademete pH märgatava languse. Selle põhjuseks on sekundaarsed reaktsioonid atmosfääris, mis põhjustavad tugevate hapete moodustumist. Need reaktsioonid hõlmavad katalüsaatorina hapnikku ja veeauru, samuti tehnogeenseid tolmuosakesi:

2SO2 + O2 + 2H2O → 2H2SO4,

4NO2 + 2H2O + O2 → 4HNO3, (3)

kus H2SO4, HNO3 on väävel- ja lämmastikhape. Mitmed nende reaktsioonide vaheproduktid ilmuvad ka atmosfääri. Hapete lahustumine atmosfääri niiskuses põhjustab sademete tekkimist happevihm. Tööstuspiirkondades ning väävli ja lämmastikoksiidide atmosfääri sattumise piirkondades on sademevee pH vahemikus 3 kuni 5. Happelised sademed on eriti ohtlikud happelise pinnase ja madala puhverdusvõimega piirkondades. looduslikud veed. See toob kaasa ebasoodsaid muutusi veeökosüsteemides. Lõuna-Kanada ja väävlilise Euroopa looduslikud kompleksid on pikka aega tundnud happeliste sademete mõju.

1970. aastatel teatati piirkondlikest osoonilangustest stratosfääris. Eriti märgatav oli hooajaliselt pulseeriv osooniauk Antarktika kohal pindalaga üle 10 miljoni km2, kus O3 sisaldus vähenes 1980. aastate jooksul ligi 50%. Kuna osooniekraani nõrgenemine on äärmiselt ohtlik kogu maismaaelustikule ja inimeste tervisele, pälvisid need andmed teadlaste ja seejärel kogu ühiskonna tähelepanu. Enamik eksperte kipub mõtlema tehnogeensele päritolule osooniaugud. Kõige mõistlikum eeldus on see, et peamine põhjus on tehnogeense kloori ja fluori, aga ka muude aatomite ja radikaalide sisenemine atmosfääri ülemistesse kihtidesse, mis võivad äärmiselt aktiivselt lisada aatomi hapnikku, konkureerides seeläbi reaktsiooniga:

O + O2 → O3, (4)

kus O3 on osoon. Aktiivsete halogeenide sattumist atmosfääri ülakihti vahendavad lenduvad klorofluorosüsivesinikud (CFC-d), näiteks freoonid, mis on normaalsetes tingimustes inertne ja mittetoksiline, lühilaine mõjul ultraviolettkiired lagunevad stratosfääris. Klorofluorosüsivesinikel on mitmeid kasulikud omadused, mis tõi kaasa nende laialdase kasutamise külmutusseadmetes, kliimaseadmetes, aerosoolpurkides, tulekustutites jne (joonis). Alates 1950. aastast on ülemaailmne freooni tootmine kasvanud 7–10% aastas.

Klorofluorosüsivesinike tootmine maailmas

Seejärel võtsid nad vastu rahvusvahelised lepingud kohustades liikmesriike vähendama freoonide kasutamist. Juba 1978. aastal kehtestas USA CFC-aerosoolide kasutamise keelu. Kuid CFC-de muude rakenduste laienemine on taas toonud kaasa nende ülemaailmse tootmise suurenemise. Tööstuse üleminek uutele osoonisäästlikele tehnoloogiatele on seotud suurte finantskulud. AT viimastel aastakümnetel puhtalt oli ka teisi tehnilisi viise aktiivsete osoonikihti kahandavate ainete viimine stratosfääri: tuumaplahvatused atmosfäär, ülehelikiirusega lennukite heitkogused, rakettide stardid ja kosmoselaevad korduvkasutatavad. Siiski on võimalik, et osa Maa osooniekraani täheldatud nõrgenemisest on seotud mitte inimese tekitatud emissioonidega, vaid atmosfääri aerokeemiliste omaduste ilmalike kõikumiste ja sõltumatute kliimamuutustega.

Bibliograafiline link

Fedorov A.Ya., Melentyeva T.A., Melentyeva M.A. MAA SAASTUSE KEEMILINE MUDEL // Kaasaegsed teadusmahukad tehnoloogiad. - 2013. - nr 2. - Lk 107-109;
URL: http://top-technologies.ru/ru/article/view?id=31345 (juurdepääsu kuupäev: 04.06.2019). Juhime teie tähelepanu kirjastuse "Looduslooakadeemia" poolt välja antud ajakirjadele

Lisaks vaatlemine ja katsetamine tunnetuses loodusmaailm ja keemia, modelleerimine mängib olulist rolli. Vaatluse üks peamisi eesmärke on otsida katsete tulemustes mustreid. Mõnda vaatlust on aga looduses vahetult teostada ebamugav või võimatu. looduskeskkond uuesti sisse looma laboratoorsed tingimused spetsiaalsete seadmete, installatsioonide, objektide ehk mudelite abil. Mudelid kopeerivad ainult kõige rohkem olulised omadused objekti ja omadused ning jäetakse välja, mis ei ole õppimiseks olulised. Nii et keemias võib mudelid tinglikult jagada kahte rühma: materiaalne ja ikooniline.

