1

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

1 Institut Tula pengurusan dan perniagaan. N.D. Demidov

2 Tula Universiti Pedagogi mereka. L.N. Tolstoy

3 Akademi Muzik Rusia Gnessins

1. Ivashov P.V. Kajian landskap-geokimia pada jisim basalt. - M .: Daripada-vo "Dalnauka", 2003. - 323 p.

2. Akimova T.A., Kuzmin A.P., Khaskin V.V. Ekologi. - M.: Daripada-vo "UNITI", 2001. - 343 p.

4. Ekologi; ed. Terekhina L.A. - Tula: Daripada-vo "TSPU", 2004. - 221 p.

5. Fedorov A.Ya., Melent'eva T.A., Melent'eva M.A. Proses proses penulenan gas. - Tula: Rumah penerbitan "TulGU" Siri "Ekologi dan keselamatan", 2009. - Isu. 3. – Hlm. 47–52.

6. Fedorov A.Ya., Melent'eva T.A., Melent'eva M.A. Pemodelan proses metalurgi. - M .: Rumah penerbitan "Akademi Sains Semula Jadi", 2011. - S. 56–58.

Daripada semua yang meletus dari dalaman bumi batuan, yang paling meluas ialah basalt - pembentukan efusi yang dikaitkan dengan magmatisme basaltik. Keluarga basalt biasanya dibahagikan oleh ahli petrologi kepada dua jenis yang luas: basalt tholeic dan basalt olivin alkali. Basalt tholeic terdiri daripada dua piroksen (piroksen augite dan miskin kalsium) dan plagioklas. Mereka juga mungkin mengandungi olivin. Basalt olivin alkali dibezakan dengan kehadiran hanya satu piroksen (augivite) dalam paragenesis dengan plagioklas dan olivin. Mereka adalah ciri khas pulau-pulau lautan. Basalt Tholeint terutamanya ditemui di lautan dalam, di sepanjang rabung lautan, dan juga dalam bentuk basalt integumen di tanah besar. Teleit benua mempunyai kandungan kalsium dan silika sedikit lebih tinggi daripada teleit lautan.

Di kawasan penyebaran aktiviti gunung berapi purba dan moden, sambungan rapat dan spatial basalt dan andesit sebagai pembentukan efusi dengan rakan sejawatannya yang mengganggu dalam bentuk gabbroid dan diorit kini telah terbukti. persamaan komposisi kimia daripada batuan gunung berapi dan batuan penceroboh ini menunjukkan kesatuan asal-usulnya yang dalam.

Banyak proses metalurgi adalah berdasarkan pemprosesan batuan yang mengandungi besi. Ia adalah berdasarkan pemulihan logam daripada bijih, di mana ia didapati terutamanya dalam bentuk oksida atau sulfida menggunakan haba dan tindak balas elektrolitik. Tindak balas kimia yang paling biasa ialah:

Fe2O3 + 3C +O2 → 2Fe + CO + 2CO2,

5Сu2S + 5O2 → 10Cu + 5SO2, (1)

Al2O3 + 3O → 2Al + 3O2,

di mana Fe2O3, Al2O3 ialah besi dan aluminium oksida; Сu2S - sulfida tembaga; C - karbon; O2 - oksigen molekul; O - oksigen atom; Fe, Cu, Al - logam yang diperolehi; CO - karbon monoksida; CO2 - karbon dioksida; SO2 - sulfur dioksida. Rantaian teknologi dalam metalurgi ferus termasuk pengeluaran pelet dan aglomerat, relau letupan, pembuatan keluli, rolling, ferroalloy, faundri dan industri tambahan lain. Semua peringkat metalurgi disertai dengan pencemaran alam sekitar yang teruk (jadual). Dalam pengeluaran kok, hidrokarbon aromatik, fenol, ammonia, sianida dan keseluruhan baris bahan lain. Metalurgi ferus menggunakan sejumlah besar air. Walaupun keperluan industri 80-90% dipenuhi oleh sistem kitar semula bekalan air., pengambilan air tawar dan pelepasan air sisa tercemar masing-masing mencapai jumlah yang sangat besar, kira-kira 25-30 m3 dan 10-15 m3 setiap 1 tan produk kitaran penuh. Dengan longkang masuk badan air sejumlah besar pepejal terampai, sulfat, klorida, dan sebatian logam berat masuk.

Pelepasan gas peringkat utama metalurgi ferus dalam kg/t produk yang sepadan

Catatan. * kg/m2 permukaan logam.

Teknologi industri kimia dengan semua cabangnya ( kimia tak organik, kimia minyak dan gas, kimia kayu, sintesis organik, kimia farmakologi, industri mikrobiologi, dll.) mengandungi banyak kitaran bahan tidak tertutup. Sumber utama pelepasan berbahaya ialah proses penghasilan asid dan alkali tak organik, getah sintetik, baja mineral, racun perosak, plastik, pewarna, pelarut, detergen, keretakan minyak. Di samping itu, terdapat proses pembersihan gas proses. Dalam aliran bahan pencemar berteknologi, tempat utama diduduki oleh media pengangkutan - udara dan air.

