یادگیری مفاهیم پایه شیمی، که در آن کل فرآیند آموزش شیمی مبتنی بر آن است، برای مبتدیان بسیار دشوار است.

یکی از دلایل آن حجم وسیعی از اطلاعات است که در آنجا وجود دارد.

به همین دلیل، تصمیم گرفتم ادامه دهم و در اینجا 15 مفهوم مهم پایه شیمی را توضیح دهم، که امیدوارم شما را در شکل بهتری برای یادگیری شیمی قرار دهد. اینها به وضوح در اکثر کتاب های درسی شیمی در بررسی ما توضیح داده شده است.

همچنین ممکن است علاقه مند باشید که به برخی از کتاب های شیمی آلی اولیه نگاهی بیندازید. یا شاید شما به دنبال آماده سازی امتحان شیمی AP یا تست های SAT شیمی هستید!

در صورتی که شروع به یادگیری شیمی آلی کرده اید، ما همچنین یک مرور کلی از مهمترین مفاهیمی که به آنها نیاز دارید و بررسی بیشتر در مورد مقایسه واکنش های SN1 و SN2 منتشر کرده ایم.

ما با مقدمه ای بر شیمی پایه شروع می کنیم: پیشینه ای در مورد اساسی ترین تعاریف شیمی، کمی تاریخ، و برجسته کردن چرایی و چگونگی اهمیت شیمی. واحدهای اساسی در شیمی تعریف خواهند شد: اتم ها، مولکول ها، ذرات زیر اتمی. سپس آنها را از دیدگاه مبتدی مورد بحث قرار داده و آنها را در قالب سوالات تدوین می کنیم.

بنابراین، هدف ما این مقاله برای افرادی است که با شیمی یا به طور کلی با علم آشنا نیستند. اگر معلم هستید، ممکن است بخواهید دانش آموزان خود را به اینجا هدایت کنید.

 

سلب مسئولیت: این توضیح جامع هر مفهوم نیست، بلکه مقدمه ای برای هر یک از آنها است: مبانی شیمی برای مبتدیان. ما منابعی را که برای گسترش بیشتر آنها مفید می دانیم ذکر کرده و درج می کنیم.

بنابراین بدون
قبل از این، بیایید شیرجه بزنیم!

شما می توانید استفاده کنید
فهرست مطالب بعدی برای پیمایش مستقیم به مفاهیم پایه شیمی که بیشتر به آنها علاقه دارید:

1. شیمی به چه معناست؟

به عنوان مقدمه ای بر شیمی، این شاخه از علم است که به مطالعه مواد و تغییرات می پردازد. اول، شیمی با مطالعه ترکیب و خواص ماده (که اساساً هر ماده ماکروسکوپی است که ما می توانیم مشاهده کنیم) سروکار دارد. سپس، شیمی به تغییر می‌پردازد، یا اینکه چگونه این مواد در شرایط خاص تکامل می‌یابند، یا چگونه یک ماده در هنگام تعامل با یک ماده دیگر تغییر می‌کند یا واکنش نشان می‌دهد. تعریف شیمی را نمی توان کوتاه تر کرد، زیرا اساساً همه چیز را پوشش می دهد!

2. کی شیمی “کشف” شد؟

فرآیندهای شیمیایی بسیار ساده حتی در طول تاریخ باستان، در 1000 سال قبل از میلاد، بسیار قبل از اینکه هر مفهوم یا قانون اساسی شیمی به طور واقعی ایجاد شود، انجام شد. استخراج فلزات از سنگ معدن یا به دست آوردن ترکیبات از منابع طبیعی مانند گیاهان، نمونه هایی از شیمی است که برای اولین بار هزاران سال پیش انجام شد و امروزه نیز وجود دارد.

کیمیا همان چیزی است که ما آن را «علم اولیه» شیمی می نامیم.

کیمیاگر در جستجوی سنگ فیلسوف، اثر جوزف رایت (1771)

کیمیاگری
سعی در توضیح ماهیت، خواص و دگرگونی های ماده داشت. اما آن
علم نبود، بلکه مجموعه ای از افسانه ها و جادو بود. توافق شده است که،
گذار از کیمیاگری به شیمی مدرن که ما آن را می شناسیم، در آغاز شد
قرن هفدهم، با انتشار کتاب کیمیای شکاک توسط رابرت بویل (1661) که
پدر شیمی مدرن محسوب می شود. تفاوت بین شیمی و
کیمیاگری کاربرد روش علمی است.