Aatomite, molekulide, kristallide materjalimudelid, keemiatööstused keemikud kasutavad suurema selguse huvides.

Kõige tavalisem aatomi kujutis on mudel, mis sarnaneb päikesesüsteemi struktuuriga.

Kasutatakse sageli ainete molekulide modelleerimiseks. pall ja kepp mudelid. Seda tüüpi mudelid on kokku pandud värvilistest pallidest, mis esindavad molekuli moodustavaid aatomeid. Pallid on ühendatud varrastega, sümboliseerides keemilised sidemed. Kuul-pulk-mudelite abil reprodutseeritakse molekulis sidemete nurgad üsna täpselt, kuid tuumadevahelised kaugused kajastuvad vaid ligikaudselt, kuna kuule ühendavate varraste pikkused ei ole võrdelised sideme pikkustega.

Süvendusmudelidüsna täpselt edasi anda sideme nurki ja sideme pikkuste suhet molekulides. Erinevalt kuul-varraste mudelitest ei tähistata nendes olevaid aatomite tuumasid mitte kuulide, vaid varraste ühenduspunktide järgi.

poolkerakujulised mudelid, mida nimetatakse ka Stewart-Brieglebi mudeliteks, on kokku pandud lõigatud segmentidega kuulidest. Aatomite mudelid on nuppude abil omavahel ühendatud viilutasapindade abil. Poolkerakujulised mudelid annavad täpselt edasi nii sideme pikkuste ja sidemete nurkade suhet kui ka tuumadevahelise ruumi täitumist molekulides. See täituvus ei võimalda aga alati seda saada visuaalne esitus tuumade vastastikuse paigutuse kohta.

Kristallide mudelid meenutavad molekulide palli ja pulgaga mudeleid, kuid need ei kujuta üksikuid aine molekule, vaid näitavad vastastikune kokkulepe aineosakesed kristalses olekus.

Kuid sagedamini kasutavad keemikud mitte materjali, vaid ikoonilised mudelid - need on keemilised sümbolid, keemilised valemid, võrrandid keemilised reaktsioonid. Sümbolitega keemilised elemendid ja indeksid on ainete kirjalikud valemid. Indeks näitab, mitu antud elemendi aatomit sisaldub aine molekulis. See on kirjutatud keemilise elemendi märgist paremale.

Keemiline valem on keemia põhimudel. See näitab: konkreetset ainet; üks selle aine osake; aine kvalitatiivne koostis, st milliste elementide aatomid koostisesse kuuluvad antud aine; kvantitatiivne koostis, st kui palju iga elemendi aatomeid on aine molekuli osa.

Kõiki ülaltoodud mudeleid kasutatakse loomisel laialdaselt interaktiivsed arvutimudelid.

MÄRKUS

Artiklis käsitletakse aatomite, molekulide kvantkeemilisi mudeleid, mis võimaldavad mõista aine keemiliste muundumiste olemust aatomil ja molekulaarne tase tema organisatsioon.

ABSTRAKTNE

Artikkel on pühendatud aatomite, molekulide ja keemiliste sidemete graafiliste kvantkeemiliste mudelite üksikasjalikule käsitlemisele. Selline lähenemine võimaldab mõista keemiliste protsesside olemust ja nende kulgemise seadusi.

Kvantkeemia paljastab kaasaegsed ideed aatomite ja molekulide struktuurist, aine keemiliste muundumiste mõistmisest selle organisatsiooni aatomi- ja molekulaarsel tasandil.