Biasanya proses kimia Pengeluaran logam terdiri daripada pengurangan logam tertentu - biasanya oksida atau sulfida - kepada logam bebas. Arang batu biasanya digunakan sebagai agen pengurangan, paling kerap dalam bentuk kok (KMZ, RMZ).

Rusia menduduki yang tidak menguntungkan kedudukan geografi berhubung dengan pengangkutan merentasi sempadan bahan pencemar udara. Disebabkan penguasaan angin barat sebahagian besar pencemaran udara di wilayah Eropah Rusia (ETR) berasal dari pengangkutan aerogenik dari negara-negara Barat dan Eropah Tengah dan negara jiran.

Untuk penilaian integral keadaan lembangan udara, indeks jumlah pencemaran atmosfera digunakan:

di mana qi ialah kepekatan purata tahunan dalam udara bahan ke-i; Ai - pekali bahaya bahan ke-i, MPC songsang bahan ini; Ci ialah pekali bergantung kepada kelas bahaya bahan tersebut. Im ialah penunjuk yang dipermudahkan dan biasanya dikira untuk m = 5 - kepekatan bahan yang paling ketara yang menentukan pencemaran udara. Lima ini paling kerap termasuk bahan seperti benzopirena, formaldehid, fenol, ammonia, nitrogen dioksida, karbon disulfida, habuk. Indeks Im berbeza daripada pecahan satu hingga 15-20 - keadaan pencemaran yang melampau.

Menurut beberapa penunjuk, terutamanya dari segi jisim dan kelaziman kesan berbahaya, sulfur dioksida adalah pencemar udara nombor satu. Kemasukan ke atmosfera kuantiti yang besar SO2 dan nitrogen oksida membawa kepada penurunan ketara dalam PH pemendakan. Ini disebabkan oleh tindak balas sekunder di atmosfera yang membawa kepada pembentukan asid kuat. Tindak balas ini melibatkan oksigen dan wap air, serta zarah debu teknogenik sebagai pemangkin:

2SO2 + O2 + 2H2O → 2H2SO4,

4NO2 + 2H2O + O2 → 4HNO3, (3)

di mana H2SO4, HNO3 adalah sulfurik dan asid nitrik. Sebilangan produk perantaraan tindak balas ini juga muncul di atmosfera. Pelarutan asid dalam lembapan atmosfera membawa kepada pemendakan hujan asid. Di kawasan perindustrian dan di kawasan pengenalan sulfur dan nitrogen oksida di atmosfera, pH air hujan berkisar antara 3 hingga 5. Kerpasan asid amat berbahaya di kawasan dengan tanah berasid dan penimbalan rendah perairan semula jadi. Ini membawa kepada perubahan buruk dalam ekosistem akuatik. Kompleks semula jadi Kanada Selatan dan Eropah Sulfurik telah lama merasakan kesan pemendakan asid.

Pada tahun 1970-an, terdapat laporan tentang kejatuhan ozon serantau di stratosfera. Terutama ketara ialah lubang ozon berdenyut bermusim di atas Antartika dengan keluasan lebih daripada 10 juta km2, di mana kandungan O3 menurun hampir 50% sepanjang 1980-an. Memandangkan kelemahan skrin ozon adalah sangat berbahaya untuk semua biota darat dan untuk kesihatan manusia, data ini menarik perhatian saintis, dan kemudian seluruh masyarakat. Kebanyakan pakar cenderung memikirkan asal usul teknologi lubang ozon. Andaian yang paling munasabah ialah sebab utama adalah kemasukan ke lapisan atas atmosfera klorin dan fluorin teknogenik, serta atom dan radikal lain yang boleh menambah oksigen atom secara sangat aktif, dengan itu bersaing dengan tindak balas:

O + O2 → O3, (4)

di mana O3 ialah ozon. Pengenalan halogen aktif ke dalam atmosfera atas dimediasi oleh klorofluorokarbon (CFC) yang meruap seperti freon, yang berada dalam keadaan biasa lengai dan tidak toksik, di bawah pengaruh gelombang pendek Sinar ultraviolet pecah di stratosfera. Klorofluorokarbon mempunyai beberapa sifat berguna, yang menyebabkan penggunaannya secara meluas dalam unit penyejukan, penghawa dingin, tin aerosol, alat pemadam api, dsb. (rajah). Sejak 1950, pengeluaran CFC global telah meningkat sebanyak 7-10% setiap tahun.

Pengeluaran dunia klorofluorokarbon

Selepas itu, mereka mengambil anak angkat perjanjian antarabangsa mewajibkan negara anggota mengurangkan penggunaan CFC. Seawal tahun 1978, Amerika Syarikat telah memperkenalkan larangan penggunaan aerosol CFC. Tetapi pengembangan aplikasi lain CFC sekali lagi membawa kepada peningkatan dalam pengeluaran global mereka. Peralihan industri kepada teknologi penjimatan ozon baharu dikaitkan dengan besar kos kewangan. AT dekad kebelakangan ini ada yang lain, semata-mata cara teknikal pengenalan penipisan ozon aktif ke dalam stratosfera: letupan nuklear atmosfera, pelepasan daripada pesawat supersonik, pelancaran roket dan kapal angkasa boleh guna semula. Walau bagaimanapun, adalah mungkin bahawa sebahagian daripada kelemahan skrin ozon Bumi yang diperhatikan bukan dikaitkan dengan pelepasan buatan manusia, tetapi dengan turun naik sekular dalam sifat aerokimia atmosfera dan perubahan iklim yang bebas.