3. چرا شیمی مهم است؟

همه چيز
شیمی است هر چیزی که می توانید به صورت ماکروسکوپی مشاهده کنید از آن ساخته شده است
مواد شیمیایی. شما از مواد شیمیایی ساخته شده اید، غذای شما مواد شیمیایی است، شما نفس می کشید
مواد شیمیایی، ما خارج از آن زندگی می کنیم و به لطف مواد شیمیایی، همه چیزهایی که در زیر آن می بینید
خورشید مخلوطی از مواد شیمیایی است.

 

 

 

هر چیزی که می بینید یا انجام می دهید بر اساس مفاهیم و فرآیندهای شیمیایی است. آتش بازی به لطف درک و استفاده ما از شیمی اتفاق می افتد. دارویی که برای درمان بیماری خود مصرف می کنید این کار را از طریق فرآیندهای شیمیایی انجام می دهد. یک ساختمان سقوط نمی کند زیرا ما شیمی می دانیم. بدیهی است که همه این مثال‌ها ناشی از گرد هم آمدن دسته‌ای از شاخه‌های مختلف علم است. شیمی به عنوان علم مرکزی وظیفه چسباندن آنها را به یکدیگر بر عهده دارد.

4. چرا شیمی را علم مرکزی می نامند؟

همه علوم با مفاهیم پایه شیمی به هم چسبیده اند، به همین دلیل به آن علم مرکزی می گویند. بدون شیمی، علوم فیزیکی (که خود شیمی را نیز در بر می گیرد)، شکافی پیدا می کند و به علوم زیستی (مانند زیست شناسی) و علوم کاربردی (مانند مهندسی) وابسته نمی شود. توجه به این نکته در هر مقدمه ای از متن شیمی مهم است.

نقشه علوم که توسط بالابان و کلاین از طریق ویکی پدیا ارائه شده است
5. آینده شیمی چیست؟

علم شیمی
علمی است که به مطالعه و دستکاری ماده می پردازد. ما انسان ها داریم می گیریم
در آن بسیار خوب است، (اگرچه شکست دادن آن آسان نیست
طبیعت)، اما ما هستیم
به دور از موقعیت ایده آلی که در آن به راحتی بتوانیم هر مولکول یا ترکیبی بسازیم
به میل خود در عرض چند دقیقه

به این معنا که
احتمالا آینده سنتز شیمیایی، قادر به شکل دادن هر ترکیبی در
خواهد در یک موضوع از

دقیقه، بدون تکیه بر پروژه های ترکیبی چالش برانگیز طولانی مدت. علاوه بر این، امکانات
شیمی مصنوعی به معنای واقعی کلمه بی پایان است: همیشه جایی برای ساختن وجود خواهد داشت
یک ماده شیمیایی حتی بهتر، یا پیدا کردن مولکولی که حتی بهتر عمل می کند
وظیفه داده شده

کلید دیگر
جنبه “شیمی آینده” رسیدن به کامل واقعی خواهد بود
پایداری شیمی یکی از شاخه های اصلی علم برای حل خواهد بود
مشکل انرژی

همچنین،
شیمی به عنوان علم محوری وظیفه کمک به فناوری را بر عهده خواهد داشت
و علم میان رشته ای به طور کلی به آرامی توسعه یابد.

شیمی، علم مرکزی، پیشرفت‌های فن‌آوری بین‌رشته‌ای را در کنار هم نگه می‌دارد. اعتبار به ناسا/پت راولینگ.
6. اتم چیست؟

اتم به عنوان واحد اصلی یک عنصر شیمیایی تعریف می شود. یک قطعه اساسی از ماده. مفهوم ساده و پایه شیمی ساده.

به طور مشخص
اکنون می دانیم که اتم ها از ذرات کوچکتری ساخته شده اند که زیر اتمی نامیده می شوند
ذرات: پروتون ها (بر اساس قرارداد بار مثبت دارند)، الکترون ها (منفی
باردار شده توسط قرارداد) و نوترون ها (ذرات خنثی).

