Детей интересует, как устроен мир и всё в нем. Их любознательность не делает исключения и для человека. Им интересно, как человек устроен, как он видит и слышит, бегает и прыгает. О скелете человека, который не увидишь, как кожу или глаза, невооруженным взглядом, современные дети узнают из мультиков и комиксов. Это делает скелет в глазах ребенка ещё более интересным.
Но скелет человека с названием костей и мышц в мультфильмах и комиксах не встретишь, а запоминать их понемногу детям не помешает.
Знание о том, как сложно и увлекательно устроен человеческий организм, пробудит в ребенке интерес к биологии, медицине, подтолкнет более осознанно подходить к своему здоровью и здоровью окружающих. Наконец, эти знания пригодятся ему и в школе, где уже в начальных классах знакомятся со строением человека.
Скелет и мышцы – это тот каркас, который определяет форму человека, защищает его внутренние органы и позволяет двигаться. Если бы не скелет, то человек был бы как бесформенная медуза. Мышцы крепятся к скелету и обеспечивают любое наше движение – от взмаха ресниц до поднятия тяжестей.
Кости состоят из органических и неорганических веществ, первые из которых обеспечивают им гибкость, а вторые прочность. Благодаря этому кости необыкновенно упруги и крепки. Добавляет им крепости и одновременно гибкости сложное строение. Любая кость состоит из нескольких слоев.
- Внешний составляет прочная костная ткань.
- Следующий соединительный слой, покрывающий кость снаружи.
- Рыхлая соединительная ткань, в которой заключены кровеносные сосуды.
- На концах находится хрящевая ткань, за счет которой и происходит рост костей.
- Ещё один слой – нервные окончания, по которым передаются сигналы от мозга и обратно.
Внутри костяной трубки заключен костный мозг, который также бывает двух видов. Красный участвует в кроветворении и костеобразовании. Он насыщен сосудами и нервами. Желтый отвечает за рост и крепость костей. Мы видим, что скелет ко всему прочему способствует обновлению крови. Именно здесь рождаются кровяные клетки. Если из-за болезни он перестает выполнять эту задачу, организм умирает.
В организации скелета выделяют несколько групп костей. Одна из них это основная несущая конструкция нашего тела, которая включает позвоночник, кости головы и шеи, грудная клетка и ребра. Вместе они образуют осевой скелет. Вторая часть называется добавочным скелетом и в неё входят косточки, образующие наши руки и ноги, и группы костей, которые обеспечивают их связь с осевым скелетом.
Строение скелета
К костям головы относятся череп и кости среднего уха. Череп вмещает и защищает мозг. Он состоит из двух отделов: мозгового и лицевого. Первый из которых включает восемь костей. В лицевом отделе их пятнадцать.
Кости туловища
В эту часть скелета входит грудная клетка и позвоночник, начиная с шеи. Мы объединяем их, так как они тесно связаны и буквально (грудная клетка крепится к позвоночнику), и по месту нахождения, и по задачам, которые решают. Это одни из самых больших костей человека. Их функция обеспечить защиту сердца, легких и т.п. Среди них выделяют позвоночный столб и грудную клетку.
Позвоночный столб
Позвоночник человека это основная опора всего тела, его главная ось. Именно он обеспечивает наше прямохождение. Благодаря спинному мозгу обеспечивается связь между верхними и нижними частями тела. В нем выделяют пять отделов, состоящих из 32-34 позвонков. Называются они по своему местоположению – шейный, грудной, поясничный, крестцовый и копчиковый.
Грудная клетка
Грудная клетка действительно похожа на клетку, где 12 пар рёбер играют роль решетки за которой прячется сердце, лёгкие, жизненно важные органы. Замыкает её плоская широкая кость, которая называется грудина. Всего к грудной клетке относятся 37 костей.
Кости верхней конечности
Так ученые и врачи называют наши руки. Объяснять, как много для человека значит возможность выполнять ими и поднятие тяжестей, и вышивание крестиком, думаю не нужно. Но задумайтесь, насколько разные задачи призваны они решать. Этим и объясняется их довольно сложная структура. К костям верхней конечности (ВК) относятся пояс ВК и свободная часть ВК.