Kvantkeemia seisukohalt on aatom mikrosüsteem, mis koosneb tuumast ja tuuma elektromagnetväljas liikuvatest elektronidest. Joonisel fig. Joonisel 1 on kujutatud esimese ja teise perioodi aatomite orbitaal-, elektroonika- ja elektronide difraktsioonimudelid, mis on ehitatud kvantprintsiipe ja aatomite energiatasemete elektronidega täitmise reegleid kasutades. Neli kvantarvu n, l, m l, Prl iseloomustavad täielikult elektronide liikumist tuuma väljas. Peamine kvantarv n iseloomustab elektroni energiat, kaugust tuumast ja vastab arvule energia tase millel elektron asub. Orbitaalkvantarv l määrab orbitaali kuju ja sama energiataseme alamtasandite energia. Mõiste "orbitaal" tähendab elektroni kõige tõenäolisemat liikumispiirkonda aatomis. Magnetiline kvantarv m l määrab orbitaalide arvu ja nende ruumilise orientatsiooni. Kõige tähtsam on see, et orbitaal- ja magnetkvantarvud on omavahel seotud. Orbitaalkvantarv l võtab põhikvantarvust ühe võrra väiksemad väärtused n. Kui a n= 1, siis l= 0 ja kujult on see sfääriline 1 s- orbitaalne. Kui a n= 2, siis orbitaalkvantarvul on kaks väärtust: l= 0, 1, mis näitab kahe alamtaseme olemasolu. See on sfääriline 2 s- orbitaalne ( l= 0) ja kolm 2 lk-kujuliselt võimlemishantleid meenutavad orbitaalid, mis asuvad 90 ° nurga all piki Descartes'i koordinaatsüsteemi telge.

Joonis 1. Kvantkeemiline, elektrooniline ja elektronide difraktsioon esimese ja teise perioodi aatomite mudelid

Arv ja ruumiline paigutus 2 lk-orbitals määrab magnetilise kvantarvu m l, mis võtab väärtused orbiidi muutuse piires kvantarv alates - l kuni + l. Kui a l= 0, siis m l= 0 (üks s- orbitaalne). Kui a l= 1, siis m l võtab kolm väärtust - 1 , 0, +1 (kolm R-orbitaalid).

Aatomite orbitaalmudelid näitavad orbitaalide ruumilist paigutust ja kuju ning elektronide difraktsioonimudelitel sümboolsete kvantelementide kujul antakse orbitaalide kujutis ning tasandite ja alamtasandite asukoht energiadiagrammis. Pöörake tähelepanu aatomite suurusele. Perioodides kordub sama seaduspärasus - tuuma laengu suurenedes suureneb elektronide elektromagnetilise külgetõmbe mõjul tuuma poolt orbitaalide deformatsioon (kokkusurumine) (joon. 1).

Elektronide paigutamine orbitaalidele on allutatud kvantmehaanika ühele olulisemale põhimõttele (Pauli printsiip): ühel orbitaalil ei tohi olla rohkem kui kaks elektroni ja need peavad erinema. oma hetk liikumise hulk - spin (inglise spin rotation). Erineva keerutusega elektrone kujutatakse tavapäraselt noolte ja ¯-ga. Kui kaks elektroni on samal orbitaalil, on neil antiparalleelsed spinnid ja nad ei takista üksteise liikumist tuuma väljas.

See omadus meenutab pöörlemist kahe käigu haardumisel. Sisselülitamisel pöörleb üks käik päripäeva, teine ​​vastupäeva. Ülejäänud kahega ühendatud kolmas käik peatab pöörlemise. Ta on üleliigne. Nii et ühes orbitaalis saab olla ainult 2 elektroni, kolmas on üleliigne.

Kui energiatasemed ja alamtasandid on täidetud elektronidega, kvantprintsiip minimaalne energia (Klechkovski reegel) . Elektronid täidavad orbitaale madalaimast kuni kõrgeima energiatasemeni. Energia miinimumi põhimõte tuletab meelde mitmekorruselise maja põrandate täitmist üleujutuse ajal. Vesi tõuseb üles ja täidab kõik põrandad alt üles, jätmata vahele ühtegi.

Hundi reegli järgi kõik R-orbitaalid täidetakse esmalt ühe elektroniga ja alles siis teisega antiparalleelse spinniga.

Aatomite kvantkeemilised mudelid võimaldavad selgitada aatomite omadusi vahetada energiat, anda ja võtta elektrone, muuta geomeetrilist konfiguratsiooni ja moodustada keemilisi sidemeid.

Valentselektroni pilvede kattumisel tekib kovalentne keemiline side. Näiteks on selline side kujutatud vesiniku molekuli orbitaalmudelis (joonis 2).

