2.1: Прелюдія до атомів і реакцій

Дві дуже важливі речі, які роблять хіміки (і вчені взагалі), включають проведення кількісних вимірювань та донесення результатів експериментів максимально чітко і однозначно. Зараз ми розберемося з ще однією важливою діяльністю хіміків - використанням їх уяви для розробки теорій або моделей для інтерпретації їх спостережень та вимірювань. Такі теорії або моделі корисні для пропонування нових спостережень або експериментів, які дають додаткові дані. Вони також служать для узагальнення існуючої інформації та допомоги в її відкликанні.

Атомна теорія, вперше запропонована в сучасному вигляді Джоном Далтоном, є однією з найважливіших і корисних ідей в хімії. Він інтерпретує спостереження за повсякденним світом з точки зору частинок, званих атомами і молекулами. Макроскопічні події - ті, які люди можуть спостерігати або переживати зі своїми неозброєними почуттями - інтерпретуються за допомогою мікроскопічних об'єктів - настільки малих, що для їх виявлення необхідно використовувати спеціальний інструмент або апарат. (Можливо, термін субмікроскопічний дійсно слід використовувати, оскільки більшість атомів і молекул занадто малі, щоб їх можна було побачити навіть під мікроскопом.) У будь-якому випадку хіміки постійно намагаються пояснити макроскопічний світ мікроскопічним терміном. Наприклад, контрастні властивості твердих речовин, рідин і газів можуть бути пов'язані з відмінностями в інтервалі між і швидкістю руху складових атомів або молекул. У формі, спочатку запропонованій Джоном Далтоном (відкривається в новому вікні), атомна теорія відрізняла елементи від сполук і використовувалася для пояснення закону постійного складу і передбачала закон кратних пропорцій. Теорія також узгоджувалася з законом Лавуазьє збереження маси. Важливим аспектом атомної теорії є присвоєння елементам відносних мас (атомних ваг). Атоми і молекули вкрай малі. Тому, підраховуючи, скільки однієї речовини потрібно для реакції з іншим, хіміки використовують одиницю під назвою моль. Один моль містить 6.022 × 10 ²³ будь-якого роду мікроскопічних частинок, які ви хочете розглянути. Посилаючись на 2 моль Br ₂ вказує певну кількість молекул Br ₂ так само, як при зверненні до 10 брутто олівців вказується певна кількість олівців. Кількість, яка вимірюється в одиницях, що називаються молями, відома як кількість речовини. Дещо незвичне число 6.022 × 10 ²³, яке також називають постійною Авогадро, яка визначає, скільки частинок знаходиться в молі, було обрано так, що маса 1 моль атомів будь-якого елемента - це атомна вага цього елемента, виражена в грамах. Аналогічно маса моля молекул - це молекулярна маса, виражена в грамах. Молекулярна маса отримується шляхом підсумовування атомних мас всіх атомів в молекулі. Цей вибір для крота робить його дуже зручним для отримання молярних мас - просто додайте одиниці грамів на моль до атомної або молекулярної маси. Використовуючи молярну масу і постійну Авогадро, можна визначити маси окремих атомів або молекул і знайти, скільки атомів або молекул присутній в макроскопічному зразку речовини. Таблиця атомних ваг та молярних мас, які можна отримати з неї, також може бути використана для отримання емпіричної формули речовини, якщо ми знаємо відсоток за вагою кожного присутнього елемента. Можливий і зворотний розрахунок, визначення вагового відсотка з хімічної формули. Після того, як формули для реагентів та продуктів відомі, можна записати збалансоване хімічне рівняння для опису будь-яких хімічних змін. Балансування рівняння шляхом коригування коефіцієнтів, застосованих до кожної формули, залежить від постулату атомної теорії, яка стверджує, що атоми не створюються, не руйнуються і не змінюються на атоми іншого роду під час хімічної реакції.