Строение вещества

ÂÅÙÅÑÒÂÎ-ÝÍÅÐÃÈß www.home-studio.novouralsk.ru 39
Ñòðîåíèå âåùåñòâà
Ìîëåêóëà – ýòî íàèìåíüøàÿ ÷àñòèöà âåùåñòâà, îáëàäàþùàÿ
åãî õèìè÷åñêèìè ñâîéñòâàìè. Õèìè÷åñêèå ñâîéñòâà ìîëåêóëû
îïðåäåëÿþòñÿ åå ñîñòàâîì è ñòðîåíèåì. Èç ìîëåêóë ñîñòîÿò
âåùåñòâà â ãàçîîáðàçíîì è ïàðîîáðàçíîì ñîñòîÿíèè.
Ìíîãèå âåùåñòâà ðàçëàãàþòñÿ íà áîëåå ïðîñòûå. Ñóùåñòâóþò, îäíàêî, è òàêèå – èõ íàçûâàþò õèìè÷åñêèìè ýëåìåíòàìè,
– êîòîðûå äàëüíåéøåìó ðàçëîæåíèþ íå ïîääàþòñÿ. Àòîì –
ýòî íàèìåíüøàÿ ÷àñòèöà õèìè÷åñêîãî ýëåìåíòà, ñîõðàíÿþùàÿ
åãî õèìè÷åñêèå ñâîéñòâà.
Àòîìû ìîæíî ðàñùåïèòü íà åùå áîëåå ìåëêèå ÷àñòèöû –
ïðîòîíû p (ýëåêòðè÷åñêèé çàðÿä = +1), íåéòðîíû n (çàðÿä = 0)
è ýëåêòðîíû e (ýëåêòðè÷åñêèé çàðÿä = –1). Õèìè÷åñêèé ýëåìåíò
ýòî âèä àòîìîâ ñ îäèíàêîâûì ïîëîæèòåëüíûì çàðÿäîì ÿäðà.
Ïëàíåòàðíàÿ ìîäåëü ñòðîåíèÿ àòîìîâ áûëà ïðåäëîæåíà
Ý.Ðåçåðôîðäîì. Ñîãëàñíî ýòîé ìîäåëè àòîì ñîñòîèò èç ïîëîæèòåëüíîãî çàðÿæåííîãî ÿäðà, î÷åíü ìàëîãî ïî ðàçìåðàì, â
êîòîðîì ñîñðåäîòî÷åíà ïî÷òè âñÿ ìàññà àòîìà, è ýëåêòðîíîâ,
äâèæóùèõñÿ âîêðóã ÿäðà ïî ñâîèì îðáèòàì è îáðàçóþùèõ
ýëåêòðîííóþ îáîëî÷êó àòîìà. ßäðà àòîìîâ, â ñâîþ î÷åðåäü,
ñîñòîÿò èç ïðîòîíîâ è íåéòðîíîâ.  àòîìå ñòîëüêî æå ýëåêòðîíîâ, ñêîëüêî è ïðîòîíîâ. Àòîì ýëåêòðè÷åñêè íåéòðàëåí.
Êâàíòîâàÿ ìîäåëü ñòðîåíèÿ àòîìà, ïðåäëîæåííàÿ Í.Áîðîì
è ðàçâèòàÿ Â.Ãåéçåíáåðãîì è Ì.Áîðíîì, ðàññìàòðèâàåò
âåðîÿòíîñòü íàõîæäåíèÿ ýëåêòðîíà â ïðîñòðàíñòâå âîêðóã
ÿäðà. Ýëåêòðîííîå îáëàêî – ýòî êâàíòîâîìåõàíè÷åñêàÿ ìîäåëü
ñîñòîÿíèÿ ýëåêòðîíà â àòîìå. Ïëîòíîñòü ýëåêòðîííîãî îáëàêà
îòâå÷àåò âåðîÿòíîñòè íàõîæ-äåíèÿ ýëåêòðîíà â äàííîé ÷àñòè
àòîìíîãî ïðîñòðàíñòâà. Íàèáîëåå ïðîñòûì ñòðîåíèåì
îáëàäàþò àòîìû âîäîðîäà.
Ìîäåëè ñòðîåíèÿ àòîìà âîäîðîäà:
ïðîòîí
ýëåêòðîí
Ïëàíåòàðíàÿ
Êâàíòîâîìåõàíè÷åñêàÿ
40 www.home-studio.novouralsk.ru
ÂÅÙÅÑÒÂÎ-ÝÍÅÐÃÈß
Ñòðîåíèå âåùåñòâà
Îáëàñòü ïðîñòðàíñòâà âîêðóã ÿäðà, ãäå íàèáîëåå âåðîÿòíî
íàõîæäåíèå ýëåêòðîíà, íàçûâàåòñÿ îðáèòàëüþ. Ðàñïîëàãàÿñü
íà ðàçëè÷íûõ ðàññòîÿíèÿõ îò ÿäðà, ýëåêòðîíû îáðàçóþò ýëåêòðîííûå ñëîè èëè ýíåðãåòè÷åñêèå óðîâíè, êîòîðûå îáîçíà÷àþò
íà÷èíàÿ îò ÿäðà, áóêâàìè K, L, M, N, O, P, Q.
Öåëîå ÷èñëî n, îáîçíà÷àþùåå íîìåð óðîâíÿ íàçûâàþò
ãëàâíûì êâàíòîâûì ÷èñëîì. Îíî õàðàêòåðèçóåò ýíåðãèþ ýëåêòðîíîâ, çàíèìàþùèõ äàííûé ýíåðãåòè÷åñêèé óðîâåíü. Íàèìåíüøåé ýíåðãèåé îáëàäàþò ýëåêòðîíû ïåðâîãî óðîâíÿ, íàèáîëåå áëèçêîãî ê ÿäðó. Ìåíåå ïðî÷íî ñâÿçàíû ñ ÿäðîì ýëåêòðîíû âíåøíåãî óðîâíÿ.
Íàèáîëüøåå ÷èñëî ýëåêòðîíîâ, êîòîðîå ìîæåò íàõîäèòüñÿ
íà ýíåðãåòè÷åñêîì óðîâíå, ðàâíî óäâîåííîìó êâàäðàòó ãëàâíîãî êâàíòîâîãî ÷èñëà:
N = 2 n2
çäåñü: N - ÷èñëî ýëåêòðîíîâ, n - íîìåð óðîâíÿ èëè ãëàâíîå
êâàíòîâîå ÷èñëî. Íà ïåðâîì áëèæàéøåì ê ÿäðó ýíåðãåòè÷åñêîì óðîâíå ìîæåò íàõîäèòüñÿ íå áîëåå 2 ýëåêòðîíîâ,
íà âòîðîì - íå áîëåå 8, íà òðåòüåì - íå áîëåå 18, íà ÷åòâåðòîì
- íå áîëåå 32.
Êàæäûé óðîâåíü èìååò ïîäóðîâíè. Èõ ÷èñëî ðàâíî ãëàâíîìó êâàíòîâîìó ÷èñëó: íà ïåðâîì óðîâíå – îäèí ïîäóðîâåíü,
íà âòîðîì – äâà, íà òðåòüåì – òðè, íà ÷åòâåðòîì – ÷åòûðå.
Ïîäóðîâíè, â ñâîþ î÷åðåäü, ñîñòàâëåíû èç îðáèòàëåé. Íà
êàæäîé îðáèòàëè ìîæåò íàõîäèòüñÿ íå áîëåå äâóõ ýëåêòðîíîâ
- ïðèíöèï Ïàóëè. Åñëè íà îðáèòàëè íàõîäèòñÿ îäèí ýëåêòðîí,
îí íàçûâàåòñÿ íåñïðåííûì, åñëè äâà, òî ýòî – ñïàðåííûå
ýëåêòðîíû ñ ïðîòèâîïîëîæíûìè ñïèíàìè (ñì. íèæå).
Ïîäóðîâíè îáîçíà÷àþò ëàòèíñêèìè áóêâàìè:
s – ïåðâûé, îí ñîñòîèò èç îäíîé s-îðáèòàëè; p – âòîðîé,
ñîñòîèò èç òðåõ p-îðáèòàëåé; d – òðåòèé, ñîñòîèò èç ïÿòè dîðáèòàëåé, f – ÷åòâåðòûé, ñîñòîèò èç ñåìè f-îðáèòàëåé.
Ñîñòîÿíèå ýëåêòðîíà â àòîìå õàðàêòåðèçóþò (ñì.ñëåä.ñòð.):
n – ãëàâíîå êâàíòîâîå ÷èñëî,
l – îðáèòàëüíîå êâàíòîâîå ÷èñëî,
m – ìàãíèòíîå êâàíòîâîå ÷èñëî,
s – ñïèí (óïðîù. - ñîáñòâåííîå âðàùåíèå ýëåêòðîíà).
ÂÅÙÅÑÒÂÎ-ÝÍÅÐÃÈß www.home-studio.novouralsk.ru 41
Ñòðîåíèå âåùåñòâà
Ýíåðãåòè÷åñêèå Îðáèòàëè
óðîâåíè
1s
K
2s
L
2p
Êâàíòîâûå ÷èñëà
m
l
n
1
2
0
0
1
3s
0
3p
1
3
M
3d
2
4s
0
4p
1
4d
2
4
N
4f
3
0
0
-1
0
1
0
-1
0
1
-2
-1
0
1
2
0
-1
0
1
-2
-1
0
1
2
-3
-2
-1
0
1
2
3
Ìàêñèì.
÷èñëî
ýëåêòðîíîâ
2
2
6
2
6
10
2
6
10
14
Ñïèí S ðàâåí +1/2 è -1/2 äëÿ âñåõ ñëîåâ è îáîëî÷åê àòîìà.
42 www.home-studio.novouralsk.ru
ÂÅÙÅÑÒÂÎ-ÝÍÅÐÃÈß
Ñòðîåíèå âåùåñòâà
S - îðáèòàëü îáëàäàåò ñôåðè÷åñêîé ñèììåòðèåé, ò.å. èìååò
ôîðìó øàðà. Ïðèìåðîì ÿâëÿåòñÿ îðáèòàëü àòîìà âîäîðîäà
(n = 1). Åå íàçûâàþò 1s-îðáèòàëüþ. Íà êàæäîì ýíåðãåòè÷åñêîì
óðîâíå èìååòñÿ îäíà s-îðáèòàëü.
z
x
5
Íà âòîðîì ýíåðãåòè÷åñêîì óðîâíå (n=2) èìååòñÿ 4
îðáèòàëè, îäíà èç êîòîðûõ (2s-îðáèòàëü) èìååò ñôåðè÷åñêóþ
ñèììåòðèþ, òðè äðóãèõ (p-îðáèòàëè) èìåþò ôîðìó ãàíòåëè è
âçàèìíî ïåðïåíäèêóëÿðíû â ïðîñòðàíñòâå. Ïîýòîìó èõ îáîçíà÷àþò êàê px- îðáèòàëü, py - îðáèòàëü, pz- îðáèòàëü. Êàæäûé
ýíåðãåòè÷åñêèé óðîâåíü, íà÷èíàÿ ñ n=2, èìååò òðè p-îðáèòàëè.
z
z
z
x
2x
x
Fy
x
Fz
Åùå áîëåå ñëîæíûå ôîðìû, ÷åì p-îðáèòàëè, èìåþò dîðáèòàëè (èõ ïÿòü) è f-îðáèòàëè (èõ ñåìü).
Ðàñïðåäåëåíèå ýëåêòðîíîâ â àòîìå ïî ýíåðãåòè÷åñêèì óðîâíÿì è ïîäóðîâíÿì èçîáðàæàþò â âèäå ýëåêòðîííûõ ôîðìóë.
Îðáèòàëü ñ ìèíèìàëüíîé ýíåðãèåé - ýòî 1s- îðáèòàëü. Ó àòîìà
âîäîðîäà (H) îíà çàíÿòà åäèíñòâåííûì ýëåêòðîíîì. Ýëåêòðîííàÿ ôîðìóëà âîäîðîäà: 1s1. Îáà ýëåêòðîíà àòîìà ãåëèÿ (He)
ðàçìåùàþòñÿ íà 1s-îðáèòàëè. Åãî ýëåêòðîííàÿ ôîðìóëà: 1s2.
Ó ïîñëåäóþùèõ ýëåìåíòîâ çàïîëíÿåòñÿ L - óðîâåíü, ïðè÷åì
ñíà÷àëà îðáèòàëè s-ïîäóðîâíÿ, à çàòåì îðáèòàëè p-ïîäóðîâíÿ.
Ýëåêòðîííàÿ ôîðìóëà ëèòèÿ Li: 1s2 2 s1, áåðèëèÿ Be: 1s2 2s2,
áîðà B: 1s2 2s2 2p1 è ò.ä. Ó ïîñëåäóþùèõ ýëåìåíòîâ ïîñëå
çàïîëíåíèÿ L-óðîâíÿ çàïîëíÿåòñÿ M, çàòåì N- óðîâåíü.
ÂÅÙÅÑÒÂÎ-ÝÍÅÐÃÈß www.home-studio.novouralsk.ru 43
Ïåðèîäè÷åñêèé çàêîí
Ïîðÿäîê çàïîëíåíèÿ ýëåêòðîíàìè ýíåðãåòè÷åñêèõ óðîâíåé
äàåò òåîðåòè÷åñêîå îáîñíîâàíèå ïåðèîäè÷åñêîé ñèñòåìû ýëåìåíòîâ Ä.È.Ìåíäåëååâà(ñì. ñëåä. ñòð.).
Ôîðìóëèðîâêà ïåðèîäè÷åñêîãî çàêîíà:
Ñâîéñòâà õèìè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ, à òàêæå ôîðìû è ñâîéñòâà
ñîåäèíåíèé ýëåìåíòîâ íàõîäÿòñÿ â ïåðèîäè÷åñêîé çàâèñèìîñòè
îò âåëè÷èíû çàðÿäà ÿäåð èõ àòîìîâ.
Âîçðàñòàíèå ïîëîæèòåëüíûõ çàðÿäîâ àòîìíûõ ÿäåð ïðèâîäèò ê ïåðèîäè÷åñêîìó ïîâòîðåíèþ ñòðîåíèÿ âíåøíèõ ýëåêòðîííûõ îáîëî÷åê àòîìîâ, à ïîñêîëüêó îò íèõ çàâèñÿò õèìè÷åñêèå ñâîéñòâà ýëåìåíòîâ, òî îíè ïåðèîäè÷åñêè ïîâòîðÿþòñÿ.
 ìàëûõ ïåðèîäàõ ñ ðîñòîì ïîëîæèòåëüíîãî çàðÿäà ÿäåð
àòîìîâ âîçðàñòàåò ÷èñëî ýëåêòðîíîâ íà âíåøíåì óðîâíå (îò 1
äî 2 – â I ïåðèîäå è îò 1 äî 8 – âî II è III ïåðèîäàõ).  íà÷àëå
ïåðèîäîâ (êðîìå I) íàõîäÿòñÿ ùåëî÷íûå ìåòàëëû, çàòåì ìåòàëëè÷åñêèå ñâîéñòâà îñëàáåâàþò; â êîíöå ïåðèîäî⠖ ãàçû.
 ÷åòíûõ ðÿäàõ áîëüøèõ ïåðèîäîâ ñ ðîñòîì çàðÿäà ÿäðà
÷èñëî ýëåêòðîíîâ íà âíåøíåì óðîâíå îñòàåòñÿ ïîñòîÿííûì
(1 èëè 2) è ïîêà èäåò çàïîëíåíèå ñëåäóþùåãî óðîâíÿ, ñâîéñòâà
ýëåìåíòîâ â ÷åòíûõ ðÿäàõ èçìåíÿþòñÿ ìåäëåííî.  íå÷åòíûõ
ðÿäàõ óâåëè÷èâàåòñÿ ÷èñëî ýëåêòðîíîâ íà âíåøíèõ óðîâíÿõ
(îò 1 äî 8), è ñâîéñòâà ýëåìåíòîâ èçìåíÿþòñÿ áûñòðî.
 çàâèñèìîñòè îò òîãî, êàêîé ïîäóðîâåíü ïîñëåäíèì çàïîëíÿåòñÿ ýëåêòðîíàìè, âñå ýëåìåíòû äåëÿòñÿ íà ÷åòûðå òèïà
ñåìåéñòâ:
1. s-ýëåìåíòû; çàïîëíÿåòñÿ s-ïîäóðîâåíü âíåøíåãî óðîâíÿ.
Ýòî ïåðâûå äâà ýëåìåíòà êàæäîãî ïåðèîäà.
2. p-ýëåìåíòû; çàïîëíÿåòñÿ p-ïîäóðîâåíü âíåøíåãî óðîâíÿ.
Ýòî ïîñëåäíèå 6 ýëåìåíòîâ êàæäîãî ïåðèîäà (êðîìå I è VII).
3. d-ýëåìåíòû; çàïîëíÿåòñÿ d-ïîäóðîâåíü âòîðîãî ñíàðóæè
óðîâíÿ, ïîêà íà âíåøíåì óðîâíå îñòàåòñÿ äâà ýëåêòðîíà. Ýòî
ýëåìåíòû âñòàâíûõ äåêàä áîëüøèõ ïåðèîäîâ.
4. f-ýëåìåíòû; çàïîëíÿþòñÿ f-ïîäóðîâåíü òðåòüåãî ñíàðóæè
óðîâíÿ, ïîêà íà âíåøíåì óðîâíå îñòàåòñÿ äâà ýëåêòðîíà. Ýòî
ëàíòàíîèäû è àêòèíîèäû.
Íîìåð ãðóïïû, êàê ïðàâèëî, óêàçûâàåò ÷èñëî ýëåêòðîíîâ,
êîòîðûå ìîãóò ó÷àñòâîâàòü â îáðàçîâàíèè õèìè÷åñêèõ ñâÿçåé.
44 www.home-studio.novouralsk.ru
ÂÅÙÅÑÒÂÎ-ÝÍÅÐÃÈß
Ïåðèîäè÷åñêàÿ ñèñòåìà ýëåìåíòîâ
Ä.È.Ìåíäåëååâà
Ïåðèîäû
Ðÿäû
Ãðóïïû ýëåìåíòîâ
I
II
H
1
I
III
IV
1
âîäîðîä
1,0079
Li
2
II
3
ëèòèé
Âå
6,941
Na
3
III
11
íàòðèé
K
19
êàëèé
4
Cu
V
24,305
Ñà
VI
ðóáèäèé
5
Zn
öèíê
Sr
Ag
VII
ñåðåáðî
ñòðîíöèé
Cs
6
55
öåçèé
132,9054
79
IX
Au
çîëîòî
137,33
80
7
X
87
ôðàíöèé
223,0197
Hg
ðòóòü
196,9665
Fr
56
áàðèé
ñêàíäèé
88
ðàäèé
226,0254
28,0855
47,88
31 Ge
ãàëëèé
Y
èòòðèé
72,59
40
èíäèé
91,22
Sn
118,71
La* 72
ëàíòàí
178,49
81 Pb
òàëëèé
82
ñâèíåö
204,383
89
Hf
ãàôíèé
138,9055
Tl
50
îëîâî
114,82
57
Zr
öèðêîíèé
88,9059
49
32
ãåðìàíèé
69,72
39
Ti
òèòàí
44,9559
Ga
200,59
Ra
14
êðåìíèé
Sc 22
21
112,41
Âà
12,011
13 Si
26,98154
Cd In
êàäìèé
6
óãëåðîä
àëþìèíèé
87,62
48
107,868
VIII
38
C
10,81
Al
65,39
85,4678
47
5
áîð
40,08
30
63,546
37
20
êàëüöèé
ìåäü
Rb
12
ìàãíèé
39,0983
29
Â
9,01218
Mg
22,98977
IV
4
áåðèëèé
207,2
Ac* 104
àêòèíèé
227,0278
Ku
êóð÷àòîâèé
(261)
*Ëàíòàíîèäû è **Àêòèíîèäû ñì. íà îáîðîòå ñëåäóþùåãî ëèñòà.
ÂÅÙÅÑÒÂÎ-ÝÍÅÐÃÈß www.home-studio.novouralsk.ru 45
Ïåðèîäè÷åñêàÿ ñèñòåìà ýëåìåíòîâ
Ä.È.Ìåíäåëååâà
Ãðóïïû ýëåìåíòîâ
V
VI
VII
VIII
H
1
He
âîäîðîä
ãåëèé
1,0079
N
7
àçîò
O
8
ñåðà
30,97376
V
õðîì
50,9415
As
33
ìûøüÿê
Nb
íèîáèé
42
ñóðüìà
127,6
Ta 74
òàíòàë
180,9479
Bi
208,9804
53
èîä
ïîëîíèé
208,9824
Re
58,9332
Ru
101,07
Xe
45
Rh
ðîäèé
46
Pd
ïàëëàäèé
102,9055
106,4
54
131,3
76
Os
îñìèé
èðèäèé
190,2
85 Rn
192,22
Pt
78
ïëàòèíà
195,08
86
àñòàò
ðàäîí
209,9871
222,0176
(262)
Ir
77
105 (Ns) 106 (EW) 107 (ERe) 108 (EOs) 109
(263)
58,69
36
ðóòåíèé
186,207
íèëüñáîðèé ýêàâîëüôðà ýêàðåíèé
(262)
Ni
íèêåëü
êñåíîí
ðåíèé
84 At
28
83,8
44
126,9045
75
êîáàëüò
55,847
98,9072
183,85
83 Po
âèñìóò
W
âîëüôðàì
Tc
I
Co
27
êðèïòîí
òåõíåöèé
òåëëóð
121,75
73
52
Fe
æåëåçî
79,904
95,94
51 Te
26
35 Kr
áðîì
Mo 43
ìîëèáäåí
39,948
54,938
34 Br
78,96
92,9064
Sb
Mn
ìàðãàíåö
ñåëåí
18
àðãîí
35,453
51,996
Se
74,9216
41
õëîð
Cr 25
24
20,179
17 Ar
32,066
âàíàäèé
10
íåîí
18,9984
16 Cl
ôîñôîð
4,0026
Ne
ôòîð
15,9994
15 S
23
9
êèñëîðîä
14,0067
P
F
2
ýêàîñìèé
(EIr) 110 (EPt)
ýêàèðèäèé ýêàïëàòèíà
(265)
* Ëàíòàíîèäû è ** Àêòèíîèäû ñì. íà îáîðîòå ëèñòà.
