Ионы – это заряженные атомы и атомные группы. Понятие об ионных реакциях и заряде ионов
Live Journal
Facebook
TwitterСодержание статьи
ХИМИЯ, наука о химических элементах, их соединениях и превращениях, происходящих в результате химических реакций. Она изучает, из каких веществ состоит тот или иной предмет; почему и как ржавеет железо, и почему олово не ржавеет; что происходит с пищей в организме; почему раствор соли проводит электрический ток, а раствор сахара – нет; почему одни химические изменения происходят быстро, а другие – медленно. Главная задача химии – выяснение природы вещества, главный подход к решению этой задачи – разложение вещества на более простые компоненты и синтез новых веществ. Используя этот подход, химики научились воспроизводить множество природных химических субстанций и создавать материалы, не существующие в природе. На химических предприятиях уголь, нефть, руды, вода, кислород воздуха превращаются в моющие средства и красители, пластики и полимеры, лекарства и металлические сплавы, удобрения, гербициды и инсектициды и т.д. Живой организм тоже можно рассматривать как сложнейший химический завод, на котором тысячи веществ вступают в точно отрегулированные химические реакции.
ЭЛЕМЕНТЫ И СОЕДИНЕНИЯ
Элементы
Исследование сложного вещества начинается с попыток разложить его на более простые. Простейшая форма материи, в которой сохраняется определенная совокупность физических и химических свойств, называется химическим элементом. Химические элементы – это частицы вещества, представляющие собой совокупность атомов с одинаковым зарядом ядра. Водород, кислород, хлор, натрий, железо – все это элементы. Элемент нельзя разложить на более простые составляющие обычными методами: с помощью тепла, света, электричества или под действием другого вещества. Для этого нужны колоссальное количество энергии, специальное оборудование (например, ускоритель частиц) или высокие температуры, сравнимые с температурами в недрах Солнца. Из 109 известных элементов в природе существует девяносто два элемента, остальные получены искусственно. Все они систематизированы в периодической таблице элементов, где каждому элементу соответствует свой порядковый номер, называемый атомным номером (см . ЭЛЕМЕНТЫ ХИМИЧЕСКИЕ; . В табл. 1 перечислены первые 103 элемента в алфавитном порядке. Из этого ограниченного набора элементов и состоят миллионы химических веществ.
| Элемент | Символ | Атомный номер | Атомная масса |
| Азот | N | 7 | 14,0067 |
| Актиний | Ac | 89 | (227) |
| Алюминий | Al | 13 | 26,98154 |
| Америций | Am | 95 | (243) |
| Аргон | Ar | 18 | 39,948 |
| Астат | At | 85 | (210) |
| Барий | Ba | 56 | 137,33 |
| Бериллий | Be | 4 | 9,01218 |
| Берклий | Bk | 97 | (247) |
| Бор | B | 5 | 10,811 |
| Бром | Br | 35 | 79,904 |
| Ванадий | V | 23 | 50,9415 |
| Висмут | Bi | 83 | 208,9804 |
| Водород | H | 1 | 1,0079 |
| Вольфрам | W | 74 | 183,85 |
| Гадолиний | Gd | 64 | 157,25 |
| Галлий | Ga | 31 | 69,723 |
| Гафний | Hf | 72 | 178,49 |
| Гелий | He | 2 | 4,0026 |
| Германий | Ge | 32 | 72,59 |
| Гольмий | Ho | 67 | 164,9304 |
| Диспрозий | Dy | 66 | 162,50 |
| Европий | Eu | 63 | 151,96 |
| Железо | Fe | 26 | 55,847 |
| Золото | Au | 79 | 196,9665 |
| Индий | In | 49 | 114,82 |
| Иод | I | 53 | 126,9045 |
| Иридий | Ir | 77 | 192,22 |
| Иттербий | Yb | 70 | 173,04 |
| Иттрий | Y | 39 | 88,9059 |
| Кадмий | Cd | 48 | 112,41 |
| Калий | K | 19 | 39,0983 |
| Калифорний | Сf | 98 | (251) |
| Кальций | Ca | 20 | 40,078 |
| Кислород | O | 8 | 15,9994 |
| Кобальт | Co | 27 | 58,9332 |
| Кремний | Si | 14 | 28,0855 |
| Криптон | Kr | 36 | 83,80 |
| Ксенон | Xe | 54 | 131,29 |
| Кюрий | Cm | 96 | (247) |
| Лантан | La | 57 | 138,9055 |
| Лоуренсий | Lr | 103 | (260) |
| Литий | Li | 3 | 6,941 |
| Лютеций | Lu | 71 | 174,967 |
| Магний | Mg | 12 | 24,305 |
| Марганец | Mn | 25 | 54,9380 |
| Медь | Cu | 29 | 63,546 |
| Менделевий | Md | 101 | (258) |
| Молибден | Mo | 42 | 95,94 |
| Мышьяк | As | 33 | 74,9216 |
| Натрий | Na | 11 | 22,98977 |
| Неодим | Nd | 60 | 144,24 |
| Неон | Ne | 10 | 20,179 |
| Нептуний | Np | 93 | 237,0482 |
| Никель | Ni | 28 | 58,69 |
| Ниобий | Nb | 41 | 92,9064 |
| Нобелий | No | 102 | (259) |
| Олово | Sn | 50 | 118,710 |
| Осмий | Os | 76 | 190,2 |
| Палладий | Pd | 46 | 106,42 |
| Платина | Pt | 78 | 195,08 |
| Плутоний | Pu | 94 | (244) |
| Полоний | Po | 84 | (209) |
| Празеодим | Pr | 59 | 140,9077 |
| Прометий | Pm | 61 | (145) |
| Протактиний | Pa | 91 | 231,0359 |
| Радий | Ra | 88 | 226,0254 |
| Радон | Rn | 86 | (222) |
| Рений | Re | 75 | 186,207 |
| Родий | Rh | 45 | 102,9055 |
| Ртуть | Hg | 80 | 200,59 |
| Рубидий | Rb | 37 | 85,4678 |
| Рутений | Ru | 44 | 101,07 |
| Самарий | Sm | 62 | 150,36 |
| Свинец | Pb | 82 | 207,2 |
| Селен | Se | 34 | 78,96 |
| Сера | S | 16 | 32,066 |
| Серебро 2) | Ag | 47 | 107,8682 |
| Скандий | Sc | 21 | 44,9559 |
| Стронций | Sr | 38 | 87,62 |
| Сурьма | Sb | 51 | 121,75 |
| Таллий | Tl | 81 | 204,383 |
| Тантал | Ta | 73 | 180,9479 |
| Теллур | Te | 52 | 127,60 |
| Тербий | Tb | 65 | 158,9254 |
| Технеций | Tc | 43 | |
| Титан | Ti | 22 | 47,88 |
| Торий | Th | 90 | 232,0381 |
| Тулий | Tm | 69 | 168,9342 |
| Углерод | C | 6 | 12,011 |
| Уран | U | 92 | 238,0289 |
| Фермий | Fm | 100 | (257) |
| Фосфор | P | 15 | 30,97376 |
| Франций | Fr | 87 | (223) |
| Фтор | F | 9 | 18,998403 |
| Хлор | Cl | 17 | 35,453 |
| Хром | Cr | 24 | 51,9961 |
| Цезий | Cs | 55 | 132,9054 |
| Церий | Ce | 58 | 140,12 |
| Цинк | Zn | 30 | 65,39 |
| Цирконий | Zr | 40 | 91,224 |
| Эйнштейний | Es | 99 | (252) |
| Эрбий | Er | 68 | 167,26 |
| 1) В расчете на атомную массу изотопа углерода 12 С, равную 12,0000. В круглых скобках указано массовое число наиболее долгоживущего нуклида. 2) См. также АТОМНАЯ МАССА. |
|||
Соединения
Элементы, соединяясь друг с другом, образуют сложные вещества – химические соединения. Соль, вода, ржавчина, каучук – это примеры соединений. Соединение состоит из элементов, но обычно по своим свойствам и внешнему виду не напоминает ни один из них. Так, ржавчина образуется при взаимодействии газа – кислорода с металлом – железом, а сырьем для получения многих волокон служат уголь, вода и воздух. Именно индивидуальность свойств – одна из черт, отличающих соединение от простой смеси. Другая, и наиболее важная, характеристика соединения заключается в том, что элементы всегда соединяются между собой в определенных массовых соотношениях. Например, вода состоит из 2,016 массовых частей водорода и 16,000 массовых частей кислорода. Массовое соотношение между водородом и кислородом в водах Волги и льдах Антарктики одинаково и равно 1:8. Иными словами, каждое химическое соединение имеет вполне определенный состав, т.е. всегда содержит одни и те же элементы в одних и тех же массовых соотношениях. Это один из основных химических законов – закон постоянства состава.
Многие элементы образуют несколько соединений. Так, помимо воды известно еще одно соединение водорода и кислорода – пероксид водорода, который состоит из 2,016 частей водорода и 32 частей кислорода. Здесь водород и кислород находятся в массовом соотношении 1:16, что ровно вдвое отличается от их соотношения в воде. Этот пример иллюстрирует закон кратных соотношений: если два элемента образуют между собой несколько соединений, то массовые количества одного элемента, соединяющиеся с одним и тем же массовым количеством другого, относятся между собой как небольшие целые числа.