Pautan bibliografi

Fedorov A.Ya., Melentyeva T.A., Melentyeva M.A. MODEL KIMIA PENCEMARAN BUMI // Teknologi intensif sains moden. - 2013. - No. 2. - P. 107-109;
URL: http://top-technologies.ru/ru/article/view?id=31345 (tarikh akses: 04/06/2019). Kami membawa perhatian anda kepada jurnal yang diterbitkan oleh rumah penerbitan "Academy of Natural History"

Selain pemerhatian dan eksperimen dalam kognisi dunia semula jadi dan kimia, pemodelan memainkan peranan penting. Salah satu matlamat utama pemerhatian adalah untuk mencari pola dalam hasil eksperimen. Walau bagaimanapun, beberapa pemerhatian menyusahkan atau mustahil untuk dijalankan secara langsung. persekitaran semula jadi mencipta semula keadaan makmal dengan bantuan peranti khas, pemasangan, objek, iaitu, model. Model menyalin hanya paling banyak tanda-tanda penting dan sifat objek dan ditinggalkan yang tidak penting untuk kajian. Jadi dalam kimia, model boleh dibahagikan secara bersyarat kepada dua kumpulan: material dan ikonik.

Model bahan atom, molekul, kristal, industri kimia ahli kimia gunakan untuk lebih jelas.

Perwakilan atom yang paling biasa ialah model yang menyerupai struktur sistem suria.

Selalunya digunakan untuk memodelkan molekul bahan. bola-dan-kayu model. Model jenis ini dipasang daripada bola berwarna yang mewakili atom yang membentuk molekul. Bola disambungkan dengan rod, melambangkan ikatan kimia. Dengan bantuan model bola dan kayu, sudut ikatan dalam molekul dihasilkan semula dengan agak tepat, tetapi jarak internuklear hanya dipantulkan lebih kurang, kerana panjang rod yang menyambungkan bola tidak berkadar dengan panjang ikatan.

Model pengerukan menyampaikan sudut ikatan dan nisbah panjang ikatan dalam molekul dengan agak tepat. Nukleus atom di dalamnya, berbeza dengan model bola-dan-rod, ditetapkan bukan oleh bola, tetapi oleh titik penghubung rod.

model hemisfera, juga dipanggil model Stewart-Briegleb, dipasang daripada bola dengan segmen potong. Model atom disambungkan oleh satah hirisan menggunakan butang. Model hemisfera dengan tepat menyampaikan kedua-dua nisbah panjang ikatan dan sudut ikatan dan pengisian ruang internuklear dalam molekul. Walau bagaimanapun, penghunian ini tidak selalu membenarkan seseorang memperolehnya perwakilan visual tentang susunan bersama nukleus.

Model kristal menyerupai model bola-dan-kayu molekul, bagaimanapun, mereka tidak menggambarkan molekul individu bahan, tetapi menunjukkan susunan bersama zarah jirim dalam keadaan hablur.

Walau bagaimanapun, lebih kerap ahli kimia tidak menggunakan bahan, tetapi model ikonik - ia adalah simbol kimia, formula kimia, persamaan tindak balas kimia. Dengan simbol unsur kimia dan indeks ialah formula bertulis bahan. Indeks menunjukkan bilangan atom unsur tertentu yang termasuk dalam molekul bahan. Ia ditulis di sebelah kanan tanda unsur kimia.

Formula kimia ialah model ikonik asas dalam kimia. Ia menunjukkan: bahan tertentu; satu zarah bahan ini; komposisi kualitatif bahan, iaitu, atom yang unsur-unsurnya termasuk dalam komposisi bahan yang diberi; komposisi kuantitatif, iaitu, berapa banyak atom bagi setiap unsur adalah sebahagian daripada molekul bahan itu.

Semua model di atas digunakan secara meluas dalam penciptaan model komputer interaktif.

ANOtasi

Artikel ini membincangkan model kuantum-kimia bagi atom, molekul, yang memungkinkan untuk memahami intipati transformasi kimia jirim pada atom dan tahap molekul organisasinya.

ABSTRAK

Artikel ini ditumpukan kepada pertimbangan terperinci model grafik kuantum-kimia bagi atom, molekul dan ikatan kimia. Pendekatan ini membolehkan memahami sifat proses kimia dan undang-undang prosidingnya.

Idea moden tentang struktur atom dan molekul, memahami transformasi kimia jirim pada peringkat atom dan molekul organisasinya didedahkan oleh kimia kuantum.