46 www.home-studio.novouralsk.ru
ÂÅÙÅÑÒÂÎ-ÝÍÅÐÃÈß
Ïåðèîäè÷åñêàÿ ñèñòåìà ýëåìåíòîâ
Ä.È.Ìåíäåëååâà
* ËÀÍÒÀÍÎÈÄÛ
Ñå
58 Pr
öåðèé
140,12
Gd
64
ãàäîëèíèé
157,25
Yb
70
èòòåðáèé
173,04
59
ïðàçåîäèì
Nd
140,9077
Te
65
òåðáèé
144,24
Dy
66
äèñïðîçèé
158,925
Lu
60
íåîäèì
162,5
Pm
61
ïðîìåòèé
Sm
144,9128
Íî
68
ýðáèé
164,9304
167,26
63
åâðîïèé
150,4
67 Er
ãîëüìèé
62 Eu
ñàìàðèé
151,96
Tm
69
òóëèé
168,9342
71
ëþòåöèé
174,967
** ÀÊÒÈÍÎÈÄÛ
Th
90
òîðèé
232,0381
Cm
96
êþðèé
247,0703
Ðà
259,1
92
óðàí
231,0359
Bk
247,0703
Np
93 Pu
íåïòóíèé
238,029
97 Cf
áåðêëèé
(No) 102 (Lr)
íîáåëèé
91 U
ïðîòàêòèíèé
237,0482
98 Es
99
êàëèôîðíèé ýéíøòåéíèé
251,0796
252,0828
94 Am
ïëóòîíèé
244,0642
Fm
95
àìåðèöèé
243,0614
100 Md
101
ôåðìèé ìåíäåëåâèé
257,0951
258,0986
103
ëîóðåíñèé
260,1054
Îòíîñèòåëüíûå àòîìíûå ìàññû ïðèâåäåíû ïî Ìåæäóíàðîäíîé òàáëèöå 1983 ãîäà.
Äëÿ ýëåìåíòîâ 104 — 108 â ñêîáêàõ ïðèâåäåíû ìàññîâûå
÷èñëà íàèáîëåå äîëãîæèâóùèõ èçîòîïîâ.
Íàçâàíèÿ è ñèìâîëû ýëåìåíòîâ, ïðèâåäåííûå â êðóãëûõ
ñêîáêàõ, íå ÿâëÿþòñÿ îáùåïðèíÿòûìè.
ÂÅÙÅÑÒÂÎ-ÝÍÅÐÃÈß www.home-studio.novouralsk.ru 47
Õèìè÷åñêèå ýëåìåíòû
Àòîìíàÿ Ïåðâîîòêðûâàòåëü
ÍàèìåíîÑèìâîë Àòîìíûé
ìàññà
âàíèå
è ãîä îòêðûòèÿ
íîìåð
14,0067 Ä.Ðåçåðôîðä, 1772
Àçîò
7
N
227,0278 À.Äåáüåðí, 1899
Àêòèíèé
89
Ac
26,98154 Õ.Ê.Ýðñòåä, 1825
Àëþìèíèé Al
13
243,0614 Ã.Ñèáîðã è äð., 1944
Àìåðèöèé Am
95
39,948 Ó.Ðàìçàé,Ä.Ðýëåé,1894
Àðãîí
18
Ar
209,9871 Ä.Êîðñîí, Ê.ÌàêÀñòàò
85
At
Êåíçè, Ý.Ñåãðå, 1940
137,33 Ã.Äýâè, 1774
Áàðèé
56
Âà
9,01218 Ë.Âîêëåí, 1798
Áåðèëèé
4
Âå
247,0703 Ã.Ñèáîðã è äð., 1949
Áåðêëèé
97
Âê
10,81 Ë.Æ.Ãåé-Ëþññàê,
Áîð
5
Â
Ë.Æ.Òåíàð, 1808
79,904 Æ.Áàëàð, 1826
Áðîì
35
Br
50,9415 Ã.Î.Ðîñêî, 1869
Âàíàäèé
23
V
208,9804 È.Ïîòò, 1739
Âèñìóò
83
Bi
1,0079 Ã.Êàâåíäèø, 1766
Âîäîðîä
1
Í
183,85 Ê.Â.Øååëå, 1781
Âîëüôðàì
74
W
157,25 Æ.Ìàðèíüÿê, 1880
Ãàäîëèíèé Gd
64
69,72 Ë. äåÁóàáîäðàí,1875
Ãàëëèé
31
Ga
178,49 Ä.Êîñòåð è äð., 1922
Ãàôíèé
72
Hf
4,0026 Æ.Æàíñåí,Äæ.Ëîêüåð,
Ãåëèé
2
Íå
Ý.Ôðàíêëàíä, 1868
72,59 Ê.À.Âèíêëåð, 1886
Ãåðìàíèé
32
Ge
164,9304 Ï.Êëåâå, 1879
Ãîëüìèé
67
Íî
162,5 Ë. äåÁóàáîäðàí,1886
Äèñïðîçèé Dy
66
151,96 Ý.Äåìàðñå, 1901
Åâðîïèé
63
Eu
55,847 Èçâåñòíî äî Ð.Õ.
Æåëåçî
26
Fe
196,9665 Èçâåñòíî äî Ð.Õ.
Çîëîòî
79
Au
114,82 Ð.Ðåéõ,È.Ðèõòåð,1863
Èíäèé
49
In
126,9045 Á.Êóðòóà, 1811
Èîä
53
I
192,22 Ñ.Òåííàíò, 1804
Èðèäèé
77
Ir
173,04 Æ.Ìàðèíüÿê, 1878
Èòòåðáèé
70
Yb
88,905 Þ.Ãàäîëèí, 1794
Èòòðèé
39
Y
48 www.home-studio.novouralsk.ru
ÂÅÙÅÑÒÂÎ-ÝÍÅÐÃÈß
Õèìè÷åñêèå ýëåìåíòû
Íàèìåíî- Ñèìâîë Àòîìíûé Àòîìíàÿ Ïåðâîîòêðûâàòåëü
è ãîä îòêðûòèÿ
ìàññà
âàíèå
íîìåð
Ô.Øòðîìåéåð,
1817
112,41
Êàäìèé
48
Cd
Ã.Äýâè,
1807
39,0983
Êàëèé
19
Ê
251,0796 Ã.Ñèáîðã è äð., 1950
Êàëèôîð98
Cf
íèé
40,08 Ã.Äýâè, 1808
Êàëüöèé
20
Ñà
15,9994 Ê.Â.Øååëå, 1772
Êèñëîðîä
8
Î
58,9332 Þ.Áðàíäò, 1735
Êîáàëüò
27
Ñî
28,0855 Æ.Ë.Ãåé-Ëþññàê,
Êðåìíèé
14
Si
Ë.Æ.Òåíàð, 1811
Ðàìçàé,Òðàâåðñ,1898
83,8
Êðèïòîí
36
Kr
131,3 Ðàìçàé,Òðàâåðñ,1898
Êñåíîí
54
Õå
(261) Ã.Í.Ôëåðîâ, ñîòð.,
Êóð÷àòî104
Ku
1964
âèé
247,0703 Ã.Ñèáîðã è äð., 1944
Êþðèé
96
Cm
138,9055 Ê.Ìîñàíäåð, 1839
Ëàíòàí
57
La
6,941 À.Àðôâåäñîí, 1817
Ëèòèé
3
Li
À.Ãèîðñî,1961
260,1054
Ëîóðåíñèé Lr
103
174,967 Óðáýí, Äæåéìñ,1907
Ëþòåöèé
71
Lu
24,305 Ã.Äýâè, 1808
Ìàãíèé
12
Mg
54,938 Þ.Ãàí, 1774
Ìàðãàíåö
25
Mn
63,546 Èçâåñòíî äî Ð.Õ.
Ìåäü
29
Cu
258,0986 À.Ãèîðñî è äð., 1955
Ìåíäåëå101
Md
âèé
95,94 Ê.Â.Øååëå, 1778
Ìîëèáäåí Ìî
42
ÀëüáåðòÂåëèêèé,1250
74,9216
Ìûøüÿê
33
As
22,98977 Ã.Äýâè, 1807
Íàòðèé
11
Na
144,24 À.ôîíÂåëüñáàõ,1842
Íåîäèì
60
Nd
20,179 Ðàìçàé,Òðàâåðñ,1898
Íåîí
10
Ne
Ý.Ì.Ìàêìèëëàí,
237,0482
Íåïòóíèé
93
Np
Ô.Õ.Ýéáëñîí, 1940
58,69 À.Êðîíøòåäò, 1751
Íèêåëü
28
Ni
92,9064 ×.Õàò÷åò, 1801
Íèîáèé
41
Nb
259,1 ÑØÀ, ÑÑÑÐ, 1966
Íîáåëèé
102
No
ÂÅÙÅÑÒÂÎ-ÝÍÅÐÃÈß www.home-studio.novouralsk.ru 49
Õèìè÷åñêèå ýëåìåíòû
ÍàèìåíîÏåðâîîòêðûâàòåëü
Ñèìâîë Àòîìíûé Àòîìíàÿ
âàíèå
è ãîä îòêðûòèÿ
íîìåð
ìàññà
Îëîâî
Èçâåñòíî
äî Ð.Õ.
Sn
50
118,71
Îñìèé
Os
76
190,2 Ñ.Òåííàíò, 1804
Ïàëëàäèé
Pd
46
106,4 Ó.Âîëëàñòîí, 1803
Ïëàòèíà
Pt
78
195,08 Èçâåñòíà ñ äðåâí.
Ïëóòîíèé
Pu
94
244,0642 Ã.Ñèáîðã è äð., 1940
Ïîëîíèé
Ðî
84
208,9824 Ì. è Ï.Êþðè, 1898
ÏðàçåîPr
59
140,9077 Àóýð ôîí Âåëüñáàõ,
äèì
1855
Ïðîìåòèé Pm
61
144,9128 Ãëåíäåíèí,Êîðèýëë,
Äæ.Ìàðèíñêèé,1942
ÏðîòàêòèPa
91
231,0359 Î.Ãàí, Ë.Ìåéòíåð,
íèé
Ô.Ñîääè,Ä.Êðàíñòîí,
1918
Ðàäèé
Ra
88
226,0254 Ì.è Ï.Êþðè,
Æ.Áåìþí, 1898
Ðàäîí
Rn
86
222,0176 Ý.Äîðí, 1900
Ðåíèé
Re
75
186,207 È.è Â.Íîääàê,
Î.Áåðã, 1925
Ðîäèé
Rh
45
102,9055 Ó.Âîëëàñòîí, 1804
Ðòóòü
Hg
80
200,59 Èçâåñòíà äî Ð.Õ.
Ðóáèäèé
Rb
37
85,4678 Ð.Áóíçåí,Ã.Êèðõãîô,
1861
Ðóòåíèé
Ru
44
101,07 Ê.Ê.Êëàóñ, 1844
Ñàìàðèé
Sm
62
150,4 Ë.äåÁóàáîäðàí,1879
Ñâèíåö
Pb
82
207,2 Èçâåñòåí äî Ð.Õ.
Ñåëåí
Se
34
78,96 É.Áåðöåëèóñ, 1817
Ñåðà
S
16
32,066 Èçâåñòíà äî Ð.Õ.
Ñåðåáðî
Ag
47
107,868 Èçâåñòíî äî Ð.Õ.
Ñêàíäèé
Sc
21
44,9559 Ë.Ô.Íèëüñîí, 1879
Ñòðîíöèé
Sr
38
87,62 À.Êðîôîðä, 1808
Ñóðüìà
Sb
51
121,75 Èçâåñòíà äî Ð.Õ.
Òàëëèé
Tl
81
204,383 Ó.Êðóêñ, 1861
Òàíòàë
Ta
73
180,9479 À.Ã.Ýêåáåðã, 1802
50 www.home-studio.novouralsk.ru
ÂÅÙÅÑÒÂÎ-ÝÍÅÐÃÈß
Õèìè÷åñêèå ýëåìåíòû
ÍàèìåíîÀòîìíûé Àòîìíàÿ
Ñèìâîë
âàíèå
ìàññà
íîìåð
Òåëëóð
127,6
52
Te
Òåðáèé
158,925
65
Tb
Òåõíåöèé
98,9072
43
Òñ
Òèòàí
47,88
22
Ti
Òîðèé
232,0381
90
Th
Òóëèé
168,9342
69
Tm
Óãëåðîä
12,011
6
Ñ
Óðàí
238,029
92
U
Ôåðìèé
257,0951
100
Fm
Ôîñôîð
Ôðàíöèé
Ôòîð
Õëîð
Õðîì
Öåçèé
Ð
Fr
F
Cl
Cr
Cs
15
87
9
17
24
55
30,97376
223,0197
18,9984
35,453
51,996
132,9054
Öåðèé
Öèíê
Öèðêîíèé
Ýéíøòåéíèé
Ýðáèé
Íèëüñáîðèé
Ýêàâîëüôðàì
Ýêàðåíèé
Ýêàîñìèé
Ýêàèðèäèé
Ýêàïëàòèíà
Ce
Zn
Zr
Es
58
30
40
99
140,12
65,39
91,22
252,0828
Er
(Ns)
68
105
167,26
(262)
(EW)
106
(263)
(ERe)
(EOs)
(EIr)
107
108
109
(262)
(265)
(EPt)
110
Ïåðâîîòêðûâàòåëü
è ãîä îòêðûòèÿ
Ô.Ìþëëåð, 1782
Ê.Ìîñàíäåð, 1843
Ý.Ñåãðå,Ê.Ïåðüå,1937
Ó.Ãðåãîð, 1790
É.Áåðöåëèóñ, 1828
Ï.Êëåâå, 1879
Èçâåñòåí äî Ð.Õ.
Ì.Êëàïðîò, 1789
À.Ãèîðñî,Ñ.Òîìïñîí,
Ã.Õèããèíñ, 1952
Õ.Áðàíäò, 1669
Ì.Ïåðåé, 1939
À.Ìóàññàí, 1886
Ê.Øååëå, 1774
Ë.Í.Âîêëåí, 1797
Ð.Áóíçåí,Ã.Êèðõãîô,
1860
Ê.Ìîññàíäåð, 1839
Èçâåñò. ñî ñð.âåêîâ
Ì.Êëàïðîò, 1789
À.Ãèîðñî,Ñ.Òîìïñîí,
Õ.Õèããèíñ, 1952
Ê.Ìîñàíäåð, 1843
Ã.Í.Ôëåðîâ ñ ñîòð.,
1970
Ã.Í.Ôëåðîâ ñ ñîòð.,
1974
Ã.Ôëåðîâ,ñîòð.,1976
Îãàíåñÿí,ñîòð.,1984
ÂÅÙÅÑÒÂÎ-ÝÍÅÐÃÈß www.home-studio.novouralsk.ru 51
Õèìè÷åñêèå ýëåìåíòû
Íîìåíêëàòóðà ãðóïï õèìè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ
Íàçâàíèå ãðóïïû
Ùåëî÷íûå ìåòàëëû
Ùåëî÷íîçåìåëüíûå
ìåòàëëû
Ëàíòàíîèäû
Ðåäêîçåìåëüíûå
ýëåìåíòû
Áëàãîðîäíûå ìåòàëëû
Ãàëîãåíû
Õàëüêîãåíû
Ïíèêòîãåíû
Èíåðòíûå ýëåìåíòû
èëè áëàãîðîäíûå ãàçû
Íåìåòàëëè÷åñêèå
ýëåìåíòû
Õèìè÷åñêèå ýëåìåíòû
Li, Na, K, Rb, Cs, Fr;
Mg, Ca, Sr, Ba, Ra;
Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Cd, Tb,
Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu;
Sc, Y, La, ëàíòàíîèäû;
Ru, Rh, Pd, Ag, Os, Ir, Pt, Au;
F, Cl, Br, I, At;
O, S, Se, Te;
N, P, As, Sb, Bi;
He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn.
Èíåðòíûå ýëåìåíòû, ãàëîãåíû,
õàëüêîãåíû, ïíèêòîãåíû,
H, C, Si, Ge è B
Îáîçíà÷åíèÿ õèìè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ
(íà ïðèìåðå êèñëîðîäà O)
Ìàññîâîå
Çàðÿä
÷èñëî
18
8
Àòîìíûé
íîìåð
2
2
×èñëî
àòîìîâ
Ýëåìåíòû îáîçíà÷àþòñÿ õèìè÷åñêèìè çíàêàìè, êîòîðûå
ñîñòîÿò èç ïåðâîé èëè ïåðâûõ áóêâ ëàòèíñêèõ íàçàâàíèé
ýëåìåíòîâ. Õèìè÷åñêèé çíàê îáîçíà÷àåò: 1) íàçâàíèå ýëåìåíòà,
2) 1 àòîì ýëåìåíòà, 3) 1 ìîëü ýëåìåíòà, 4) îòíîñèòåëüíóþ
àòîìíóþ ìàññó ýëåìåíòà, 5) àòîìíûé íîìåð.
52 www.home-studio.novouralsk.ru
ÂÅÙÅÑÒÂÎ-ÝÍÅÐÃÈß
Ðàçìåðû è ìàññû àòîìîâ
Ðàäèóñû ÿäåð íåêîòîðûõ àòîìîâ (ñì •10
– 13
)
8,50
9,00
8,00
7,00
6,00
5,00
4,00
2,50
3,00
2,00
1,00
1,00
0,00
Âîäîðîä
Ãåëèé
Óðàí
Ðàäèóñû íåêîòîðûõ àòîìîâ (ñì •10
1,6
–8
)
1,5
1,4
1,2
1,05
1
0,8
0,53
0,6
0,4
0,2
0
Âîäîðîä
Ãåëèé
Óðàí
Ìàññû íåêîòîðûõ àòîìîâ (ê㠕10
Óðàí
)
395,00
Æåëåçî
92,80
Àçîò
23,20
Óãëåðîä
19,90
Ãåëèé
– 27
6,64
Âîäîðîä 1,67
0,00
100,00
200,00
300,00
400,00
500,00
ÂÅÙÅÑÒÂÎ-ÝÍÅÐÃÈß www.home-studio.novouralsk.ru 53
Ðàçìåðû è ìàññû ìîëåêóë
Ðàçìåðû íåêîòîðûõ ìîëåêóë (ì •10
–9
)
Äèàìåòðû ìîëåêóë (ì) õ Å-9
6,40
Ãåìîãëîáèí
Õëîð
0,37
Àçîò
0,32
Âîäà
0,30
Êèñëîðîä
0,30
Âîäîðîä
0,25
Ãåëèé
0,20
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
Ìàññû íåêîòîðûõ ìîëåêóë (ê㠕10
6,00
7,00
)
- 27
Ìàññû ìîëåêóë (êã) õ Å-27
180,00
160,00
140,00
163,00
120,00
100,00
80,00
60,00
40,00
20,00
0,00
28,30
29,90
Àììèàê
Âîäà
46,40
3,30
Âîäîðä
Àçîò
Ñåðíàÿ
êèñëîòà
54 www.home-studio.novouralsk.ru
ÂÅÙÅÑÒÂÎ-ÝÍÅÐÃÈß
Ñâÿçè ìåæäó àòîìàìè
Ó àòîìîâ íà âíåøíåì óðîâíå ìîæåò áûòü îò îäíîãî äî
âîñüìè ýëåêòðîíîâ. Åñëè íà âíåøíåì óðîâíå ñîäåðæèòñÿ
ìàêñèìàëüíîå ÷èñëî ýëåêòðîíîâ, òî ýòî – çàâåðøåííûé óðîâåíü. Òàêèå óðîâíè èìåþò àòîìû èíåðòíûõ ãàçîâ: ó ãåëèÿ íà
âíåøíåì óðîâíå 2 ýëåêòðîíà (s2), ó îñòàëüíûõ – ïî 8 ýëåêòðîíîâ
(s2p6). Îíè õàðàêòåðèçóþòñÿ áîëüøîé ïðî÷íîñòüþ. Àòîìû
äðóãèõ ýëåìåíòîâ èìåþò íåçàâåðøåííûå ýíåðãåòè÷åñêèå óðîâíè.  ïðîöåññå õèìè÷åñêîãî âçàèìîäåéñòâèÿ îíè çàâåðøàþò
èõ. Ýòî äîñòèãàåòñÿ îáðàçîâàíèåì îáùèõ ýëåêòðîííûõ ïàð,
ïðèñîåäèíåèåì èëè îòäà÷åé ýëåêòðîíîâ, ïîñëå ÷åãî àòîìû
ñòàíîâÿòñÿ áîëåå ñòàáèëüíûìè. Àòîìíûå ÿäðà íå èçìåíÿþòñÿ,
ïîýòîìó àòîìû îñòàþòñÿ àòîìàìè òîãî æå ýëåìåíòà, êîòîðûé
âñòóïèë â ðåàêöèþ.
