Барлық заттар атомдардан тұрады. Заттар өте кіші бөлшектерден тұратыны туралы атомдық гипотеза ежелгі Грецияда пайда болды. Ал атомдық – молекулалық ілімнің ғылыми негіздері тек ХVІІІ – ХІХ ғ.ғ. белгілі болды. Химияға сандық зерттеу әдістерін ХVІІІ ғасырдың екінші жартысында М.В. Ломоносов енгізді.
Атомдар әртүрлі болады. Мысалы, көміртегі, азот және оттегі атомдарының мөлшері әртүрлі, физикалық және химиялық қасиеттерінде де айырмашылық бар. Атомдар элементарлы бөлшектерден тұрады.
Элементарлы бөлшектер сипаттамасы
Кесте 1.1
| Бөлшек | Белгіленуі | Заряд,Кл | Тыныштық массасы, кг |
| Электрон | е¯,е , β¯ | — 1,60219 · 10-19 | 9,10953 · 10-31 |
| Протон | Р , 11 Р, 11 Н | +1,60219 · 10-19 | 1,67265 · 10-27 |
| Нейтрон | n , 10 n | 0 | 1,67495 · 10-27 |
Атом ядро мен электроннан тұратын элементарлы бөлшектердің әрекеттесу жүйесі. Атом типі ядро құрамымен анықталады. Ядро нуклон деп аталатын протон мен нейтроннан тұрады. Элемент ядро заряды бірдей атомдар жиынтығы. Элемент атомының ядро құрамында нейтрон саны әртүрлі болса массасы да әртүрлі болады. Мұндай атомдарды изотоптар деп атайды. Атом – элементтің химиялық қасиетін сақтап тұратын ең кіші бөлшегі.
Атомдар химиялық әрекеттескенде молекула түзеді. Молекулалар бір атомды (мысалы, гелий молекуласы Не, екі атомды (азот N2, СО көміртегі оксиді), көп атомды (Н2О су, С6Н6 бензол) және полимерлі болып келеді. Соған сәйкес атомдар әртүрлі қатынаста байланысып көптеген заттар түзе алады. Молекуланың құрамы мен құрылысын таңдап алынған жағдайдағы зат күйі мен қасиеті анықтайды. Мысалы, СО2 көміртегі диоксиді қалыпты жағдайда газ, сумен әрекеттеседі, ал SiO2 кремний диоксиді қатты полимер зат, суда ерімейді. Химиялық құбылыстарда молекула бұзылады, бірақ атомдар сақталады. Көптеген химиялық процестерде атом мен молекулалар артық оң немесе теріс заряды бар иондарға айналады.
Негізгі химиялық түсініктер мен заңдар.
Эйнштейн теңдеуіне сәйкес Е=mc2, (мұндағы е – энергия, m – масса, с – жарық жылдамдығы) әр процесте энергияның бөлінуі немесе сіңірілуіне байланысты масса өзгереді. Егер денені қыздырсақ, энергия артып, масса көбейеді. Химиялық реакцияда жылу бөлінгенде өнім массасы бастапқы зат массасынан кіші болады. Бірақ химиялық реакцияларда с2 мәнінің үлкендігіне байланысты бөлінетін немесе сіңірілетін энергияға сәйкес масса мәні аз болады. Мысалы, 36,461 г сутегі мен хлордан хлорсутек түзілгенде массасы 10-9 г энергия бөлінеді. Сондықтан энергиямен келетін немесе бөлінетін массаны есептеуге болады.
Химиялық процестерде масса өзгеруін ескермеуіне байланысты химияда екі негізгі салдар бар. Бұл салдар заттар массасының сақталу заңы және энергия сақталу заңы деп аталады.
Заттар массасының сақталу заңы
Реакцияға қатысқан заттардың массасы реакция нәтижесінде шығатын өнімдер массасына тең. М.В. Ломоносов бұл заңды 1748 – 1756 ж.ж. ашты. Химия осы заң ашылғаннан кейін сапалық түрден сандық ғылымға айналды.
Энергия сақталу заңы:
Әрекеттесу кезінде жүйенің энергиясы тұрақты болады, тек бір түрден басқа түрге көшеді.
Реакция нәтижесінде энергия бөлінеді немесе сіңіріледі, яғни реакция өнімдеріндегі энергия қоры басқа заттардың энергиясымен салыстырғанда аз немесе көп болып келеді. Химияда заттағы энергия қоры құрамында жылуы бар бөлінетін немесе сіңірілетін энергияны жылу деп атайды. Осы заң негізінде химиялық реакцияның жылу эффектісін зерттейтін бөлімін химиялық термодинамика деп атайды. Өнеркәсіпте энергия сақталу заңы негізінде жылу балансы жүргізіледі.