Dari sudut pandangan kimia kuantum, atom ialah mikrosistem yang terdiri daripada nukleus dan elektron yang bergerak dalam medan elektromagnet nukleus. Pada rajah. Rajah 1 mempersembahkan model pembelauan orbital, elektronik dan elektron bagi atom-atom tempoh pertama dan kedua, dibina menggunakan prinsip dan peraturan kuantum untuk mengisi tahap tenaga dalam atom dengan elektron. Empat nombor kuantum n, l, m l, Cik mencirikan sepenuhnya gerakan elektron dalam medan nukleus. Nombor kuantum utama n mencirikan tenaga elektron, jaraknya dari nukleus dan sepadan dengan nombor tahap tenaga di mana elektron terletak. Nombor kuantum orbit l menentukan bentuk orbit dan tenaga subperingkat pada aras tenaga yang sama. Konsep "orbital" bermaksud kawasan pergerakan elektron yang paling mungkin dalam atom. Nombor kuantum magnetik m l menentukan bilangan orbital dan orientasi ruangnya. Paling penting, nombor kuantum orbital dan magnet adalah saling berkaitan. Nombor kuantum orbit l mengambil nilai satu kurang daripada nombor kuantum utama n. Sekiranya n= 1, maka l= 0, dan dalam bentuk ia adalah sfera 1 s-orbital. Sekiranya n= 2, maka nombor kuantum orbit mengambil dua nilai: l= 0, 1, menunjukkan kehadiran dua subperingkat. Ia sfera 2 s- orbital ( l= 0) dan tiga 2 hlm-orbital yang menyerupai dumbel gimnastik dalam bentuk, terletak pada sudut 90 ° di sepanjang paksi sistem koordinat Cartes.

Rajah 1. Pembelauan kuantum-kimia, elektronik dan elektron model atom tempoh pertama dan kedua

Nombor dan susunan ruang 2 hlm-orbital menentukan nombor kuantum magnetik m l, yang mengambil nilai dalam perubahan orbit nombor kuantum dari - l kepada + l. Sekiranya l= 0, maka m l= 0 (satu s- orbital). Sekiranya l= 1, maka m l mengambil tiga nilai - 1 , 0, +1 (tiga R-orbital).

Model orbital atom menunjukkan susunan ruang dan bentuk orbital, dan pada model pembelauan elektron dalam bentuk sel kuantum simbolik, imej orbital dan kedudukan aras dan subperingkat dalam rajah tenaga diberikan. Perhatikan saiz atom. Keteraturan yang sama diulang dalam tempoh - apabila cas nukleus meningkat, ubah bentuk (mampatan) orbital meningkat di bawah pengaruh tarikan elektromagnet elektron oleh nukleus (Rajah 1).

Penempatan elektron dalam orbital tertakluk kepada salah satu prinsip mekanik kuantum yang paling penting (prinsip Pauli): tidak lebih daripada dua elektron boleh berada dalam satu orbital, dan ia mesti berbeza. detik sendiri jumlah gerakan - putaran (Putaran putaran Inggeris). Elektron dengan putaran yang berbeza secara konvensional digambarkan dengan anak panah dan ¯. Apabila dua elektron berada dalam orbital yang sama, mereka mempunyai putaran antiselari dan tidak menghalang satu sama lain daripada bergerak dalam medan nukleus.

Sifat ini menyerupai putaran dalam meshing dua gear. Apabila disambungkan, satu gear berputar mengikut arah jam, satu lagi mengikut lawan jam. Gear ketiga bercantum dengan dua yang lain menghentikan putaran. Dia berlebihan. Jadi dalam satu orbital hanya boleh ada 2 elektron, yang ketiga adalah berlebihan.

Apabila tahap tenaga dan sublevel diisi dengan elektron, prinsip kuantum tenaga minimum (peraturan Klechkovsky) . Elektron mengisi orbital dari tahap tenaga terendah hingga tertinggi. Prinsip tenaga minimum mengingatkan pada mengisi lantai bangunan bertingkat semasa banjir. Air naik dan memenuhi semua lantai dari bawah ke atas, tidak hilang satu pun.

Mengikut peraturan Hund, semua R-orbital diisi pertama dengan satu elektron dan hanya kemudian dengan yang kedua dengan putaran antiselari.

Model kuantum-kimia atom memungkinkan untuk menerangkan sifat atom untuk menukar tenaga, memberi dan mengambil elektron, mengubah konfigurasi geometri, dan membentuk ikatan kimia.

Ikatan kimia kovalen terbentuk apabila awan elektron valens bertindih. Sebagai contoh, ikatan sedemikian diwakili dalam model orbital molekul hidrogen (Rajah 2).

Rajah 2. Model ikatan kovalen dalam molekul hidrogen

Penggunaan kaedah kimia kuantum ikatan valens adalah berdasarkan idea bahawa setiap pasangan atom dalam molekul disatukan oleh satu atau lebih pasangan elektron dengan putaran antiselari. Dari sudut pandangan kaedah ikatan valens, molekul ialah mikrosistem yang terdiri daripada dua atau lebih atom terikat kovalen. Nukleus atom bercas positif dipegang cas negatif tertumpu di kawasan orbital atom yang bertindih. Daya tarikan nukleus atom kepada peningkatan ketumpatan elektron di antara mereka diimbangi oleh daya tolakan nukleus di antara mereka. Mikrosistem yang stabil terbentuk, di mana panjang ikatan kovalen adalah sama dengan jarak antara nukleus.

Dalam molekul fluorin, serta dalam molekul hidrogen, terdapat non-polar ikatan kovalen. Bertindih 2 R 1 orbital, pasangan elektron mencipta ketumpatan elektron meningkat antara nukleus atom dan mengekalkan molekul dalam keadaan stabil (Rajah 3).