Õèìè÷åñêàÿ ñâÿçü îñóùåñòâëÿåòñÿ: ó s- è p-ýëåìåíòîâ âíåøíèìè ýëåêòðîíàìè, ó d-ýëåìåíòî⠖ âíåøíèìè (s) è ïðåäâíåøíèìè d-ýëåêòðîíàìè, ó f-ýëåìåíòî⠖ s, d è f-ýëåêòðîíàìè.
Õèìè÷åñêàÿ ñâÿçü èìååò ýëåêòðè÷åñêóþ ïðèðîäó.
Òèïû õèìè÷åñêèõ ñâÿçåé: èîííàÿ, êîâàëåíòíàÿ, âîäîðîäíàÿ
è ìåòàëëè÷åñêàÿ.
Èîííàÿ ñâÿçü
Àòîì íàòðèÿ (Na) Èîí íàòðèÿ (Na+ ) Íàòðèé ñòàíîâèòñÿ
ñòàáèëüíûì, êîãäà
óòðà÷èâàåò ýëåêòðîí
11p
11p
ñâîåé âíåøíåé îáî12n
12n
ëî÷êè. Õëîð, íà âíåøíåé îáîëî÷êå êîòîðîãî ñåìü ýëåêòðîÀòîì õëîðà (Cl) Èîí õëîðà (Cl – ) íîâ, äîëæåí ïðèñîåäèíèòü 1 ýëåêòðîí,
÷òîáû ïîëó÷èëñÿ
17p
17p
ñòàáèëüíûé íàáîð èç
18n
18n
âîñüìè ýëåêòðîíîâ.
Îí ìîæåò ïðèíÿòü 1
ýëåêòðîí ó íàòðèÿ.
 ðåçóëüòàòå ïåðåíîñà ýëåêòðîíà îáðàçóþòñÿ ïðîòèâîïîëîæíî
çàðÿæåííûå èîíû – íàòðèÿ è õëîðà. Îíè ïðèòÿãèâàþòñÿ,
îáðàçóÿ êðèñòàëëû õëîðèñòîãî íàòðèÿ – ïîâàðåííîé ñîëè NaCl.
ÂÅÙÅÑÒÂÎ-ÝÍÅÐÃÈß www.home-studio.novouralsk.ru 55
Ñâÿçè ìåæäó àòîìàìè
Êîâàëåíòíàÿ ñâÿçü
Êîâàëåíòíàÿ ñâÿçü îáðàçóåòñÿ, êîãäà ó äâóõ àòîìîâ âîçíèêàåò îáîáùåííàÿ ïàðà ýëåêòðîíî⠖ ïî îäíîìó ýëåêòðîíó îò
êàæäîãî àòîìà. Åñëè àòîìû îäèíàêîâû, ñâÿçü – íåïîëÿðíàÿ.
Ìîëåêóëà âîäîðîäà (ïðèìåð íåïîëÿðíîé ñâÿçè)
Ïëàíåòàðíàÿ ìîäåëü
Ìîäåëü ýëåêòðîííîãî îáëàêà
Ïðè âîçíèêíîâåíèè ìåæäó äâóìÿ àòîìàìè îäíîãî è òîãî
æå ýëåìåíòà êîâàëåíòíîé ñâÿçè ýòè àòîìû ñ ðàâíîé ñèëîé
ïðèòÿãèâàþò îáîáùåñòâëåííóþ ïàðó ýëåêòðîíîâ, òàê ÷òî
áîëüøóþ ÷àñòü âðåìåíè ýëåêòðîíû íàõîäÿòñÿ ìåæäó íèìè.
Åñëè æå àòîìû ïðèíàäëåæàò ðàçíûì ýëåìåíòàì, òî îäèí èç
íèõ ïðèòÿãèâàåò ýëåêòðîíû ñèëüíåå, è îáîáùåííûå ýëåêòðîíû
ïî áîëüøåé ÷àñòè íàõîäÿòñÿ âîçëå íåãî. Òàêóþ ñâÿçü íàçûâàþò
ïîëÿðíîé.
Ìîëåêóëà õëîðèñòîãî âîäîðîäà (ïðèìåð ïîëÿðíîé ñâÿçè)
1p
δ+ (âîäîðîä)
17p
18n
δ− (õëîð)
Ïëàíåòàðíàÿ ìîäåëü
δ+
δ−
Ìîäåëü ýëåêòðîííîãî îáëàêà
 çàâèñèìîñòè îò èõ ïîëÿðíîñòè ñâÿçè ìåæäó àòîìàìè
ìîæíî ðàñïîëîæèòü â íåïðåðûâíûé ðÿä, íà îäíîì êîíöå êîòîðîãî íàõîäÿòñÿ íåïîëÿðíûå (ýëåêòðè÷åñêè ñèììåòðè÷íûå) êîâàëåíòíûå ñâÿçè, à íà äðóãîì êîíöå – èîííàÿ ñâÿçü, ðåçêî àñèììåòðè÷íàÿ, ïîñêîëüêó âñåìè ó÷àñòâóþùèìè â åå îáðàçîâàíèè
ýëåêòðîíàìè çàâëàäåâàåò îäèí àòîì. Ìåæäó ýòèìè äâóìÿ
êðàéíèìè òî÷êàìè íàõîäÿòñÿ ïîëÿðíûå êîâàëåíòíûå ñâÿçè.
56 www.home-studio.novouralsk.ru
ÂÅÙÅÑÒÂÎ-ÝÍÅÐÃÈß
Ñâÿçè ìåæäó àòîìàìè
Âîäîðîäíàÿ ñâÿçü
Âîäîðîäíàÿ ñâÿçü èãðàåò âàæíóþ ðîëü â æèâûõ îðãàíèçìàõ.  îáðàçîâàíèè ýòîé ñâÿçè ó÷àñòâóåò âîäîðîäíûé àòîì,
ñîåäèíåííûé ïîëÿðíîé êîâàëåíòíîé ñâÿçüþ ñ êàêèì-íèáóäü
äðóãèì àòîìîì (îáû÷íî – êèñëîðîäîì èëè àçîòîì) òàêèì
îáðàçîì, ÷òî âîäîðîä íåñåò ÷àñòè÷íûé ïîëîæèòåëüíûé çàðÿä.
Ýòîò ÷àñòè÷íûé ïîëîæèòåëüíûé çàðÿä ïðèòÿãèâàåòñÿ òðåòüèì
àòîìîì (òàêæå, êàê ïðàâèëî, êèñëîðîäîì èëè àçîòîì), íåñóùèì ÷àñòè÷íûé îòðèöàòåëüíûé çàðÿä. Òàêîå ïðèòÿæåíèå è
íàçûâàþò âîäîðîäíîé ñâÿçüþ. Â ñðàâíåíèè ñ èîííîé èëè
êîâàëåíòíîé îäèíî÷íàÿ âîäîðîäíàÿ ñâÿçü – ñëàáàÿ è ëåãêî
ðâåòñÿ, íî ìíîæåñòâî òàêèõ ñâÿçåé ïîðîæäàþò ñèëó, íà êîòîðîé «äåðæèòñÿ» âñå æèâîå.
Âîäîðîä δ+
Êèñëîðîä δ
Âîäîðîä
−
δ+
Àçîò δ−
Âîäîðîäíàÿ ñâÿçü
Ìåòàëëè÷åñêàÿ ñâÿçü
Àòîìû áîëüøèíñòâà ìåòàëëîâ íà âíåøíåì ýíåðãåòè÷åñêîì
óðîâíå ñîäåðæàò íåáîëüøîå ÷èñëî ýëåêòðîíîâ è ìíîãî ñâîáîäíûõ îðáèòàëåé, ÷òî ïîçâîëÿåò ýëåêòðîíàì áëèçêî ïîäõîäèòü
ê ïîëîæèòåëüíûì ÿäðàì â ëþáîé ÷àñòè êðèñòàëëà. Èç-çà
íèçêîé ýíåðãèè èîíèçàöèè ýëåêòðîíû â ìåòàëëå óòðà÷èâàþò
ñâÿçü ñ îòäåëüíûìè àòîìàìè, îáðàçóÿ ýëåêòðîííûé ãàç –
ñîâîêóïíîñòü ñâîáîäíûõ ïîäâèæíûõ ýëåêòðîíîâ. Ïîýòîìó
ìåòàëë – ýòî ïëîòíî óïàêîâàííàÿ ñòðóêòóðà ïîëîæèòåëüíûõ
èîíîâ, ñâÿçàííûõ äðóã ñ äðóãîì ýëåêòðîííûì ãàçîì. Òàêàÿ
ñâÿçü è íàçûâàåòñÿ ìåòàëëè÷åñêîé ñâÿçüþ.  îòëè÷èå îò
êîâàëåíòíîé ñâÿçè, â êîòîðîé îáîáùåíû ýëåêòðîíû òîëüêî
ñîñåäíèõ àòîìîâ, â ìåòàëëè÷åñêîé ñâÿçè â îáîáùåíèè ýëåêòðîíîâ ïðèíèìàþò ó÷àñòèå âñå àòîìû. Èìåííî ïîýòîìó êðèñòàëëû ñ êîâàëåíòíîé ñâÿçüþ õðóïêè, à ñ ìåòàëëè÷åñêîé –
ïëàñòè÷íû.
ÂÅÙÅÑÒÂÎ-ÝÍÅÐÃÈß www.home-studio.novouralsk.ru 57
Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ õèìèè
Õèìè÷åñêèé ýëåìåíò – ýòî âèä àòîìîâ ñ îäèíàêîâûì ïîëîæèòåëüíûì çàðÿäîì ÿäðà.
Ïðîñòûå âåùåñòâà – ýòî âåùåñòâà, îáðàçîâàííûå èç àòîìîâ
îäíîãî ýëåìåíòà (íàïð., æåëåçî èëè àçîò). Ñëîæíûå âåùåñòâà,
èëè õèìè÷åñêèå ñîåäèíåíèÿ, – ýòî âåùåñòâà, îáðàçîâàííûå
àòîìàìè ðàçíûõ ýëåìåíòîâ (íàïð., âîäà). Ñâîéñòâà âåùåñòâà
îòíîñÿòñÿ ê ñîâîêóïíîñòè àòîìîâ, ñâîéñòâà ýëåìåíòà – ê
îòäåëüíûì àòîìàì.
Ìíîãèå õèìè÷åñêèå ýëåìåíòû îáðàçóþò íåñêîëüêî ïðîñòûõ âåùåñòâ, ðàçëè÷íûõ ïî ñòðîåíèþ è ñâîéñòâàì (íàïð., êèñëîðîä – êèñëîðîä è îçîí; óãëåðîä – àëìàç, ãðàôèò è êàðáèí).
Òàêîå ÿâëåíèå íàçûâàþò àëëîòðîïèåé, à îáðàçîâàâøèåñÿ
âåùåñòâà – àëëîòðîïíûìè ìîäèôèêàöèÿìè.
Îòíîñèòåëüíîé àòîìíîé ìàññîé ýëåìåíòà (Ar ) íàçûâàåòñÿ
ìàññà åãî àòîìà, âûðàæåííàÿ â àòîìíûõ åäèíèöàõ ìàññû. Îíà
ïîêàçûâàåò âî ñêîëüêî ðàç ìàññà àòîìà äàííîãî ýëåìåíòà áîëüøå 1/12 ìàññû àòîìà èçîòîïà óãëåðîäà 12Ñ (íàïð., äëÿ âîäîðîäà
Ar = 1,0079).
Îòíîñèòåëüíîé ìîëåêóëÿðíîé ìàññîé Mr âåùåñòâà íàçûâàåòñÿ ìàññà åãî ìîëåêóëû, âûðàæåííàÿ â àòîìíûõ åäèíèöàõ
ìàññû. Îíà ïîêàçûâàåò âî ñêîëüêî ðàç ìàññà ìîëåêóëû äàííîãî âåùåñòâà áîëüøå 1/12 ìàññû àòîìà èçîòîïà óãëåðîäà 12Ñ
(íàïð., äëÿ âîäû Mr = 18,01534).
Ìîëü – ýòî êîëè÷åñòâî âåùåñòâà, ñîäåðæàùåå ñòîëüêî
ñòðóêòóðíûõ åäèíèö (ìîëåêóë, àòîìîâ, èîíîâ èëè äð.), ñêîëüêî
ñîäåðæèòñÿ àòîìîâ â 0,012 êã èçîòîïà óãëåðîäà 12Ñ. ×èñëî
÷àñòèö â 1 ìîëå ëþáîãî âåùåñòâà îäíî è òî æå. Îíî ðàâíî N
= 6,02•1023 1/ìîëü (ïîñòîÿííàÿ Àâîãàäðî). Ìàññó âåùåñòâà,
âçÿòîãî â êîëè÷åñòâå 1 ìîëü, íàçûâàþò ìîëÿðíîé ìàññîé.
Ñîñòàâ ìîëåêóë ñëîæíûõ âåùåñòâ èçîáðàæàþò ñ ïîìîùüþ
õèìè÷åñêèõ ôîðìóë, ïîêàçûâàþùèõ èç êàêèõ ýëåìåíòîâ ñîñòîèò
ìîëåêóëà è â êàêèõ ñîîòíîøåíèÿõ íàõîäÿòñÿ ýòè ýëåìåíòû
(íàïð., ìîëåêóëà ñåðíîé êèñëîòû – H2SO4 ).
Õèìè÷åñêèå óðàâíåíèÿ èçîáðàæàþò â âèäå õèìè÷åñêèõ
ôîðìóë è çíàêîâ.  ëåâîé ÷àñòè óðàâíåíèÿ – ôîðìóëû âåùåñòâ, âñòóïàþùèõ â ðåàêöèþ, â ïðàâîé – ôîðìóëû âåùåñòâ,
îáðàçóþùèõñÿ â ðåçóëüòàòå ðåàêöèè.
58 www.home-studio.novouralsk.ru
ÂÅÙÅÑÒÂÎ-ÝÍÅÐÃÈß
Ñîåäèíåíèÿ è èõ ôîðìóëû
Ñîåäèíåíèåì íàçûâàþò âåùåñòâî, â êîòîðîì ñ ïîìîùüþ
ñâÿçåé àòîìû äâóõ èëè íåñêîëüêèõ ýëåìåíòîâ îáúåäèíåíû â
îïðåäåëåííîì ñîîòíîøåíèè. Ñîñòàâ ñîåäèíåíèé èçîáðàæàåòñÿ
â âèäå õèìè÷åñêèõ ôîðìóë: ýìïèðè÷åñêèõ, ýëåêòðîííûõ è
ñòðóêòóðíûõ. êà÷åñòâå ïðèìåðà ïðèâåäåì ôîðìóëû ìîëåêóë
âîäû, àììèàêà è ìåòàíà.
Ýìïèðè÷åñêèå ôîðìóëû:
H2O
NH3
CH4
Ýìïèðè÷åñêèå èëè ìîëåêóëÿðíûå ôîðìóëû îòîáðàæàþò
òîëüêî ñîñòàâ ìîëåêóë: âèä è ÷èñëî àòîìîâ â ìîëåêóëå.
Ýëåêòðîííûå ôîðìóëû:
H OH
HNH
H
H
H C H
H
Ýëåêòðîííûå ôîðìóëû ñîñòîÿò èç ñèìâîëîâ ýëåìåíòîâ,
âîêðóã êîòîðûõ òî÷êàìè îáîçíà÷åíû âíåøíèå ýëåêòðîíû, à
ìåæäó àòîìàìè ñâÿçóþùèå ýëåêòðîííûå ïàðû. Îíè èçîáðàæàþò ïîðÿäîê ñîåäèíåíèÿ àòîìîâ â ìîëåêóëå.
Ñòðóêòóðíûå ôîðìóëû:
H
H O H
H
N
H
H
H C H
H
Ñòðóêòóðíûå ôîðìóëû, èëè ôîðìóëû ñòðîåíèÿ, – ýòî
ôîðìóëû, ãäå êàæäàÿ ñâÿçóþùàÿ ïàðà ýëåêòðîíîâ îáîçíà÷àåòñÿ øòðèõîì. Îíè èçîáðàæàþò ïîðÿäîê ñîåäèíåíèÿ àòîìîâ â
ìîëåêóëå è èõ âçàèìîñâÿçü.
Âàëåíòíîñòü
Ýëåêòðîíû, êîòîðûå ó÷àñòâóþò â îáðàçîâàíèèè õèìè÷åñêèõ ñâÿçåé ìåæäó àòîìàìè, íàçûâàþò âàëåíòíûìè. Ó õèìè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ îáùåå ÷èñëî âàëåíòíûõ ýëåêòðîíîâ, êàê ïðàâèëî, ðàâíî íîìåðó ãðóïïû ïåðèîäè÷åñêîé ñèñòåìû Ä.È.Ìåíäåëååâà.
Âàëåíòíîñòü îïðåäåëÿþò êàê ÷èñëî àòîìîâ îäíîâàëåíòíîãî
ýëåìåíòà, ñ êîòîðûìè ñîåäèíÿåòñÿ îäèí àòîì äàííîãî ýëåìåíòà. Òàê â ñîëÿíîé êèñëîòå HCl õëîð îäíîâàëåíòåí, â âîäå
H 2O êèñëîðîä äâóõâàëåíòåí, â àììèàêå NH3 àçîò òðåõâàëåíòåí, â ìåòàíå CH4 óãëåðîä ÷åòûðåõâàëåíòåí.
ÂÅÙÅÑÒÂÎ-ÝÍÅÐÃÈß www.home-studio.novouralsk.ru 59
Õèìè÷åñêèå ðåàêöèè
Ìîëåêóëû íàõîäÿòñÿ â íåïðåðûâíîì äâèæåíèè è ñòàëêèâàþòñÿ äðóã ñ äðóãîì. Ñèëüíîå ñîóäàðåíèå âûñâîáîæäàåò ýíåðãèþ, äîñòàòî÷íóþ äëÿ ïåðåãðóïïèðîâêè ýëåêòðîíîâ â äâóõ
ñòîëêíóâøèõñÿ ìîëåêóëàõ è îáðàçîâàíèÿ íîâûõ ñâÿçåé, ò.å.
íîâûõ ñîåäèíåíèé. Ýòî ÿâëåíèå è íàçûâàþò õèìè÷åñêîé
ðåàêöèåé.
Ðåàêöèè çàïèñûâàþò â âèäå óðàâíåíèé.  êà÷åñòâå ïðèìåðà
ïðèâåäåì óðàâíåíèå ãîðåíèÿ ìåòàíà:
CH4 + 2 O2 ® CO2 + 2 H2O
 ýòîì óðàâíåíèè èñõîäíûå âåùåñòâà (ìåòàí è êèñëîðîä)
óêàçàíû ñëåâà, à ïðîäóêòû ðåàêöèè (äâóîêèñü óãëåðîäà è âîäà)
– ñïðàâà, ïîñëå ñòðåëêè. Ñòðåëêà â óðàâíåíèè îáðàùåíà â
ñòîðîíó áîëåå íèçêîé ñóììàðíîé ýíåðãèè ñâÿçåé, ò.å óêàçûâàåò
íàïðàâëåíèå ðåàêöèè.
Ñêîðîñòü õèìè÷åñêèõ ðåàêöèé
Êîíöåíòðàöèÿ, C
Ïîä ñêîðîñòüþ õèìè÷åñêîé ðåàêöèè ïîíèìàþò èçìåíåíèå
êîíöåíòðàöèè îäíîãî èç ðåàãèðóþùèõ âåùåñòâ â åäèíèöó
âðåìåíè ïðè íåèçìåííîì îáúåìå ñèñòåìû.
Äëÿ ðåàêöèè, ïðîòåêàþùåé ïî óðàâíåíèþ A + B = C + D
ïî ìåðå ðàñõîäîâàíèÿ âåùåñòâà À ñêîðîñòü ðåàêöèè áóäåò
óìåíüøàòüñÿ:
Ñêîðîñòü ðåàêöèè – ýòî èçìåíåíèå êîíöåíòðàöèè Ñ2 – Ñ1
äëÿ îïðåäåëåííîãî ïðîìåæóòêà âðåìåíè t2 –t1:
C 2 - C1
DC
=t 2 - t1
Dt
Íà ñêîðîñòü ðåàêöèè âëèÿþò: êîíöåíòðàöèè ðåàãèðóþùèõ
âåùåñòâ, òåìïåðàòóðà è ýíåðãèÿ àêòèâàöèè, ò.å. ýíåðãèÿ, êîòîðóþ íàäî ñîîáùèòü ìîëåêóëàì äëÿ òîãî, ÷òîáû îíè âñòóïèëè
â ðåàêöèþ; â íåêîòîðûõ ðåàêöèÿõ – ïðèñóòñòâèå êàòàëèçàòîðà.