Атомы и молекулы
Понятия атомов и молекул – основные в химии. Атом – это мельчайшая частица элемента, обладающая всеми его свойствами, а молекула – мельчайшая частица соединения, обладающая его свойствами и способная к самостоятельному существованию. Атомистическая идея восходит к 6–5 вв. до н.э. и принадлежит древнегреческим философам Левкиппу и его ученику Демокриту. По их представлениям, вещество состоит из мельчайших неделимых частиц – атомов, созданных из одного и того же первичного материала. Правда, ни один из этих философов не определил, что это за материал. Впоследствии атомную теорию развил другой греческий философ, Эпикур (4–3 вв. до н.э.). Он утверждал, что атомы обладают весом и перемещаются в горизонтальном и вертикальном направлениях, взаимодействуя друг с другом. Аналогичные идеи высказывал римский поэт Лукреций в 1 в. до н.э., наблюдавший за пылинками, которые танцуют в солнечном луче. Наконец, в 1804–1810 английский химик и физик Дж.Дальтон разработал атомную теорию, которая включала законы кратных соотношений и постоянства состава. Однако убедительные доказательства существования атомов были получены только в 20 в. Когда Лукреций утверждал, что пылинки подталкиваются невидимыми потоками движущихся атомов, он был не так уж далек от истины: их танец действительно могут вызывать воздушные течения, но даже в неподвижном воздухе частички пыли или дыма находятся в постоянном движении. Этот эффект называют броуновским движением . Спустя два тысячелетия после Лукреция французский ученый Ж.Перрен, вооруженный микроскопом и математической теорией, изучил случайные блуждания суспендированных частичек краски и рассчитал число невидимых молекул, чьи удары заставляли их двигаться. После того, как атомы и молекулы удалось сосчитать, само их существование стало гораздо более убедительным.
Строение атома
Согласно современным представлениям, атом содержит центральное ядро, размеры которого очень малы по сравнению с атомом в целом. Ядро несет положительный электрический заряд и окружено диффузной оболочкой (облаком) из отрицательно заряженных электронов, которая и определяет размер атома. Диаметр атома – ок. 10 –8 см, диаметр ядра в 10 000 раз меньше и равен примерно 10 –12 см. У простейшего из атомов – атома водорода – в ядре всего одна частица – протон. Ядро атомов других элементов содержит более одного протона, а также нейтроны – частицы, близкие к протонам по массе, но не имеющие электрического заряда. Заряд ядра называют его атомным (или порядковым) номером. Атомный номер равен числу протонов в ядре и определяет химическую природу элемента. Так, атом с зарядом ядра +26 содержит 26 протонов в ядре и представляет собой элемент железо. Ядро атома железа окружают 26 электронов, поэтому атом в целом электронейтрален.
Суммарное число протонов и нейтронов в ядре называют массовым числом, поскольку в этих частицах сосредоточена практически вся масса атома. Число нейтронов, содержащихся в ядрах атомов данного элемента, в отличие от числа протонов, может варьировать. Атомы одного элемента, ядра которых содержат разное число нейтронов, называют изотопами. Слово «изотоп» греческого происхождения; оно означает «одно и то же место» – разные изотопы элемента занимают одну и ту же позицию в периодической таблице Менделеева ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ЭЛЕМЕНТОВ) и обладают очень близкими химическими свойствами. Так, у водорода (массовое число 1) есть изотоп дейтерий, в ядре которого один протон и один нейтрон (массовое число соответственно равно 2). Оба изотопа вступают в одни и те же химические реакции, но не всегда одинаково легко.
Термин «атомная масса» означает массу атома элемента, выраженную в единицах массы атома изотопа углерода 12 С, которую принято считать равной его массовому числу – 12,0000 (атомная масса изотопа близка к его массовому числу, но не равна ему, поскольку при образовании атомного ядра часть массы теряется в виде энергии). До 1961 атомные массы элементов определяли относительно среднего массового числа для смеси изотопов кислорода, равного 16,0000. Атомная масса элемента, существующего в природе в виде смеси изотопов, – это средняя величина атомных масс всех изотопов с учетом их распространенности в природе . Молекулярная масса равна сумме масс атомов элементов, составляющих молекулу. Например, мол. масса воды равна сумме 2 · 1,008 (два атома водорода) + 16,0000 (один атом кислорода), т.е. 18,016.
Электронное облако
Физические и химические свойства атомов, а следовательно, и вещества в целом во многом определяются особенностями электронного облака вокруг атомного ядра. Положительно заряженное ядро притягивает отрицательно заряженные электроны. Электроны вращаются вокруг ядра так быстро, что точно определить их местонахождение не представляется возможным. Движущиеся вокруг ядра электроны можно сравнить с облаком или туманом, в одних местах более или менее плотным, в других – совсем разреженным. Форму электронного облака, а также вероятность нахождения электрона в любой его точке можно определить, решив соответствующие уравнения квантовой механики . Области наиболее вероятного нахождения электронов называют орбиталями. Каждая орбиталь характеризуется определенной энергией, и на ней может находиться не более двух электронов. Обычно вначале заполняются ближайшие к ядру самые низкоэнергетические орбитали, затем орбитали с более высокой энергией и т.д.
Совокупность электронных орбиталей с близкой энергией образует слой (т.е. оболочку, или энергетический уровень). Энергетические уровни нумеруют, начиная от ядра атома: 1, 2, 3, ... . Чем дальше от ядра, тем просторнее слои и тем больше орбиталей и электронов они могут вместить. Так, на n -м уровне n 2 орбиталей, и на них могут располагаться до 2n 2 электронов. У известных элементов электроны находятся только на первых семи уровнях, и лишь первые четыре из них бывают заполненными.
Существует четыре типа орбиталей, их обозначают s, p, d и f. На каждом уровне (слое) имеется одна s-орбиталь, которая содержит наиболее прочно связанные с ядром электроны. За ней следуют три p-орбитали, пять d-орбиталей и, наконец, семь f-орбиталей.
s-Орбитали имеют форму сферы, p – форму гантели или двух соприкасающихся сфер, у d-орбиталей – 4 «лепестка», а у f-орбиталей – 8. В разрезе эти орбитали выглядят примерно так, как показано на рисунке.
Три р -орбитали ориентированы в пространстве вдоль осей прямоугольной системы координат и обозначаются соответственно p x , p y и p z ; d - и f -орбитали тоже располагаются под определенными углами друг к другу; сферические s -орбитали пространственной ориентации не имеют.
Каждый следующий элемент в периоде имеет атомный номер, на единицу превышающий номер предыдущего элемента, и содержит на один электрон больше. Этот дополнительный электрон занимает следующую орбиталь в порядке возрастания. Нужно иметь в виду, что электронные слои диффузны и энергия у некоторых орбиталей наружных слоев ниже, чем у внутренних. Поэтому, например, сначала заполняется s -орбиталь четвертого уровня (4s -орбиталь), и только после нее завершается заполнение 3d -орбитали. Порядок заполнения орбиталей, как правило, следующий: 1s , 2s , 2p , 3s , 3p , 4s , 3d , 4p , 5s , 4d , 5p , 6s , 4f , 5d , 6p , 7s . В записи, которую используют для представления электронной конфигурации элемента, верхний индекс при букве, обозначающей орбиталь, указывает число электронов на этой орбитали. Например, запись 1s 2 2s 2 2p 5 означает, что на 1s -орбитали атома находится два электрона, на 2s -орбиталях – два, на 2р – пять электронов. Нейтральные атомы, имеющие на внешней электронной оболочке 8 электронов (т.е. заполнены s - и р -орбитали), настолько стабильны, что практически не вступают ни в какие химические реакции. Таковы атомы инертных газов. Электронная конфигурация гелия 1s 2 , неона – 2s 2 2p 6 , аргона – 3s 2 3p 6 , криптона – 4s 2 3d 10 4p 6 , ксенона – 5s 2 4d 10 5p 6 и, наконец, радона – 6s 2 4f 14 5d 10 6p 6 .
Металлы и неметаллы
Почти все металлы – твердые блестящие вещества, они хорошо проводят электрический ток, ковкие и пластичные, с помощью литья из них можно получать изделия практически любой формы. Многие неметаллы – газы; твердые же неметаллы, как правило, хрупкие, иногда прозрачные и не проводят электричества. Различия в свойствах металлов и неметаллов становятся понятными, если знать строение их атомов, их электронную конфигурацию. Внешняя электронная оболочка атомов металлов заполнена меньше чем наполовину, поэтому, вступая в химические реакции, все металлы стремятся избавиться от внешних электронов, приобретая стабильную электронную конфигурацию. Таким образом, они склонны образовывать положительные ионы. Именно эти внешние (подвижные) электроны отвечают за электропроводность металлов, а также за их механические свойства. Напротив, внешняя электронная оболочка атомов неметаллов практически заполнена. К неметаллам, в частности, относятся инертные газы, у которых на внешней электронной оболочке максимальное число электронов: у гелия два, у остальных восемь. В химических реакциях неметаллы либо присоединяют электроны, превращаясь в отрицательные ионы, либо образуют ковалентную связь.
|
Один валентный электрон |
Два валентных электрона |
Шесть валентных электронов (группа 6, халькогены) |
Семь валентных электронов (группа 7, галогены) |
|||||||||
| (1 | Водород | Н+) | 4 | Бериллий | Ве2+ | 8 | Кислород | O2– | (1 | Водород | H–) | |
| 3 | Литий | Li+ | 12 | Магний | Mg2+ | 16 | Сера | S2– | 9 | Фтор | F– | |
| 11 | Натрий | Na+ | 20 | Кальций | Ca2+ | 34 | Селен | Se2– | 17 | Хлор | Cl– | |
| 19 | Калий | К+ | 38 | Стронций | Sr2+ | 52 | Теллур | Te2– | 35 | Бром | Br– | |
| 37 | Рубидий | Rb+ | 56 | Барий | Ва2+ | 84 | Полоний | Po2– | 53 | Иод | I– | |
| 55 | Цезий | Cs+ | ||||||||||
ХИМИЧЕСКИЕ СВЯЗИ, ФОРМУЛЫ И УРАВНЕНИЯ
Элементы, не обладающие стабильной электронной конфигурацией инертных газов, стремятся приобрести ее, вступая в химические реакции. Атомы, которым до стабильной конфигурации не хватает незначительного числа электронов или, напротив, у которых имеется небольшой их избыток, обычно образуют электрически заряженные частицы – ионы. Положительно заряженные ионы (образующиеся при потере электронов) называют катионами, отрицательно заряженные ионы (образующиеся при приобретении электронов) – анионами. Заряд ионов редко превышает 3, т.е. атомы редко теряют или приобретают более трех электронов. Атом натрия (см. схему ), соединяясь с атомом хлора, теряет один наружный электрон и превращается в катион, а атом хлора приобретает этот электрон и становится анионом. Их внешние электронные оболочки становятся заполненными и содержат по восемь электронов. Катион и анион притягиваются, образуя хлорид натрия.