Rajah 3. Model ikatan kovalen dalam molekul fluorin

Ikatan kovalen bukan kutub bermaksud pertindihan orbital valensi sedemikian, akibatnya pusat graviti cas positif dan negatif bertepatan.

Ia adalah mungkin untuk membentuk ikatan kovalen polar apabila bertindih 1 s 1 - dan 2 R 1 orbital. Pada rajah. 4 menunjukkan model hidrogen fluorida dengan ikatan kovalen polar. Ketumpatan elektron antara atom terikat kovalen beralih kepada atom fluorin, yang cas nuklearnya (+9) memberikan daya tarikan elektromagnet yang lebih besar berbanding dengan nukleus atom hidrogen dengan cas (+1).

Rajah 4. Model ikatan kovalen polar dalam molekul hidrogen fluorida

Ikatan ion adalah disebabkan oleh tarikan zarah bercas elektrik - ion. Pada rajah. 5 menunjukkan model untuk pembentukan ikatan ionik dalam litium fluorida. Medan elektromagnet kuat yang dicipta oleh nukleus atom fluorin menangkap dan bertahan R-orbital elektron kepunyaan atom litium. Atom litium, yang tidak mempunyai elektron, mengubah konfigurasi geometrinya (2 s-orbital), menjadi ion bercas positif dan tertarik kepada ion fluorin bercas negatif, yang telah memperoleh elektron tambahan pada R-orbital.

Rajah 5. Model pasangan ion Li + F - litium fluorida

Daya tarikan elektrostatik bagi ion bercas bertentangan dan tolakan kulit elektron ion litium dan fluorin adalah seimbang dan menahan ion pada jarak yang sepadan dengan panjang ikatan ion. Pertindihan orbit dalam sebatian terikat ion hampir tidak wujud.

Satu jenis ikatan kimia khas ditunjukkan dalam atom logam. Hablur logam (Rajah 6) terdiri daripada ion bercas positif, dalam medan elektron valens bergerak bebas ("awan elektron").

Rajah 6. Model kristal logam litium

Ion dan "awan elektron" saling memegang antara satu sama lain dalam keadaan stabil. Oleh kerana pergerakan elektron yang tinggi, logam mempunyai kekonduksian elektronik.

Dalam molekul, atom yang dihubungkan oleh beberapa ikatan kovalen mengubah konfigurasi geometrinya. Pertimbangkan manifestasi sifat ini pada contoh atom karbon (1 s 2-orbital tidak ditunjukkan dalam model atom karbon, kerana tidak mengambil bahagian dalam pembentukan ikatan kimia).

Telah terbukti secara eksperimen bahawa dalam molekul CH 4, atom karbon membentuk empat ikatan kovalen yang sama dengan atom hidrogen, yang setara dalam tenaga dan ciri ruangnya. Sukar untuk membayangkan empat ikatan kovalen yang sama, jika kita ingat bahawa dalam karbon elektron valens terletak pada dua tenaga 2 s dan 2 hlm subperingkat:

Dalam keadaan tanah (tidak teruja), karbon hanya membentuk dua ikatan kovalen. Dalam keadaan teruja, satu elektron dari subperingkat 2 s bergerak ke subtahap 2 tenaga yang lebih tinggi hlm. Hasil daripada lompatan elektron sedemikian, jumlah tenaga 2 s- dan 2 hlm-orbital dan valensi atom karbon berubah kepada empat:

Namun ini tidak mencukupi untuk menjelaskan empat ikatan kovalen setara dalam molekul CH 4, kerana 2 s- dan 2 hlm-orbital mempunyai bentuk yang berbeza dan susunan ruang. Masalah itu diselesaikan dengan memperkenalkan hipotesis hibridisasi - pencampuran elektron valens dalam subperingkat tahap tenaga yang sama. Terdapat satu 2 dalam molekul metana s- dan tiga 2 R-orbital atom karbon hasil hibridisasi bertukar menjadi empat setara sp Orbital 3-hibrid:

Berbeza dengan keadaan (tanah) atom karbon yang tidak teruja, di mana tiga 2 R-orbital atom terletak pada sudut 90 o (Rajah 7, a), dalam molekul metana (Rajah 7, b) adalah setara dalam bentuk dan saiz sp Atom karbon 3-hibrid terletak pada sudut 109 kira-kira 28".

Rajah 7. Model molekul metana

Dalam molekul etilena C 2 H 4 (Rajah 8, a) atom karbon berada dalam sR 2 - keadaan hibrid. 2 terlibat dalam hibridisasi s-orbital dan dua 2 R-orbital. Hasil daripada hibridisasi, atom karbon membentuk tiga setara sp 2 -orbital hibrid yang terletak pada sudut 120 kira-kira pada satah; 2 pz-orbital tidak mengambil bahagian dalam hibridisasi.

Rajah 8. Model molekul etilena

Dalam molekul etilena, atom karbon dikaitkan bukan sahaja oleh ikatan-s, tetapi juga oleh ikatan-p. Ia terbentuk akibat pertindihan Rz-orbital dengan pembentukan dua kawasan bertindih di atas dan di bawah paksi yang menghubungkan nukleus, pada kedua-dua belah paksi ikatan-s (Rajah 8).