به صورت ساده
اصطلاحات: پروتون ها و نوترون ها قسمت داخلی اتم یا هسته و
بیشتر جرم اتم ها را تشکیل می دهد. الکترون ها یک ابر را می سازند (اوربیتال ها،
یا مناطقی که احتمال یافتن الکترون در آنها زیاد است) در اطراف
هسته.

مدل بور از یک اتم، از طریق universetoday.com

پروتون ها و نوترون ها ذرات بنیادی نیستند. آنها از کوارک ساخته شده اند. از سوی دیگر، تا آنجا که می دانیم، الکترون ها ذرات بنیادی هستند و از چیز کوچکتر ساخته نشده اند.

7. مولکول چیست؟

یک مولکول گروهی از اتم های متصل به یکدیگر است. این سطح بعدی پیچیدگی شیمیایی است. مولکول ها واحد پایه یک ترکیب شیمیایی را نشان می دهند و این یکی دیگر از مفاهیم اساسی اساسی شیمی است.

یعنی
اساسا آن را به عنوان مثال یک مولکول آب است که از دو اتم ساخته شده است
هیدروژن (H) و یک اتم اکسیژن (O) که از طریق پیوندهای کووالانسی در کنار هم قرار دارند.

مدل های یک مولکول آب اعتبار به Dbc334/Jynto از طریق ویکی پدیا

به علاوه
تعاریف شامل این است که آنها ساده ترین واحد بنیادی هستند که می توانند انجام شوند
در یک واکنش شیمیایی شرکت می کنند و از نظر الکتریکی خنثی هستند. این
نقطه آخر مولکول ها را از یون ها، نوع دیگری از مواد شیمیایی، متمایز می کند
ترکیب.

8. چه نوع ترکیبات شیمیایی وجود دارد؟

سه نوع اصلی از ترکیبات شیمیایی وجود دارد که در این پست باید به طور خلاصه در مورد مفاهیم پایه شیمی معرفی شود. همه آنها نتیجه پیوند اتمها با یکدیگر هستند. تفاوت در ماهیت نیروهایی است که آن اتم ها را کنار هم نگه می دارد.

در مولکول‌ها (مانند آب، یا H2O، در بالا) که ترکیبات خنثی با ماهیت «منفرد» هستند، اتم‌ها توسط پیوندهای کووالانسی به هم چسبیده‌اند. پیوندهای کووالانسی معمولاً بین دو اتم غیر فلزی که جفت‌های الکترون یا جفت پیوند مشترک دارند، رخ می‌دهد.
در ترکیبات یونی (مانند کلرید سدیم یا NaCl که معمولاً به عنوان نمک شناخته می‌شود)، اتم‌ها به شکل یونی (باردار) هستند و توسط نیروهای یونی در کنار هم نگه داشته می‌شوند و شبکه‌های بزرگی از یون‌های دارای بار مخالف را ایجاد می‌کنند. پیوندهای یونی بین فلزات و غیر فلزات ایجاد می شود.
هنگامی که شبکه های گسترده ای از اتم ها بین یک یا چند نوع اتم فلزی تشکیل می شود، ما در مورد پیوندهای فلزی صحبت می کنیم.
9. جدول تناوبی چیست؟

جدول تناوبی فهرست یا ترتیبی از تمام عناصر شیمیایی شناخته شده است. اینها به گونه ای سازماندهی شده اند که امکان گروه بندی عناصر با ساختار اتمی مشابه و در نتیجه خواص مشابه را فراهم می کند. معیار اصلی برای این ترتیب آرایش با افزایش عدد اتمی است که تعداد ذرات هسته آن عنصر (پروتون و نوترون) است. اختراع آن به دیمیتری مندلیف شیمیدان روسی نسبت داده می شود و در سال 2019 ما 150 سالگرد گزارش اولیه او را در سال 1869 جشن می گیریم.

جدول تناوبی ساده اعتبار به ویکی پدیا
10. چرا دو ترکیب شیمیایی واکنش نشان می دهند؟

علم شیمی
تغییرات ماده را مطالعه می کند. یک ماده شیمیایی
واکنش فرآیندی است که در آن یک مجموعه از ترکیبات شیمیایی وجود دارد
به دیگری تبدیل شده است. واکنش زمانی رخ می دهد که یک تعامل بین وجود داشته باشد
ترکیباتی که در آنها برخی از پیوندهای اولیه شکسته شده و برخی پیوندهای جدید هستند
شکل گرفت.