Пояс включает в себя лопатку и ключицу, соединенных шаровым суставом с плечевой костью. Здесь же присоединяются мышцы. В свободной части верхней конечности выделяют три отдела – плечо (плечевая кость), предплечье (лучевая и локтевая кости) и кисть. Больше всего косточек именно в этой зоне руки – двадцать семь, они заметно меньше, чем кости предплечья, и отличаются от них по форме.
Тазовый пояс
Этот пояс обеспечивает соединение позвоночника и нижних конечностей, а также вмещает и защищает органы пищеварительной, мочевыделительной и половой систем. Таз состоит из трех сросшихся костей.
Кости нижней конечности
Скелет ноги напоминает строение руки. Они принципиально устроены одинаково, отличаясь величиной и некоторыми другими деталями. Так как именно ноги несут главную тяжесть нашего тела при движении, то они мощнее и крепче, чем кости руки.
Какие бывают формы костей
В зависимости от своих функций в организме человека кости различаются между собой по форме. Выделяют четыре вида форм костей:
- Широкие или плоские (например, у черепа);
- Длинные или трубчатые (в основном, в конечностях);
- Короткие, такие, как косточки запястья;
- Несимметричные, имеющие составную форму. Это тазовые кости, позвонки и др.
Мышцы головы и лица
Раньше строение человека, его скелета и перечень мышц могли знать лишь специалисты. Сегодня любой, кому интересна эта тема, могут найти в Интернете подробный анатомический атлас, где приведено подробное описание движений нашего тела и всех его частей, обеспечивающих это. Важнейшую роль в обеспечении движений играют мышцы, органы состоящие из особой эластичной ткани, способной
сокращаться под воздействием нервных импульсов. В теле человека более 640 самых разнообразных мышц. Среди них выделяют различные виды по разным параметрам:
- По функциям, которые они обеспечивают;
- По направлению волокон, из которых они состоят;
- По форме;
- По отношению к суставам.
Разобраться во всем этом не так-то просто, поэтому посмотрим на мышцы в зависимости от того, где на нашем теле они находятся.
Когда мы говорим о движении, то в первую очередь представляем, как работают наши руки и ноги. Между тем мышцы головы и лица тоже напряженно работают, обеспечивая дыхание, мимику, речь, наше питание. Самые сильные мышцы на нашем теле – жевательные.
Мимические мышцы и мышцы глаза, в отличии от всех прочих, не прикреплены к костям. Это позволяет им быть особенно чувствительными и гарантирующими осуществление даже микродвижений. Благодаря этому мы можем передать и радость, и грусть, малейшее изменение эмоций.
Мышцы шеи
Эта группа мышц позволяют нам обернуться, поклониться, проглотить что-либо и заговорить, даже дышать.
Мышцы туловища
Мышцы сухожилиями крепятся к костям и решают разные задачи. – обеспечивают подвижность и возможность сохранять равновесие, фиксируют суставы. По своим функциям и способам действия выделяют те, что синхронно сокращаются при работе или синергисты, и мышцы выполняющие противоположные действия (антогонисты). Чаще всего действия происходят благодаря тому, что одновременно сокращаются одни и расслабляются другие мышцы.
К мышцам туловища относятся поверхностные и глубокие мышцы спины и груди, косые, прямые и пр. мышцы живота.
Мышцы таза
Эти мышцы начинаются на костях таза и позвоночника, прикреплены к верхнему краю бедра и окружают тазобедренный сустав. Среди них выделяют две группы: внутреннюю и наружную.
Мышцы верхних конечностей
Среди этой группы мышц выделяются те же части, что и в костях руки:
- Мышцы пояса ВК;
- Плеча;
- Предплечья, обеспечивающие сгибание и разгибание предплечья, кисти и каждого пальца.
Мышцы нижних конечностей
Благодаря этим мышцам человек ходит и бегает, плавает или прыгает. Для того чтобы обеспечить такие разные действия требуется ни одна группа различных мышц. К ним относятся мышцы бедра, голени и ступни. Это довольно сложная система, включающая мышцы, разные по форме, направлению волокон, по отношению к суставам и прочему, взаимно дополняющие друг друга.