Электроны внешней оболочки, участвующие в образовании химических связей, называют валентными. (Валентность элемента равна числу связей, которые он способен образовать.) Некоторые элементы и их валентные электроны перечислены в приведенной выше таблице. В ней также указаны атомные номера элементов и наиболее распространенные ионы. Элементы, имеющие одинаковую электронную конфигурацию внешних оболочек и обладающие сходными физическими и химическими свойствами, объединены в периодической системе элементов в группы от I до VIII, причем номер группы совпадает с числом валентных электронов.
Периодическая система элементов помогает понять, чем объясняется сходство элементов, принадлежащих данной группе, и почему эти элементы все-таки отличаются друг от друга. Открытие периодического закона и публикация периодической системы русским химиком Д.И.Менделеевым в 1869 явились важнейшим этапом в систематизации свойств известных и предсказании еще неоткрытых химических элементов.
Ионная связь
Противоположно заряженные ионы притягиваются друг к другу и сближаются, но лишь до определенного предела. Когда расстояние между ионами становится слишком мало, их электронные облака начинают отталкиваться, и дальнейшее сближение становится невозможно. Таким образом, есть определенное расстояние, на котором ионная пара наиболее стабильна. Его называют длиной ионной связи. Пространственное расположение заряженных частиц в веществе, имеющем ионный характер состояния, строго упорядоченно. В качестве примера ионных соединений можно привести обычную поваренную соль NaCl, в которой ион натрия Na + связан с ионом хлора Cl – , или хлорид кальция CaCl 2 с соотношением между ионами кальция Са 2+ и хлорид-ионами Cl – 1:2. Как NaCl, так и CaCl 2 электрически нейтральны.
Ковалентная связь
Другой распространенный тип связи – ковалентная связь – возникает, когда два атома обобществляют одну (или более) пару электронов. При образовании ковалентной связи атомы удерживаются вместе электростатическим притяжением ядер к общей электронной паре, в отличие от ионной связи, в основе которой лежит электростатическое притяжение между самими ионами. Ковалентные связи обычно образуются в тех случаях, когда ядра атомов притягивают электроны примерно с одинаковой силой. Такая связь существует, например, в молекуле хлора (см. схему ). Есть удобное правило для определения типа связи между атомами двух элементов: если один элемент находится в левой части периодической таблицы, а другой – в правой, то связь между ними будет ионной (см . элементы, перечисленные в приведенной выше таблице).
Если валентные электроны обозначить точками, то различие между двумя типами связи станет более наглядным:
Соединения типа LiF, BeO или BeF 2 ионные. Соединения, молекулы которых состоят из элементов – соседей по периодической таблице, как правило, ковалентные (CO 2 , CF 4 , NO 2 , N 2 , O 2 , F 2). Правда, некоторые металлы образуют как ионные, так и ковалентные соединения.
Два атома могут иметь две или даже три общие электронные пары, образуя двойную или тройную связь:
Полярная связь
Между чисто ковалентной (Cl 2) и чисто ионной (LiF) связями есть еще одна, промежуточная. Она образуется, когда разные атомы притягивают общую электронную пару с неодинаковой силой. Способность атома оттягивать на себя электроны, участвующие в образовании химической связи, называется электроотрицательностью. Между атомами с существенно разной электроотрицательностью образуется чисто ионная связь; по мере уменьшения различий в электроотрицательности связь приобретает ковалентную «компоненту» и, наконец, становится чисто ковалентной. Электроотрицательность атомов хлора в молекуле Cl 2 одинакова, поэтому связь между ними ковалентная. Связь Н–О в молекуле воды имеет в некоторой степени ионный характер, поскольку кислород более электроотрицателен, чем водород, и оттягивает на себя электронную пару. Такие связи называют полярными, причем полярность связи возрастает по мере увеличения ее ионного характера.
| ЭЛЕКТРООТРИЦАТЕЛЬНОСТЬ (ШКАЛА ПОЛИНГА) | ||||||
| H | ||||||
| 2,1 | ||||||
| Li | Be | B | C | N | O | F |
| 1,0 | 1,5 | 2,0 | 2,5 | 3,0 | 3,5 | 4,0 |
| Na | Mg | Al | Si | P | S | Cl |
| 0,9 | 1,2 | 1,5 | 1,8 | 2,1 | 2,5 | 3,0 |
| K | Ca | Ga | Ge | As | Se | Br |
| 0,8 | 1,0 | 1,6 | 1,8 | 2,0 | 2,4 | 2,8 |
| Rb | I | |||||
| 0,8 | 2,5 | |||||
| Cs | ||||||
| 0,7 | ||||||
Степень окисления
Полярность связи Н–О иллюстрирует концепцию окисления (полной или частичной отдачи электронов), весьма полезную для наглядной иллюстрации картины распределения обобществленных электронов для механизма некоторых химических реакций. Атом кислорода сильнее притягивает общую электронную пару, поэтому можно сказать, что он как бы приобретает один лишний электрон за счет атома водорода. Обычно атом кислорода образует две связи, как в молекуле Н 2 О, следовательно, притягивает к себе два электрона и обладает степенью окисления –2. Поскольку атом водорода как бы теряет один электрон, его степень окисления +1. Степень окисления кислорода отличается от –2 в соединениях, называемых пероксидами, например в пероксиде водорода Н 2 О 2 . Здесь каждый атом кислорода делит один электрон с другим атомом и принимает от атома водорода один электрон. Поэтому степень окисления кислорода в пероксиде водорода –1. Степень окисления отдельного атома или молекулы (Mg, Cl 2 , O 2) равна нулю. В нейтральном соединении сумма степеней окисления всех атомов равна нулю, в заряженном – суммарному заряду.
Эти правила позволяют вычислить степень окисления атома в каждом конкретном соединении. В молекуле SO 2 два атома кислорода в сумме дают степень окисления –4, а поскольку суммарная степень окисления молекулы должна равняться нулю, то степень окисления S равна +4. В анионе SO 4 2– степень окисления серы +6, а в H 2 S она равна –2. Более электроотрицательному элементу приписывают знак минус.
Формулы
Поскольку количества атомов в молекуле относятся между собой как небольшие целые числа, состав молекулы можно представить, используя символы химических элементов и цифры, показывающие число атомов каждого элемента. Так, молекула воды, которая состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода, имеет формулу Н 2 О; пероксид водорода, в молекуле которого по два атома каждого элемента, – Н 2 О 2 . Формула оксида углерода – СО, диоксида – СО 2 , поскольку в молекулах этих соединений содержатся соответственно один атом углерода и один атом кислорода или один атом углерода и два атома кислорода. Формула FeSO 4 отвечает сульфату железа(II); в молекуле этого соединения по одному атому железа и серы и четыре атома кислорода. Совокупность атомов, образующих определенную группу, обычно характеризуют одним словом. Например, SO 4 2– – это сульфатная группа, она входит в состав таких соединений, как сульфат алюминия Al 2 (SO 4) 3 и сульфат железа(III) Fe 2 (SO 4) 3 . Другой пример – нитратная группа NO 3 – , входящая в состав нитрата аммония NH 4 NO 3 .
Ионы изображают, добавляя к символу элемента или группы знак «+» или «–». Например, Na + – это ион натрия, Cl – – хлорид-ион, SO 4 2– – сульфат-ион, Fe 2+ – ион железа(II), Fe 3+ – ион железа(III). Последние два иона получены из атома железа удалением двух и трех электронов соответственно.