V =-
60 www.home-studio.novouralsk.ru
ÂÅÙÅÑÒÂÎ-ÝÍÅÐÃÈß
Õèìè÷åñêèå ðåàêöèè
Íåîáðàòèìûå è îáðàòèìûå ðåàêöèè
Íåîáðàòèìûìè íàçûâàþò ðåàêöèè, êîòîðûå ïðîòåêàþò
òîëüêî â îäíîì íàïðàâëåíèè è çàâåðøàþòñÿ ïîëíûì ïðåâðàùåíèåì èñõîäíûõ ðåàãèðóþùèõ âåùåñòâ â êîíå÷íûå âåùåñòâà. Ïðèìåðîì ÿâëÿåòñÿ ðàçëîæåíèå áåðòîëåòîâîé ñîëè ïðè
íàãðåâàíèè:
2KClO3 = 2KCl + 3O2
Îáðàòèìûìè íàçûâàþò ðåàêöèè, êîòîðûå ïðîòåêàþò îäíîâðåìåííî â äâóõ âçàèìíî ïðîòèâîïîëîæíûõ íàïðàâëåíèÿõ.
Ïðèìåðîì ÿâëÿåòñÿ ñèíòåç àììèàêà èç âîäîðîäà è àçîòà ñ
âûäåëåíèå òåïëîòû:
3H2 + N2 - 2NH3
+H = – 46,2 êÄæ/ìîëü
Õèìè÷åñêîå ðàâíîâåñèå
Îáðàòèìûå ðåàêöèè íå äîõîäÿò äî êîíöà è çàêàí÷èâàþòñÿ
óñòàíîâëåíèåì õèìè÷åñêîãî ðàâíîâåñèÿ, êàê íàïðèìåð, â
ðåàêöèè ñèíòåçà àììèàêà ðàâíîâåñèå íàñòóïàåò òîãäà, êîãäà
â åäèíèöó âðåìåíè áóäåò îáðàçîâûâàòüñÿ ñòîëüêî æå ìîëåêóë
àììèàêà, ñêîëüêî èõ áóäåò ðàñïàäàòüñÿ íà ìîëåêóëû âîäîðîäà
è àçîòà. Õèìè÷åñêîå ðàâíîâåñèå – ýòî òàêîå ñîñòîÿíèå ñèñòåìû
ðåàãèðóþùèõ âåùåñòâ, êîãäà ñêîðîñòè ïðÿìîé è îáðàòíîé
ðåàêöèé ðàâíû ìåæäó ñîáîé. Ñîñòîÿíèå ðàâíîâåñèÿ çàâèñèò
îò êîíöåíòðàöèé ðåàãèðóþùèõ âåùåñòâ, òåìïåðàòóðû è äëÿ
ãàçî⠖ äàâëåíèÿ. Ïðè èçìåíåíèè ýòèõ ïàðàìåòðîâ ïðîèñõîäèò
ñìåùåíèå õèìè÷åñêîãî ðàâíîâåñèÿ.
Ïðèíöèï Ëå Øàòåëüå
Íàïðàâëåíèå ñìåùåíèÿ õèìè÷åñêîãî ðàâíîâåñèÿ îïðåäåëÿåòñÿ ïðèíöèïîì ïîäâèæíîãî ðàâíîâåñèÿ, èçâåñòíîãî êàê ïðèíöèï Ëå Øàòåëüå: åñëè íà ñèñòåìó, íàõîäÿùóþñÿ â ðàâíîâåñèè,
ïðîèçâîäèòñÿ êàêîå-ëèáî âîçäåéñòâèå (èçìåíÿåòñÿ êîíöåíòðàöèÿ,
òåìïåðàòóðà èëè äàâëåíèå), òî îíî ïðåïÿòñòâóåò ïðîòåêàíèþ
òîé èç äâóõ ïðîòèâîïîëîæíûõ ðåàêöèé, êîòîðàÿ îñëàáëÿåò ýòî
âîçäåéñòâèå.
Êàê ïðèìåð, - ðåàêöèÿ ñèíòåçà àììèàêà: åñëè âíåøíåå âîçäåéñòâèå âûðàçèòñÿ â óâåëè÷åíèè êîíöåíòðàöèè àçîòà èëè
âîäîðîäà, òî äëÿ óìåíüøåíèÿ èõ êîíöåíòðàöèè íàïðàâëåíèå
ðåàêöèè ñìåñòèòñÿ âïðàâî, ê îáðàçîâàíèþ àììèàêà.
ÂÅÙÅÑÒÂÎ-ÝÍÅÐÃÈß www.home-studio.novouralsk.ru 61
Ñòåõèîìåòðè÷åñêèå çàêîíû
Çàêîí ñîõðàíåíèÿ ìàññû
Ìàññà âåùåñòâ, âñòóïàþùèõ â ðåàêöèþ ðàâíà ìàññå âåùåñòâ, îáðàçóþùèõñÿ â ðåçóëüòàòå ðåàêöèè.
Çàêîí ïîñòîÿíñòâà ñîñòàâà
Âñÿêîå ÷èñòîå âåùåñòâî ìîëåêóëÿðíîé ñòðóêòóðû íåçàâèñèìî îò ñïîñîáîâ åãî ïîëó÷åíèÿ âñåãäà èìååò ïîñòîÿííûé êà÷åñòâåííûé è êîëè÷åñòâåííûé ñîñòàâ (íàïð., âîäà âñåãäà ñîñòîèò èç âîäîðîäà è êèñëîðîäà â ñîîòíîøåíèè 11,19% âîäîðîäà è
88,81% êèñëîðîäà).
Çàêîí ýêâèâàëåíòîâ
Ýëåìåíòû âçàèìîäåéñòâóþò äðóã ñ äðóãîì â ñòðîãî îïðåäåëåííûõ êîëè÷åñòâåííûõ îòíîøåíèÿõ. Õèìè÷åñêèì ýêâèâàëåíòîì ýëåìåíòà íàçûâàåòñÿ òàêîå åãî êîëè÷åñòâî, êîòîðîå ñîåäèíÿåòñÿ ñ 1 ìîëü àòîìîâ âîäîðîäà èëè çàìåùàåò òî æå êîëè÷åñòâî àòîìîâ âîäîðîäà â õèìè÷åñêèõ ðåàêöèÿõ. Ýêâèâàëåíòíàÿ
ìàññà (Ý) – ýòî ìàññà 1 ýêâèâàëåíòà (ã/ìîëü) âåùåñòâà (íàïð.,
1 ýêâèâàëåíò õëîðà ðàâåí 35,453 ã/ìîëü). Ñîîòíîøåíèå ìåæäó
ýêâèâàëåíòíîé ìàññîé Ý, ìîëÿðíîé ìàññîé àòîìîâ À è ñòåõèîìåòðè÷åñêîé âàëåíòíîñòüþ ýëåìåíòà Â: Ý = À/Â.
Âåùåñòâà âçàèìîäåéñòâóþò ìåæäó ñîáîé â êîëè÷åñòâàõ,
ïðîïîðöèîíàëüíûõ èõ õèìè÷åñêèì ýêâèâàëåíòàì.
Çàêîí êðàòíûõ îòíîøåíèé
Åñëè äâà ýëåìåíòà ìîëåêóëÿðíîé ñòðóêòóðû îáðàçóþò
ìåæäó ñîáîé íåñêîëüêî ñîåäèíåíèé, òî ìàññîâûå êîëè÷åñòâà
îäíîãî ýëåìåíòà, ñîåäèíÿþùèåñÿ ñ îäíèì è òåì æå ìàññîâûì
êîëè÷åñòâîì äðóãîãî ýëåìåíòà, îòíîñÿòñÿ ìåæäó ñîáîé êàê
íåáîëüøèå öåëûå ÷èñëà (íàïð., äëÿ N2O, NO, N2O3 , NO2 ,
N2O5 êîëè÷åñòâà êèñëîðîäà, ïðèõîäÿùåãîñÿ íà îäíî è òî æå
êîëè÷åñòâî àçîòà îòíîñÿòñÿ ìåæäó ñîáîé êàê 1 : 2 : 3 : 4 : 5).
Çàêîí ïðîñòûõ îáúåìíûõ îòíîøåíèé
Îáúåìû âñòóïàþùèõ â ðåàêöèþ ãàçîâ (ïðè îäèíàêîâûõ
äëÿ íèõ òåìïåðàòóðàõ è äàâëåíèÿõ) îòíîñÿòñÿ äðóã ê äðóãó, à
òàêæå ê îáúåìàì ïîëó÷àþùèõñÿ ãàçîîáðàçíûõ ïðîäóêòîâ êàê
íåáîëüøèå öåëûå ÷èñëà.
62 www.home-studio.novouralsk.ru
ÂÅÙÅÑÒÂÎ-ÝÍÅÐÃÈß
Ðàñòâîðû
Ðàñòâîðû – ýòî îäíîðîäíûå ñèñòåìû, ñîñòîÿùèå èç äâóõ è
áîëåå êîìïîíåíòîâ è ïðîäóêòîâ èõ âçàèìîäåéñòâèÿ. Ïî àãðåãàòíîìó ñîñòîÿíèþ ðàñòâîðû áûâàþò æèäêèå (íàïð., ðàñòâîðû
ñîëåé â âîäå), òâåðäûå (íàïð., ñïëàâ íèêåëÿ è ìåäè) è ãàçîîáðàçíûå (íàïð., âîçäóõ).
Êîíöåíòðàöèåé ðàñòâîðà íàçûâàþò êîëè÷åñòâî ðàñòâîðåííîãî âåùåñòâà, ñîäåðæàùåãîñÿ â îïðåäåëåííîì êîëè÷åñòâå
ðàñòâîðà èëè ðàñòâîðèòåëÿ. Êîíöåíòðèðîâàííûé ðàñòâîð ñîäåðæèò òàêîå êîëè÷åñòâî ðàñòâîðåííîãî âåùåñòâà, êîòîðîå ñðàâíèìî ñ êîëè÷åñòâîì ðàñòâîðèòåëÿ. Ðàçáàâëåííûé ðàñòâîð ñîäåðæèò î÷åíü ìàëîå êîëè÷åñòâî ðàñòâîðåííîãî âåùåñòâà ïî
ñðàâíåíèþ ñ ðàñòâîðèòåëåì. Ïðîöåíòíàÿ êîíöåíòðàöèÿ (ïî
ìàññå) âûðàæàåòñÿ ÷èñëîì ãðàììîâ ðàñòâîðåííîãî âåùåñòâà
â 100 ãðàììàõ ðàñòâîðà. Ìîëÿðíàÿ êîíöåíòðàöèÿ âûðàæàåòñÿ
÷èñëîì ìîëåé ðàñòâîðåííîãî âåùåñòâà â 1 ëèòðå ðàñòâîðà.
Íîðìàëüíàÿ êîíöåíòðàöèÿ âûðàæàåòñÿ ÷èñëîì ýêâèâàëåíòîâ
âåùåñòâà, ñîäåðæàùåãîñÿ â 1 ëèòðå ðàñòâîðà. Ðàñòâîð, â îäíîì
ëèòðå êîòîðîãî ñîäåðæèòñÿ 1 ýêâèâàëåíò (ýêâ) âåùåñòâà, íàçûâàåòñÿ íîðìàëüíûì.
Ðàñòâîðèìîñòü âåùåñòâ â âîäå
Ñâîéñòâà âîäû îïðåäåëÿþòñÿ ñòðóêòóðîé åå ìîëåêóë. Â
ìîëåêóëå âîäû àòîì êèñëîðîäà êîâàëåíòíî ñâÿçàí ñ äâóìÿ
âîäîðîäíûìè àòîìàìè òàê, ÷òî ìîëåêóëà âîäû – ïîëÿðíà:
δ−
1p
8p
8n
Óãîë ìåæäó ñâÿçÿìè – 105°
δ−
Âîäîðîä
1p
δ+
Êèñëîðîä
Âîäîðîä
Ìîëåêóëû âîäû ñâÿçàíû ìåæäó ñîáîé âîäîðîäíûìè ñâÿçÿìè, êîòîðûå áûñòðî îáðàçóþòñÿ è òàêæå áûñòðî ðàçðóøàþòñÿ â ðåçóëüòàòå ñîóäàðåíèÿ ìîëåêóë. Áëàãîäàðÿ ñâîåé ïîëÿðíîé ïðèðîäå âîäà îáëàäàåò ñïîñîáíîñòüþ ðàñòâîðÿòü èîííûå
âåùåñòâà è äðóãèå ïîëÿðíûå ñîåäèíåíèÿ. Â âîäå ðàñòâîðÿåòñÿ
áîëüøå âåùåñòâ, ÷åì â ëþáîé äðóãîé æèäêîñòè.  âîäå ìîãóò
ðàñòâîðÿòüñÿ òâåðäûå, æèäêèå è ãàçîîáðàçíûå âåùåñòâà.
ÂÅÙÅÑÒÂÎ-ÝÍÅÐÃÈß www.home-studio.novouralsk.ru 63
Äèññîöèàöèÿ
Ìíîãèå âåùåñòâà ïðè ðàñòâîðåíèè â âîäå ðàñïàäàþòñÿ íà
èîíû, ò.å. äèññîöèèðóþò.
Êèñëîòà – ýòî âåùåñòâî, äèññîöèèðóþùåå â âîäå ñ îáðàçîâàíèåì èîíîâ âîäîðîäà Í + (íàïð., ñîëÿíàÿ êèñëîòà H+ Cl – ).
Îñíîâàíèå (â ñëó÷àå ùåëî÷íûõ ìåòàëëî⠖ ùåëî÷ü) – ýòî
âåùåñòâî, âûäåëÿþùåå â âîäó ãèäðîêñèë-èîíû (ÎÍ – ) èëè
îáëàäàþùåå ñïîñîáíîñòüþ ïðèñîåäèíÿòü â ðàñòâîðå èîíû
âîäîðîäà (íàïð., Na+ OH – ).
Ñîëü – ýòî âåùåñòâî, íå îáðàçóþùåå ïðè äèññîöèàöèè íè
èîíîâ âîäîðîäà, íè ãèäðîêñèë-èîíîâ (íàïð., ïîâàðåííàÿ ñîëü
– Na+ Cl – ).
Êèñëîòíîñòü èëè ùåëî÷íîñòü ðàñòâîðà õàðàêòåðèçóåòñÿ ïîêàçàòåëåì, èçâåñòíûì êàê pH. Øêàëà ðÍ îõâàòûâàåò çíà÷åíèÿ
îò 0 äî 14. Íåéòðàëüíîé ðåàêöèè (íè êèñëîòíîé, íè ùåëî÷íîé)
ñîîòâåòñòâóåò ðÍ 7. Ìåíüøå ðÍ 7 – êèñëûå çíà÷åíèÿ, áîëüøå
– ùåëî÷íûå. ×èñòàÿ âîäà íåéòðàëüíà.
Âîçðàñòàíèå
êèñëîòíîñòè
Íåéòðàëüíàÿ
ñðåäà
Æåëóäî÷íûé ñîê
Ëèìîííûé ñîê
Óêñóñ
Òîìàòíûé ñîê
×åðíûé êîôå
Äîæäåâàÿ âîäà
Ñëþíà ÷åëîâåêà
Êðîâü
Ìîðñêàÿ âîäà
Âîäà èç Ñîëåíîãî îçåðà
Æèäêîå ìûëî
Âîçðàñòàíèå
ùåëî÷íîñòè
Øêàëà ðÍ – ýòî ëîãàðèôìè÷åñêàÿ øêàëà, íà êîòîðîé îòëîæåíû ëîãàðèôìû êîíöåíòðàöèè âîäîðîäíûõ èîíîâ (íàïð.,
ðàñòâîð ñ ðÍ 5 ñîäåðæèò 10–5 ìîëü Í + íà 1 ëèòð). Ïîñêîëüêó
øêàëà ëîãàðèôìè÷åñêàÿ, òî êèñëîòíîñòü ðàñòâîðà, íàïðèìåð,
ñ ðÍ 5 â 10 ðàç áîëüøå, ÷åì ðàñòâîðà ñ ðÍ 6 è â 100 ðàç
áîëüøå, ÷åì ðàñòâîðà ñ ðÍ 7.
64 www.home-studio.novouralsk.ru
ÂÅÙÅÑÒÂÎ-ÝÍÅÐÃÈß
Äèññîöèàöèÿ
Ëåã÷å âñåãî äèññîöèèðóþò âåùåñòâà ñ èîííîé ñâÿçüþ. Ïðè
èõ ðàñòâîðåíèè äèïîëè âîäû îðèåíòèðóþòñÿ âîêðóã ïîëîæèòåëüíîãî è îòðèöàòåëüíîãî èîíîâ. Ìåæäó èîíàìè è äèïîëÿìè âîäû âîçíèêàþò ñèëû âçàèìíîãî ïðèòÿæåíèÿ. Â ðåçóëüòàòå ñâÿçü ìåæäó èîíàìè îñëàáåâàåò, è ïðîèñõîäèò ïåðåõîä
èîíîâ èç êðèñòàëëà â ðàñòâîð. Ïðè ýòîì îáðàçóþòñÿ ãèäðàòèðîâàííûå èîíû, õèìè÷åñêè ñâÿçàííûå ñ ìîëåêóëàìè âîäû:
Cl
Na
Na
Cl
Cl
Na
Na
Cl
Àíàëîãè÷íî äèññîöèèðóþò è ìîëåêóëû, îáðàçîâàííûå ïî
òèïó ïîëÿðíîé êîâàëåíòíîé ñâÿçè. Çäåñü òàêæå âîêðóã êàæäîé
ïîëÿðíîé ìîëåêóëû âåùåñòâà îðèåíòèðóþòñÿ äèïîëè âîäû.
 ðåçóëüòàòå ýòîãî âçàèìîäåéñòâèÿ ïðîèñõîäèò ñìåùåíèå
ýëåêòðîííîé ïàðû (îáëàêà), è ïîëÿðíàÿ ìîëåêóëà ïðåâðàùàåòñÿ â èîííóþ:
Ýëåêòðîëèòû
Âåùåñòâà, ðàñòâîðû èëè ðàñïëàâû êîòîðûõ ïðîâîäÿò ýëåêòðè÷åñêèé òîê, íàçûâàþòñÿ ýëåêòðîëèòàìè. Ê ýëåêòðîëèòàì
îòíîñÿòñÿ êèñëîòû, îñíîâàíèÿ è ïî÷òè âñå ñîëè, ê íåýëåêòðîëèòàì – áîëüøèíñòâî îðãàíè÷åñêèõ ñîåäèíåíèé. Ýëåêòðîëèòè÷åñêàÿ äèññîöèàöèÿ – îáðàòèìûé ïðîöåññ è õàðàêòåðèçóåòñÿ ñòåïåíüþ ýëåêòðîëèòè÷åñêîé äèññîöèàöèè:
α = n/N,
ãäå α – ýòî îòíîøåíèå ÷èñëà ðàñïàâøèõñÿ íà èîíû ìîëåêóë n
ê îáùåìó ÷èñëó ðàñòâîðåííûõ ìîëåêóë N.
ÂÅÙÅÑÒÂÎ-ÝÍÅÐÃÈß www.home-studio.novouralsk.ru 65
Íåîðãàíè÷åñêèå ñîåäèíåíèÿ
Êëàññû íåîðãàíè÷åñêèõ ñîåäèíåíèé:
îêñèäû, êèñëîòû, îñíîâàíèÿ è ñîëè.
Ñâÿçü êëàññîâ íåîðãàíè÷åñêèõ ñîåäèíåíèé
Ìåòàëë
Îñíîâíîé îêñèä
Îñíîâàíèå
Íåìåòàëë
Êèñëîòíûé îêñèä
Êèñëîòà
Ñîëü
Îêñèäû
Îêñèäàìè íàçûâàþòñÿ ñëîæíûå âåùåñòâà, ñîñòîÿùèå èç
äâóõ ýëåìåíòîâ, îäèí èç êîòîðûõ êèñëîðîä. Åñëè ýëåìåíò
îáðàçóåò íåñêîëüêî îêñèäîâ, òî ïîñëå íàçâàíèÿ â ñêîáêàõ
ðèìñêîé öèôðîé óêàçûâàåòñÿ ñòåïåíü îêèñëåíèÿ, íàïð., FeO
– îêñèä æåëåçà (II), Fe2O3 – îêñèä æåëåçà (III).
Îñíîâíûå îêñèäû – ýòî òàêèå îêñèäû, êîòîðûì ñîîòâåòñòâóþò îñíîâàíèÿ, íàïð., îêñèäó Na2O ñîîòâåòñòâóåò NaOH.