چرا این اتفاق می افتد؟ به زبان ساده، زیرا انرژی نگه‌دارنده پیوندهای جدید بیشتر از انرژی نگهدارنده پیوندهای اولیه است. این تعریف یک فرآیند ترمودینامیکی مطلوب است. ترمودینامیک مطلوب اساسی ترین مرحله ای است که دو ترکیب را به واکنش با یکدیگر سوق می دهد. عامل بسیار مهم دیگر سینتیک واکنش است.

11. کایرالیته چیست و از کجا می آید؟

کایرالیته یک ویژگی هندسی مولکول های خاص است. به یک مولکول زمانی کایرال گفته می شود که تصویر آینه ای آن به خود مولکول اضافه نشود. منبع کلاسیک کایرالیته در یک ترکیب (آلی) وجود یک اتم کربن با چهار جایگزین مختلف است. این مفهوم با این ویدیوی شیمی پایه یوتیوب به مراتب بهتر توضیح داده می شود:

 

 

 

منشأ کایرالیته، همراه با منشأ حیات i

یکی از مرتبط ترین سوالات، نه تنها در شیمی، بلکه به طور کلی علم است، بنابراین نمی توان به روشی ساده به آن پاسخ داد. تئوری اصلی پشتیبان آن مبتنی بر هموکایرالیته است، که می‌توانست در سه مرحله پدیدار شود: شکستن تقارن آینه، تقویت کایرال و انتقال کایرال. این بسیار فراتر از مفاهیم اولیه شیمی است، اما می توانید در اینجا بیشتر در مورد آن بخوانید.

12. اسیدها و بازها چیست؟

به دنبال تعریف اولیه توسط آرنیوس، (1884)، اسید ترکیبی است که قادر به آزاد کردن کاتیون هیدروژن یا پروتون (H+) است. به عنوان مثال، مولکول های اسید کلریدریک (HCl آبی) در محلول یونیزه می شوند و یک پروتون به آب از طریق تعادل اسید-باز یونیزه می شوند:

HCl (aq) + H2O (مایع) ⇌ H3O+ (aq) + Cl– (aq)

HCl در آب باعث ایجاد کاتیون های هیدرونیوم و آنیون های کلرید می شود. این تعادل اسید و باز کلاسیک است.

از سوی دیگر، بازهایی مانند هیدروکسید سدیم (NaOH)، می‌توانند پروتون‌ها را از آب بگیرند و باعث ایجاد آنیون‌های هیدروکسید شوند.

NaOH (aq) +
H2O (مایع) ⇌ HO– (aq) + Na+ (aq)

در حالی که مدل اسید-باز آرنیوس بسیار گویا است، محدودیت‌های خود را دارد و مدل‌های دیگر برای توصیف تئوری‌های اسید-باز پیشرفته‌تر استفاده می‌شوند. مهمترین آنها نظریه برونستد-لوری (که نسخه کلی تری از نظریه آرنیوس است) و نظریه لوئیس هستند.

با توجه
در نظریه لوئیس، اسید یک است
ماده ای که یک جفت الکترون تنها را می پذیرد و باز ماده ای است که
یک جفت الکترون تنها اهدا می کند. این تعادل اسید و باز را به حساب می آورد که
نمی توان با تئوری های آرنیوس یا برونستد-لوری توضیح داد
اساس آمونیاک در آب:

:NH3 (aq) + H2O (مایع) ) ⇌ NH4+ (aq) +
:OH– (ق)

اسیدیته یا بازی نسبی محلول ها یا مخلوط ها با استفاده از یک مقیاس لگاریتمی به نام مقیاس pH اندازه گیری می شود. به طور کلی از 0، اسیدی ترین (مانند محلول های اسید هیدروکلریک)، از طریق pH = 7 (خنثی در نظر گرفته می شود)، تا 14، بسیار بازی (مانند محلول های آب هیدروکسید سدیم) می رود. با این وجود، ترکیبات بازی‌دار و اسیدی‌تر از آن‌ها وجود دارند، pH = 0-14 قطعاً محدوده بسته‌ای نیست. نمونه هایی از محلول ها یا مخلوط های رایج با pH های مختلف در مقیاس زیر نشان داده شده است.