Анатомия мышц Физиология мышц Как работают мышцы
Скелет - совокупность твердых образований, выполняющих защитную, опорную и двигательную функции. От формы скелета зависит внешний вид человека. Кости и их соединения являются пассивной частью опорно-двигательного аппарата . Мышцы, обладающие способностью сокращаться и изменять положение костей, являются активной частью опорно-двигательного аппарата. Подвижность скелета обеспечивают соединения костей. Некоторые соединения являются эластичными (гибкие хрящевые соединения сочленяют позвонки позвоночника и ребра).
Сустав - соединение двух костей, обеспечивающее подвижность. Чем больше суставов, тем эта часть тела подвижнее (например, кисть). Скелет выполняет имеющую большое значение защитную функцию - предохраняет важные части тела от повреждений, например, череп прикрывает головной мозг , позвоночник - спинной мозг, грудная клетка - сердце, легкие, печень, селезенку.
Строение скелета
Череп
Череп - скелет головы, защищающий головной мозг, органы чувств, начальные отделы пищеварительной и дыхательной систем. Череп состоит из мозгового и лицевого отделов. Мозговой череп образован 7 костями. Верхняя его часть образует крышу, нижняя - основание. Лицевой череп состоит из 22 костей.
Позвоночник
Позвоночник состоит из позвонков: 7 шейных, 12 грудных, 5 поясничных, 5 крестцовых, сросшихся в одну кость (крестец) и копчика. Эластичность позвоночника обеспечивают межпозвоночные диски (всего их 23).
Плечевой пояс
Его образуют обе лопатки и ключица, а со скелетом туловища соединяют разные мышцы и связки. В верхних углах лопаток треугольной формы находятся суставные впадины.
Верхние конечности и кисти
Плечевая кость соединяется в локтевом суставе с обеими костями предплечья - локтевой и лучевой. Сустав запястья образуют множество маленьких косточек. Затем следуют пястные кости и фаланги пальцев.
Грудная клетка
Ее составляют 12 грудных позвонков, 12 пар ребер и грудина. 7 верхних пар ребер соединяются непосредственно с грудиной.
Тазовый пояс
Скелет нижних конечностей включает тазовый пояс, и является составной частью скелета туловища. С обеих сторон имеются сформировавшиеся вертлужные впадины суставов бедра.
Нижние конечности и стопы
В бедре одна большая кость - бедренная, в голени две - большая берцовая и малая берцовая кости. Коленный сустав защищает надколенник. Стопы имеют форму свода, поэтому, несмотря на то, что кости стоп малы и легки, они способны выдерживать вес тела.
Самая большая и прочная кость человека - бедренная. Длина бедренной кости взрослого мужчины достигает 50 см, а наибольшая нагрузка на нее - 750 кг. Если не брать в расчет самые маленькие косточки человека - слуховые, которые не относятся к пассивному опорно-двигательному аппарату, то гороховидная косточка является самой маленькой.
В книгах по анатомии приводятся данные о наличии в скелете человека около 245 костей. Указать точное количество не представляется возможным в связи с отсутствием точного определения кости. Например, следует ли прибавлять к общему количеству костей 32 зуба взрослого человека? Как считать сросшиеся вместе кости черепа, как одну или как несколько костей?
Основные понятия химии, законы стехиометрии
Химическая атомистика (атомно-молекулярная теория) является исторически первой фундаментальной теоретической концепцией, положенной в основу современной химической науки. Формирование этой теории потребовало более сотни лет и связано с деятельностью таких выдающихся химиков, как М.В. Ломоносов, А.Л. Лавуазье, Дж. Дальтон, А. Авогадро, С. Канниццаро.
Современную атомно-молекулярную теорию можно изложить в виде ряда положений:
1. Химические вещества имеют дискретное (прерывистое) строение. Частицы вещества находятся в постоянном хаотическом тепловом движении.
2. Основной структурной единицей химического вещества является атом.
3. Атомы в химическом веществе связаны друг с другом, образуя молекулярные частицы или атомные агрегаты (надмолекулярные структуры).
4. Сложные вещества (или химические соединения) состоят из атомов разных элементов. Вещества простые состоят из атомов одного элемента и должны рассматриваться как гомоядерные химические соединения.
При формулировании основных положений атомно-молекулярной теории нам пришлось ввести несколько понятий, на которых необходимо остановиться более подробно, поскольку они являются основными в современной химии. Это понятия "атом" и "молекула", точнее атомные и молекулярные частицы.