Joonis 2. Vesinikumolekuli kovalentse sideme mudel

Valentssidemete kvantkeemilise meetodi kasutamine põhineb ideel, et iga aatomipaari molekulis hoiab koos üks või mitu elektronpaari koos antiparalleelsete spinnidega. Valentssidemete meetodi seisukohalt on molekul mikrosüsteem, mis koosneb kahest või rohkem kovalentselt seotud aatomid. Positiivselt laetud aatomituumad hoitakse negatiivne laeng koondunud kattuvate aatomiorbitaalide piirkonda. Aatomituumade tõmbejõudu nendevahelise suurenenud elektrontiheduse poole tasakaalustab tuumade omavaheline tõukejõud. Moodustub stabiilne mikrosüsteem, milles kovalentse sideme pikkus võrdub tuumade vahelise kaugusega.

Fluori molekulis, nagu ka vesiniku molekulis, on mittepolaarne kovalentne side. Kattuvus 2 R 1 orbitaalidel tekitab elektronpaar aatomituumade vahel suurenenud elektrontiheduse ja hoiab molekuli stabiilses olekus (joonis 3).

Joonis 3. Kovalentse sideme mudel fluori molekulis

Mittepolaarne kovalentne side tähendab valentsorbitaalide sellist kattumist, mille tulemusena langevad positiivsete ja negatiivsete laengute raskuskeskmed kokku.

1 kattumisel on võimalik moodustada polaarne kovalentne side s 1- ja 2 R 1 orbitaal. Joonisel fig. 4 on näidatud polaarse kovalentse sidemega vesinikfluoriidi mudel. Kovalentse sidemega aatomite vaheline elektrontihedus nihkub fluoriaatomile, mille tuumalaeng (+9) avaldab suuremat elektromagnetilist külgetõmmet võrreldes laenguga (+1) vesinikuaatomi tuumaga.

Joonis 4. Polaarse kovalentse sideme mudel vesinikfluoriidi molekulis

Iooniline side on tingitud elektriliselt laetud osakeste - ioonide - külgetõmbamisest. Joonisel fig. 5 on kujutatud liitiumfluoriidis ioonse sideme moodustumise mudel. Fluori aatomi tuuma tekitatud tugev elektromagnetväli haarab kinni ja hoiab kinni R-liitiumi aatomisse kuuluva elektroni orbitaalid. Liitiumi aatom, millel puudub elektron, muudab oma geomeetrilist konfiguratsiooni (2 s-orbitaal), muutub positiivselt laetud iooniks ja seda tõmbab negatiivselt laetud fluoriioon, mis on omandanud täiendava elektroni. R- orbitaalne.

Joonis 5. Ioonipaari Li + F - liitiumfluoriid mudel

Vastupidiselt laetud ioonide elektrostaatilise tõmbejõu ja tõukejõud elektronkestad liitiumi- ja fluoriioonid on tasakaalus ja hoiavad ioone ioonse sideme pikkusele vastaval kaugusel. Iooniliselt seotud ühendite orbitaalne kattumine on praktiliselt olematu.

Erilist tüüpi keemiline side avaldub metallide aatomites. Metallkristall (joonis 6) koosneb positiivselt laetud ioonidest, mille väljas valentselektronid liiguvad vabalt (“elektronipilv”).

Joonis 6. Liitiummetalli kristalli mudel

Ioonid ja "elektronipilv" hoiavad üksteist stabiilses olekus. Tänu elektronide suurele liikuvusele on metallidel elektrooniline juhtivus.

Molekulides muudavad mitme kovalentse sidemega seotud aatomid oma geomeetrilist konfiguratsiooni. Vaatleme selle omaduse avaldumist süsinikuaatomi näitel (1 s 2-orbitaali pole süsinikuaatomi mudelites näidatud, kuna ei osale keemiliste sidemete moodustamises).

Eksperimentaalselt on kindlaks tehtud, et CH 4 molekulis moodustab süsinikuaatom vesinikuaatomitega neli identset kovalentset sidet, mis on oma energia- ja ruumiomadustelt samaväärsed. Raske on ette kujutada nelja identset kovalentset sidet, kui arvestada, et süsinikus paiknevad valentselektronid kahel energial 2 s ja 2 lk alamtasandid:

Alus (ergastamata) olekus moodustab süsinik ainult kaks kovalentset sidet. Ergastatud olekus üks elektron alamtasemelt 2 s liigub kõrgemale energia alamtasandile 2 lk. Sellise elektronide hüppamise tulemusena on koguenergia 2 s- ja 2 lk-orbitaalid ja süsinikuaatomi valents muutub neljaks:

Kuid sellest ei piisa, et selgitada nelja ekvivalentset kovalentset sidet CH4 molekulis, sest 2 s- ja 2 lk-orbitaalidel on erineva kujuga ja ruumiline paigutus. Probleem lahendati hüpoteesi esitamisega hübridisatsioon - valentselektronide segunemine sama energiataseme alamtasanditel. Metaani molekulis on üks 2 s- ja kolm 2 R-süsinikuaatomi orbitaalid muutuvad hübridisatsiooni tulemusena neljaks ekvivalendiks sp 3-hübriidorbitaalid:

Erinevalt süsinikuaatomi ergastamata (põhi)olekust, milles kolm 2 R-aatomi orbitaalid asuvad 90 o nurga all (joon. 7, a), metaani molekulis (joonis 7, b) on kuju ja suurusega samaväärsed sp 3-hübriidsed süsinikuaatomid asuvad 109-28-tollise nurga all.