13. استوکیومتری چیست؟

استوکیومتری یک مفهوم بسیار ابتدایی شیمی است. این فقط راهی برای اندازه گیری یا تعیین مقدار هر ماده ای است که در یک واکنش درگیر است (واکنش دهنده ها) و مقدار محصولاتی که تولید می شوند.

قبل از اجرای واقعی یک واکنش در آزمایشگاه، یک شیمیدان باید بفهمد که تعداد مولکول های هر معرف چقدر است تا واکنش ادامه یابد. برای این منظور از واحدی به نام مول استفاده می کنیم. مول واحد پایه “مقدار ماده” است. یک مول 6.022·1023 مولکول را تشکیل می دهد. ما نیاز داریم که عدد بزرگی باشد، زیرا در هر گرم از هر معرف یک واکنش، تعداد زیادی مولکول وجود دارد.

را
استوکیومتری یک واکنش اندازه گیری کمیت های نسبی (یا معادل ها) است که بر حسب مول اندازه گیری می شود.
واکنش دهنده هایی که در واکنش نقش دارند.

به عنوان مثال، هر 2 مولکول (یا 2 مول) گاز هیدروژن (H2) با 1 مولکول (یا 1 مول) گاز اکسیژن (O2) واکنش داده و 2 مولکول (یا 2 مول) آب (H2O) تولید می کند:

2 H2 (گاز) + 1 O2 (گاز) → 2 H2O (مایع)

بنابراین اگر بخواهیم این واکنش را در آزمایشگاه انجام دهیم (با استفاده از دو گاز گران قیمت و دشوار، برای به دست آوردن محصولی ارزان و آسان مانند آب) در آزمایشگاه، باید 2 مول هیدروژن در هر مول گاز را با هم مخلوط کنیم. اکسیژن. این به معنای استفاده از 2 معادل (equiv) هیدروژن نسبت به مقدار اکسیژن است. در این حالت، هنگام جابجایی گازها، می توان با ایجاد فشار جزئی برای هر یک از آنها، تعداد مول های هر یک را کنترل کرد.

در مورد معرف‌های جامد رایج‌تر، می‌توان یک سنتز فرضی کربنات سدیم از اسید کربنیک را در نظر گرفت. ما به 2 معادل هیدرید سدیم (NaH) به ازای هر مول اسید کربنیک مورد استفاده نیاز داریم (دو برابر مولکول NaH نسبت به مولکول های اسید کربنیک).

سنتز کربنات سدیم از اسید کربنیک

این 1 معادل یا 1 مول کربنات سدیم تولید می کند و همچنین 2 معادل (یا 2 مول) گاز هیدروژن را به عنوان یک محصول جانبی آزاد می کند.

14. اکسیداسیون و احیا در شیمی چیست؟

فرآیندهای ردوکس نوعی واکنش شیمیایی در
که یکی از ترکیبات واکنش دهنده اکسید و دیگری احیا می شود. آ
واکنش ردوکس شامل انتقال الکترون است. می گوییم که یک مرکب، یا
اتم درون یک ترکیب، با از دست دادن الکترون اکسید می شود و با به دست آوردن الکترون، جزء دیگر کاهش می یابد.

یکی از
معمول ترین نمونه های فرآیند ردوکس، زنگ زدگی آهن است. فلز آهن، Fe0 (وضعیت اکسیداسیون = 0) با اکسیژن هوا، O2 (اکسیداسیون) واکنش می دهد.
حالت = 0) برای ایجاد زنگ یا اکسید آهن (III)، Fe2O3.

4 Fe0 (جامد) + 3 O2  (گاز) → 2 Fe2O3 (جامد)

در این جدید
ترکیب، حالت اکسیداسیون جدید آهن +3 است. آهن 3 الکترون از دست داده است
بنابراین، اکسید شدن:

Fe0 → Fe3+ + 3 e–

در
از طرف دیگر، حالت اکسیداسیون جدید اکسیژن -2 است. هر O

اتم اکسیژن دارد
دو الکترون به دست آورد و کاهش یافت:

O2 + 4 e– → 2 O2-

یک مثال معمولی
یک فرآیند ردوکس انفجاری است که در آن ترکیب منفجره اکسید می شود
با خشونت C4 یک ماده منفجره پلاستیکی رایج است که بسیار پرانرژی تر از دینامیت است.
جزء اصلی C4 RDX (انفجار توسعه تحقیقاتی) است که به آن نیز معروف است
سیکلونیت یا طبق IUPAC 1,3,5-trinitro-1,3,5-triazinane.