Структурные формулы
наглядно показывают, из каких атомов состоят молекулы и какими связями они соединены; общие электронные пары или ковалентные связи обозначают черточками. В качестве примера рассмотрим этиловый спирт. Его обычная химическая формула С 2 Н 5 ОН. Такую же формулу имеет другое соединение – диметиловый эфир, и различие между этими соединениями можно увидеть, только записав их структурные формулы:
Конечно, такие формулы занимают больше места, чем обычные (CH 3 –CH 2 –OH и СН 3 –О–СН 3 или С 2 Н 5 ОН и СН 3 ОСН 3). Поэтому в структурных формулах циклических соединений углерода химические символы часто опускают, изображая только кольцо из связей между атомами углерода. Ниже представлены полная структурная формула бензола (слева ) и бензольное кольцо (справа ):
Уравнения
Химические реакции можно представить в виде уравнений; при этом химические формулы реагентов находятся в левой части, продуктов реакции – в правой, а между ними стоит знак равенства (=), однонаправленная (→) или двунаправленная ↔ стрелка или двойные стрелки . Знак равенства означает, что из данных веществ образуются другие, а двунаправленная стрелка или двойные стрелки указывают, что реакция может протекать в обоих направлениях и между реагентами и продуктами устанавливается динамическое равновесие. Одинарная стрелка иногда заменяет знак равенства, но чаще означает, что реакция идет только в одном направлении. Таким образом, уравнение 2Cl Cl 2 говорит о том, что два атома хлора, соединяясь, образуют молекулу и реакция может протекать в обратном направлении. На эту реакцию, как и на многие другие, влияют условия, в которых ее проводят, например температура. В реакции 2Cl Cl 2 молекула хлора образуется при комнатной температуре, а атомарный хлор – при более высокой. Иногда эти условия указывают над стрелкой. Так, вместо приведенной выше реакции можно записать:
Если реакционную смесь нагревают, то над стрелкой иногда ставят греческую букву дельта, D . Физическое состояние реагентов и продуктов реакции указывают буквами г., ж., тв., водн., что означает соответственно газ, жидкость, твердое тело, водный раствор. Таким образом, уравнение
показывает, что при нагревании водного раствора бикарбоната кальция образуются твердый осадок карбоната кальция, газообразный диоксид углерода и вода (в виде паров или жидкости в зависимости от температуры).
Сбалансированные уравнения
Реакцию между серной кислотой и гидроксидом натрия с образованием сульфата натрия и воды можно записать в виде NaOH + H 2 SO 4 = H 2 O + Na 2 SO 4 . В действительности это уравнение не точное, поскольку число атомов одного и того же элемента в обоих частях равенства должно быть одинаковым, здесь же в левой части один атом натрия, а справа – два. Чтобы уравнять число атомов Na, перед NaOH нужно поставить коэффициент 2; аналогичным образом следует уравнять число атомов водорода и кислорода. В результате уравнение примет вид
Подобные процедуры необходимо проводить до того, как уравнение будет использоваться для каких-либо вычислений.
Ионные уравнения
Многие вещества в растворе диссоциируют на ионы, которые могут вступать в химические реакции. В качестве примера рассмотрим приведенную выше реакцию между растворенными в воде гидроксидом натрия и серной кислотой. Реакция, записанная в ионной форме, будет иметь вид
Ионизация воды здесь не показана. Отметим, что число ионов натрия и сульфат-ионов не изменяется, взаимодействуют только гидроксильные ионы и ионы водорода, поэтому суммарную реакцию можно записать в виде
Массовые соотношения
Зная химическую формулу соединения и атомные массы, можно найти соотношения между массами элементов, входящих в состав соединения. Рассмотрим соединение Fe 2 O 3 – оксид железа(III), обычную ржавчину. Найдем в периодической таблице атомные массы элементов и сложим их:
Доля железа в оксиде железа(III) составляет 111,6940/159,6922 = 0,6994, или 69,94%. 159,6922 – это мол. масса оксида железа(III).
Распространив этот принцип на химические уравнения, можно рассчитать, какое количество каждого из реагентов необходимо взять для того, чтобы по завершении реакции ни один из них не остался неизрасходованным, а также оценить, сколько разных продуктов образуется в ходе реакции. Так, в реакции окисления железа
4·55,8470 = 223,3880 г железа взаимодействуют с 6·15,9994 = 95,9964 г кислорода, образуя 319,3844 г оксида железа(III). Зная количество железа, всегда можно рассчитать массу образовавшегося из него оксида.
Объемы газов и химические реакции
При постоянных давлении и температуре объемы реагирующих друг с другом газов, а также объемы газообразных продуктов реакции относятся как небольшие целые числа (закон Гей-Люссака). Эти отношения равны коэффициентам соответствующего химического уравнения. Рассмотрим, например, горение метана СН 4 , основного компонента природного газа. Как следует из уравнения реакции СН 4 + 2О 2 = СО 2 + 2Н 2 О, для поддержания горения одного объема метана требуются два объема кислорода, а в результате образуются один объем диоксида углерода и два объема воды. Все объемы, конечно, приведены к одинаковым температуре и давлению.
ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
Рассмотрим некоторые физические свойства вещества: агрегатное состояние, температуры плавления и кипения, кристаллическую структуру, электропроводность.
Агрегатное состояние
вещества определяется силой притяжения между составляющими его молекулами и температурой. В твердом теле молекулы достаточно сильно сцеплены друг с другом и их движение ограничивается колебаниями относительно фиксированных положений. С повышением температуры энергия молекул увеличивается, колебания становятся все более интенсивными, и в конце концов молекулы приобретают достаточно энергии, чтобы совершать поступательные движения. При этом твердое вещество плавится (если межмолекулярное взаимодействие остается достаточно сильным) или, сублимируясь, превращается в газ, молекулы которого движутся хаотически.
Температура плавления
(затвердевания) – это температура, при которой твердое вещество превращается в жидкость (или жидкость превращается в твердое вещество). Температура плавления воды равна 0° С (по шкале Цельсия) или 32° F (по шкале Фаренгейта). Поскольку при плавлении объем тела меняется незначительно, давление мало влияет на температуру плавления. Однако именно под действием высокого давления, оказываемого полозом конька, лед расплавляется, и спортсмен легко скользит по нему.
Температура кипения
– это температура, при которой жидкость превращается в пар (газ). Она зависит от давления, поэтому в горах вода кипит при более низкой температуре, чем на уровне моря. Температура кипения воды при давлении 760 мм рт. ст. («стандартном» давлении, примерно равном давлению на уровне моря) составляет 100° С (или 212° F).
Кристаллические и аморфные вещества
Твердые вещества бывают аморфными и кристаллическими. У аморфных молекулы расположены случайным образом. В качестве примера аморфного вещества можно привести стекло. Как и другие подобные вещества, стекло не имеет определенной температуры плавления: при нагревании оно постепенно размягчается, пока, наконец, не становится жидким. Напротив, молекулы (или ионы) кристаллических веществ расположены строго упорядоченно. К кристаллическим веществам относятся песок, поваренная соль, сахар, алмаз, графит и т.п. Все они плавятся при определенной температуре (если только при нагревании не претерпевают никаких химических изменений, как это случается с сахаром). Многие ионные соединения (например, поваренная соль NaCl) образуют кристаллы, в которых каждый ион окружен противоположно заряженными ионами; в результате нельзя сказать, что какая-то конкретная пара ионов образует молекулу.
Вследствие взаимного притяжения ионов в кристалле поваренной соли (NaCl) это вещество плавится при высокой температуре (801° С). Каждый ион NaCl окружен шестью ближайшими соседями, имеющими противоположный заряд. Элементарная ячейка кристалла поваренной соли – это куб, у которого по углам и в центре каждой грани расположены ионы натрия. Ячейка такого типа называется гранецентрированной кубической. Кубическую форму имеют и крупные кристаллы поваренной соли.
Кристаллическая решетка алмаза, в которой каждый атом углерода ковалентно связан с четырьмя соседними атомами, также характеризуется гранецентрированной кубической элементарной ячейкой. Алмаз – очень твердое вещество, имеющее высокую температуру перехода.
Совсем по-другому расположены атомы углерода в графите. Здесь они образуют слои, не очень прочно связанные друг с другом. Каждый слой «выстлан» шестиугольниками из углеродных атомов, аналогичными бензольному кольцу. Поскольку сцепление между слоями довольно слабое, графит мягкий. Слои легко скользят один относительно другого, благодаря чему графит является хорошим смазочным материалом. Разные кристаллические формы одного и того же элемента, такие, как графит и алмаз, называют аллотропами.
Вещества, молекулы которых удерживаются вместе слабыми силами притяжения, а не ковалентными или ионными связями, плавятся при относительно низких температурах, редко превышающих 400° С. Таково большинство органических соединений, а также ковалентные неорганические. В качестве примеров можно привести воду и бензол: температура их плавления значительно ниже комнатной.
Электропроводность
Металлы – прекрасные проводники электричества. Носителями электрического тока в них являются электроны, свободно «плавающие» в кристаллической решетке между ионами металла, занимающими фиксированное положение в узлах решетки. Эти электроны компенсируют взаимное отталкивание положительных ионов и стабилизируют всю структуру. Если к металлу приложить разность потенциалов, то электроны будут перемещаться к положительному полюсу и возникнет электрический ток.
НЕОРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ
К неорганическим относятся соединения всех химических элементов, за исключением большинства соединений углерода.
Кислоты, основания и соли
Кислотами называются соединения, которые в воде диссоциируют с высвобождением ионов водорода (Н +). Эти ионы определяют характерные свойства сильных кислот: кислый вкус и способность взаимодействия с основаниями. Основания – это вещества, которые в воде диссоциируют с высвобождением гидроксид-ионов (ОН –). Солями называют ионные соединения, образующиеся при взаимодействии кислот и оснований:
Номенклатура неорганических соединений
Номенклатура большинства распространенных неорганических соединений основана на следующих правилах.
Элементы
Названия металлов обычно кончаются на -ий (например, натрий, калий, алюминий, магний). Исключение составляют металлы, известные с древности и тогда же получившие свои названия. Это, например, железо, медь, золото. Названия неметаллов, как правило, кончаются на -ор (хлор, бор, фосфор), -од (водород, кислород, иод) или -он (аргон, неон). Зная названия элементов и наиболее распространенных ионов и используя приведенные ниже правила, можно дать название практически любому неорганическому соединению.