Joonis 7. Metaani molekuli mudel

Etüleeni molekulis C 2 H 4 (joonis 8, a) süsinikuaatomid on sees sR 2 - hübriidseisund. 2 osalevad hübridisatsioonis s-orbitaalne ja kaks 2 R-orbitaalid. Hübridisatsiooni tulemusena moodustuvad süsinikuaatomid kolm ekvivalenti sp 2 -hübriidorbitaalid, mis asuvad tasapinnal 120-kraadise nurga all; 2 pz-orbital ei osale hübridisatsioonis.

Joonis 8. Etüleeni molekuli mudel

Etüleeni molekulis on süsinikuaatomid seotud mitte ainult s-sidemega, vaid ka p-sidemega. See moodustub kattumise tulemusena Rz-orbitaalid, millel on tuumasid ühendava telje kohal ja all kaks kattuvat piirkonda, mõlemal pool s-sideme telge (joonis 8).

Kolmiksideme mudel on esitatud atsetüleeni molekulis (joonis 9). Ühe segamisel 2 s- ja üks 2 p x - moodustuvad kaks süsinikuaatomi orbitaali sp-hübriidorbitaalid, mis paiknevad aatomite tuumasid ühendaval joonel (nurk 180 o). Mittehübriid 2 RU- ja 2Rz-erinevate süsinikuaatomite orbitaalid kattuvad, moodustades omavahel kaks p-sidet risti asetsevad tasapinnad(joonis 9).

Joonis 9. Atsetüleeni molekuli mudel

Molekulidel, nagu aatomitel, on võime murda ja moodustada keemilisi sidemeid, muuta nende geomeetrilist konfiguratsiooni ja liikuda elektriliselt neutraalsest ioonsesse olekusse. Need omadused ilmnevad ammoniaagi NH 3 molekulide ja vesinikfluoriidi HF vahelises reaktsioonis (joonis 10). Vesinikfluoriidi molekulis on kovalentne side katkenud ning ammoniaagi molekulis moodustub lämmastiku ja vesiniku vahele kovalentne doonor-aktseptor side. Doonoriks on lämmastikuaatomi üksik elektronide paar, aktseptoriks on vesinikuaatomi vaba orbitaal (joonis 10). NH 3 molekuli geomeetriline konfiguratsioon (trigonaalne püramiid, sidenurk 107 o 18") muutub NH 4 + iooni tetraeedriliseks konfiguratsiooniks (109 o 28"). Viimane protsess on ioonse sideme moodustumine kristallstruktuur ammooniumfluoriid. Molekulide orbitaalmudelid võimaldavad näidata kõiki ülalloetletud omadusi ühes reaktsioonis: keemiliste sidemete katkemine ja moodustumine, geomeetrilise konfiguratsiooni muutmine, elektriliselt neutraalsest ioonsesse olekusse liikumine.

Riis. 10. Kristallilise NH 4 + F - ioonipaari moodustumise mudel

Keemiline reaktsioon keemiliste elementide sümbolite abil:

NH 3 + HF → NH 4 F,

annab üldistatud väljenduse sellest, mis ilmneb molekulide orbitaalmudelites. Keemilised reaktsioonid, mida kujutavad orbitaalmudelid ja keemiliste elementide sümbolid, täiendavad üksteist. See on nende teene. Aatomite ja molekulide struktuuri ja koostise kvantkeemilise väljenduse elementaarsete teadmiste omandamine viib võtme mõistmiseni. keemilised mõisted: kovalentne polaarne ja mittepolaarne side, doonor-aktseptor side, ioonside, aatomite ja molekulide geomeetriline konfiguratsioon, keemiline reaktsioon. Ja nende teadmiste põhjal võib julgelt kasutada keemiliste elementide ja ühendite sümboolikat Lühike kirjeldus keemilised olekud ja mateeria transformatsioonid.