Атомные частицы включают в себя собственно атом, атомные ионы, атомные радикалы и атомные ион-радикалы.
Атом - это наименьшая электронейтральная частица химического элемента, являющаяся носителем его химических свойств, и состоящая из положительно заряженного ядра и электронной оболочки.
Атомный ион - это атомная частица, обладающая электростатическим зарядом, но не имеющая неспаренных электронов, например, Cl - - хлорид-анион, Na + - катион натрия.
Атомный радикал - электронейтральная атомная частица, содержащая неспаренные электроны. Например, атом водорода фактически представляет собой атомный радикал - Н× .
Атомная частица, имеющая электростатический заряд и неспаренные электроны, называется атомным ион-радикалом. Примером такой частицы может служить катион Mn 2+ , содержащий пять неспаренных электронов на d-подуровне (3d 5).
Одной из важнейших физических характеристик атома является его масса. Поскольку абсолютное значение массы атома ничтожно мало (масса атома водорода равна 1,67×10 -27 кг), в химии используется относительная шкала масс, в которой за единицу выбрана 1/12 часть массы атома углерода изотопа-12. Относительная атомная масса - это отношение массы атома к 1/12 массы атома углерода изотопа 12 С.
Следует отметить, что в периодической системе Д.И. Менделеева приведены среднеизотопические атомные массы элементов, которые в большинстве своем представлены несколькими изотопами, вносящими свой вклад в атомную массу элемента пропорционально своему содержанию в природе. Так, элемент хлор представлен двумя изотопами - 35 Cl (75 мол.%) и 37 Cl (25 мол.%). Среднеизотопическая масса элемента хлор составляет 35,453 а.е.м. (атомных единиц массы) (35×0,75 + 37×0,25).
Аналогично атомным частицам, молекулярные частицы включают в себя собственно молекулы, молекулярные ионы, молекулярные радикалы и ион-радикалы.
Молекулярная частица - это наименьшая устойчивая совокупность взаимосвязанных атомных частиц, являющаяся носителем химических свойств вещества. Молекула лишена электростатического заряда и не имеет неспаренных электронов.
Молекулярный ион - это молекулярная частица, обладающая электростатическим зарядом, но не имеющая неспаренных электронов, например, NO 3 - - нитрат-анион, NH 4 + - катион аммония.
Молекулярный радикал – это электронейтральная молекулярная частица, содержащая неспаренные электроны. Большинство радикалов являются реакционными частицами с небольшим временем жизни (порядка 10 -3 –10 -5 с), хотя в настоящее время известны и довольно устойчивые радикалы. Так метильный радикал × СН 3 является типичной малоустойчивой частицей. Однако, если атомы водорода в ней заменить на фенильные радикалы, то образуется стабильный молекулярный радикал трифенилметил
Молекулы с нечетным числом электронов, например NO или NO 2 , также могут рассматриваться как свободные радикалы с высокой устойчивостью.
Молекулярная частица, имеющая электростатический заряд и неспаренные электроны, называется молекулярным ион-радикалом . Примером такой частицы может служить катион радикал кислорода – ×О 2 + .
Важной характеристикой молекулы является ее относительная молекулярная масса. Относительная молекулярная масса (М r) - это отношение среднеизотопической массы молекулы, вычисленной с учетом естественного природного содержания изотопов, к 1/12 массы атома углерода изотопа 12 C .
Таким образом, мы выяснили, что мельчайшей структурной единицей любого химического вещества является атом, точнее атомная частица. В свою очередь в любом веществе, исключая инертные газы, атомы связаны друг с другом химическими связями. При этом возможно образование двух типов веществ:
· молекулярные соединения, у которых можно выделить мельчайшие носители химических свойств, обладающие устойчивой структурой;
· соединения надмолекулярной структуры, которые представляют собой атомные агрегаты, в которых атомные частицы связаны ковалентной, ионной или металлической связью.
Соответственно, вещества, имеющие надмолекулярную структуру, представляют собой атомные, ионные или металлические кристаллы. В свою очередь, молекулярные вещества образуют молекулярные или молекулярно-ионные кристаллы. Молекулярное строение имеют также вещества, находящиеся в обычных условиях в газообразном или жидком агрегатном состоянии.