فرآیند
اکسیداسیون RDX از نظر ترمودینامیکی مطلوب است و منجر به a
واکنش گرمازا، که در آن مقدار زیادی انرژی به شکل آزاد می شود
گرما و نور باعث انفجار می شود.

اکسیداسیون انفجاری RDX از مواد منفجره C4

پیوندهای N-NO2 بسیار ناپایدار و مستعد اکسیداسیون هستند. این همان چیزی است که این نوع ترکیبات را بسیار انفجاری می کند.

15. رادیواکتیویته چیست؟

رادیواکتیو
واپاشی یا رادیواکتیویته اساساً فرآیندی است که در آن یک هسته ناپایدار وجود دارد
انرژی خود را با انتشار تابش به شکل ذره از دست می دهد. این
این مفهوم به وضوح در ویدیوی زیر توضیح داده شده است:

 

 

 

این بیشتر یک مفهوم فیزیک است تا یک مفهوم پایه شیمی، اما برای شیمیدانان بسیار مرتبط است.

همه اتم‌های موجود پایدار نیستند، برخی از آن‌هایی هستند که می‌توان آن‌ها را «معنا به بودن» نامید. بیشتر ماده ای که می بینیم از ترکیب پروتون ها، نوترون هایی که پایدار هستند (اتم های پایدار، به ویژه هسته های پایدار) تشکیل شده است. اما ترکیبات دیگر نوترون ها و پروتون ها باعث ایجاد هسته های ناپایدار می شوند که در نهایت از هم می پاشند. این اساس رادیواکتیویته به زبان ساده است.

در طی تجزیه این اتم های ناپایدار، انرژی به شکل ذرات آزاد می شود. این آزاد شدن انرژی قابل تشخیص است و این همان چیزی است که ما آن را تشعشع می نامیم. هنگامی که این فرآیند انجام می شود، یک هسته جدید و در نتیجه یک اتم جدید تشکیل می شود. این اتم جدید همچنین می تواند ناپایدار باشد و به انتشار تابش ادامه دهد تا زمانی که به یک اتم پایدار تبدیل شود که دیگر انرژی به عنوان تابش ساطع نمی کند.

بالاخره میخوام با کانسپت شانزدهم آپدیت کنم! این سزاوار یک پست جداگانه است، و اینجاست: مروری آموزشی در مورد چرایی واکنش مواد شیمیایی! اگر در مورد یادگیری شیمی جدی هستید، باید بر اصول اولیه مفاهیم ترمودینامیک و سینتیک تسلط داشته باشید.

برای خاتمه، امیدوارم همه شما (یا دانش آموزان یا فرزندانتان) چیزی از این موضوع به دست آورید. همانطور که در بالا ذکر کردم، این فقط یک مقدمه ساده برای بسیاری از مفاهیم پایه شیمی است. اگر چیزی به اندازه کافی واضح نیست، یا می‌خواهید هر نکته خاصی را بیشتر توسعه دهم یا به‌روزرسانی کنم، لطفاً حتماً به من اطلاع دهید.

اگر از این مقاله برای یادگیری یا آموزش شیمی دبیرستان استفاده می کنید، اکنون بهترین کتاب های یادگیری شیمی در آن سطح را بررسی کرده ایم. شما می توانید آن را در اینجا بررسی کنید.

یک ابزار عالی برای تکمیل این مفهوم نظری، به ویژه برای دانش آموزان جوان، دریافت یک کیت شیمی خوب است.

علاوه بر این، بیشتر مفاهیمی که در اینجا توضیح داده می شوند بر اساس مدل ها هستند. شما باید به وضوح این ایده را درک کنید که همه مدل‌ها در علم اشتباه هستند، بنابراین حتماً این مطالعه دیگر را بررسی کنید.

همچنین، ادامه دهید و این مقاله را با دانش آموزان خود یا هر کسی که در حال یادگیری شیمی است به اشتراک بگذارید!