Toome veel ühe näite reaktsioonist, mida vaadeldakse kvantkeemia seisukohast. Vesi näitab omadusi nõrk elektrolüüt. Elektrolüütilist dissotsiatsiooni esindab tavaliselt võrrand:

H 2 O ⇄ H + + OH -

H 2 O + H 2 O ⇄H 3 O + + OH -.

Veemolekulide jagunemine positiivselt ja negatiivselt laetud ioonideks paljastab reaktsiooni kvantkeemilise mudeli elektrolüütiline dissotsiatsioon(joonis 11).

Joonis 11. Vee elektrolüütilise dissotsiatsiooni mudel

Veemolekul on moonutatud püramiid (valentsinurk 104 o 30 "). Kaks sR Hapnikuaatomi 3-hübriidorbitaalid moodustavad vesinikuaatomitega s-sidemeid. Kaks teist sR 3-hübriidorbitaalidel on vabad elektronide paarid antiparalleelsete spinnidega. Kovalentse H-O sideme katkemine ühes molekulis põhjustab kovalentse keemilise sideme moodustumist naabermolekulile doonor-aktseptormehhanismi abil. Vesinikuioon, millel on vaba orbitaal, toimib naaberveemolekuli hapnikuaatomi elektronpaari aktseptorina. Selles näites, nagu ka eelmises, võimaldab kvantkeemiline lähenemine mõista vee elektrolüütilise dissotsiatsiooni protsessi füüsikalis-keemilist tähendust.

Mõtlemine on protsess, mille abil saame kaudselt hinnata seda, mis on meie meeletaju eest varjatud. Kvantkeemia annab visuaalse pildi keemilistest protsessidest ja aine olekutest, paljastab meie sensoorse taju eest peidus oleva, julgustab õppima ja mõtlema.

Bibliograafia:

1. Vygotsky L.S. Mõtlemine ja kõne. – M.: Labürint, 1999. – 352 lk.
2. Zagashev I.O., Zair-Bek S.I. Kriitiline mõtlemine: arendustehnoloogia. - Peterburi: Allianss "Delta", 2003. - 284 lk.
3. Krasnov K.S. Molekulid ja keemilised sidemed. - M.: Kõrgkool, 1984. - 295 lk.
4. Leontjev A.N. Loengud edasi üldpsühholoogia. – M.: Tähendus, 2000. – 512 lk.
5. Peregudov F.I., Tarasenko F.P. Sissejuhatus süsteemianalüüsi. - M.: Kõrgkool, 1989. - 367 lk.
6. Prokofjev V.F. Inimene – juhitav bioarvuti? // Bülletään rahvusvaheline akadeemia teadused (vene sektsioon). - 2008. - nr 1. - S. 1-21.
7. Yablokov V.A., Zakharova O.M. Keemia õpetamise sisu süsteemne korraldus // Universum: Psühholoogia ja haridus: elektron. teaduslik ajakiri 2016. nr 5(23) / [ Elektrooniline ressurss]. - Juurdepääsurežiim:
URL://website/ru/psy/archiv/item/2505 (vaadatud 2.04.2017)

Keemia- eksperimentaalteadus keemiliste elementide muundumisest ja keemilised ühendid. D. I. Mendelejevi definitsiooni järgi on keemia samal ajal teadus, ja tootmine. Keemia põhiülesanne on soovitud omadustega ainete saamine ja viiside väljatöötamine ainete omaduste kontrollimiseks nende muundumisprotsessis. Keemia uuringud keemilised sidemed, keemiliste reaktsioonide energeetika, reaktsioonivõime ained, katalüsaatorite omadused jne.

1860. aastal toimus Saksamaal rahvusvaheline keemikute kongress, kus teadlased jõudsid järeldusele, et kõik ained koosnevad molekulidest, molekulid koosnevad aatomitest, aatomid ja molekulid on pidevas. termiline liikumine. Aatomitevahelise keemilise sideme teostavad elektronid, mis asuvad aatomite väliskestas. Neid nimetatakse valentselektronid.

Modelleerimise roll keemias on äärmiselt suur, seega koosneb keemiateooria sellest palju mudeleid. Nende hulgas on väga laia kasutusvõimalusega mudeleid, mis on kaasaegse keemiateaduse aluseks. Nende mudelite hulka kuuluvad: stöhhiomeetriline, aatom-molekulaarne, geomeetriline ja elektrooniline mudel. Kõigi nende ilmumine tõi korraga kaasa revolutsiooni keemikute vaadetes.

Stöhhiomeetriline mudel määrab keemiliste valemite ja võrrandite kasutamise. Stöhhiomeetriline võrrand annab täpne kirjeldus igasugune reaktsioon.