Фактически, работая с конкретным химическим веществом, мы имеем дело не с отдельными атомами или молекулами, а с совокупностью очень большого числа частиц, уровни организации которых можно отобразить следующей схемой:
Для количественного описания больших массивов частиц, которыми являются макротела, было введено специальное понятие "количество вещества", как строго определенное число его структурных элементов. Единицей количества вещества является моль. Моль - это количество вещества (n), содержащее столько структурных или формульных единиц, сколько атомов содержится в 12 г углерода изотопа 12 С. В настоящее время это число довольно точно измерено и составляет 6,022×10 23 (число Авогадро, N A). В качестве структурных единиц могут выступать атомы, молекулы, ионы, химические связи и другие объекты микромира. Понятие "формульная единица" используется для веществ с надмолекулярной структурой и определяется как простейшее соотношение между составляющими его элементами (брутто-формула). В данном случае формульная единица берет на себя роль молекулы. Например, 1 моль хлорида кальция содержит 6,022×10 23 формульных единиц - CaCl 2 .
Одной из важных характеристик вещества является его молярная масса (М, кг/моль, г/моль). Молярная масса - это масса одного моля вещества . Относительная молекулярная масса и молярная масса вещества численно совпадают, но имеют разную размерность, например, для воды М r = 18 (относительная атомная и молекулярная массы величины безразмерные), М = 18 г/моль. Количество вещества и молярная масса связаны простым соотношением:
Большую роль в формировании химической атомистики сыграли основные стехиометрические законы, которые были сформулированы на рубеже XVII и XVIII столетий.
1. Закон сохранения массы (М.В. Ломоносов, 1748 г.).
Сумма масс продуктов реакции равна сумме масс веществ, вступивших во взаимодействие . В математическом виде этот закон выражается следующим уравнением:
Дополнением к данному закону является закон сохранения массы элемента (А. Лавуазье, 1789 г.). Согласно этому закону в процессе химической реакции масса каждого элемента остается постоянной .
Законы М.В. Ломоносова и А. Лавуазье нашли простое объяснение в рамках атомистической теории. Действительно, при любой реакции атомы химических элементов остаются неизменными и в неизменном количестве, что влечет за собой как постоянство массы каждого элемента в отдельности, так и системы веществ в целом.
Рассматриваемые законы имеют определяющее значение для химии, поскольку позволяют моделировать химические реакции уравнениями и выполнять на их основе количественные вычисления. Следует, однако, отметить, что закон сохранения массы не является абсолютно точным. Как следует из теории относительности (А. Эйнштейн, 1905 г.), любой процесс, протекающий с выделением энергии, сопровождается уменьшением массы системы в соответствии с уравнением:
где DЕ – выделившаяся энергия, Dm – изменение массы системы, с - скорость света в вакууме (3,0×10 8 м/с). В результате уравнение закона сохранения массы следует записывать в следующем виде:
Таким образом, экзотермические реакции сопровождаются уменьшением массы, а эндотермические – увеличением массы. В этом случае закон сохранение массы может быть сформулирован следующим образом: в изолированной системе сумма масс и приведенных энергий есть величина постоянная . Однако для химических реакций, тепловые эффекты которых измеряются сотнями кДж/моль, дефект массы составляет 10 -8 -10 -9 г и не может быть зарегистрирован экспериментально.
2. Закон постоянства состава (Ж. Пруст, 1799-1804 гг.).
Индивидуальное химическое вещество молекулярного строения имеет постоянный качественный и количественный состав, не зависящий от способа его получения . Соединения, подчиняющиеся закону постоянства состава, называют дальтонидами . Дальтонидами являются все известные к настоящему времени органические соединения (около 30 миллионов) и часть (около 100 тыс.) неорганических веществ. Вещества, имеющие немолекулярное строение (бертолиды ), не подчиняются данному закону и могут иметь переменный состав, зависящий от способа получения образца. К ним относятся большинство (около 500 тыс.) неорганических веществ. В основном это бинарные соединения d-элементов (оксиды, сульфиды, нитриды, карбиды и т.д.). Примером соединения переменного состава может служить оксид титана(III), состав которого варьирует в пределах от TiO 1,46 до TiO 1,56 . Причиной переменного состава и иррациональности формул бертолидов являются изменения состава части элементарных ячеек кристалла (дефекты кристаллической структуры), не влекущие за собой резкого изменения свойств вещества. Для дальтонидов подобное явление невозможно, поскольку изменение состава молекулы ведет к образованию нового химического соединения.