Кислоты
Названия кислот, молекулы которых не содержат кислорода, оканчиваются на водородная , например хлороводородная (HCl), бромоводородная (HBr), иодоводородная (HI).
Названия кислородсодержащих кислот зависят от степени окисления центрального элемента. Название той кислоты, в которой этот элемент имеет меньшую степень окисления, оканчивается на -истая , например азотистая (HNO 2), сернистая (H 2 SO 3), а бóльшую – на -ная , например азотная (HNO 3), серная (H 2 SO 4). На примере хлора рассмотрим случай, когда элемент образует более двух кислородсодержащих кислот. Их названия формируются следующим образом: хлорноватистая кислота, HClO; хлористая , HClO 2 ; хлорноватая , HClO 3 ; хлорная , HClO 4 . Степень окисления хлора здесь составляет +1, +3, +5 и +7 соответственно. Названия кислот, молекулы которых содержат разное количество воды, отличаются друг от друга приставками орто -, гипо -, пиро - и мета - (в порядке уменьшения содержания воды):
Положительно заряженные ионы
Названия этих ионов образуются следующим образом: после слова ион указывают название элемента и римскими цифрами – степень его окисления. Например, Cu 2+ – ион меди(II), Cu + – ион меди(I). Названия некоторых положительных ионов оканчиваются на -оний : аммоний, NH 4 + ; гидроксоний, H 3 O + .
Отрицательно заряженные ионы
Названия одноатомных отрицательно заряженных ионов (и соответственно солей), полученных из не содержащих кислорода кислот, оканчиваются на -ид : хлорид-ион, Cl – ; бромид-ион, Br – . Названия ионов (и соответственно солей), полученных из кислородсодержащих кислот, в которых центральный элемент имеет меньшую степень окисления, оканчиваются на -ит : сульфит, SO 3 2– ; нитрит, NO 2 – ; фосфит, PO 3 3– ; а бóльшую – на -ат : сульфат, SO 4 2– ; нитрат, NO 3 – ; фосфат, РО 4 3– . Названия ионов, полученных из частично нейтрализованных кислот, образуются прибавлением к названию иона слова кислый либо приставок гидро - или би -: гидрокарбонат (бикарбонат), HCO 3 – ; кислый сульфат, HSO 4 – .
Соли и ковалентные соединения
Для солей и ковалентных соединений используют названия ионов, которые в них входят: хлорид натрия, NaCl; гидроксид натрия, NaOH. Если элемент может иметь несколько степеней окисления, то после его названия римскими цифрами указывают степень окисления в данном соединении: сульфат железа(II), FeSO 4 ; сульфат железа(III), Fe 2 (SO 4) 3 . Если соединение образуют два неметалла, то для указания числа их атомов используют приставки ди -, три -, тетра -, пента - и т.д. Например, дисульфид углерода, CS 2 ; пентахлорид фосфора, PCl 5 , и т.д.
РАСТВОРЫ И РАСТВОРИМОСТЬ
Благодаря неравномерному распределению электрического заряда в молекулах, т.е. наличию у них отрицательных и положительных «полюсов» (если говорить более строго – дипольного момента), даже нейтральные в целом молекулы притягиваются друг к другу. Сила этого притяжения зависит от степени локализации заряда и определяет способность жидкостей растворять различные вещества. Как правило, полярные молекулы достаточно сильно притягиваются друг к другу; именно поэтому спирт и вода легко смешиваются. Взаимное притяжение неполярных молекул гораздо слабее. Примерами неполярных соединений служат тетрахлорид углерода CCl 4 и углеводороды, например бензол.
Растворимость
Растворение начинается с того, что молекулы растворителя «прокладывают себе путь» между молекулами растворяемого вещества. Это может происходить только в том случае, если силы притяжения между молекулами растворителя, с одной стороны, и растворителя и растворяемого вещества – с другой, примерно одинаковы. Отсюда следует правило растворимости: подобное растворяется в подобном (имеется в виду «подобное» по полярности). Вода и бензин не смешиваются, поскольку полярные молекулы воды сильно притягиваются друг к другу и молекулы углеводорода не могут проникнуть между ними. В то же время бензин легко смешивается с тетрахлоридом углерода, причем и тот, и другой служат хорошими растворителями для многих нерастворимых в воде неполярных веществ, таких, как жиры или парафины. Вода, в свою очередь, растворяет большинство ионных веществ, например поваренную соль или питьевую соду (гидрокарбонат натрия NaHCO 3), а также полярные неионные соединения, такие, как спирт, сахар (молекула которого содержит множество ОН-групп), крахмал и витамин С. Ни одно из этих веществ не растворяется ни в бензине, ни в других углеводородах.
При растворении ионных соединений в воде или других полярных растворителях ионы «вытягиваются» из кристаллической решетки силами притяжения молекул растворителя:
при этом они сольватируются, т.е. более или менее прочно связываются с молекулами растворителя (в уравнении это не отражено), так что, например, ионы натрия находятся в виде Na + (H 2 O) x . Хорошо растворимый в воде газ хлороводород тоже диссоциирует на ионы водорода и хлорид-ионы:
Молекулы воды притягивают ионы водорода, и образуются ионы гидроксония Н 3 О + . Менее полярные соединения (спирты или сахара и т.п.) в воде почти не диссоциируют.
Иногда вещество начинает растворяться в результате химической реакции, которая изменяет его свойства. Так, мрамор (или известняк СаСО 3) в чистой воде практически нерастворим, но растворяется в воде подкисленной:
СаСО 3 (тв.) + 2HCl (водн.) → CaCl 2 (водн.) + CO 2 (г.) + H 2 O (ж.)
Молекулы некоторых твердых веществ настолько прочно связаны друг с другом, что эти вещества не растворяются ни в одном растворителе, за исключением тех, с которыми взаимодействуют химически. В качестве примеров можно привести алмаз, графит, стекло и песок.
Влияние температуры и давления
Растворимость жидкостей и твердых веществ обычно увеличивается при повышении температуры, поскольку при этом возрастает энергия движения (кинетическая энергия) молекул и уменьшается их взаимное притяжение. Изменение давления мало влияет на растворимость, так как объем при растворении меняется незначительно.
Гораздо больше давление влияет на растворимость газов. Газ лучше растворяется при увеличении давления, под действием которого часть его молекул переходит в раствор. При повышении температуры растворимость газов снижается – кинетическая энергия молекул возрастает, они быстрее движутся и легче «вырываются» из растворителя.
Электролиты
Некоторые растворы, как и металлы, проводят электрический ток. В этом случае носителями заряда служат ионы. Вещества, раствор которых проводит электрический ток, носят общее название электролитов, не проводящие – неэлектролитов.
Концентрация
– это количество растворенного вещества, содержащееся в единице массы или объема раствора. Ее можно выразить в таких единицах, как, например, г/л (число граммов вещества в литре раствора). Иногда концентрацию измеряют в процентах. При этом необходимо указывать, какие проценты имеются в виду: весовые или объемные. Например, 10%-ный раствор спирта в воде – это раствор, содержащий 10 объемов спирта и 90 объемов воды (объемные проценты), а 10%-ный раствор хлорида натрия в воде – раствор, в котором на 10 массовых единиц вещества приходится 90 массовых единиц воды (массовые проценты). Когда количество растворенного вещества очень мало, используют единицу «миллионная доля» – одна часть растворенного вещества на миллион частей раствора (в англоязычной литературе ее обозначают ppm, в русской – м.д. или млн –1). Для описания химических реакций удобнее выражать концентрацию в виде числа молекул или ионов растворенного вещества на единицу объема раствора.
Моль
Моль – одна из семи основных единиц Международной системы единиц (СИ). Ее определяют как количество вещества, которое содержит столько же атомов, молекул или ионов, сколько 12 г изотопа углерода 12 С (см. выше ), а именно 6,022·10 23 (число Авогадро). Понятие моля позволяет подсчитать, сколько частиц (атомов или молекул) вещества содержится в том или ином его массовом количестве. Например, из определения моля следует, что 6 г изотопа углерода 12 С должны содержать 3,011·10 23 атомов. Кроме того, из определения атомной массы известно, что количество граммов любого элемента, численно равное его атомной массе, содержит число Авогадро атомов этого элемента. Таким образом, 4,0026 г гелия, 32,06 г серы и 200,59 г ртути содержат одинаковое число атомов соответствующего элемента, а именно 6,022·10 23 . Аналогично, для веществ, состоящих из молекул, моль вещества – это такое его количество, масса которого в граммах численно равна молекулярной массе вещества. Таким образом, моль хлора Cl 2 имеет массу 35,453·2 = 70,906 г, моль хлорида натрия NaCl – (22,9898 + 35,453) = 58,443 г, а моль ионов натрия Na + – 22,9898 г.
Молярность
Молярность – это концентрация вещества в растворе, выраженная в молях растворенного вещества, содержащихся в 1 л раствора. Так, децимолярный (сокращенно 0,1 М) раствор хлорида натрия содержит 0,1 моль (или 5,8443 г) NaCl в 1 л раствора.
Моляльность
Моляльность – это число молей растворенного вещества в 1000 г растворителя. Так, 0,1-моляльный раствор хлорида натрия в воде содержит 0,1 моль (или 5,8443 г) NaCl в 1000 г Н 2 О. Эта единица используется реже, чем молярность.