Aatomi-molekulaarne mudel näitab nii molekulisiseseid kui ka molekulidevahelisi aatomite ümberkorraldusi. See mudel näitab keemilisi reaktsioone, mille käigus toimub aatomite ümberjaotumine.

geomeetriline mudel määrab keemiliste valemite struktuuri ja molekulaarparameetrite geomeetria. See mudel võimaldab ruumiliselt kujutada ühendi struktuuri, mõista isomeersete ainete ilmnemise põhjust. Ükskõik milline keemiline muundamine see on pidev üleminek aatomite ühelt geomeetriliselt konfiguratsioonilt teisele. Geomeetriline mudel on klassikaline teooria molekulide struktuur, sest kõigil aatomitel on liikumise koordinaadid ja trajektoorid. Aatom-molekulaarsed ja geomeetrilised mudelid on muutunud võimsateks tööriistadeks tohutu eksperimentaalse materjali süstematiseerimiseks.

elektrooniline mudel näitab ainete reaktsioonivõimet läbi molekulide elektroonilise struktuuri. See mudel kuulub mitteklassikalise keemia alla, sest elektronide käitumine aatomites järgib seadusi kvantfüüsika. Teatud tingimustes toimuvad keemilised reaktsioonid: rõhud ja temperatuurid kuuluvad klassikalise keemia alla ning reaktsioonid, mis toimuvad katalüsaatorite, inhibiitorite ja ensüümide osalusel, kuuluvad kvantkeemiasse. Kõik need mudelid täiendavad üksteist. Iga järgmine mudel kasutab ja üksikasjalikult kirjeldab eelmise mudeli postulaate.

Küsimused enesekontrolliks

1. Mis on keemiateadus?

2. Millise definitsiooni andis Mendelejev keemiale?

3. Mis on keemia põhiülesanne?

4. Mida keemia uurib?

5. Kus toimus 1860. aastal rahvusvaheline keemikute kongress?

6. Mille kiitsid heaks 1860. aastal toimunud rahvusvahelisel keemikute kongressil osalejad?

7. Milliseid elektrone nimetatakse valentselektroniteks?

8. Milliseid mudeleid kasutatakse keemias laialdaselt?

9. Mis määrab stöhhiomeetrilise mudeli?

10. Mida näitab aatom-molekulaarne mudel?

11. Mis määrab geomeetriline mudel?

12. Mida näitab elektrooniline mudel?

Mikromaailma interaktiivsete mudelite väljatöötamine ja nende kasutamise meetodid keemia koolikursuse õppimisel

1.4.1 Keemilised mudelid

Lisaks vaatlusele ja katsetamisele on modelleerimisel oluline roll loodusmaailma ja keemia tundmisel. Vaatluse üks peamisi eesmärke on otsida katsete tulemustes mustreid. Mõnda vaatlust on aga looduses vahetult teostada ebamugav või võimatu. Looduskeskkond taasluuakse laboris spetsiaalsete seadmete, installatsioonide, objektide ehk mudelite abil. Mudelid kopeerivad ainult objekti kõige olulisemad tunnused ja omadused ning jätavad välja need, mis pole uurimiseks hädavajalikud. Nii et keemias võib mudelid tinglikult jagada kahte rühma: materjal ja märk.

Aatomite, molekulide, kristallide, keemiatööstuse materjalimudeleid kasutavad keemikud suurema selguse huvides.

Kõige tavalisem aatomi kujutis on mudel, mis sarnaneb päikesesüsteemi struktuuriga.

Ainete molekulide modelleerimiseks kasutatakse sageli palli- ja pulgamudeleid. Seda tüüpi mudelid on kokku pandud värvilistest pallidest, mis esindavad molekuli moodustavaid aatomeid. Pallid on omavahel ühendatud varrastega, mis sümboliseerivad keemilisi sidemeid. Kuul-pulk-mudelite abil reprodutseeritakse molekulis sidemete nurgad üsna täpselt, kuid tuumadevahelised kaugused kajastuvad vaid ligikaudselt, kuna kuule ühendavate varraste pikkused ei ole võrdelised sideme pikkustega.

Dredingi mudelid annavad üsna täpselt edasi sidemete nurki ja sideme pikkuste suhet molekulides. Erinevalt kuul-varraste mudelitest ei tähistata nendes olevaid aatomite tuumasid mitte kuulide, vaid varraste ühenduspunktide järgi.