3. Закон эквивалентов (И. Рихтер, Дж. Дальтон, 1792-1804 гг.).
Массы реагирующих веществ прямо пропорциональны их эквивалентным массам .
где Э А и Э В - эквивалентные массы реагирующих веществ.
Эквивалентной массой вещества называется молярная масса его эквивалента.
Эквивалент - это реальная или условная частица, отдающая или присоединяющая один катион водорода в реакциях кислотно-основного взаимодействия, один электрон в окислительно-восстановительных реакциях или взаимодействующая с одним эквивалентом любого другого вещества в реакциях обмена . Например, при взаимодействии металлического цинка с кислотой один атом цинка вытесняет два атома водорода, отдавая при этом два электрона:
Zn + 2H + = Zn 2+ + H 2
Zn 0 - 2e - = Zn 2+
Следовательно, эквивалентом цинка является 1/2 его атома, т.е. 1/2 Zn (условная частица).
Число, показывающее, какая часть молекулы или формульной единицы вещества является его эквивалентом, называется фактором эквивалентности - f э . Эквивалентная масса, или молярная масса эквивалента, определяется как произведение фактора эквивалентности на молярную массу:
Например, в реакции нейтрализации серная кислота отдает два катиона водорода:
H 2 SO 4 + 2KOH = K 2 SO 4 + 2H 2 O
Соответственно, эквивалентом серной кислоты является 1/2 H 2 SO 4 , фактор эквивалентности равен 1/2, а эквивалентная масса составляет (1/2)×98 = 49 г/моль. Гидроксид калия связывает один катион водорода, поэтому его эквивалентом является формульная единица, фактор эквивалентности равен единице, а эквивалентная масса равна молярной массе, т.е. 56 г/моль.
Из рассмотренных примеров видно, что при расчете эквивалентной массы необходимо определить фактор эквивалентности. Для этого существует ряд правил:
1. Фактор эквивалентности кислоты или основания равен 1/n, где n - число задействованных в реакции катионов водорода или гидроксид-анионов.
2. Фактор эквивалентности соли равен частному от деления единицы на произведение валентности (v) катиона металла или кислотного остатка и их числа (n) в составе соли (стехиометрический индекс в формуле):
Например, для Al 2 (SO 4) 3 - f э = 1/6
3. Фактор эквивалентности окислителя (восстановителя) равен частному от деления единицы на число присоединенных (отданных) им электронов.
Следует обратить внимание на то обстоятельство, что одно и то же соединение может иметь разный фактор эквивалентности в разных реакциях. Например, в реакциях кислотно-основного взаимодействия:
H 3 PO 4 + KOH = KH 2 PO 4 + H 2 O f э (H 3 PO 4) = 1
H 3 PO 4 + 2KOH = K 2 HPO 4 + 2H 2 O f э (H 3 PO 4) = 1/2
H 3 PO 4 + 3KOH = K 3 PO 4 + 3H 2 O f э (H 3 PO 4) = 1/3
или в окислительно-восстановительных реакциях:
KMn 7+ O 4 + NaNO 2 + H 2 SO 4 ® Mn 2+ SO 4 + NaNO 3 + K 2 SO 4 + H 2 O
MnO 4 - + 8H + + 5e - ® Mn 2+ + 4H 2 O f э (KMnO 4) = 1/5
Основы атомно-молекулярной теории создали русский ученый М.В.Ломоносов (1741 г.) и английский ученый Дж. Дальтон (1808 г.).
Атомно-молекулярная теория – это учение о строении вещества, основными положениями которого являются:
1. Все вещества состоят из молекул и атомов. Молекула – это наименьшая частица вещества, которая способна существовать самостоятельно и не может дробится дальше без потери основных химических свойств данного вещества. Химические свойства молекулы определяются её составом и химическим строением.
2. Молекулы находятся в непрерывном движении. Молекулы двигаются беспорядочно и непрерывно. Скорость движения молекул зависит от агрегатного состояния веществ. С повышением температуры скорость движения молекул увеличивается.