Model ikatan rangkap tiga dibentangkan dalam molekul asetilena (Rajah 9). Apabila mencampurkan satu 2 s- dan satu 2 p x - dua orbital atom karbon terbentuk sp-orbital hibrid, yang terletak pada garis yang menghubungkan nukleus atom (sudut 180 o). Bukan hibrid 2 RU- dan 2Rz-orbital atom karbon yang berbeza bertindih, membentuk dua ikatan p dalam satu sama lain satah serenjang(Gamb. 9).

Rajah 9. Model molekul asetilena

Molekul, seperti atom, mempamerkan keupayaan untuk memecahkan dan membentuk ikatan kimia, mengubah konfigurasi geometrinya, dan bergerak daripada neutral elektrik kepada keadaan ionik. Sifat-sifat ini ditunjukkan dalam tindak balas antara molekul ammonia NH 3 dan hidrogen fluorida HF (Rajah 10). Ikatan kovalen dalam molekul hidrogen fluorida dipecahkan, dan ikatan penderma-penerima kovalen terbentuk antara nitrogen dan hidrogen dalam molekul ammonia. Penderma ialah pasangan elektron tunggal atom nitrogen, penerima ialah orbital kosong atom hidrogen (Rajah 10). Konfigurasi geometri molekul NH 3 (piramid trigonal, sudut ikatan 107 o 18") berubah kepada konfigurasi tetrahedral bagi ion NH 4 + (109 o 28"). Proses terakhir ialah pembentukan ikatan ionik dalam struktur kristal ammonium fluorida. Model orbit molekul memungkinkan untuk menunjukkan semua sifat yang disenaraikan di atas dalam satu tindak balas: memecahkan dan membentuk ikatan kimia, menukar konfigurasi geometri, bergerak dari neutral elektrik kepada keadaan ionik.

nasi. 10. Model pembentukan pasangan ion hablur NH 4 + F -

Tindak balas kimia menggunakan simbol unsur kimia:

NH 3 + HF → NH 4 F,

memberikan ungkapan umum tentang apa yang didedahkan dalam model orbit molekul. Tindak balas kimia yang diwakili oleh model orbit dan simbol unsur kimia saling melengkapi. Ini adalah merit mereka. Menguasai pengetahuan asas tentang ekspresi kuantum-kimia bagi struktur dan komposisi atom dan molekul membawa kepada pemahaman tentang kunci konsep kimia: kutub kovalen dan ikatan bukan kutub, ikatan penderma-penerima, ikatan ion, konfigurasi geometri atom dan molekul, tindak balas kimia. Dan atas asas pengetahuan ini, seseorang dengan yakin boleh menggunakan simbolisme unsur kimia dan sebatian untuk Penerangan Ringkas keadaan kimia dan transformasi jirim.

Mari kita berikan satu lagi contoh tindak balas yang dipertimbangkan dari sudut pandangan kimia kuantum. Air mempamerkan sifat elektrolit lemah. Pemisahan elektrolitik biasanya diwakili oleh persamaan:

H 2 O ⇄H + + OH -

H 2 O + H 2 O ⇄H 3 O + + OH -.

Pembahagian molekul air kepada ion bercas positif dan negatif mendedahkan model kimia kuantum tindak balas pemisahan elektrolitik(Gamb. 11).

Rajah 11. Model pemisahan elektrolitik air

Molekul air ialah piramid terherot (sudut valens 104 o 30 "). Dua sR Orbital 3-hibrid atom oksigen membentuk ikatan-s dengan atom hidrogen. Dua lagi sR Orbital 3-hibrid mempunyai pasangan elektron bebas dengan putaran antiselari. Pemecahan ikatan kovalen H–O dalam salah satu molekul membawa kepada pembentukan ikatan kimia kovalen pada molekul jiran mengikut mekanisme penderma-penerima. Ion hidrogen, yang mempunyai orbital kosong, bertindak sebagai penerima pasangan elektron atom oksigen molekul air jiran. Dalam contoh ini, seperti dalam yang sebelumnya, pendekatan kuantum-kimia memungkinkan untuk memahami makna fizikokimia proses pemisahan elektrolitik air.

Berfikir adalah proses yang mana kita secara tidak langsung boleh menilai apa yang tersembunyi daripada persepsi deria kita. Kimia kuantum memberikan imej visual proses kimia dan keadaan jirim, mendedahkan apa yang tersembunyi daripada persepsi deria kita, menggalakkan pembelajaran dan pemikiran.

Bibliografi:

1. Vygotsky L.S. Pemikiran dan pertuturan. – M.: Labyrinth, 1999. – 352 p.
2. Zagashev I.O., Zair-Bek S.I. Pemikiran kritikal: teknologi pembangunan. - St Petersburg: Alliance "Delta", 2003. - 284 p.
3. Krasnov K.S. Molekul dan ikatan kimia. - M.: Sekolah Tinggi, 1984. - 295 hlm.
4. Leontiev A.N. Kuliah pada psikologi umum. – M.: Maksud, 2000. – 512 p.
5. Peregudov F.I., Tarasenko F.P. Pengenalan kepada analisis sistem. - M.: Sekolah Tinggi, 1989. - 367 p.
6. Prokofiev V.F. Lelaki - biokomputer terkawal? // Buletin akademi antarabangsa sains (bahagian Rusia). - 2008. - No. 1. - S. 1-21.
7. Yablokov V.A., Zakharova O.M. Organisasi sistem kandungan pengajaran kimia // Universum: Psikologi dan pendidikan: elektron. saintifik majalah 2016. No. 5(23) / [ sumber elektronik]. - Mod akses:
URL://website/ru/psy/archiv/item/2505 (diakses 2.04.2017)