Poolkerakujulised mudelid, mida nimetatakse ka Stewart-Brieglebi mudeliteks, on kokku pandud lõigatud segmentidega kuulidest. Aatomite mudelid on nuppude abil omavahel ühendatud viilutasapindade abil. Poolkerakujulised mudelid annavad täpselt edasi nii sideme pikkuste ja sidemete nurkade suhet kui ka tuumadevahelise ruumi täitumist molekulides. Kuid see hõivatus ei võimalda alati saada tuumade vastastikust paigutust visuaalselt.

Kristallide mudelid meenutavad molekulide kuul-pulk-mudeleid, kuid need ei kujuta üksikuid aine molekule, vaid näitavad aineosakeste omavahelist paigutust kristalses olekus.

Kuid sagedamini kasutavad keemikud mitte materiaalseid, vaid sümboolseid mudeleid - need on keemilised sümbolid, keemilised valemid, keemiliste reaktsioonide võrrandid. Keemiliste elementide ja indeksite sümboleid kasutades kirjutatakse ainete valemid. Indeks näitab, mitu antud elemendi aatomit sisaldub aine molekulis. See on kirjutatud keemilise elemendi märgist paremale.

Keemiline valem on keemia põhimudel. See näitab: konkreetset ainet; üks selle aine osake; aine kvalitatiivne koostis, st milliste elementide aatomid on selle aine osad; kvantitatiivne koostis, st kui palju iga elemendi aatomeid on aine molekuli osa.

Kõiki ülaltoodud mudeleid kasutatakse laialdaselt interaktiivsete arvutimudelite loomisel.

Reaktori valik vääveldioksiidi oksüdatsioonireaktsiooni läbiviimiseks väävelanhüdriid

keskkontor igas keemilis-tehnoloogilises süsteemis, mis hõlmab mitmeid erinevate ühendustega omavahel ühendatud masinaid ja seadmeid, on keemiline reaktor - aparaat, milles toimub keemiline protsess. Tüübi valik...

Esiteks luuakse objekti arvutimudel ja arvuti modelleerimine molekulide moodustamiseks uuringu kohas. Mudel võib olla kas 2D või 3D.

Uuenduslik viis tehnoloogia arendamiseks uue loomiseks ravimid

Kvantkeemiliste konstruktsioonide jaoks kasutatava molekuli mudeli mõistlikkuses, mille kohaselt tuumade ja elektronide süsteem on analüüsitav ning selle käitumist kirjeldatakse võrranditega. kvantteooria, pole kahtlust...

Uudne tehnoloogia arendamise viis uute ravimite loomiseks

Bioloogilise aktiivsuse määramise meetodite puhul võetakse kasutusele deskriptorite ja QSAR-i mõiste. Molekulaarne deskriptor on arvväärtusi iseloomustab molekulide omadusi. Näiteks võivad need esindada füüsikalis-keemilisi omadusi...

Isobutaani isobutüleeniga isooktaaniks alküülimise kineetika uurimine meetodil matemaatiline modelleerimine

Benseeni kloorimisreaktsiooni kineetika uurimine

R = k*C1*Ck? Saadud mudeli parimaks töötlemiseks teisendame funktsiooni kuju, kuna reaktsioonikiiruse sõltuvus ajast on konstantne ja esimese 3 katse puhul on 0,0056...

Simulatsioonimeetod keemias

Praegu on neid palju erinevaid määratlusi mõisted "mudel" ja "simulatsioon". Vaatleme mõnda neist. "Mudelit mõistetakse kui teatud teadmiste valdkonna faktide, asjade ja suhete kuvamist lihtsama ...

Teaduslikud alused reoloogia

Keha pinge-pingeseisund sisse üldine juhtum on kolmemõõtmeline ja selle omaduste kirjeldamine lihtsate mudelite abil on ebareaalne. Kuid neil harvadel juhtudel, kui üheteljelised kehad on deformeerunud...

CTS süntees ja analüüs bensiini tootmisel

Katalüütilise krakkimise protsessi keemiline mudel on väga keeruline vaade. Mõelge krakkimisprotsessis toimuvatest reaktsioonidest lihtsaimatele: СnН2n+2 > CmH2m+2 + CpH2p...

Keemilis-tehnoloogilise süsteemi (CTS) süntees

Tootmisprotsessid on oma omaduste ja keerukuse astme poolest mitmekesised. Kui protsess on keeruline ja selle mehhanismi dešifreerimine nõuab suur kulu jõudu ja aega, kasutage empiirilist lähenemist. Matemaatilised mudelid...

Pistikuvoolu ja täissegamisreaktorite võrdlus isotermilises töös