3. Молекулы одного и того же вещества одинаковы, а молекулы различных веществ отличаются массой, размерами, строением и химическими свойствами. Каждое вещество существует до тех пор, пока сохраняются его молекулы. Как только молекулы разрушаются, перестает существовать и данное вещество: возникают новые молекулы, новые вещества. При химических реакциях молекулы одних веществ разрушаются, образуются молекулы других веществ.
4. Молекулы состоят из более мелких частиц – атомов. Атом – это наименьшая частица химического элемента, которую нельзя разложить химическим путем.
Следовательно, атом обуславливает свойства элемента.
Атом – электронейтральная частица, состоящая из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов.
Химическим элементом называется вид атомов, характеризующихся определенной совокупностью свойств.
В настоящее время элемент определяется как вид атомов, обладающих одинаковым зарядом ядра.
Вещества, молекулы которых состоят из атомов одного элемента, называются простыми веществами (С, Н 2 , N 2 , О 3 , S 8 и т.д.).
Вещества, молекулы которых состоят из атомов двух или более элементов, называются сложными веществами (H 2 O, H 2 SO 4 , KHCO 3 и т.д.). Существенное значение имеет число и взаимное расположение атомов в молекуле.
Способность атомов одного и того же элемента к образованию нескольких простых веществ, различных по строению и свойствам называется аллотропией, а образовавшиеся вещества – аллотропными видоизменениями или модификациями, так например, элемент кислород образует две аллотропные модификации: О 2 – кислород и О 3 – озон; элемент углерод – три: алмаз, графит и карбин и т.д.
Явление аллотропии вызывается двумя причинами: различным числом атомов в молекуле (кислород О 2 и озон О 3), или образованием различных кристаллических форм (алмаз, графит и карбин).
Элементы принято обозначать химическими знаками. Следует всегда помнить, что каждый знак химического элемента обозначает:
1. название элемента;
2. один атом его;
3. один моль его атомов;
4. относительную атомную массу элемента;
5. его положение в периодической системе химических элементов
Д.И. Менделеева.
Так, например, знак S показывает, что перед нами:
1. химический элемент сера;
2. один атом его;
3. один моль атомов серы;
4. атомная масса серы равна 32 а. е. м. (атомная единица массы);
5. порядковый номер в периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева 16.
Абсолютные массы атомов и молекул ничтожно малы, поэтому для удобства массу атомов и молекул выражают в относительных единицах. В настоящее время за единицу атомных масс принята атомная единица массы (сокращенно а. е. м. ), представляющая собой 1/12 часть массы изотопа углерода 12 С, 1 а. е. м. составляет 1,66 × 10 -27 кг.
Атомной массой элемента называется масса его атома, выраженная в а. е. м.
Относительной атомной массой элемента называют отношение массы атома данного элемента к 1/12 массы изотопа углерода 12 С.
Относительная атомная масса величина безразмерная и обозначается Аr ,
например, для водорода 
для кислорода 
.
Молекулярная масса вещества – это масса молекулы, выраженная в а. е. м. Она равна сумме атомных масс элементов, входящих в состав молекулы данного вещества.
Относительной молекулярной массой вещества называют отношение массы молекулы данного вещества к 1/12 массы изотопа углерода 12 С. Она обозначается символом Мr. Относительная молекулярная масса равна сумме относительных атомных масс элементов, входящих в молекулу с учетом количества атомов. Например, относительная молекулярная масса ортофосфорной кислоты Н 3 РО 4 равна массе атомов всех элементов, входящих в молекулу:
Мr(Н 3 РО 4) = 1,0079 × 3 + 30,974 × 1 + 15,9994 × 4 = 97, 9953 или ≈ 98
Относительная молекулярная масса показывает, во сколько раз масса молекулы данного вещества больше 1 а. е.м.
Наряду с единицами массы, в химии пользуются также единицей количества вещества, называемой молем (сокращенное обозначение «моль» ).
Моль вещества – количество вещества, содержащее столько молекул, атомов, ионов, электронов или других структурных единиц, сколько содержится в 12 г (0,012 кг) изотопа углерода 12 С.