Îñíîâíûå îêñèäû îáðàçóþòñÿ òîëüêî ìåòàëëàìè. Îñíîâíûå
îêñèäû ùåëî÷íûõ è ùåëî÷íîçåìåëüíûõ ìåòàëëîâ ïðè âçàèìîäåéñòâèè ñ âîäîé îáðàçóþò îñíîâàíèÿ, íàïð.:
Na2O + H2O = 2NaOH
Êèñëîòíûå îêñèäû (èëè àíãèäðèäû êèñëîò) – ýòî òàêèå
îêñèäû, êîòîðûì ñîîòâåòñòâóþò êèñëîòû, íàïð., îêñèäó SO3
ñîîòâåòñòâóåò êèñëîòà H2SO4. Êèñëîòíûå îêñèäû îáðàçóþòñÿ
íåìåòàëëàìè è íåêîòîðûìè ìåòàëëàìè, ïðîÿâëÿþùèìè
áîëüøóþ ñòåïåíü îêèñëåíèÿ. Áîëüøèíñòâî êèñëîòíûõ îêñèäîâ
ïðè âçàèìîäåéñòâèè ñ âîäîé îáðàçóþò êèñëîòû, íàïð,:
SO3 + H2O = H2SO4
Àìôîòåðíûå îêñèäû – ýòî òàêèå îêñèäû, êîòîðûå â çàâèñèìîñòè îò óñëîâèé ïðîÿâëÿþò îñíîâíûå è êèñëîòíûå
ñâîéñòâà. Ê íèì îíîíîñÿòñÿ íåêîòîðûå îêñèäû ìåòàëëîâ: ZnO,
Al2O3, Cr2O3 è äð. Àìôîòåðíûå îêñèäû ñ âîäîé íå âçàèìîäåéñòâóþò, íî ðåàãèðóþò è ñ êèñëîòàìè, è ñ îñíîâàíèÿìè, ïðè
ýòîì îáðàçóåòñÿ ñîëü è âîäà, íàïð.:
FeO + H2SO4 = FeSO4 + H2O
SO3 + 2NaOH = Na2 SO4 + H2O
Âçàèìîäåéñòâèå îñíîâíûõ è êèñëîòíûõ îêñèäîâ ïðèâîäèò
ê îáðàçîâàíèþ ñîëåé, íàïð.:
CaO + CO2 = CaCO3
66 www.home-studio.novouralsk.ru
ÂÅÙÅÑÒÂÎ-ÝÍÅÐÃÈß
Íåîðãàíè÷åñêèå ñîåäèíåíèÿ
Êèñëîòû è èõ ñîëè
Êèñëîòà
Ôîðìóëà
Àçîòèñòàÿ
Àçîòíàÿ
Áðîìèñòîâîäîðîäíàÿ
Äèõðîìîâàÿ
Èîäèñòîâîäîðîäíàÿ
Ìàðãàíöåâàÿ (VII )
(ïåðìàíãàíàòíàÿ)
HNO2
HNO3
HBr
H2CrO7
HJ
HMnO4
Ìåòàôîñôîðíàÿ
(HPO3 )n
Ìåòàêðåìíèâàåâàÿ
(H2SiO3 )n
Îðòîêðåìíèâàåìàÿ
Ñåðíàÿ
Ñåðíèñòàÿ
Ñåðîâîäîðîäíàÿ
Ñîëÿíàÿ
Òèîöèàíîâàÿ
H4SiO4
H2SO4
H2SO3
H2S
HCl
HSCN
Óãîëüíàÿ
Ôîñôîðíàÿ
Ôòîðèñòîâîäîðîäíàÿ
Õðîìîâàÿ
Õëîðíîâàòàÿ
Õëîðíîâàòèñòàÿ
H2CO3
H3PO4
HF
H2CrO4
HClO3
HClO
Ñîëü
(íàçâàíèå - ïðèìåð)
Íèòðèò êàëèÿ KNO2
Íèòðàò íàòðèÿ NaNO3
Áðîìèä íàòðèÿ NaBr
Äèõðîìàò êàëèÿ K2Cr2O7
Èîäèä êàëèÿ KJ
Êàëèÿ ìàíãàíàò (VII)
(ïåðìàíãàíàò êàëèÿ)
KMnO4
Ìåòàôîñôàò êàëèÿ
(KPO3 )n
Ìåòàñèëèêàò íàòðèÿ
(Na2SiO3 )n
Ñèëèêàò íàòðèÿ Na4SiO4
Ñóëüôàò ìåäè CuSO4
Ñóëüôèò êàëüöèÿ CaSO3
Ñóëüôèä íàòðèÿ Na2S
Õëîðèä êàëüöèÿ CaCl2
Òèîöèàíàò àììîíèÿ
NH4SCN
Êàðáîíàò êàëüöèÿ CaCO3
Ôîñôàò êàëüöèÿ Ca3(PO4)2
Ôòîðèä êàëèÿ KF
Õðîìàò êàëèÿ K2CrO4
Õëîðàò êàëèÿ KClO3
Ãèïîõëîðèò íàòðèÿ NaClO
Âàæíåéøèå õèìè÷åñêèå ñâîéñòâà êèñëîò – âçàèìîäåéñòâèå
ñ ìåòàëëàìè, îñíîâíûìè îêñèäàìè, îñíîâàíèÿìè è ñîëÿìè.
Îñíîâàíèÿ
Âàæíåéøèå õèìè÷åñêèå ñâîéñòâà îñíîâàíèé:
1. âçàèìîäåéñòâèå ñ êèñëîòàìè ñ îáðàçîâàíèåì ñîëè è âîäû.
2. Âçàèìîäåéñòâèå ùåëî÷åé ñ êèñëîòíûìè îêñèäàìè ñ îáðàçîâàíèåì ñîëè è âîäû.
3. Âçàèìîäåéñòâèå ùåëî÷åé ñ ðàñòâîðàìè ðàçëè÷íûõ ñîëåé.
ÂÅÙÅÑÒÂÎ-ÝÍÅÐÃÈß www.home-studio.novouralsk.ru 67
Îðãàíè÷åñêèå ñîåäèíåíèÿ
Óãëåðîäíûå öåïè
Æèçíü – ýòî âñåâîçìîæíûå ïðåâðàùåíèÿ ìíîæåñòâà ðàçíîîáðàçíûõ êðóïíûõ ìîëåêóë, ãëàâíûì ýëåìåíòîì â êîòîðûõ
ÿâëÿåòñÿ óãëåðîä. Êîãäà-òî ñ÷èòàëîñü, ÷òî òàêèå ìîëåêóëû
îáðàçóþòñÿ òîëüêî â æèâûõ îðãàíèçìàõ, ïîýòîìó èõ è íàçûâàþò îðãàíè÷åñêèìè ñîåäèíåíèÿìè. Ñâîéñòâà àòîìîâ óãëåðîäà
óíèêàëüíû äëÿ æèçíè. Îäèí óãëåðîäíûé àòîì ñïîñîáåí îáðàçîâàòü ÷åòûðå êîâàëåíòíûå ñâÿçè, à áîëüøîå ÷èñëî òàêèõ
àòîìîâ ìîæåò îáúåäèíÿòüñÿ â äëèííûå öåïè, ó êîòîðûõ åñòü
è áîëåå êîðîòêèå óãëåðîäíûå öåïî÷êè. Ýòè óãëåðîäíûå öåïè
è ñîñòàâëÿþò «ñêåëåò» îðãàíè÷åñêèõ ìîëåêóë:
Íåðàçâåòâëåííàÿ öåïü
C
C
C
C
C
Ðàçâåòâëåííàÿ öåïü
C
C
C
C
C
C
C
Öåïü ñ äâîéíîé ñâÿçüþ
C
Ùåñòèóãëåðîäíîå
êîëüöî
C
C
C
Ùåñòèóãëåðîäíîå êîëüöî
ñ äâîéíûìè ñâÿçÿìè
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
68 www.home-studio.novouralsk.ru
ÂÅÙÅÑÒÂÎ-ÝÍÅÐÃÈß
Îðãàíè÷åñêèå ñîåäèíåíèÿ
Ïðåäåëüíûå (íàñûùåííûå) óãëåâîäîðîäû
Ïðåäåëüíûìè íàçûâàþòñÿ óãëåâîäîðîäû, â ìîëåêóëàõ
êîòîðûõ àòîìû óãëåðîäà ñâÿçàíû ìåæäó ñîáîé îäèíàðíîé
ñâÿçüþ, à âñå îñòàëüíûå âàëåíòíîñòè íàñûùåíû àòîìàìè âîäîðîäà. Èõ íàçûâàþò òàêæå ïàðàôèíàìè èëè àëêàíàìè. Îíè
îáðàçóþò ðÿä ñîåäèíåíèé, îòëè÷àþùèõñÿ ãðóïïàìè CH2.
Èñõîäíûé óãëåâîäîðîä ðÿäà – ìåòàí ÑÍ4 , äàëåå ñëåäóþò ýòàí
Ñ2Í6 , ïðîïàí Ñ3Í8 , áóòàí Ñ4Í10 è ò.ä. Îáùàÿ ôîðìóëà
ïðåäåëüíûõ óãëåâîäîðîäîâ: ÑnÍ2n+2 .
Íåïðåäåëüíûå óãëåâîäîðîäû
Íåïðåäåëüíûìè íàçûâàþòñÿ óãëåâîäîðîäû, â ìîëåêóëàõ
êîòîðûõ èìåþòñÿ àòîìû óãëåðîäà, ñâÿçàííûå ìåæäó ñîáîé
äâîéíûìè èëè òðîéíûìè ñâÿçÿìè. Èõ òàêæå íàçûâàþò íåíàñûùåííûìè. Ïåðâûìè ïðåäñòàâèòåëÿìè ðÿäà íåíàñûùåííûõ
óãëåâîäîðîäîâ ÿâëÿþòñÿ:
Ýòèëåí (ñ äâîéíîé ñâÿçüþ) Àöèòèëåí (ñ òðîéíîé ñâÿçüþ)
H
H
C
H
H
C
C
C
H
H
Îáùàÿ ôîðìóëà íåïðåäåëüíûõ óãëåâîäîðîäîâ: ÑnÍ2n. Óãëåâîäîðîäû, ñîäåðæàùèå â óãëåðîäíîé öåïè äâå äâîéíûå
ñâÿçè, íàçûâàþòñÿ äèåíîâûìè. Èõ îáùàÿ ôîðìóëà: ÑnÍ2n–2 .
Àðîìàòè÷åñêèå óãëåâîäîðîäû
Àðîìàòè÷åñêèìè íàçûâàþòñÿ óãëåâîäîðîäû, â ìîëåêóëàõ
êîòîðûõ ñîäåðæàòñÿ îäíî èëè íåñêîëüêî áåíçîëüíûõ ÿäåð.
Ïðîñòåéøèé ïðåäñòàâèòåëü ýòîãî ðÿäà – áåíçîë Ñ6Í6 :
CH
HC
CH
HC
CH
CH
Îáùàÿ ôîðìóëà ðÿäà áåíçîëà: ÑnÍ2n–6
ÂÅÙÅÑÒÂÎ-ÝÍÅÐÃÈß www.home-studio.novouralsk.ru 69
Îðãàíè÷åñêèå ñîåäèíåíèÿ
Êèñëîðîäîñîäåðæàùèå ñîåäèíåíèÿ
Ñïèðòû – ýòî îðãàíè÷åñêèå ñîåäèíåíèÿ, â ìîëåêóëàõ êîòîðûõ ñîäåðæèòñÿ îäíà èëè íåñêîëüêî ãèäðîêñèëüíûõ ãðóïï,
ñîåäèíåííûõ ñ óãëåâîäîðîäíûì ðàäèêàëîì R. Ôîðìóëà ðÿäà
îäíîàòîìíûõ ñïèðòîâ: ÑnÍ2n+1OH (èëè R–OH). Ïðèìåðû –
ÑÍ3ÎÍ – ìåòèëîâûé ñïèðò, Ñ2Í5ÎÍ – ýòèëîâûé ñïèðò.
Ôîðìóëà äâóõàòîìíûõ ñïèðòîâ (ãëèêîëåé) – ÑnÍ2n(ÎÍ)2.
Ïðèìåð – ýòèëåíãëèêîëü ÑÍ2Î͖ÑÍ2ÎÍ. Ïðåäñòàâèòåëü
òðåõàòîìíûõ ñïèðòî⠖ ãëèöåðèí: ÑÍ2Î͖ÑÍÎ͖ÑÍ2ÎÍ.
Ôåíîëû – ýòî îðãàíè÷åñêèå ñîåäèíåíèÿ, â ìîëåêóëàõ êîòîðûõ ãèäðîêñèëüíûå ãðóïïû ñâÿçàíû ñ áåíçîëüíûì êîëüöîì.
Ïðèìåð ïðîñòåéøåãî ôåíîëà – êàðáîëîâàÿ êèñëîòà Ñ6Í5ÎÍ.
Àëüäåãèäû – ýòî îðãàíè÷åñêèå ñîåäèíåíèÿ, â ìîëåêóëàõ
êîòîðûõ ñîäåðæèòñÿ ôóíêöèîíàëüíàÿ àëüäåãèäíàÿ ãðóïïà:
O
C
H
Êåòîíû – ýòî îðãàíè÷åñêèå ñîåäèíåíèÿ, â ìîëåêóëàõ
êîòîðûõ ñîäåðæèòñÿ ôóíêöèîíàëüíàÿ êàðáîíèëüíàÿ ãðóïïà,
ñâÿçàííàÿ ñ äâóìÿ óãëåâîäîðîäíûìè ðàäèêàëàìè:
C
O
Êàðáîíîâûå êèñëîòû – ýòî îðãàíè÷åñêèå ñîåäèíåíèÿ, â ìîëåêóëàõ êîòîðûõ ñîäåðæèòñÿ ôóíêöèîíàëüíàÿ
êàðáîíèëüíàÿ ãðóïïà:
O
C
OH
Ïðè âçàèìîäåéñòâèè êàðáîíîâûõ êèñëîò ñî ñïèðòàìè îáðàçóþòñÿ ñëîæíûå ýôèðû. Æèðû – ýòî ñëîæíûå ýôèðû ãëèöåðèíà è âûñøèõ îäíîîñíîâíûõ æèðíûõ êèñëîò. Ìûëà – ýòî ñîëè
âûñøèõ êàðáîíîâûõ (æèðíûõ) êèñëîò.
Óãëåâîäû – ýòî îðãàíè÷åñêèå ñîåäèíåíèÿ, îáùàÿ ôîðìóëà êîòîðûõ: Ñn (Í2Î)m. Ïðèìåð: Ñ6Í12Î6 – ãëþêîçà.
70 www.home-studio.novouralsk.ru
ÂÅÙÅÑÒÂÎ-ÝÍÅÐÃÈß
Îðãàíè÷åñêèå ñîåäèíåíèÿ
Àçîòîñîäåðæàùèå ñîåäèíåíèÿ
Íèòðîñîåäèíåíèÿ – ýòî îðãàíè÷åñêèå âåùåñòâà, â
ìîëåêóëàõ êîòîðûõ ñîäåðæèòñÿ íèòðîãðóïïà NO2 ïðè àòîìå
óãëåðîäà. Îáùàÿ ôîðìóëà ýòèõ ñîåäèíåíèé R–NO2 .
Àìèíû – ýòî ïðîèçâîäíûå àììèàêà, â êîòîðûõ îäèí,
äâà èëè âñå òðè àòîìà âîäîðîäà çàìåùåíû îðãàíè÷åñêèìè
ðàäèêàëàìè:
H N
H
R
H
N
H
R
H
N
N
R
R
R
R
H
Òðåòè÷íûé
Ïåðâè÷íûé
Âòîðè÷íûé
àìèí
àìèí
àìèí
Àìèíîêèñëîòû – ýòî îðãàíè÷åñêèå ñîåäèíåíèÿ, â ìîëåêóëàõ êîòîðûõ ñîäåðæàòñÿ îäíîâðåìåííî àìèíîãðóïïà –NH2
è êàðáîêñèëüíàÿ ãðóïïà –COOH. Ïî ðàñïîëîæåíèþ àìèíîãðóïïû ðàçëè÷àþò α−àìèíîêèñëîòû (àìèíîãðóïïà – ó ïåðâîãî
àòîìà óãëåðîäà), β–àìèíîêèñëîòû (àìèíîãðóïïà – ó âòîðîãî
àòîìà óãëåðîäà) è ò.ä., íàïðèìåð:
γ
γ
β
α
α
β
Àììèàê
H!
H
H
NH
O H
H!
H
H
O H
NH
α-àìèíîìàñëÿíàÿ êèñëîòà
β-àìèíîìàñëÿíàÿ êèñëîòà
Íàèáîëåå âàæíîå çíà÷åíèå èìåþò α-àìèíîêàðáîíîâûå
êèñëîòû. Èç íèõ ïîñòðîåíû áåëêè.
Áåëêè – ýòî ïðèðîäíûå ñîåäèíåíèÿ, ïîñòðîåííûå èç
àìèíîêèñëîò. Â áåëêàõ àìèíîêèñëîòû ñîåäèíåíû ìåæäó ñîáîé
ïåïòèäíûìè ñâÿçÿìè (–NH–CO–) â öåïè. Îáðàçîâàíèå ïåïòèäíûõ ñâÿçåé ïðîèñõîäèò â ðåçóëüòàòå âçàèìîäåéñòâèÿ êàðáîêñèëà îäíîé àìèíîêèñëîòû ñ àìèíîãðóïïîé äðóãîé. Äëèíà öåïè
ìîæåò áûòü ñêîëü óãîäíî áîëüøîé.
çäåñü: R1 , R2 è ò.ä – áîêîâûå ðàäèêàëû àìèíîêèñëîò.
ÂÅÙÅÑÒÂÎ-ÝÍÅÐÃÈß www.home-studio.novouralsk.ru 71
Îñíîâíûå ôèçè÷åñêèå êîíñòàíòû
Âåëè÷èíà
Îáîçí. Çíà÷åíèå Åäèíèöà
Ñêîðîñòü ñâåòà
Ñ
êì/ñ
299792,458
Ìàãíèòíàÿ ïðîíèöàåµ0
Ãí/ì
4π•10 --7
ìîñòü âàêóóìà
Ïîñòîÿííàÿ Ðèäáåðãà
R∞ 1,0973731534(13) 1•10 -7 /ì
Ïîñòîÿííàÿ òîíêîé
1/α 137,0359895(61)
ñòðóêòóðû
Ýëåìåíòàðíûé çàðÿä
å
1,60217733(49) 1•10 --19 Êë
Êâàíò äåéñòâèÿ
h
6,6260755(40) 1•10 --34 Äæ•ñ
(ïîñòîÿííàÿ Ïëàíêà)
Ïîñòîÿííàÿ (÷èñëî)
NA
6,0221367(36) 1•10 +23/ìîëü
Àâîãàäðî
Àòîìíàÿ åäèíèöà
à.å.ì. 1,6605525(17) 1•10 --27 êã
ìàññû
Ìàññà ïîêîÿ ýëåêòðîíà me
9,1093897(54) 1•10 --31 êã
Ìàññà ïîêîÿ ïðîòîíà
mp
1,6726231(10) 1•10 --27 êã
Ìàññà ïîêîÿ íåéòðîíà
mn
1,6749286(10) 1•10 --27 êã
Áîðîâñêèé ðàäèóñ
à0
5,29177249(24) 1•10 --11 ì
Êëàññè÷åñêèé ðàäèóñ
re
2,81794092(38) 1•10 --15 ì
ýëåêòðîíà
Óíèâåðñàëüíàÿ
R
8,314510(70) Äæ/(ìîëü•K)
ãàçîâàÿ ïîñòîÿííàÿ
Ïîñòîÿííàÿ Áîëüöìàíà
k
1,380658(12) 1•10 --23 Äæ/K
Ãðàâèòàöèîííàÿ
G
6,67259•10 --11
͕ì2/êã2
ïîñòîÿííàÿ
Íîðìàëüíîå óñêîðåíèå
g
9,80665
ì/c2
ÎòíîøåíèåÄæîçåôñîíà 2e/h
4,8359767(14) 1•10 +14 Ãö/Â
×èñëî Ôàðàäåÿ
F
9,6485309(29) 10 +4 Êë/ìîëü
Êîìïòîíîâñêàÿ äëèíà:
âîëíû ýëåêòðîíà
λ0e
2,4263088(40)
1•10 --12 ì
âîëíû ïðîòîíà
λ0p
1,3214099(23)
1•10 --15 ì
âîëíû íåéòðîíà
λ0n
1,3195909(22)
1•10 --15 ì
Ìîëÿðíûé îáúåì
Vm
22,41410(19) 10 --3 ì2/ìîëü
èäåàëüíîãî ãàçà ïðè
íîðìàëüíûõ óñëîâèÿõ
72 www.home-studio.novouralsk.ru
ÂÅÙÅÑÒÂÎ-ÝÍÅÐÃÈß
Äâèæåíèå òåë
Ïðÿìîëèíåéíîå äâèæåíèå
ðàâíîïåðåìåííîå
ðàâíîìåðíîå
V
V
à=tgα
L0
0
J
vt = v0
α
L
S
S
0
Ò
s = v0t
J
vt = v0 + at s = v0t +
Ò
at 2
2
v - ñêîðîñòü, t - âðåìÿ, à - óñêîðåíèå, s - ïðîéäåííûé ïóòü.
Óñêîðåíèå
à(ì/ñåê2)
Ïîåçä ìåòðî
1
Ãîíî÷íûé àâòîìîáèëü
4,5
Ïàññàæèðñêèé ïîåçä
0,35
Òðàìâàé
0,6
Çàïóñê ðàêåòû
30 - 90
Ñíàðÿä â ñòâîëå
100000
à(ì/ñåê2)
Çàìåäëåíèå
Òîðìîæåíèå àâòî4-6
ìîáèëÿ
Ïîñàäêà ðåàêòèâ5-8
íîãî ñàìîëåòà
Íàïîëíåíèå êóïî~ 60
ëà ïàðàøþòà
Âðàùàòåëüíîå äâèæåíèå
H
V
9
w = 2π n =
2π
T
w — óãëîâàÿ ñêîðîñòü,
v — ëèíåéíàÿ ñêîðîñòü,
à — öåíòðîñòðåìèòåëüíîå óñêîðåíèå,
n — ÷àñòîòà âðàùåíèÿ
(êîëè÷åñòâî îáîðîòîâ
â åäèíèöó âðåìåíè),
Ò - ïåðèîä âðàùåíèÿ,
r - ðàäèóñ âðàùåíèÿ.
v = wr a =
v2
= w2r
r
ÂÅÙÅÑÒÂÎ-ÝÍÅÐÃÈß www.home-studio.novouralsk.ru 73
Ïðèòÿæåíèå òåë è çàêîíû Íüþòîíà
Äâå ìàòåðèàëüíûå òî÷êè, èìåþùèå ìàññû m1 è m2, ïðèòÿãèâàþòñÿ äðóã ê äðóãó ñ ñèëîé:
mm
F =G 122
(R — ðàññòîÿíèå ìåæäó òî÷êàìè,
R
G — ãðàâèòàöèîííàÿ ïîñòîÿííàÿ.)