Kimia- sains eksperimen tentang transformasi unsur kimia dan sebatian kimia. Menurut definisi D. I. Mendeleev, kimia adalah pada masa yang sama sains, dan pengeluaran. Tugas utama kimia adalah untuk mendapatkan bahan dengan sifat yang dikehendaki dan untuk membangunkan cara untuk mengawal sifat bahan dalam proses transformasinya. Kimia pengajian ikatan kimia, energetik tindak balas kimia, kereaktifan bahan, sifat mangkin, dsb.

Pada tahun 1860, Kongres Ahli Kimia Antarabangsa telah diadakan di Jerman, di mana para saintis membuat kesimpulan bahawa semua bahan terdiri daripada molekul, molekul terdiri daripada atom, atom dan molekul adalah berterusan. gerakan terma. Ikatan kimia antara atom dijalankan oleh elektron yang terletak di kulit luar atom. Mereka dipanggil elektron valens.

Peranan pemodelan dalam kimia adalah sangat tinggi, jadi teori kimia terdiri daripada banyak model. Antaranya ialah model dengan julat kebolehgunaan yang sangat luas, yang membentuk asas sains kimia moden. Model ini termasuk: model stoikiometrik, atom-molekul, geometri dan elektronik. Kemunculan setiap daripada mereka pada satu masa menghasilkan revolusi dalam pandangan ahli kimia.

Model stoikiometri menentukan penggunaan formula dan persamaan kimia. Persamaan stoikiometri memberi penerangan yang tepat sebarang reaksi.

Model atom-molekul menunjukkan kedua-dua penyusunan semula intramolekul dan antara molekul atom. Model ini menunjukkan tindak balas kimia semasa pengagihan semula atom berlaku.

model geometri menentukan struktur formula kimia dan geometri parameter molekul. Model ini memungkinkan untuk mewakili struktur sebatian secara spatial, untuk memahami sebab kemunculan bahan isomer. mana-mana transformasi kimia ia adalah peralihan berterusan daripada satu konfigurasi geometri atom kepada yang lain. Model geometri ialah teori klasik struktur molekul, kerana semua atom mempunyai koordinat dan trajektori pergerakan. Model atom-molekul dan geometri telah menjadi alat yang berkuasa untuk mensistematisasikan bahan eksperimen yang luas.

model elektronik menunjukkan kereaktifan bahan melalui struktur elektronik molekul. Model ini tergolong dalam kimia bukan klasik, kerana tingkah laku elektron dalam atom mematuhi undang-undang fizik kuantum. Tindak balas kimia yang berlaku dalam keadaan tertentu: tekanan dan suhu tergolong dalam kimia klasik, dan tindak balas yang berlaku dengan penyertaan pemangkin, perencat dan enzim tergolong dalam kimia kuantum. Semua model ini saling melengkapi. Setiap model berikutnya menggunakan dan memperincikan postulat model sebelumnya.

Soalan untuk mengawal diri

1. Apakah ilmu kimia?

2. Apakah definisi yang diberikan Mendeleev kepada kimia?

3. Apakah tugas utama kimia?

4. Apakah kajian kimia?

5. Di manakah Kongres Ahli Kimia Antarabangsa berlangsung pada tahun 1860?

6. Apakah yang telah diluluskan oleh peserta Kongres Antarabangsa Ahli Kimia pada tahun 1860?

7. Apakah elektron yang dipanggil elektron valens?

8. Apakah model yang digunakan secara meluas dalam kimia?

9. Apakah yang menentukan model stoikiometri?

10. Apakah yang ditunjukkan oleh model atom-molekul?

11. Apa yang menentukan model geometri?

12. Apakah yang ditunjukkan oleh model elektronik?

Pembangunan model interaktif dunia mikro dan kaedah penggunaannya dalam kajian kursus sekolah dalam kimia

1.4.1 Model Kimia

Selain pemerhatian dan eksperimen, pemodelan memainkan peranan penting dalam pengetahuan tentang dunia semula jadi dan kimia. Salah satu matlamat utama pemerhatian adalah untuk mencari pola dalam hasil eksperimen. Walau bagaimanapun, beberapa pemerhatian menyusahkan atau mustahil untuk dijalankan secara langsung. Persekitaran semula jadi dicipta semula di makmal dengan bantuan peranti khas, pemasangan, objek, iaitu, model. Model hanya menyalin ciri dan sifat yang paling penting bagi objek dan meninggalkan ciri yang tidak penting untuk kajian. Jadi dalam kimia, model boleh dibahagikan secara syarat kepada dua kumpulan: bahan dan tanda.

Model bahan atom, molekul, kristal, industri kimia digunakan oleh ahli kimia untuk lebih jelas.

Perwakilan atom yang paling biasa ialah model yang menyerupai struktur sistem suria.