Зная массу одного атома углерода 12 С (1,993 × 10 -27 кг), можно вычислить число атомов в 0,012 кг углерода:
Число частиц в моле любого вещества одно и то же. Оно равно 6,02 × 10 23 и называется постоянной Авогадро или числом Авогадро (N А ).
Например, в трёх моль атомов углерода будет содержится
3 × 6,02 × 10 23 = 18,06 × 10 23 атомов
Применяя понятие «моль», необходимо в каждом конкретном случае точно указать, какие именно структурные единицы имеются в виду. Например, следует различать моль атомов водорода Н, моль молекул водорода Н 2 , моль ионов водорода или Один моль частиц имеет определенную массу.
Молярная масса – это масса одного моля вещества. Обозначается буквой М.
Молярная масса численно равна относительной молекулярной массе и имеет единицы измерения г/моль или кг/моль.
Масса и количество вещества – понятие разные. Масса выражается в кг (г), а количество вещества – в молях. Между массой вещества (m, г), количеством вещества (n, моль) и молярной массой (М, г/моль) существуют соотношения:
n = , г/моль; М = , г/моль; m = n × M, г.
По этим формулам легко вычислить массу определенного количества вещества, молярную массу вещества или количества вещества.
Пример 1 . Чему равна масса 2 моль атомов железа?
Решение: Атомная масса железа равна 56 а.е.м. (округленно), следовательно, 1 моль атомов железа весит 56 г, а 2 моль атомов железа имеют массу 56×2 =112 г
Пример 2 . Сколько моль гидроксида калия содержится в 560 г КОН?
Решение: Молекулярная масса КОН равна 56 а.е.м. Молярная = 56 г/моль. В 560 г гидроксида калия содержится: 10 моль КОН. Для газообразных веществ существует понятие молярный объём V m . Согласно закону Авогадро моль любого газа при нормальных условиях (давление 101,325 кПа и температуре 273К) занимает объем 22,4 л. Эта величина называется молярным объемом (его занимают 2 г водорода (Н 2), 32 г кислорода (О 2) и т.д.
Пример 3 . Определить массу 1 л оксида углерода (ΙV) при нормальных условиях (н. у.).
Решение: Молекулярная масса СО 2 равна М = 44 а.е.м., следовательно, молярная масса равна 44 г/моль. По закону Авогадро один моль СО 2 при н.у. занимает объем 22,4 л. Отсюда масса 1 л СО 2 (н. у.) равна г.
Пример 4. Определить объём, занимаемый 3,4 г сероводорода (Н 2 S) при нормальных условиях (н.у.).
Решение: Молярная масса сероводорода равна 34 г/моль. Исходя из этого, можно записать: 34 г Н 2 S при н.у. занимает объем 22,4 л.
3,4 г ________________________ Х л,
отсюда Х = 
л.
Пример 5. Сколько молекул аммиака содержится:
а) в 1 л б) в 1 г?
Решение: Число Авогадро 6,02 × 10 23 указывает на количество молекул в 1 моле (17 г/моль) или в 22,4 л при н.у., следовательно, в 1 л содержится
6,02 × 10 23 × 1 = 2,7 × 10 22 молекул.
Число молекул аммиака в 1 г находим из пропорции:
отсюда Х = 6,02 × 10 23 × 1 = 3,5 × 10 22 молекул.
Пример 6 . Какова масса 1 моль воды?
Решение : Молекулярная масса воды H 2 O равна 18 а.е.м. (атомная масса водорода – 1, кислорода – 16, итого 1 + 1 + 16 = 18). Значит, один моль воды равен по массе 18 граммов, и эта масса воды содержит 6,02 × 10 23 молекул воды.
Количественно масса 1 моль вещества – масса вещества в граммах, численно равная его атомной или молекулярной массе.
Например, масса 1 моля серной кислоты H 2 SO 4 равна 98 г
(1 +1 + 32 + 16 + 16 + 16 + 16 = 98),
а масса одной молекулы H 2 SO 4 равна 98 г = 16,28 × 10 -23 г
Таким образом, любое химическое соединение характеризуется массой одного моля или мольной (молярной) массой М , выражаемой в г/моль (М(H 2 O) = 18 г/моль, а М(H 2 SO 4) = 98 г/моль).