Âåñ (ñèëà òÿæåñòè) ïîêîÿùåãîñÿ òåëà
ñ ìàññîé m:
P = mg
(g — óñêîðåíèå ñâîáîäíîãî ïàäåíèÿ)
Ïðèòÿæåíèå òåë îñóùåñòâëÿåòñÿ
C
ïîñðåäñòâîì ãðàâèòàöèîííîãî ïîëÿ.
C
Ãðàôèê èçìåíåíèÿ óñêîðåíèÿ ñâîáîäíîãî ïàäåíèÿ g îò ðàññòîÿíèÿ
(RÇ — ðàäèóñ Çåìëè) õàðàêòåðèçóåò
4
èçìåíåíèå íàïðÿæåííîñòè ïîëÿ òÿãî4ç
4ç
òåíèÿ.
Äëÿ òåëà, áðîøåííîãî âåðòèêàëüíî ââåðõ
1
ñ íà÷àëüíîé ñêîðîñòüþ ν0, ìàêñèìàëüíàÿ H = v0 t − g 0 t 2
2
âûñîòà ïîäúåìà òåëà íàä ïîâåðõíîñòüþ:
Ïåðâûé çàêîí Íüþòîíà
Âñÿêîå òåëî ïðîäîëæàåò óäåðæèâàòüñÿ â ñâîåì ñîñòîÿíèè
ïîêîÿ èëè ðàâíîìåðíîãî è ïðÿìîëèíåéíîãî äâèæåíèÿ, ïîêà
è ïîñêîëüêó îíè íå ïîíóæäàþòñÿ ïðèëîæåííûìè ñèëàìè èçìåíèòü ýòî ñîñòîÿíèå.
Âòîðîé çàêîí Íüþòîíà
Èçìåíåíèå êîëè÷åñòâà äâèæåíèÿ ïðîïîðöèîíàëüíî ïðèëîæåííîé äâèæóùåé ñèëå è ïðîèñõîäèò ïî íàïðàâëåíèþ òîé ïðÿìîé,
ïî êîòîðîé ýòà ñèëà äåéñòâóåò:
H
H
F = m⋅a
Òðåòèé çàêîí Íüþòîíà
Äåéñòâèþ âñåãäà åñòü ðàâíîå è ïðîòèâîïîëîæíîå ïðîòèâîäåéñòâèå, èíà÷å - âçàèìîäåéñòâèå äâóõ òåë äðóã íà äðóãà ðàâíû
ìåæäó ñîáîé è íàïðàâëåíû â ïðîòèâîïîëîæíûå ñòîðîíû.
H
H
F12 = − F21
H
H
m1 ⋅ a1 = −m2 ⋅ a2
Âñå çàêîíû ïðèâåäåíû â èñõîäíîé ôîðìóëèðîâêå È. Íüþòîíà
74 www.home-studio.novouralsk.ru
ÂÅÙÅÑÒÂÎ-ÝÍÅÐÃÈß
Òðåíèå
Ñèëà òðåíèÿ ñêîëüæåíèÿ Fò çàâèñèò îò
ïðèðîäû è êà÷åñòâà òðóùèõñÿ ïîâåðõíîñòåé (ó÷èòûâàåòñÿ êîýôôèöèåíòîì f )
è ñèëû íîðìàëüíîãî äàâëåíèÿ Fí.
Ñèëà òðåíèÿ êà÷åíèÿ ìåíüøå ñèëû òðåíèÿ
ñêîëüæåíèÿ.
FÒ = fFÍ
FÒ = k
Fí
R
Íàïðàâëåíèå äâèæåíèÿ
Fòð
Fòð
.í
4
.í
Êîýôôèöèåíòû òðåíèÿ ñêîëüæåíèÿ äëÿ íåêîòîðûõ ìàòåðèàëîâ
Ñîïðèêàñàþùèåñÿ ïîâåðõíîñòè
f
Áðîíçà ïî áðîíçå
Áðîíçà ïî ñòàëè
Äåðåâî ñóõîå ïî äåðåâó
Äåðåâÿííûå ïîëîçüÿ ïî ñíåãó è ëüäó
Êîæàíûé ðåìåíü âëàæíûé ïî ìåòàëëó
Êîæàíûé ðåìåíü ñóõîé ïî ìåòàëëó
Ëåä ïî ëüäó
Ìåäü ïî ÷óãóíó
Ïîäøèïíèê ñêîëüæåíèÿ ïðè ñìàçêå
Ðåçèíà ( øèíû ) ïî òâåðäîìó ãðóíòó
Ñòàëü ( èëè ÷óãóí ) ïî ôåðîäî èëè ðåéáåñòó
Ñòàëü ïî ëüäó ( êîíüêè )
Ñòàëü ïî ñòàëè
Ôòîðîïëàñò ïî íåðæàâåþùåé ñòàëè
Ôòîðîïëàñò ïî ôòîðîïëàñòó
×óãóí ïî áðîíçå
×óãóí ïî ÷óãóíó
0,2
0,18
0,25 - 0,5
0,035
0,36
0,56
0,028
0,27
0,02 - 0,08
0,4 - 0,6
0,22 - 0,45
0,02 - 0,03
0,18
0,064-0,080
0,052-0,086
0,21
0,16
ÂÅÙÅÑÒÂÎ-ÝÍÅÐÃÈß www.home-studio.novouralsk.ru 75
Ïëîòíîñòü âåùåñòâà
Ïëîòíîñòü âåùåñòâà — ýòî ìàññà m,
çàêëþ÷åííàÿ â îáúåìå V.
Óäåëüíûé âåñ d - âåñ åäèíèöû îáúåìà.
ρ=
m
V
d=
P
V
Ïëîòíîñòü òâåðäûõ âåùåñòâ ïðè òåìïåðàòóðå 20°Ñ
Âåùåñòâî
Îñìèé
Ïëàòèíà
Çîëîòî
Ñâèíåö
Ñåðåáðî
Ìåäü
Íèêåëü
Áðîíçà
Æåëåçî
ã/ñì3
22,6
21,5
19,3
11,3
10,5
9
8,9
8,8
7,9
Âåùåñòâî
ã/ñì3 Âåùåñòâî ã/ñì3
Îëîâî
1,8 -2,6
7,3
Ãëèíà
Õðîì,öèíê
1,7
7,1
Ìàãíèé
Òèòàí
1,6
4,5
Ñàõàð
Äîëîìèò
1,2 - 2,1
2,8 - 2,9 Ïåñîê
Àëþìèíèé
1
2,7
Íàòðèé
Äþðàëþì. 2,6 - 2,9 Âîñê
0,95
Ãðàôèò
0,9
2,3 - 2,7 Êàó÷óê
Ôàðôîð
0,88-0,92
2,3 - 2,5 Ëåä
Àñáåñò
0,5
2,1 - 2,8 Ëèòèé
Ïëîòíîñòü æèäêèõ âåùåñòâ ïðè òåìïåðàòóðå 20°Ñ
ã/ñì3
Âåùåñòâî
1,03
Ìîëîêî ñðåäí. æèðí.
1,01 - 1,03
Ìîðñêàÿ âîäà
0,76 - 0,85
Íåôòü
13,6
Ðòóòü
1,83
Ñåðíàÿ êèñëîòà
1,19
Ñîëÿíàÿ êèñëîòà 38%
1,489
Õëîðîôîðì
1,049
Óêñóñíàÿ êèñëîòà
0,79
Ýòèëîâûé ñïèðò
Âåùåñòâî
ã/ñì3
Àçîòíàÿ êèñëîòà
1,51
Àöåòîí
0,791
Áåíçèí
0,68 - 0,72
Áðîì
3,12
Âîäà
0,99823
Ãëèöåðèí
1,26
Ìàñëî âàçåëèíîâ.
0,8
Ìàñëî ìàøèííîå
0,9
Ìåòèëîâûé ñïèðò 0,792
Ïëîòíîñòü ãàçîâ ïðè 0°Ñ è íîðìàëüíîì äàâëåíèè
Âåùåñòâî
Àçîò
Àììèàê
Àðãîí
Àöèòèëåí
êã/ì3
1,251
0,771
1,783
1,173
Âåùåñòâî
Âîäîðîä
Âîçäóõ
Ãåëèé
Êèñëîðîä
êã/ì3
0,08988
1,293
0,1785
1,429
Âåùåñòâî
Êðèïòîí
Íåîí
Îçîí
Õëîð
êã/ì3
3,74
0,9
2,139
3,22
76 www.home-studio.novouralsk.ru
ÂÅÙÅÑÒÂÎ-ÝÍÅÐÃÈß
Ðàáîòà, ìîùíîñòü, ýíåðãèÿ
F
A
α
S
Ðàáîòà ñèëû — ýòî ìåðà ïåðåäà÷è äâèæåíèÿ îò îäíîãî òåëà
ê äðóãîìó, ðàâíàÿ ïðîèçâåäåíèþ ñèëû íà ïåðåìåùåíèå:
H H
A = F ⋅ s = Fs cos α
Ðàáîòà âðàùàòåëüíîãî äâèæåíèÿ ïðè
ïîâîðîòå íà óãîë α ñ ìîìåíòîì ñèëû Ì:
Aâ = M α
Ìîùíîñòüþ N íàçûâàåòñÿ âåëè÷èíà,
ðàâíàÿ ðàáîòå À, ñîâåðøàåìîé â åäèíèöó
âðåìåíè t:
H H A
N = F ⋅v =
t
Ìîùíîñòü âðàùàþùåãîñÿ òåëà ñ óãëîâîé
ñêîðîñòüþ ω:
N â = M ⋅ω
Êèíåòè÷åñêàÿ ýíåðãèÿ — ýíåðãèÿ äâèæåíèÿ òåëà, ðàâíàÿ ðàáîòå, êîòîðóþ äîëæíû
ñîâåðøèòü ñèëû ïðè òîðìîæåíèè òåëà.
Ïðè ìàëûõ ñêîðîñòÿõ ν:
Ek =
1
m0 v 2
2
(
)
Ïðè áîëüøèõ ñêîðîñòÿõ,
áëèçêèõ ê ñêîðîñòè ñâåòà ñ: E k = m0 c 2 1 / 1 − v 2 / c 2 − 1
( m0 - ìàññà ïîêîÿ òåëà )
1
Êèíåòè÷åñêàÿ ýíåðãèÿ âðàùàþùåãîñÿ òåëà:
E k = Iω 2
(I - ìîìåíò èíåðöèè, ω — óãëîâàÿ ñêîðîñòü)
2
Ïîòåíöèàëüíàÿ ýíåðãèÿ òåëà â ïîëå òÿãîòåíèÿ Çåìëè:
(R — ðàññòîÿíèå îò òåëà äî öåíòðà ÇåìM ⋅m
ëè, Ì — ìàññà Çåìëè, m — ìàññà òåëà, ÅÏ = − G
R
G —ãðàâèòàöèîííàÿ ïîñòîÿííàÿ)
Ïîòåíöèàëüíàÿ ýíåðãèÿ òåëà íà âûñîòå h:
ÅÏ = mgh
Çàêîí ñîõðàíåíèÿ ìåõàíè÷åñêîé ýíåðãèè
 èíåðöèàëüíîé ñèñòåìå îòñ÷åòà ìåõàíè÷åñêàÿ ýíåðãèÿ
çàìêíóòîé ñèñòåìû, â êîòîðîé íåò äèññèïàòèâíûõ ñèë, îñòàåòñÿ
ïîñòîÿííîé.
ÂÅÙÅÑÒÂÎ-ÝÍÅÐÃÈß www.home-studio.novouralsk.ru 77
Ñòàòèêà
Öåíòð òÿæåñòè òâåðäîãî òåëà èëè ñèñòåìû òåë ýòî òî÷êà
ïðèëîæåíèÿ ðàâíîäåéñòâóþùåé âñåõ ñèë òÿæåñòè,
äåéñòâóþùèõ íà îòäåëüíûå òî÷êè òåëà èëè ñèñòåìû òåë.
H 1
H
rc = ∑ mi ri
m
Ñóììà ìîìåíòîâ ñèë òÿæåñòè âñåõ ÷àñòèö òåëà îòíîñèòåëüíî
öåíòðà òÿæåñòè òåëà ðàâíà íóëþ.
Óñëîâèå ðàâíîâåñèÿ òåëà íà íàêëîííîé
ïëîñêîñòè:
Óñëîâèå ðàâíîâåñèÿ: Fòð = F
Fòð
F
α
Fí
α
F Òð = F
F Òð = P ⋅ sin α
tg α ≤ f Ï
fï —êîýôôèöèåíò
òðåíèÿ ïîêîÿ.
P=mg
Ðû÷àã
b
a
Fa •a = Fb •b
Fb
Ðû÷àã íàõîäèòñÿ â ðàâíîâåñèè,
åñëè ñóììà ìîìåíòîâ äåéñòâóþùèõ íà íåãî ñèë ðàâíà íóëþ.
Fa
Ïîëîæåíèå öåíòðà òÿæåñòè
Òåëî
 öåíòðå
Øàð
Ïîëóøàðèå Íà îñè ñèììåòðèè, ñìåùåí îò îñíîâàíèÿ
íà 3/8 R
Íà îñè ñèììåòðèè, ñìåùåí îò îñíîâàíèÿ íà 1/4
Êîíóñ
Í (âûñîòû)
Öèëèíäð
Íà ñåðåäèíå îñè öèëèíäðà.
78 www.home-studio.novouralsk.ru
ÂÅÙÅÑÒÂÎ-ÝÍÅÐÃÈß
Óïðóãîñòü òåë
Çàêîí Ãóêà: íàïðÿæåíèå σ ïðîïîðöèîíàëüíî äåôîðìàöèè ε.
Ïðè óïðóãîé äåôîðìàöèè â òåëå âîçíèêàþò ñèëû σ = E ε
óïðóãîñòè, êîòîðûå ïðåïÿòñòâóþò èçìåíåíèþ åãî
ôîðìû. Îòíîøåíèå ñèëû óïðóãîñòè F ê ïëîùàäè (σ = F )
S, íà êîòîðîé ðàñïðåäåëåíà ñèëà, íàçûâàþò
S
íàïðÿæåíèåì σ, ε — îòíîñèòåëüíàÿ ïðîäîëüíàÿ
∆l
äåôîðìàöèÿ. Å — ìîäóëü Þíãà (íàïðÿæåíèå, (ε =
)
l
óâåëè÷èâàþùåå äëèíó l îáðàçöà â äâà ðàçà).
Ìàòåðèàë
Å (ÃÏà)
Ñòàëü ëåãèðîâàííàÿ 206
150
×óãóí êîâêèé
Ìåäü êàòàííàÿ
108
Ñòåêëî
49 - 78
Å (ÃÏà)
Ìàòåðèàë
5,25
Ïëåêñèãëàñ
Öåëëóëîèä
1,8
0,008
Êàó÷óê
Ðåçèíà âóëêàíèçèð. 0,001-0,005
Ñæèìàåìîñòü âåùåñòâà β — ýòî îòíîñèòåëüíîå èçìåíåíèå îáúåìà òåëà ïðè èçìå- ∆V = −V β ∆P
íåíèè äàâëåíèÿ íà íåãî ∆P íà åäèíèöó.
Æèäêîñòè è ãàçû â ïîëå òÿæåñòè
Äàâëåíèå Ð ñòîëáà æèäêîñòè èëè ãàçà â îäíîðîäíîì ïîëå òÿæåñòè ïðîïîðöèîíàëüíî ρ —
ïëîòíîñòè è h — âûñîòå ñòîëáà æèäêîñòè):
 ñîîáùàþùèõñÿ ñîñóäàõ, íåçàâèñèìî îò èõ
ôîðìû, îòíîøåíèå âûñîò ñòîëáîâ æèäêîñòåé
h îáðàòíî ïðîïîðöèîíàëüíî îòíîøåíèþ ïëîòíîñòåé æèäêîñòåé ρ.
P=ρ g h
h1
h2
=
ρ2
ρ1
Çàêîí Àðõèìåäà
Òåëî, ïîãðóæåííîå â æèäêîñòü èëè ãàç, èñïûòûâàåò
äåéñòâèå âûòàëêèâàþùåé ñèëû, ðàâíîå âåñó âûòåñíåííîé
èì æèäêîñòè èëè ãàçà.
ÂÅÙÅÑÒÂÎ-ÝÍÅÐÃÈß www.home-studio.novouralsk.ru 79
Äâèæåíèå æèäêîñòåé è ãàçîâ
Óðàâíåíèå Áåðíóëëè äëÿ èäåàëüíîé æèäêîñòè
Ïðè ñòàöèîíàðíîì äâèæåíèè èäåàëüíîé æèäêîñòè â ëþáîì
ñå÷åíèè âûïîëíÿåòñÿ óñëîâèå (P — äàâëåíèå, ρ — ïëîòíîñòü,
h — âûñîòà, ν — ñêîðîñòü â äàííîì ñå÷åíèè).
1
P + ρ gh + ρ v 2 = const
2
Ôîðìóëà Ñòîêñà äëÿ äâèæåíèÿ øàðà â âÿçêîé ñðåäå
Ñîïðîòèâëåíèå ñðåäû F ïðîïîðöèîíàëüíî ðàäèóñó øàðà R è
åãî ñêîðîñòè ν (η - âÿçêîñòü æèäêîñòè).
F = 6πη Rv
Òåïëîòà
Êîëè÷åñòâî òåïëîòû ∆Q, ïîëó÷åííîå òåëîì ìàññû m ïðè
óâåëè÷åíèè åãî òåìïåðàòóðû íà ∆t (ñ — óäåëüíàÿ òåïëîåìêîñòü):
∆Q = cm∆t
Ïåðâûé çàêîí òåðìîäèíàìèêè
Cóììà êîëè÷åñòâà òåïëîòû, ïîëó÷àåìîãî ñècòåìîé ïðè
íàãðåâàíèè è ðàáîòà, êîòîðàÿ ñîâåðøàåòñÿ íàä íåé âíåøíèìè
ñèëàìè, ðàâíà èçìåíåíèþ âíóòðåííåé ýíåðãèè.
∆Q + ∆A = ∆U
Âòîðîé çàêîí òåðìîäèíàìèêè
Òåïëîòà íå ìîæåò ñàìîïðîèçâîëüíî ïåðåéòè îò áîëåå õîëîäíîãî òåëà ê áîëåå ãîðÿ÷åìó áåç êàêèõ-ëèáî äðóãèõ èçìåíåíèé
â ñèñòåìå.
Òðåòèé çàêîí òåðìîäèíàìèêè
Òåïëîåìêîñòü ëþáîãî òåëà ïðè ïðèáëèæåíèè ê àáñîëþòíîìó
íóëþ ñòðåìèòñÿ ê íóëþ.
Ôàçîâûå ïðåâðàùåíèÿ
Òåïëîòà ôàçîâîãî ïåðåõîäà ïðè ïëàâëåíèè:
(λ — óäåëüíàÿ òåïëîòà ïëàâëåíèÿ, m — ìàññà)
Qïë = λ m
Òåïëîòà ôàçîâîãî ïåðåõîäà ïðè ïàðîîáðàçîâàíèè (r — óäåëüíàÿ òåïëîòà ïàðîîáðàçîâàíèÿ):
QÏ = rm
80 www.home-studio.novouralsk.ru
ÂÅÙÅÑÒÂÎ-ÝÍÅÐÃÈß
Òåïëîâîå äâèæåíèå ìîëåêóë
Òåïëîâîå ðàñøèðåíèå æèäêèõ è òâåðäûõ òåë
Äëèíà òåëà ïðè òåìïåðàòóðå t°C:
lt = l0 (1 + α t )
α — êîýôôèöèåíò ëèíåéíîãî
(α
ðàñøèðåíèÿ)
Îáúåì òåëà ïðè òåìïåðàòóðå t°C:
Vt = V0 (1 + β t )
β — êîýôôèöèåíò îáúåìíîãî
(β
ðàñøèðåíèÿ)
ρ0
Ïëîòíîñòü òåëà ïðè òåìïåðàòóðå t°C:
ρ t=
1+ β t
l0, ν0, ρ0 - ïàðàìåòðû òåëà ïðè 00 Ñ
Òåïëîïðîâîäíîñòü — ýòî ïðîöåññ ïåðåäà÷è òåïëîòû âñëåäñòâèå òåïëîâîãî äâèæåíèÿ ìîëåêóë.
Êîëè÷åñòâî òåïëîòû Q, ïðîõîäÿùåå çà âðåìÿ
∆T
t ÷åðåç ñëîé âåùåñòâà òîëùèíîé ∆l, ïëîùà- Q = λ
St
∆l
äüþ S: (λ — êîýôôèöèåíò òåïëîïðîâîäíîñòè,
∆T/∆l — ãðàäèåíò òåìïåðàòóðû)
Äèôôóçèÿ — ýòî ïðîöåññ âûðàâíèâàíèÿ ïëîòíîñòåé, îáóñëîâëåííûé ïåðåíîñîì âåùåñòâà ïîñðåäñòâîì ìîëåêóëÿðíîãî
äâèæåíèÿ.