Model bola dan kayu sering digunakan untuk memodelkan molekul bahan. Model jenis ini dipasang daripada bola berwarna yang mewakili atom yang membentuk molekul. Bola disambungkan dengan rod, melambangkan ikatan kimia. Dengan bantuan model bola dan kayu, sudut ikatan dalam molekul dihasilkan semula dengan agak tepat, tetapi jarak internuklear hanya dipantulkan lebih kurang, kerana panjang rod yang menyambungkan bola tidak berkadar dengan panjang ikatan.

Model Dreding dengan agak tepat menyampaikan sudut ikatan dan nisbah panjang ikatan dalam molekul. Nukleus atom di dalamnya, berbeza dengan model bola-dan-rod, ditetapkan bukan oleh bola, tetapi oleh titik penghubung rod.

Model hemisfera, juga dipanggil model Stewart-Briegleb, dipasang daripada bola dengan segmen potong. Model atom disambungkan oleh satah hirisan menggunakan butang. Model hemisfera dengan tepat menyampaikan kedua-dua nisbah panjang ikatan dan sudut ikatan dan pengisian ruang internuklear dalam molekul. Walau bagaimanapun, penghunian ini tidak selalu memungkinkan untuk mendapatkan gambaran visual susunan bersama nukleus.

Model kristal menyerupai model bola-dan-kayu molekul, walau bagaimanapun, ia tidak menggambarkan molekul individu sesuatu bahan, tetapi menunjukkan susunan bersama zarah bahan dalam keadaan kristal.

Walau bagaimanapun, lebih kerap ahli kimia tidak menggunakan bahan, tetapi model simbolik - ini adalah simbol kimia, formula kimia, persamaan tindak balas kimia. Menggunakan simbol unsur kimia dan indeks, formula bahan ditulis. Indeks menunjukkan bilangan atom unsur tertentu yang termasuk dalam molekul bahan. Ia ditulis di sebelah kanan tanda unsur kimia.

Formula kimia ialah model ikonik asas dalam kimia. Ia menunjukkan: bahan tertentu; satu zarah bahan ini; komposisi kualitatif bahan, iaitu, atom yang unsur-unsurnya adalah sebahagian daripada bahan ini; komposisi kuantitatif, iaitu, berapa banyak atom bagi setiap unsur adalah sebahagian daripada molekul bahan itu.

Kesemua model di atas digunakan secara meluas dalam penciptaan model komputer interaktif.

Pilihan reaktor untuk menjalankan tindak balas pengoksidaan sulfur dioksida dalam anhidrida sulfurik

pejabat pusat dalam mana-mana sistem kimia-teknologi, yang merangkumi beberapa mesin dan radas yang saling berkaitan dengan pelbagai sambungan, terdapat reaktor kimia - radas di mana proses kimia berlaku. Jenis pilihan...

Pertama, model komputer objek dicipta, dan pemodelan komputer untuk pembentukan molekul di tapak kajian. Model boleh sama ada 2D atau 3D.

Cara inovatif untuk membangunkan teknologi untuk mencipta yang baharu ubat-ubatan

Dalam kewajaran model molekul yang digunakan untuk pembinaan kimia kuantum, mengikut mana sistem nukleus dan elektron tertakluk kepada analisis dan kelakuannya diterangkan oleh persamaan teori kuantum, tiada keraguan...

Cara inovatif pembangunan teknologi untuk penciptaan ubat-ubatan baru

Bagi kaedah untuk menentukan aktiviti biologi, konsep deskriptor dan QSAR diperkenalkan. Deskriptor molekul ialah nilai berangka mencirikan sifat molekul. Sebagai contoh, ia boleh mewakili sifat fiziko-kimia...

Kajian kinetik pengalkilasi isobutana dengan isobutilena kepada isooktana dengan kaedah pemodelan matematik

Kajian kinetik tindak balas pengklorinan benzena

R = k*C1*Ck? Untuk pemprosesan terbaik model yang diperoleh, kami akan mengubah bentuk fungsi, kerana pergantungan kadar tindak balas pada masa adalah malar dan untuk 3 eksperimen pertama ialah 0.0056...

Kaedah simulasi dalam kimia

Pada masa ini, terdapat banyak pelbagai definisi konsep "model" dan "simulasi". Mari kita pertimbangkan sebahagian daripada mereka. “Sesuatu model difahami sebagai paparan fakta, perkara dan hubungan bidang ilmu tertentu dalam bentuk ...

Asas Saintifik reologi

Keadaan tekanan-tekanan badan dalam kes am adalah tiga dimensi dan tidak realistik untuk menerangkan sifatnya menggunakan model mudah. Walau bagaimanapun, dalam kes-kes yang jarang berlaku apabila badan uniaksial cacat...

Sintesis dan analisis CTS dalam pengeluaran petrol

Model kimia proses rekahan pemangkin adalah sangat pandangan yang kompleks. Pertimbangkan tindak balas paling mudah yang berlaku semasa proses keretakan: СnН2n+2 > CmH2m+2 + CpH2p...

Sintesis sistem kimia-teknologi (CTS)

Proses pengeluaran adalah pelbagai dalam ciri dan tahap kerumitannya. Jika proses itu rumit dan mentafsir mekanismenya memerlukan kos besar kuasa dan masa, gunakan pendekatan empirikal. Model Matematik...

Perbandingan aliran palam dan reaktor pencampuran penuh dalam operasi isoterma