Нормальность
Нормальность – это число эквивалентов вещества, содержащихся в 1 л раствора. Для систем, в которые входят кислоты, основания и соли, эквивалент – это количество вещества, которое расходуется при взаимодействии с 1 моль ионов водорода Н + . Например, при образовании моля сульфата натрия Na 2 SO 4 (1 моль = 142,0412 г) 1 моль серной кислоты теряет 2 моля Н + . Таким образом, 1 моль сульфата натрия содержит 2 эквивалента, и нормальность одномолярного раствора сульфата натрия равна двум (2 н.).
ГАЗОВЫЕ ЗАКОНЫ
Поведение идеальных газов описывают следующие законы: 1) при постоянной температуре изменение объема газа обратно пропорционально изменению давления (закон Бойля – Мариотта); 2) при постоянном давлении изменение объема газа прямо пропорционально изменению абсолютной температуры (закон Шарля – Гей-Люссака); 3) при постоянных температуре и давлении изменение объема прямо пропорционально изменению количества вещества (закон Авогадро). Эти законы можно представить в виде одного уравнения состояния идеального газа PV = nRT , где Р – давление газа (Па), V – его объем (м 3), Т – абсолютная температура (К), n – число молей газа, R – универсальная газовая постоянная, равная 8,314 Дж/K·моль (R = 0,08206 л·атм/К·моль, если P измеряют в атмосферах, V – в литрах, n – в молях, T – в кельвинах).
Если два газа смешать при постоянных температуре и давлении, то объем смеси будет равен сумме объемов газов, ее составляющих; при постоянном объеме давление смеси газов, химически не взаимодействующих друг с другом, равно сумме парциальных давлений газов, составляющих смесь (закон парциальных давлений, установленный Дальтоном). Парциальное давление – это давление компонента идеальной газовой смеси, которое он оказывал бы, если бы один занимал объем всей смеси. Мольная доля одного из компонентов газовой смеси – это та часть всех молекул газа, которую составляют молекулы данного компонента. Для любого газа в смеси
Газы, поведение которых строго следует приведенному выше общему уравнению, называются идеальными. К ним близки инертные и другие газы, имеющие очень низкую температуру кипения (например, водород, кислород и азот). Газы с высокой температурой кипения, такие, как диоксид углерода, подчиняются законам идеальных газов весьма приближенно.
Представленные выше газовые законы основываются на допущении, что молекулы (или атомы) газа не имеют объема и не взаимодействуют друг с другом. Первое предположение не очень далеко от реальности, поскольку газ занимает значительно больший объем, чем жидкость такой же массы (объем жидкости есть мера объема ее молекул). Второе допущение тоже представляется разумным, поскольку, если бы молекулы газа достаточно сильно взаимодействовали, произошла бы конденсация. Если газ заключить в замкнутый сосуд, то его давление будет определяться энергией молекул, бомбардирующих стенки. Поскольку молекулы всех газов при одинаковой температуре обладают одинаковой кинетической энергией (температура – мера этой энергии), равные количества молекул будут оказывать одинаковое давление на стенки сосуда независимо от того, какому газу они принадлежат. А.Авогадро предположил, что занимаемый газом объем тоже определяется только числом молекул, а не их природой, и он тем больше, чем ниже давление или выше температура, но не зависит от размера или массы молекул газа как таковых, поскольку они очень малы. Между числом молекул и объемом газа существует следующее количественное соотношение: один моль любого газа содержит 6,022 10 23 молекул и при нормальных условиях (0° С и 760 мм рт. ст.) занимает объем 22,4 л (см . АВОГАДРО ЧИСЛО) .
ХИМИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ
Равновесие
Вещества вступают в химические реакции потому, что при этом уменьшается энергия системы, т.е. электронная конфигурация продуктов реакции оказывается энергетически более выгодной, чем конфигурация исходных реагентов. (Правда, есть еще один фактор – энтропийный;) При большой разности энергий (т.е. большом различии в стабильности исходных реагентов и продуктов) реакция происходит мгновенно. Например, если кислород и водород смешать в определенном соотношении и смесь поджечь, то газы прореагируют мгновенно без остатка с образованием воды:
2H 2 + O 2 → 2H 2 O
Если разность энергий исходных реагентов и конечных продуктов химической реакции невелика, то в реакционной смеси присутствуют в заметных количествах и те, и другие, причем по прошествии определенного времени между ними устанавливается равновесие. В качестве примера можно привести растворение уксусной кислоты в воде:
H 2 O + CH 3 COOH → H 3 O + + CH 3 COO -
(Атомы водорода в группе СН 3 соединены с атомом углерода прочными ковалентными связями и не являются кислотными.) Полной ионизации уксусной кислоты в этой реакции не происходит: когда примерно 1% ее молекул диссоциирует на ионы, скорость соединения последних с образованием исходных молекул становится равной скорости диссоциации и концентрация частиц в растворе перестает меняться. Устанавливается т.н. динамическое равновесие.
Положение равновесия можно изменить (сдвинуть), добавляя или удаляя любое из веществ, участвующих в реакции. При этом равновесие сдвигается таким образом, чтобы эффект изменения концентрации был минимальным (принцип Ле Шателье). Таким образом, добавление воды вызывает дополнительную ионизацию уксусной кислоты (поскольку при ионизации некоторое количество воды связывается в H 3 O +), а добавление ацетат-иона (СН 3 СОО –) дает обратный эффект. Каждая равновесная реакция характеризуется т.н. константой равновесия – величиной, равной отношению произведения концентраций продуктов к произведению концентраций исходных реагентов; при этом каждая из концентраций берется в степени, равной числу молекул данного типа, участвующих в реакции. Константа равновесия, как правило, не зависит от концентрации, но изменяется с температурой.
Кинетика
Скорости химических реакций сильно различаются. Например, смесь водорода и кислорода после того, как ее подожгут, буквально взрывается, а превращение алмаза в химически более устойчивую кристаллическую форму углерода, графит, происходит так медленно, что не завершается и за миллиарды лет.
Скорость химических реакций определяется их механизмом. Многие реакции в действительности гораздо сложнее, чем это кажется из их суммарного уравнения. Так, оказалось, что разложение озона с образованием кислорода протекает в два этапа. На первом этапе диссоциирует одна молекула озона, при этом быстро достигается равновесие:
Второй этап гораздо более медленный, он и определяет скорость реакции:
O + O 3 → 2O 2
Сложение этих двух уравнений приводит к суммарному уравнению
2O 3 (г.) → 3O 2 (г.)
Не исключено, что впоследствии будут предложены другие механизмы, удовлетворяющие экспериментальным данным о скорости этой реакции.
Наименьшая энергия, которой должны обладать взаимодействующие частицы для того, чтобы между ними началась химическая реакция, называется энергией активации. Как правило, чем она ниже, тем быстрее протекает реакция. Для протекания реакции большое значение имеет также энтропийный фактор.
Типы реакций
Реакции можно классифицировать, используя несколько схем, и каждая из них по-своему удобна. Здесь реакции разделены на три типа: ионные, в ходе которых ионы удаляются из зоны реакции путем образования нерастворимого, газообразного или ковалентно связанного продукта; окислительно-восстановительные, в которых происходит перемещение электронов; реакции (в том числе реакции между кислотой Льюиса и основанием Льюиса), сопровождающиеся перераспределением обобществленных электронов.
Ионные реакции
Простые ионные реакции без переноса электронов происходят, когда один из продуктов нерастворим (газ или твердое вещество) или является ковалентно связанным веществом, остающимся в растворе. Ионную реакцию, продукт которой – нерастворимое твердое вещество, можно представить в виде
Сами ионы в ходе реакции не претерпели никаких изменений, но теперь они прочно удерживаются в кристаллической решетке.
Для предсказания хода таких реакций важно знать растворимость участвующих в них веществ. Например, хлорид серебра плохо растворяется в воде, и можно сделать вывод, что реакция
хотя и обратима, но равновесие сильно сдвинуто вправо. (Эту реакцию используют для обнаружения ионов хлора или серебра в растворе, а также для их количественного определения.) Ионы серебра могут находиться в составе любого из растворимых соединений: в виде нитрата, сульфата, ацетата и т.д.; ионы хлора могут быть компонентами таких солей, как соли натрия, калия, бария или алюминия. Таким образом, приведенное выше уравнение можно рассматривать как обобщенное представление реакции обменного разложения, когда два реагента разлагаются и обмениваются своими составляющими. Например, это могут быть такие реакции:
К этому типу относятся реакции нейтрализации. Когда соединение, которое диссоциирует с образованием ионов водорода (кислота), взаимодействует с основанием (источником гидроксильных ионов), образуется вода. В молекуле воды все атомы соединены ковалентными связями, поэтому реакция идет практически до конца (ее константа равновесия равна 10 –14). Реакцию нейтрализации можно записать в виде
Приведем примеры реакций нейтрализации с участием сильной (HCl) и слабой (CH 3 COOH) кислот:
HCl (водн.) + NaOH (водн) → NaCl (водн.) + H 2 O (ж.)
CH 3 COOH (водн.) + KOH (водн.) → CH 3 COOK (водн.) + H 2 O (ж.)
Сильные кислоты практически полностью диссоциируют в воде, высвобождая ионы водорода, слабые диссоциируют незначительно. Плохо диссоциируют и слабые основания.