∆ρ
Ìàññà âåùåñòâà Ì, ïåðåíîñèìàÿ ÷åðåç ñëîé
M =D
St
âåùåñòâà òîëùèíîé ∆l, ïëîùàäüþ S çà âðåìÿ t:
∆l
(∆ρ/∆l - ãðàäèåíòíò ïëîòíîñòè, D — êîýôôèöèåíò äèôôóçèè)
Âíóòðåííåå òðåíèå (âÿçêîçòü) — ýòî ïåðåíîñ èìïóëüñà
óïîðÿäî÷åííîãî äâèæåíèÿ ìîëåêóëàìè, ïåðåõîäÿùèìè ïðè
îòíîñèòåëüíîì äâèæåíèè ñëîåâ æèäêîñòè èç îäíîãî ñëîÿ â äðóãîé.
Ñèëà âíóòðåííåãî òðåíèÿ íà ïëîùàäè S:
∆v
∆l — ðàññòîÿíèå ìåæäó ñëîÿìè, ∆ν
∆l — ãðàäèåíò FÒ = η
∆ν/∆
(∆
S
∆l
ñêîðîñòè â íàïðàâëåíèè, ïåðïåíäèêóëÿðíîì
îòíîñèòåëüíîé ñêîðîñòè ñëåâ, η — êîýôôèöèåíò âÿçêîñòè)
Ïîâåðõíîñòíîå íàòÿæåíèå æèäêîñòåé
Íà ìîëåêóëû æèäêîñòè, íàõîäÿùèåñÿ íà ïîâåðõíîñòè , ñî ñòîðîíû äðóãèõ ìîëåêóë äåéñòâóþò ñèëû, íàïðàâëåííûå âíóòðü
æèäêîñòè.
F =α l
Ñèëà ïîâåðõíîñòíîãî íàòÿæåíèÿ F:
(l — äëèíà êðàÿ èëè ïåðèìåòð ïîâåðõíîñòíîãî ñëîÿ æèäêîñòè,
α — êîýôôèöèåíò ïîâåðõíîñòíîãî íàòÿæåíèÿ)
ÂÅÙÅÑÒÂÎ-ÝÍÅÐÃÈß www.home-studio.novouralsk.ru 81
Ãàçîâûå çàêîíû
Óðàâíåíèå ñîñòîÿíèÿ èäåàëüíîãî ãàçà
Êëàïåéðîíà-Ìåíäåëååâà
(ð,V — äàâëåíèå è îáúåì ãàçà ìàññû m,
m
µ — ìîëÿðíàÿ ìàññà, R — óíèâåðñàëüíàÿ
pV = RT
µ
ãàçîâàÿ ïîñòîÿííàÿ)
Çàêîí èçîáàðû Ãåé-Ëþññàêà
2
1 

Vt = V0 1 +
t
 273 
8J
8
6
J
t= 0 °C
P = const, m = const
Çàêîí èçîõîðû Øàðëÿ
P
1 

Pt = P0 1 +
t
 273 
Pt
P0
T
t
t=0°C
V = const, m = const
Çàêîí èçîòåðìû Áîéëÿ-Ìàðèîòòà
P
P1V1 = P2V2
V1
T = const, m = const
V2
V
P1
P2
82 www.home-studio.novouralsk.ru
ÂÅÙÅÑÒÂÎ-ÝÍÅÐÃÈß
Óäåëüíàÿ òåïëî¸ìêîñòü Ñp, òåïëîòà ïëàâëåíèÿ λ è ïàðîîáðàçîâàíèÿ r, òåìïåðàòóðà ïëàâëåíèÿ tïë è êèïåíèÿ têèï
Ñp ïðè 20°Ñ
λ
r
t ,°Ñ
t °Ñ
êÄæ/(êã•Ê) ïë
êÄæ/êã
êÄæ/êã êèï
9220
2300
322-394
0,88
658,3
Àëþìèíèé
524
56,2
96
2,18
-94,3
Àöåòîí
396
80,2
127
1,705
5,5
Áåíçîë
855
1560
50
0,13
271
Âèñìóò
825
290
176
2,4
Ãëèöåðèí
2700
478
0,31
958
Ãåðìàíèé
6300
293
3050
0,45
1530
Æåëåçî
2800
1575
66,6
0,13
1064,4
Çîëîòî
2080
760
60,8
0,763
64
Êàëèé
0,38
900
Ëàòóíü
2260
100
334
4,19
0
Ëåä (âîäà)
20500
1317
628
4,4
186
Ëèòèé
5450
1103
373
1,3
651
Ìàãíèé
5410
2360
214
0,39
1083
Ìåäü
4220
113
883
1,3
98
Íàòðèé
218
316
151
1,3
80,3
Íàôòàëèí
7210
3000
243-306
0,46
1452
Íèêåëü
3020
2270
59
0,23
231,9
Îëîâî
285
356,7
11,73
0,138
-38,9
Ðòóòü
880
1750
22,5
0,13
327,3
Ñâèíåö
2350
2184
88
0,235
961,9
Ñåðåáðî
846
78,3
105
2,43
-114
Ñïèðò ýò.
205
0,46
1350
Ñòàëü
96-138
0,5
1150
×óãóí
Óäåëüíàÿ òåïëîòà ñãîðàíèÿ òîïëèâà (ñ ó÷åòîì ïîòåðè íà
èñïàðåíèå âîäû)
Âåùåñòâî
Òîïëèâî
ÌÄæ/êã Òîïëèâî
Àíòðàöèò 19-27
Áóð. óãîëü 10-17
Äðîâà
10
Òîðô
8,4-11
ÌÄæ/êã
Áåíçèí À-92 44,1
Êåðîñèí
43
Ìàçóò
39-41
Ñïèðò ýòèë. 27,2
Òîïëèâî
Àöèòèëåí
Âîäîðîä
Êîêñ. ãàç
Ïðèð.ãàç
ÌÄæ/êã
48,2
120
16-19
36
ÂÅÙÅÑÒÂÎ-ÝÍÅÐÃÈß www.home-studio.novouralsk.ru 83
Òåìïåðàòóðà ïëàâëåíèÿ íåêîòîðûõ
âåùåñòâ
Âîëüôðàì
3410
Æ åëåçî
1530
Àëþìèíèé
658,3
231,9
Îëîâî
Íàòðèé
97,8
Íèòðîáåíçîë
5,7
Ðòóòü
-38,9
Ýòàíîë
-112
-1000
0
1000
2000
3000
4000
Òïë, °Ñ
Òåìïåðàòóðû ïëàâëåíèÿ è êèïåíèÿ
íåêîòîðûõ ãàçîâ
-268,2
-272,2
-192
-213
Òêèï, °Ñ
Òïë, °Ñ
-252,7
-259,4
-33,35
-77,7
-195,8
-210
-300
-200
-100
5
Ãåëèé
4
Âîçäóõ
3
Âîäîðîä
2
Àììèàê
1
Àçîò
0
84 www.home-studio.novouralsk.ru
ÂÅÙÅÑÒÂÎ-ÝÍÅÐÃÈß
Êîýôôèöèåíòû òåïëîïðîâîäíîñòè ìàòåðèàëîâ ïðè Ðàòì
Âåùåñòâî °C λ, Âò/(ì•Ê)
Ãàçû
0,0239
Êèñëîðîä
0
Àçîò
-3
0,0237
Âîçäóõ
4
0,0226
Æèäêîñòè
Ðòóòü
0
7,82
Âîäà
20
0,599
0,158
Áåíçîë
22,5
Âåùåñòâî °C λ, Âò/(ì•Ê)
Ìèíåðàëû è ìàòåðèàëû
0,4-1
Ñòåêëî
18
0,16-0,25
Äðåâåñèíà 18
0,12
Àñáåñò
18
Ìåòàëëû
429
Ñåðåáðî
0
403
Ìåäü
0
86,5
Æåëåçî
0
Ìåõàíè÷åñêèå êîëåáàíèÿ è âîëíû
Ãàðìîíè÷åñêîå êîëåáàíèå — òàêîå ïåðèîäè÷åñêîå èçìåíåíèå âåëè÷èíû, êîòîðîå îïèñûâàåòñÿ ñèíóñîèäàëüíûì
çàêîíîì:
u = A sin (ωt + ϕ )
Àìïëèòóäà A — ýòî íàèáîëüøåå ïî ìîäóëþ çíà÷åíèå èçìåíÿþùåéñÿ âåëè÷èíû, ω — êðóãîâàÿ ÷àñòîòà, φ — íà÷àëüíàÿ ôàçà,
ω t+φ — ôàçà êîëåáàíèÿ.
Ñâÿçü êðóãîâîé ÷àñòîòû ω è ïåðèîäà Ò êîëåáàíèé ñ ÷àñòîòîé
ïåðèîäè÷åñêèõ êîëåáàíèé ν îïèñûâàåòñÿ âûðàæåíèåì:
ω=
2π
= 2πν
Ò
Çàòóõàþùèå êîëåáàíèÿ îáóñëîâëåíû îäíîâðåìåííûì
äåéñòâèåì êâàçèóïðóãîé ñèëû è ñèëû òðåíèÿ (δ — êîýôôèöèåíò çàòóõàíèÿ).
u = Ae −δ t sin (ω t + ϕ )
Ïëîñêèå ãàðìîíè÷åñêèå âîëíû
— ïðîöåññ ðàñïðîñòðàíåíèÿ ñèíóñîèäàëüíûõ âîçìóùåíèé â
ñðåäå ïî çàêîíó: (À — àìïëèòóäà, ω — êðóãîâàÿ ÷àñòîòà, λ —
äëèíà âîëíû, r — ðàññòîÿíèå äî èñòî÷íèêà âîëíû).

2π
u = A sin ωt −
λ


r 

ÂÅÙÅÑÒÂÎ-ÝÍÅÐÃÈß www.home-studio.novouralsk.ru 85
Ìàÿòíèêè
Ïåðèîä êîëåáàíèé ìàòåìàòè÷åñêîãî ìàÿòíèêà:
(l — äëèíà ìàÿòíèêà, g — óñêîðåíèå
ñâîáîäíîãî ïàäåíèÿ)
Ïåðèîä êîëåáàíèÿ ãðóçà íà
ïðóæèíå:
(m — ìàññà ãðóçà, k — æåñòêîñòü
ïðóæèíû)
Ïåðèîä êîëåáàíèé êðóòèëüíîãî ìàÿòíèêà:
(I — ìîìåíò èíåðöèè òåëà, D —
êðóòèëüíàÿ æåñòêîñòü)
Ïåðèîä êîëåáàíèé ôèçè÷åñêîãî ìàÿòíèêà:
(I — ìîìåíò èíåðöèè òåëà, à — ðàññòîÿíèå îò öåíòðà òÿæåñòè òåëà äî îñè êîëåáàíèé, m — ìàññà òåëà)
T = 2π
l
g
T = 2π
m
k
T = 2π
I
D
T = 2π
I
mga
Çâóê
Çâóê — ýòî óïðóãèå âîëíû â ãàçàõ, æèäêîñòÿõ è òâåðäûõ
òåëàõ, âîñïðèíèìàåìûå îðãàíàìè ñëóõà.
Àìïëèòóäà çâóêîâîãî äàâëåíèÿ ∆P ñâÿçàíà ñ àìïëèòóäîé
êîëåáàòåëüíîé ñêîðîñòè u ñîîòíîøåíèåì:
∆P = ρ v u
(ρ — ïëîòíîñòü ñðåäû, ν — ñêîðîñòü âîëíû)
Øêàëà çâóêîâûõ âîëí
×àñòîòà (Ãö)
0,5 — 20
2•10+4 - 10+10
20-2•10+4
Èñòî÷íèêè (ïðèìåðû)
Êîëåáàíèÿ
âîäû â âîäîåÈíôðàçâóê
ìàõ, áèåíèå ñåðäöà.
Ñëûøèìûå çâóêè Ãîëîñà, ìóçûêàëüíûå èíñòðóìåíòû, ñâèñòêè è ò.ä.
Ïüåçîýëåêòðè÷åñêèå, ìàãíèÓëüòðàçâóê
òîñòðèêöèîííûå èçëó÷àòåëè, ëåòó÷èå ìûøè, ñâåð÷êè
Íàèìåíîâàíèå
86 www.home-studio.novouralsk.ru
ÂÅÙÅÑÒÂÎ-ÝÍÅÐÃÈß
Ýëåêòðè÷åñêèé çàðÿä
Ñèëîâûå ëèíèè ïîëÿ òî÷å÷íîãî
ýëåêòðè÷åñêîãî çàðÿäà
Íàïðÿæåííîñòü ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ òî÷å÷íîãî çàðÿäà
íà ðàññòîÿíèè r:
ET =
Çàêîí Êóëîíà äëÿ ñèëû
F âçàèìîäåéñòâèÿ äâóõ
çàðÿäîâ:
Ñèëîâûå ëèíèè ïîëÿ ðàçíîèìåííûõ òî÷å÷íûõ çàðÿäîâ
F =
.-+
.+-
Q
4π ε ε 0 r 2
Q1Q2
4π ε ε 0 r 2
Q1 è Q2 — çàðÿäû, íàõîäÿùèåñÿ íà ðàññòîÿíèè r,
ε — îòíîñèòåëüíàÿ äèýëåêòðè÷åñêàÿ ïðîíèöàåìîñòü, ε0 —
ýëåêòðè÷åñêàÿ ïîñòîÿííàÿ.
Íàïðÿæåííîñòü ýëåêòðè÷åñêîãî
ïîëÿ ðàâíîìåðíî çàðÿæåííîãî
øàðà (r — ðàññòîÿíèå îò öåíòðà
øàðà):
ÅØ =
Q
4π εε 0r 2
Íàïðÿæåííîñòü ýëåêòðè÷åñêîãî
ïîëÿ çàðÿæåííîãî äëèííîãî
öèëèíäðà íà ðàññòîÿíèè r îò îñè
öèëèíäðà ( τ — ëèíåéíàÿ
ïëîòíîñòü çàðÿäà):
ÅÖ =
τ
2π ε ε 0 r
Ðàáîòà â ýëåêòðîñòàòè÷åñêîì
ïîëå c ðàçíîñòüþ ïîòåíöèàëîâ U
ïðè ïåðåìåùåíèè çàðÿäà Q:
A = QU
ÂÅÙÅÑÒÂÎ-ÝÍÅÐÃÈß www.home-studio.novouralsk.ru 87
Êîíäåíñàòîðû
Ýëåêòðîåìêîñòü êîíäåíñàòîðîâ
Åìêîñòü êîíäåíñàòîðà — îòíîøåíèå çàðÿäà íà
îäíîé èç îáêëàäîê ê ðàçíîñòè ïîòåíöèàëîâ ìåæäó íèìè:
Åìêîñòü ïëîñêîãî êîíäåíñàòîðà ñ ïëîùàäüþ
îáêëàäîê S è ðàññòîÿíèåì ìåæäó íèìè d:
Åìêîñòü öèëèíäðè÷åñêîãî êîíäåíñàòîðà
è êîàêñèàëüíîãî êàáåëÿ (l — äëèíà
êîíäåíñàòîðà, b è à — ðàäèóñû âíåøíåãî
è âíóòðåííåãî öèëèíäðîâ):
C=
C=
C=
Q
U
εε 0S
d
2π ε ε 0l
ln (b / a )
Ñîåäèíåíèå êîíäåíñàòîðîâ
Åìêîñòü n ïàðàëëåëüíî ñîåäèíåííûõ êîíäåíñàòîðîâ:
CÏÀÐ = C1 + C2 +...+ Cn
Åìêîñòü n ïîñëåäîâàòåëüíî ñîåäèíåííûõ êîíäåíñàòîðîâ
îïðåäåëÿåòñÿ èç âûðàæåíèÿ:
1
CÏÎÑ
=
1 1
1
+ + ...+
C1 C2
Cn
Ýëåêòðîèçîëèðóþùèå ìàòåðèàëû
Ìàòåðèàë
Âîñê ï÷åëèíûé
Êàíèôîëü
Ìðàìîð
Ïàðàôèí
Ïîëèñòèðîë
Ðåçèíà
ε
2,8-2,9
ρ, Îì•ñì Ìàòåðèàë
2•10+10 2•10+15
3,5
5•10+16
8-10
1•10+10
2,2-2,3 3•10+18
2,2-2,8 5•10+15 —
— 5•10+17
2,6-3
4•10+13
ε
ρ, Îì•ñì
Ñëþäà
4-5,5
Còåêëî
4-10
Ôàðôîð
Øåëëàê
Øèôåð
ßíòàðü
6,5
3,5
6-7
2,7-2,9
1•10+13 —
— 1•10+14
1•10+11 1•10+14
3•10+14
1•10+16
1•10+8
1•10+18
ρ — óäåëüíîå ñîïðîòèâëåíèå, ε — äèýëåêòðè÷åñêàÿ
ïðîíèöàåìîñòü.
88 www.home-studio.novouralsk.ru
ÂÅÙÅÑÒÂÎ-ÝÍÅÐÃÈß
Ýëåêòðè÷åñêèé òîê
Ïîñòîÿííûé òîê
Ðàáîòà À òîêà ñèëû I ñ íàïðÿæåíèåì íà
ó÷àñòêå öåïè U çà âðåìÿ t:
Ðàáîòà òîêà, ñâÿçàííàÿ ñ èçìåíåíèåì
âíóòðåííåé ýíåðãèè ïðîâîäíèêà (âûäåëåíèåì òåïëà) ïðè îòñóòñòâèè ý.ä.ñ.:
A = IUt
A=
Ðàáîòà òîêà, ñâÿçàííàÿ ñ èçìåíåíèåì
âíóòðåííåé ýíåðãèè ïðîâîäíèêà (íåçàâèñèìî îò íàëè÷èÿ èëè îòñóòñòâèÿ ý.ä.ñ.):
U2
t
r
A = I 2 rt
Ïåðåìåííûé òîê
U
I,U
Äëÿ ïåðåìåííîãî ñèíóñîèäàëüíîãî
òîêà äåéñòâóþùèå çíà÷åíèÿ ñèëû
òîêà I è íàïðÿæåíèÿ U:
I
t
I=
Ìîùíîñòü, âûäåëÿåìàÿ â öåïè òîêîì ñ
ðàçíîñòüþ ôàç ϕ ìåæäó òîêîì I è
íàïðÿæåíèåì U:
Èíäóêòèâíîå ñîïðîòèâëåíèå â öåïè ïåðåìåííîãî òîêà c ÷àñòîòîé f è èíäóêòèâíîñòüþ L:
Åìêîñòíîå ñîïðîòèâëåíèå â öåïè ïåðåìåííîãî òîêà ñ ÷àñòîòîé f è åìêîñòüþ Ñ:
Ñîïðîòèâëåíèå êîíòóðà, ñîñòîÿùåãî èç ïîñëåäîâàòåëüíî ñîåäèíåííûõ àêòèâíîãî ñîïðîòèâëåíèÿ
r, èíäóêòèâíîñòè L, åìêîñòè Ñ:
I0
U
U= 0
2
2
P = UI cos ϕ
rL = 2π f L
rC =
1
2π f C
Z = r 2 + (rL − rC )
Ôîðìóëà Òîìïñîíà äëÿ ïåðèîäà T
ñâîáîäíûõ êîëåáàíèé çàìêíóòîãî
êîíòóðà, ñîñòîÿùåãî èç èíäóêòèâíîñòè L
è åìêîñòè Ñ:
2
T = 2π LC
ÂÅÙÅÑÒÂÎ-ÝÍÅÐÃÈß www.home-studio.novouralsk.ru 89
Ýëåêòðè÷åñêèé òîê
Çàêîí Îìà — ñîîòíîøåíèå ìåæäó ñèëîé
òîêà I, íàïðÿæåíèåì U íà êîíöàõ öåïè è
ñîïðîòèâëåíèåì r:
Cîïðîòèâëåíèå ïðîâîäíèêà äëèíû l, c ïîïåðå÷íûì ñå÷åíèåì S, óäåëüíûì ñîïðîòèâëåíèåì ρ:
I=
U
r
r=ρ
l
S
Óäåëüíîå ñîïðîòèâëåíèå ïðîâîäíèêîâ (ρ, ìêÎì•ì)
ρ
ρ
Âåùåñòâî
Âåùåñòâî
Âåùåñòâî
Àëþìèíèé 0,028
Âîëüôðàì 0,055
Æåëåçî
0,1
Çîëîòî
0,024
Ìåäü
Îëîâî
Ðòóòü
Ñâèíåö
0,017
0,12
0,98
0,22
Ñåðåáðî
Ñòàëü
Öèíê
×óãóí
ρ
0,016
0,1 — 0,14
0,059
0,5 — 0,8
Ñîåäèíåíèå ñîïðîòèâëåíèé
Cîïðîòèâëåíèå ïîñëåäîâàòåëüíî
ñîåäèíåííûõ n ñîïðîòèâëåíèé:
Ïðè ïàðàëëåëüíîì ñîåäèíåíèè n
ñîïðîòèâëåíèé ñîïðîòèâëåíèå
öåïè îïðåäåëÿåòñÿ èç ñîîòíîøåíèÿ:
rÏÎÑ = r1 + r2 + ... + rn
1
rÏÀÐ
=
1 1
1
+ + ... +
r1 r2
rn
Ýëåêòðîëèòû è çàðÿä àêêóìóëÿòîðà
Ïðè íàïðÿæåíèè U íà êëåììàõ èñòî÷íèêà, ý.ä.ñ. ε è ñîïðîòèâëåíèè àêêóìóëÿòîðà r, çàðÿäíûé òîê:
Ïåðâûé çàêîí Ôàðàäåÿ îïðåäåëÿåò
ìàññó âåùåñòâà, âûäåëèâøåãîñÿ íà ýëåêòðîäå ïðè ýëåêòðîëèçå (Q — êîëè÷åñòâî
ýëåêòðè÷åñòâà, ïðîøåäøåå ÷åðåç ýëåêòðîëèò, k — ýëåêòðîõèìè÷åñêèé ýêâèâàëåíò)
Âòîðîé çàêîí Ôàðàäåÿ îïðåäåëÿåò
ýëåêòðîõèìè÷åñêèé ýêâèâàëåíò (F — ïîñòîÿííàÿ Ôàðàäåÿ, µ — ìîëÿðíàÿ ìàññà,
n — âàëåíòíîñòü)
IÇ =
U −å
r
m = kQ
k=
1 µ
⋅
F n
90 www.home-studio.novouralsk.ru
ÂÅÙÅÑÒÂÎ-ÝÍÅÐÃÈß
Øêàëà ýëåêòðîìàãíèòíûõ âîëí
Íàèìåíîâàíèå
Íèçêî÷àñòîòíûå
ýëåêòðè÷åñêèå
êîëåáàíèÿ
Ðàäèîâîëíû:
ìèðèàìåòðîâûå
êèëîìåòðîâûå
(íèçêèå ÷àñòîòû)
ãåêòîìåòðîâûå
(ñðåäíèå ÷àñòîòû)
äåêàìåòðîâûå
(âûñîêèå ÷àñòîòû)
ìåòðîâûå
Äëèíà ×àñòîòà
Ãåíåðàòîðû òîêà,
çâóêîâûå ãåíåðàòîðû
100 êì - 3 êÃö - Ãåíåðàòîðû ýëåê1 ìì
3 ÒÃö òðè÷åñêèõ êîëå100-10 êì 3-30 êÃö áàíèé.
Èñïîëüçóþòñÿ â
10-1 êì 30-300 êÃö òåëåãðàôèè,
ðàäèîâåùàíèè,
1 êì-100 ì 300 êÃö- ðàäèîëîêàöèè,
-3 ÌÃö òåëåâèäåíèè.
100-10 ì 3-30 ÌÃö
>100 êì
10-1 ì
0-3 êÃö
Äëÿ
èññëåäîâàíèÿ
ñâîéñòâ
âåùåñòâ.
 ðàäèîëîêàöèè,
ðàäèîñïåêòðîñêî30-300 ÃÃö ïèè,
ðàäèîàñòðîíîìèè.
300 ÃÃö-3 ÒÃö
150 ÃÃö- Èíôðàêðàñíàÿ
-400 ÒÃö ñïåêòðîñêîïèÿ.
400 ÒÃö- Ïðè èçìåíåíèè
800 ÒÃö ñîñòîÿíèé ýëåêò800 ÒÃö- ðîíîâ íà âíåø-100 ÏÃö íèõ îáîëî÷êàõ,
30 ÏÃö- íà âíóòðåí. îáî-300 ÝÃö ëî÷êàõ àòîìîâ.
>300 ÝÃö Ïðè âîçáóæäåíèè ÿäåð.
ñàíòèìåòðîâûå
30 ÌÃö 300 ÌÃö
1 ì-10 ñì 300 ÌÃö-3 ÃÃö
10-1 ñì 3-30 ÃÃö
ìèëëèìåòðîâûå
1 ñì-1 ìì
äåöèìåòðîâûå
äåöèìèëëèìåòðîâûå 1-0,1 ìì
Èíôðàêðàñíîå
èçëó÷åíèå
Âèäèìîå èçëó÷åíèå
(ñâåò)
Óëüòðàôèîëåòîâîå
èçëó÷åíèå
Ðåíòãåíîâñêîå
èçëó÷åíèå
Ãàììà-èçëó÷åíèå
Èñòî÷íèêè
2 ìì 760 íì
760íì 380 íì
380-3 íì
10 íì 1 ïì
<10 ïì
ÂÅÙÅÑÒÂÎ-ÝÍÅÐÃÈß www.home-studio.novouralsk.ru 91
Îïòèêà
Èñïóñêàåìûé òî÷å÷íûì èñòî÷íèêîì
ñâåòîâîé ïîòîê Ô(ãäå I — ñèëà ñâåòà)
Ô = "F I
Îñâåùåííîñòü — îòíîøåíèå ñâåòîâîãî ïîòîêà Ô, ïàäàþùåãî íà ïîâåðõíîñòü, ê ïëîùàäè ýòîé ïîâåðõíîñòè S
=
θ0
>
θ1
Ô
S
Ïðè ïàäåíèè ëó÷à íà ãðàíèöó
ðàçäåëà äâóõ ñðåä óãîë ïàäåíèÿ ðàâåí óãëó îòðàæåíèÿ, à óãîë ïðåëîìëåíèÿ
θ1ñâÿçàí ñ óãëîì ïàäåíèÿ
θ0 ñîîòíîøåíèåì:
?
θ0
E=
n=
@
sinθ 0
sinθ 1
=
c
V
Âåëè÷èíó n íàçûâàþò ïîêàçàòåëåì ïðåëîìëåíèÿ äëÿ äàííîé
äëèíû âîëíû (ñ è V — ñêîðîñòè ñâåòà â ñîîòâåòñòâóþùèõ
ñðåäàõ).
Ëèíçû
=
B
I
B
B
=
I
B
f — ôîêóñíîå ðàññòîÿíèå, r 1 è r 2 — ðàäèóñû êðèâèçíû
ïîâåðõíîñòåé ëèíçû.
Ôîðìóëà òîíêîé ëèíçû
−
1 1 1
1 1
+
= (n − 1) −  = ;
a1 a2
 r1 r2  f
− f1 = f 2 = f
Åñëè f âûðàæåíî â ìåòðàõ, ýòî ôîðìóëà äëÿ îïòè÷åñêîé
ñèëû d=1/f, âûðàæåííîé â äèîïòðèÿõ.
92 www.home-studio.novouralsk.ru
ÂÅÙÅÑÒÂÎ-ÝÍÅÐÃÈß
Îñâåùåííîñòü íà ïðèìåðàõ
Îñâåùåíèå
Ñîëíå÷íûìè ëó÷àìè â ïîëäåíü
 ôîòîñòóäèè ïðè ñúåìêå
Íà îòêðûòîì ìåñòå â ïàñìóðíûé äåíü
 ñâåòëîé êîìíàòå âáëèçè îêíà
Íåîáõîäèìîå äëÿ ÷òåíèÿ
Íà ýêðàíå êèíîòåàòðà
Îò ïîëíîé ëóíû
Îò íî÷íîãî íåáà â áåçëóííóþ íî÷ü
Îñâåùåííîñòü Å, ëê
100 000
10 000
1000
100
30-50
20-80
0,2
0,0003
Äëèíà âîëí âèäèìîé ÷àñòè ñïåêòðà
Öâåò
Ôèîëåòîâûé
Ñèíèé
Ãîëóáîé
Çåëåíûé
Ãðàíèöû, íì
380-450
450-480
480-510
510-550
Öâåò
Æåëòî-çåë.
Æåëòûé
Îðàíæåâûé
Êðàñíûé
Ãðàíèöû, íì
550-575
575-585
585-620
620-760
Ïîêàçàòåëè ïðåëîìëåíèÿ îòíîñèòåëüíî
âîçäóõà
Òâåðäûå òåëà
Àëìàç
Òîïàç
Ñëþäà
Ñàõàð
Ëåä
n
2,417
1,63
1,56-1,60
1,56
1,31
Æèäêèå òåëà
Ìàñëî êîðè÷íîå
Àíèëèí
Ìàñëî ãâîçäè÷íîå
Ãëèöåðèí
Âîäà
n
1,601
1,586
1,532
1,47
1,333
Êâàíòîâûå ñâîéñòâà ñâåòà
Ýíåðãèÿ ôîòîíà ε çàâèñèò îò ÷àñòîòû
èçëó÷åíèÿ ν (h — ïîñòîÿííàÿ Ïëàíêà)
ε = hν
Îñíîâíîå óðàâíåíèå ôîòîýôôåêòà:
Íàèáîëüøàÿ ñêîðîñòü Vm, âûëåòåâøèõ
ïðè ôîòîýôôåêòå ýëåêòðîíîâ, íå çàâèñèò îò ñèëû ñâåòà, à îïðåäåëÿåòñÿ ÷àñòîòîé ïàäàþùåãî ñâåòà ν (À — ðàáîòà âûõîäà, me — ìàññà ýëåêòðîíà)
hν = A +
mevm2
2
ÂÅÙÅÑÒÂÎ-ÝÍÅÐÃÈß www.home-studio.novouralsk.ru 93
Àòîìû, ÿäðà, ðàäèîàêòèâíîñòü
Ñîãëàñíî ïîëóêëàññè÷åñêîé ìîäåëè Áîðà-Çîììåðôåëüäà
ýëåêòðîíû â àòîìå äâèæóòñÿ âîêðóã ÿäðà ïî êðóãîâûì è
ýëëèïòè÷åñêèì îðáèòàì.
Ðàäèóñû ñòàöèîíàðíûõ êðóãîâûõ
hn
îðáèò îïðåäåëÿþòñÿ èç ñîîòíîøåíèÿ:
me vn rn =
2π
(h — ïîñòîÿííàÿ Ïëàíêà, n = 1,2,3,...)
Ñîñòîÿíèå ýëåêòðîíà â àòîìå îïðåäåëÿÿåòñÿ 4-ìÿ
êâàíòîâûìè ÷èñëàìè: ãëàâíûì êâàíòîâûì ÷èñëîì n, îðáèòàëüíûì êâàíòîâûì ÷èñëîì l (îò 0 äî n-1), ìàãíèòíûì êâàíòîâûì ÷èñëîì m (îò - l äî l), ñïèíîì s = 1/2.
Àòîìíîå ÿäðî ëþáîãî ýëåìåíòà ñîñòîèò èç ïðîòîíîâ è
íåéòðîíîâ (íóêëîíîâ). Êîëè÷åñòâî íóêëîíîâ íàçûâàþò
ìàññîâûì ÷èñëîì À. ×èñëî íåéòðîíîâ â ÿäðå ðàâíî N=A-Z,
ãäå Z — àòîìíûé íîìåð ÿäðà èëè ïîðÿäêîâûé íîìåð â
ïåðèîäè÷åñêîé ñèñòåìå ýëåìåíòîâ Ìåíäåëååâà.
ßäðà, èìåþùèå îäèíàêîâûé çàðÿä Ze (îäèíàêîâîå êîëè÷åñòâî
ïðîòîíîâ), íî ðàçíîå êîëè÷åñòâî íåéòðîíîâ, íàçûâàþò
èçîòîïàìè.
ßäðà, ó êîòîðûõ ÷èñëî íåéòðîíîâ èëè ïðîòîíîâ ðàâíî
2,8,20,28,50,82 è 120, íàçûâàþò ìàãè÷åñêèìè ÿäðàìè. Ó íèõ
íàèáîëüøàÿ ñòàáèëüíîñòü.
Íåêîòîðûå èç òÿæåëûõ ÿäåð ñàìîïðîèçâîëüíî ðàñïàäàþòñÿ ñ
îáðàçîâàíèåì íîâûõ ÿäåð è èçëó÷åíèåì áîëüøîé ýíåðãèè.
Ýòî ÿâëåíèå íàçûâàþò ðàäèîàêòèâíîñòüþ.
Èçìåíåíèå ÷èñëà ðàäèîàêòèâíûõ
t
ÿäåð çà âðåìÿ t (N0 - íà÷àëüíîå ÷èñëî
−
−λ t
T
ÿäåð, Ò - ïåðèîä ïîëóðàñïàäà, çà êî- N = N 0 e
= N0 2
òîðûé ðàñïàäàåòñÿ ïîëîâèíà ÿäåð).
Àêòèâíîñòü íóêëèäà — îòíîøåíèå
∆N
êîëè÷åñòâà ðàñïàâøèõñÿ àòîìîâ ê
à=
∆t
ïðîìåæóòêó âðåìåíè ðàñïàäà.
Ðàäèîàêòèâíîå èçëó÷åíèå âûçûâàåò èîíèçàöèþ âåùåñòâà,
ïîãëîùàþùåãî ýíåðãèþ èçëó÷åíèÿ.
Êåðìà — îòíîøåíèå ñóììû ïåðâîíà÷àëüíûõ êèíåW
òè÷åñêèõ ýíåðãèé âñåõ çàðÿæåííûõ ÷àñòèö, îáðàçóþùèõñÿ ïðè êîñâåííîé èîíèçàöèè, ê ìàññå K = m
âåùåñòâà.
94 www.home-studio.novouralsk.ru
ÂÅÙÅÑÒÂÎ-ÝÍÅÐÃÈß
Íåêîòîðûå ðàäèîàêòèâíûå èçîòîïû
Íàèáîëåå çíà÷èìûé Èçîòîï ñ íàèáîëüøèì
Ïîðÿä- Íàçâàíèå
èçîòîï
ïåðèîäîì ïîëóðàñïàäà
êîâûé ýëåìåíòà
Ïåðèîä
íîìåð
Ñèìâîë Ïåðèîä Ñèìâîë
ïîëóðàñïàäà
ïîëóðàñïàäà
4
6
27
38
48
61
82
84
88
90
92
93
94
95
97
98
Áåðèëèé
Óãëåðîä
Êîáàëüò
Ñòðîíöèé
Êàäìèé
Ïðîìåòèé
Ñâèíåö
Ïîëîíèé
Ðàäèé
Òîðèé
Óðàí
53 äíÿ
C
5569 ëåò
60
Co
5,24 ëåò
90
Sr
27,7 ëåò
113
Cd
5,1 ëåò
147
Pm
2,7 ëåò
209
Pb
3,3 ÷àñà
210
Po
138,4 äíåé
226
Ra
1620 ëåò
232
Th 1,4•10+10ëåò
235
7,1•10+8 ëåò
U
233
1,6•10+5 ëåò
U
239
Íåïòóíèé
2,3 äíÿ
Np
Ïëóòîíèé 239 Pu
24360 ëåò
Àìåðèöèé 241 Am
435 ëåò
Áåðêëèé 249 Bk
314 äíåé
Êàëèôîðíèé 252 Cf
2,63 ëåò
7
Be
14
2,5•10+6 ëåò
5569 ëåò
C
60
5,24 ëåò
Co
90
27,7 ëåò
Sr
113
5,1 ëåò
Cd
145
18 ëåò
Pm
210
23,3 ëåò
Pb
209
103 ëåò
Po
226
1620 ëåò
Ra
+10
232
Th 1,4•10 ëåò
238
4,5•10+9 ëåò
U
10
Be
14
237
244
243
247
251
2,14•10+6 ëåò
Pu 7,6•10+6 ëåò
7370 ëåò
Am
1380 ëåò
Bk
900 ëåò
Cf
Np
Ïðåäåëüíî äîïóñòèìûå äîçû îáëó÷åíèÿ
1 ãðóïïà
2 ãðóïïà
3 ãðóïïà
ìÄæ/
êã•íåä
ìÄæ/
êã•ãîä
ìÄæ/
êã•íåä
Îáëó÷åíèå ïðîôåññèîíàëüíîå
ìÄæ/
êã•ãîä
ìÄæ/
êã•íåä
ìÄæ/
êã•ãîä
1
50
3
150
6
300
0,1
5
0,3
15
0,6
30
0,01
0,5
0,1
5
0,2
10
Îáëó÷åíèå â ñìåæíûõ ïîìåùåíèÿõ
Îáëó÷åíèå íàñåëåíèÿ
I ãðóïïà - ãîíàäû, õðóñòàëèê è êðîâåòâîðíûå îðãàíû. II ãðóïïà
- ìûøöû, æèð.òêàíü, ïå÷åíü, ïî÷êè, æåëåçû, æåëóäî÷íîêèøå÷íûé òðàêò, ëåãêèå. III ãðóïïà - êîæà, êîñòè.
ÂÅÙÅÑÒÂÎ-ÝÍÅÐÃÈß www.home-studio.novouralsk.ru 95
Ýëåìåíòàðíûå ÷àñòèöû
Íàèìåíîâàíèå
Ñèìâîë Ìàññà
(ÌýÂ)
ôîòîí
0
Ëåïòîíû è àíòèëåïòîíû
ýëåêòðîí, ïîçèòðîí e − , e + 0,511003
<3•10--5
ýëåêòðîí, íåéòðèíî ν e ,ν~e
ìþîí
µ − , µ + 105,6593
<0,51
ìþîííîå íåéòðèíî ν ,ν~
1784
τ − ,τ +
òàó-ëåïòîí
ν τ ,ν~τ
<250
òàó-íåéòðèíî
Ìåçîíû
π + ,π −
139,567
ïèîíû
π0
134,963
êàîíû
K + , K − 493,67
~
497,7
K 0, K 0
ñòàáèëåí
-1,+1
0
-1,+1
0
-1,+1
0
ñòàáèëüíû
ñòàáèëüíî
2,19713•10--6
còàáèëüíî
3,4•10--13
ñòàáèëüíî?
+1,-1
0
+1,-1
0
0
+1,-1
0
+1,-1
n , n~
938,28
939,573
+1,-1
0
ñòàáèëåí
918
~
Λ, Λ
~
Σ+ ,Σ+
0 ~0
Σ ,Σ
~
Σ− , Σ−
~
Ξ0,Ξ0
− ~−
Ξ ,Ξ
~
Ω−,Ω−
~
Λc,Λc
~
Σc, Σc
1115,6
1189,37
1192,48
1197,39
1314,9
1321,3
1672,2
2282
2450
0
+1,-1
0
-1,+1
0
-1,+1
-1,+1
-1,+1
0
2,63•10--10
8•10--11
5,8•10--20
1,484•10--10
2,9•10--10
1,64•10--10
0,82•10--10
2•10--13
?
F-ìåçîíû
Áàðèîíû
ïðîòîí
íåéòðîí
Ãèïåðîíû:
ëàìäà-ãèïåðîí
F +,F −
îìåãà-ãèïåðîí
«î÷àðîâàííûå» ãèïåðîíû
0
548,8
1869,4
1864,7
2021
η
êñè-ãèïåðîíû
Âðåìÿ
æèçíè
(ñ)
2,603•10--8
0,831•10--16
1,237•10--8
0,89•10--10
5,18•10--8
2,5•10--17
8•10--13
4•10--13
<5•10--13
ýòà-ìåçîí
D-ìåçîíû
ñèãìà-ãèïåðîíû
Ýëåêòðè÷åñêèé
çàðÿä
(-1,0,+1)
D+ , D−
~
D0 , D0
p, ~
p
96 www.home-studio.novouralsk.ru
ÂÅÙÅÑÒÂÎ-ÝÍÅÐÃÈß
Êâàðêè — ñîñòàâíûå ýëåìåíòû ìåçîíîâ è áàðèîíîâ
Êâàðê
d (down)
u (up)
s (strange)
c (charm)
b (beauty)
t (top)
Ýëåêòðè÷.
çàðÿä
-1/3
2/3
-1/3
2/3
-1/3
2/3
«Î÷àðîâà- «Êðàñîòà»
b
íèå» c
Ñòðàííîñòü s
0
0
-1
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
1
0
0
Áàðèîííûé çàðÿä ó âñåõ êâàðêîâ ðàâåí 1/3, ó ñîîòâåòñòâóþùèõ
èì àíòèêâàðêîâ -1/3. Ó êàæäîãî êâàðêà 3 ñîñòîÿíèÿ: ñèíåå,
êðàñíîå, æåëòîå (1,2,3).
Ïðèìåðû: ñîñòàâíàÿ ôîðìóëà ïðîòîíà: p=(u1,u2,d3);
ñîñòàâíàÿ ôîðìóëà íåéòðîíà: n=(d1,d2,u3).
Âçàèìîäåéñòâèÿ
Äåéñò- ×àñòèöû - ïåðåíîñ÷èêè
Òèï
Ðàäèóñ
âçàèìîäåéñòâèÿ
âçàèìî- äåéñòâèÿ âóþùèå
Íàçâàíèå
Ìàññà Ñïèí
÷àñòèöû
äåéñòâèÿ
Ñèëüíîå
îò 1•10--13 Êâàðêè
äî 1•10--14
ÝëåêòðîÇàðÿæåíìàãíèòíîå
∞
íûå
÷àñòèöû
Ñëàáîå
<1•10--14 Ëåïòîíû,
êâàðêè
Ãëþîíû
0
1
Ôîòîí
0
1
81 ãÝâ
96 ãÝâ
0
1
1
2
Âåêòîðíûå
áîçîíû:
W − ,W
Z
Ãðàâèòàöèîííîå
∞
Âñå
÷àñòèöû
+
0
Ãðàâèòîí
(ïîêà íå
îáíàðóæåí)
Ñõåìû ïðåâðàùåíèÿ ýëåìåíòàðíûõ ÷àñòèö
n → p +e− +ν~
µ + →e+ +ν +ν~
e− +e+ →2γ
µ − →e− +ν~ +ν~
π + →µ + +ν
π − →µ− +ν~