Ниже перечислены наиболее распространенные кислоты и основания. Отметим, что некоторые соединения обладают как кислотными, так и основными свойствами. Их называют амфотерными.
|
Сильные кислоты |
Слабые кислоты |
Сильные основания |
Слабые основания |
| HI | HSO 4 – | NaOH | NH 3 |
| HCl | HPO 4 2– | KOH | CH 3 COO – |
| HBr | H 2 S | Ba(OH) 2 | HPO 4 2– |
| HNO 3 | CH 3 COOH | Ca(OH) 2 | CO 3 2– |
| H 3 PO 4 | HClO | AgOH | HCO 3 – |
| H 2 SO 4 | H 2 CO 3 | S 2– | HS – |
| HClO 4 | HCO 3 – | PO 4 3– |
Слабые основания, представленные в таблице, не содержат ионов ОН – . Эти ионы образуются при взаимодействии с водой:
CO 3 2– (водн.) + H 2 O (ж.) → HCO 3 – (водн.) + OH – (водн.)
Поэтому раствор карбоната щелочной.
Более общее определение кислот и оснований, которое используется и в случае неводных систем, например газов, было дано американским физикохимиком Г.Льюисом. Взаимодействие между льюисовыми кислотами и основаниями – это реакция между донором электронной пары, за счет которой образуется ковалентная связь (основание Льюиса), и акцептором этой пары (кислота Льюиса). В качестве примера можно привести следующие реакции:
Примером окислительно-восстановительной реакции, протекающей без участия кислорода, является взаимодействие металлического натрия с газообразным хлором:
Этот способ написания уравнения показывает, что оба элемента по окончании реакции приобретают электронную конфигурацию инертного газа (на их внешних электронных оболочках – по 8 электронов). Направление этой реакции можно изменить на противоположное, приложив электрическое напряжение. Если пару электродов (графитовых стержней) погрузить в расплав хлорида натрия и соединить с источником постоянного тока, на отрицательном электроде произойдет реакция Na + + e – → Na, а на положительном – 2Cl – → Cl 2 + 2e – (здесь е – – электрон). Этот процесс называют электролизом. (Устройство для проведения электролиза – электролитическая ячейка.)
См. также ЭЛЕКТРОХИМИЯ; МЕТАЛЛОПОКРЫТИЯ.Окислительно-восстановительные реакции удобно представлять в виде суммы двух полуреакций, аналогичных тем, которые использовались для иллюстрации перемещения электронов между ионами натрия и хлора. Каждая полуреакция характеризуется электродным окислительно-восстановительным потенциалом, величиной которого определяется легкость передачи электронов. Этот потенциал зависит не только от природы соединения, но также от его концентрации, концентрации других веществ, вступающих в реакцию, и от температуры. Численные значения этих потенциалов обычно приводятся для конкретных условий: для растворенных веществ это эффективная концентрация 1 М; для газов – давление 1 атм (или парциальное давление 1 атм для каждого из газов, участвующих в реакции); для плохо растворимых твердых веществ и жидкостей – сами чистые твердые вещества и жидкости. В табл. 2 приведены значения стандартных потенциалов для некоторых распространенных полуреакций, представленных в виде реакций восстановления. Отметим, что для каждой полуреакции восстановленная форма вещества записывается в правой части уравнения, а окисленная – в левой. Паре ион водорода/газообразный водород приписан нулевой потенциал, потенциалы всех остальных пар измеряются по отношению к нему. Таким образом, пара с положительным потенциалом содержит лучший, чем ион водорода, окислитель, а пара, имеющая отрицательный потенциал, – лучший, чем газообразный водород, восстановитель. Величина окислительной или восстановительной способности вещества прямо пропорциональна стандартному потенциалу.
|
Таблица 2. СТАНДАРТНЫЕ ПОТЕНЦИАЛЫ |
|
|
Полуреакция |
Потенциал, В |
| F 2 + 2e – → 2F – | |
| H 2 O 2 + 2H + + 2e – → 2H 2 O | |
| Cl 2 + 2e – → 2Cl – | |
| Cr 2 O 7 2– + 14H + + 6e – → 2Cr 3+ + 7H 2 O | |
| MnO 2 + 4H + + 2e – → Mn 2 + + 2H 2 O | |
| Ag + + e – → Ag | |
| Cu + + e – → Cu | |
| Cu 2+ + 2e – → Cu | |
| Sn 4+ + 2e – → Sn 2+ | |
| 2H + +2e – → H 2 | |
| Sn 2+ +2e – → Sn | |
| Fe 2+ + 2e – → Fe | |
| Zn 2+ + 2e – → Zn | |
| Mg 2+ + 2e – → Mg | |
| Na + + e – → Na | |
| Li + + e – → Li | |
Таблицу 2 можно использовать для предсказания хода многих реакций. Нужно только помнить, что если полуреакцию записывают в противоположном направлении, чем это сделано в таблице, то ее потенциал следует брать с противоположным знаком. Обычно реакции идут до конца, если сумма потенциалов двух полуреакций (потенциал ячейки) положительна и превышает примерно 0,1 В. Если потенциал ячейки находится в интервале от +0,1 до –0,1 В, то между реагирующими веществами устанавливается равновесие, причем в реакционном объеме все они присутствуют в заметных количествах. Если же потенциал ячейки ниже –0,1 В, то реакция, по существу, не идет. Однако если полоску цинка погрузить в раствор, содержащий ион меди, будет протекать реакция
Поскольку потенциал представляет собой большую положительную величину, реакция идет до конца. Если же полоску меди поместить в раствор, содержащий ион цинка, то реакция Cu + Zn 2+ → Cu 2+ + Zn не произойдет из-за высокого отрицательного потенциала ячейки (–1,10 В).
Если смешать растворы, содержащие бихромат-ион и ион марганца(II), то между реагентами и продуктами установится равновесие, при этом оба иона и продукты реакции – оксид марганца(II) и ион хрома(III) – будут присутствовать в достаточно большой концентрации, поскольку потенциал этой реакции при стандартных условиях составляет лишь 0,1 В.
3Mn 2+ + 6H 2 O = 3MnO 2 + 12H + + 6e - – (+1,23) B
6e - + 14H + + Cr 2 O 7 2- = 7H 2 O + 2Cr 3+ + 1,33 B
_________________________________________________
3Mn 2+ + Cr 2 O 7 2- + 2H + → 3MnO 2 + 2Cr 3 + + H 2 O + 0,10 B
Отметим, что правая и левая части уравнения первой полуреакции умножены на три, чтобы получить число электронов, необходимое для второй полуреакции. Величина потенциала от этого не изменяется. В обеих частях суммарного уравнения должно быть одинаково не только число атомов каждого типа, но и суммарный электрический заряд (в данном случае он равен +6).
В отличие от электролитической ячейки, во внешнюю цепь которой включен источник тока, гальванический элемент сам вырабатывает электричество. Гальваническими элементами являются, например, свинцовый автомобильный аккумулятор и батарейка для карманного фонарика. Напряжение, которое дает элемент, определяется потенциалами протекающих в нем полуреакций.
Реакции с перераспределением обобществленных электронов.
Приведем несколько примеров таких реакций:
Более подробное обсуждение реакций с участием неорганических и органических соединений можно найти в статье ХИМИЯ ОРГАНИЧЕСКАЯ.
РАЗДЕЛЫ ХИМИИ
Химию довольно произвольно делят на несколько разделов, которые нельзя четко отграничить ни от других областей химии, ни от других наук (физики, геологии, биологии).
Неорганическая химия занимается изучением химической природы элементов и их соединений, за исключением большинства соединений углерода ВОДОРОД; АЗОТ; КИСЛОРОД; ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ЭЛЕМЕНТОВ) .
Органическая химия изучает соединения, состоящие в основном из углерода и водорода. Поскольку атомы углерода могут соединяться друг с другом с образованием колец и длинных цепочек, как линейных, так и разветвленных, таких соединений существует сотни тысяч. Из органических соединений состоят уголь и нефть, они составляют основу живых организмов. Химики-органики научились получать из угля, нефти, растительных материалов синтетические волокна, пестициды, красители, лекарства, пластики и множество других полезных вещей ХИМИЯ ОРГАНИЧЕСКАЯ; КРАСИТЕЛИ И КРАШЕНИЕ; ТЕКСТИЛЬ; ПЛАСТМАССЫ; КАУЧУК И РЕЗИНА) .
Физическая химия использует физические методы для изучения химических систем. Большое место в ней занимают вопросы энергетики химических процессов; соответствующий раздел химии называется химической термодинамикой. К важнейшим направлениям относятся химическая кинетика и строение молекул. Электрохимия изучает химические процессы, протекающие под действием электрического тока, а также способы получения электричества химическими методами. Среди других направлений следует отметить коллоидную химию (она занимается исследованием поведения дисперсных систем), химию поверхностных явлений, статистическую механику. . М., 1988
Эткинс П. Молекулы
. М., 1991
Почему тяжело дышится в помещениях и легко в лесу и на побережьях? Как ученые открыли ионизатор и как он помогает улучшить качество воздуха, которым мы дышим?
Особое влияние на организм человека состояния атмосферы отмечали многие великие люди, среди которых М.В. Ломоносов. Однако, еще задолго до его рождения, во времена жизни Гиппократа, это загадочное влияние было знакомо человечеству.
Серьезно изучать эту проблему стали только в прошлом столетии. Знаменитый русский биофизик А.Л.Чижевский в процессе изучения процессов в области физики и химии, которые происходят при ионизации воздуха , начал скрупулезное изучение зависимость полноценной жизнедеятельности подопытных животных от недостатка аэроионов. По результатам исследований Чижевский представил новый метод лечения - искусственная аэроинофикация.
Какие ионы можно назвать целебными?
В составе воздуха существует и живет своей жизнью большое многообразие частиц, имеющих различный заряд, но все они не имеют никакого отношения к лечебному эффекту. Им обладают только отрицательно-заряженные ионы. Их появление обусловлено различными излучениями космоса или солнца и расщеплением на мелкие частицы капель воды в водопадах.
Причины возникновения лечебных ионов объясняют их острую нехватку в больших городах. В городском воздухе им просто неоткуда взяться в большом количестве. Поэтому на морском побережье или в лесу дышится гораздо легче и свободнее.
В непроветриваемых помещениях отрицательно заряженных ионов нет совсем. В таких помещениях властвуют очень вредные положительно заряженные ионы, которые выделяются в огромных количествах современной техникой. Да и сам человек - источник насыщения воздуха положительными ионами. Поэтому, в закрытых помещениях, где множество офисной техники и большое скопление людей, практически нечем дышать. Не спасает при такой ситуации и различные искусственные приспособления, такие как . Они лишь проветривают помещение, устраняя излишнюю пыль, но целебных ионов не производят.
В своих исследованиях А.Л.Чижевский доказал тот факт, что ионы с отрицательным зарядом приводят в норму электрическое поле живых организмов, способствуя его нормализации. В связи с этим можно сказать, что отрицательно заряженные ионы обладают лечебным эффектом.
Приняв этот факт за основу, Чижевский изобрел аэроионизатор , который не только очищал воздух, но и насыщал его ионами с отрицательным зарядом, которые оказывали целебное воздействие на все живые организмы, находящиеся рядом с аэроионизатором.
На основе этих исследований была основана новая наука электрокоагулогия . В её основе лежит теория, утверждающая, что в основе любой болезни лежит дефицит отрицательных ионов в электрическом поле человека.
Эта теория была названа «синдромом Мачабели» в честь её создателя профессора М.С. Мачабели. Этот синдром заключается в нарушении кровообращения вследствие потери функции текучести крови, которая возникает из-за нехватки отрицательных ионов в клетках крови.
Нарушение кровообращения и приводит к самым разнообразным болезням. Возмещение «нужных» ионов производится аэроионизатором. В результате функции крови восстанавливаются, облегчается работа сердца и всего организма. Человек быстрее выздоравливает или вовсе не заболевает.
Впервые термин "ион" был введен в 1834 году, в чем заслуга Майкла Фарадея. После изучения действия электрического тока на растворы солей, щелочей и кислот он пришел к выводу, что в них содержатся частицы, имеющие некий заряд. Катионами Фарадей назвал ионы, которые в электрическом поле двигались к катоду, имеющему отрицательный заряд. Анионы - отрицательно заряженные неэлементарные ионные частицы, которые в электрическом поле движутся к плюсу - аноду.
Данная терминология применяется и сейчас, а частицы изучаются далее, что позволяет рассматривать химическую реакцию как результат электростатического взаимодействия. Многие реакции протекают по этому принципу, что позволило понять их ход и подобрать катализаторы и ингибиторы для ускорения их протекания и для угнетения синтеза. Также стало известно, что многие вещества, особенно в растворах, всегда находятся в виде ионов.
Номенклатура и классификация ионов
Ионы - это заряженные атомы или группа атомов, которая в ходе химической реакции потеряла или приобрела электроны. Они составляют внешние слои атома и могут теряться из-за низкой силы притяжения ядра. Тогда результатом отсоединения электрона является положительный ион. Также если атом имеет сильный ядерный заряд и узкую электронную оболочку, ядро является акцептором дополнительных электронов. В результате этого образуется отрицательная ионная частица.
Сами ионы - это не только атомы с избыточной или недостаточной электронной оболочкой. Это может быть и группа атомов. В природе чаще всего существуют именно групповые ионы, которые присутствуют в растворах, биологических жидкостях тел организмов и в морской воде. Имеется огромное количество видов ионов, названия которых вполне традиционны. Катионы - это ионные частицы, заряженные положительно, а заряженные отрицательно ионы - это анионы. В зависимости от состава их называют по-разному. Например, катион натрия, катион цезия и другие. Анионы называются по-другому, так как чаще всего состоят из многих атомов: сульфат-анион, ортофосфат-анион и другие.
Механизм образования ионов
Химические элементы в составе соединений редко являются электрически нейтральными. То есть они почти никогда не находятся в состоянии атомов. В образовании ковалентной связи, которая считается самой распространенной, атомы также имеют некий заряд, а электронная плотность смещается вдоль связей внутри молекулы. Однако заряд иона здесь не формируется, потому как энергия ковалентной связи меньше, нежели энергия ионизации. Потому, несмотря на различную электроотрицательность, одни атомы не могут полностью притянуть электроны внешнего слоя других.
В ионных реакциях, где разница электроотрицательности между атомами достаточно большая, один атом может забирать электроны внешнего слоя у другого атома. Тогда созданная связь сильно поляризуется и разрывается. Затраченная на это энергия, которая создает заряд иона, называется энергией ионизации. Для каждого атома она различная и указывается в стандартных таблицах.
Ионизация возможна только в том случае, когда атом или группа атомов способен либо отдавать электроны, либо акцептировать их. Чаще всего это наблюдается в растворе и кристаллах солей. В кристаллической решетке также присутствуют почти неподвижные заряженные частицы, лишенные кинетической энергии. А поскольку в кристалле нет возможности для передвижения, то реакция ионов протекают чаще всего в растворах.
Ионы в физике и химии
Физики и химики активно изучают ионы по нескольким причинам. Во-первых, эти частицы присутствуют во всех известных агрегатных состояниях вещества. Во-вторых, энергию отрыва электронов от атома можно измерить, чтобы использовать это в практической деятельности. В-третьих, в кристаллах и растворах ионы ведут себя по-разному. И, в-четвертых, ионы позволяют проводить электрический ток, а физико-химические свойства растворов меняются в зависимости от концентраций ионов.
Ионные реакции в растворе
Сами растворы и кристаллы следует рассмотреть детальнее. В кристаллах солей существуют отдельно расположенные положительные ионы, к примеру, катионы натрия и отрицательные, анионы хлора. Структура кристалла удивительна: за счет сил электростатического притяжения и отталкивания ионы ориентируются особым образом. В случае с хлоридом натрия они образуют так называемую алмазную кристаллическую решетку. Здесь каждый натриевый катион окружен 6 хлоридными анионами. В свою очередь, каждый хлоридный анион окружает 6 анионов хлора. Из-за этого простая поваренная соль и в холодной и горячей воде растворяется почти с одинаковой скоростью.
В растворе тоже не существует цельной молекулы хлорида натрия. Каждый из ионов здесь окружается диполями воды и хаотично передвигается в ее толще. Наличие зарядов и электростатических взаимодействий приводит к тому, что солевые растворы воды замерзают при температуре чуть меньше нуля, а кипят при температуре выше 100 градусов. Более того, если в растворе присутствуют другие вещества, способные вступить в химическую связь, то реакция протекает не с участием молекул, а ионов. Это создало учение о стадийности химической реакции.
Те продукты, которые получаются в конце, не образуются сразу в ходе взаимодействия, а постепенно синтезируются из промежуточных продуктов. Изучение ионов позволило понять, что реакция протекает как раз по принципам электростатических взаимодействий. Их результатом является синтез ионов, которые электростатически взаимодействуют с другими ионами, создавая конечный равновесный продукт реакции.
Резюме
Такая частица, как ион, это электрически заряженный атом или группа атомов, которая получается в ходе потери или приобретения электронов. Самым простым ионом является водородный: если он теряет один электрон, то представляет собой лишь ядро с зарядом +1. Он обуславливает кислую среду растворов и сред, что важно для функционирования биологических систем и организмов.
Ионы могут иметь как положительные, так и отрицательные заряды. За счет этого в растворах каждая частица вступает в электростатическое взаимодействие с диполями воды, что также создает условия для жизни и передачи сигналов клетками. Более того, в ионные технологии развиваются дальше. К примеру, созданы ионные двигатели, которыми оснащалось уже 7 космических миссий NASA.
Ионы являются неотъемлемой частью атмосферы, которая окружает нас повсюду. В воздухе есть отрицательные и положительные ионы, между которыми существует определённый баланс. Отрицательные ионы (анионы) представляют собой атомы, несущие отрицательный электрический заряд. Они сформированы путем включения в атом одного или нескольких электронов, тем самым завершив свой энергетический уровень. Положительные ионы (катионы) наоборот сформированы путем потери одного или нескольких электронов.
Исследования, проведенные в начале этого века, показали, что воздух, в котором преобладают катионы (положительно заряженные ионы) негативно отражается на здоровье.
Если воздух сохраняет баланс (относительное равновесие) положительных и отрицательных ионов, то организм человека функционирует должным образом.
Сегодня в воздухе из-за загрязняющих веществ преобладают положительные ионы, которые могут негативно влиять на здоровье. Некоторые люди особенно чувствительны к такому дисбалансу. Катионы особенно влияют на дыхательную, нервную и гормональную систему.
Воздух, насыщенный отрицательными ионами находится в естественной среде – морской, лесной, воздух после грозы, возле водопада, после дождя. Таким образом, чистый природный воздух содержит больше полезных отрицательных ионов, в отличии от воздуха, которым мы дышим в помещениях, офисах, загазованных районах.
Альберт Крюгер (патологоанатом-бактериолог) проводил исследования на растениях, животных и пришел к выводу, что отрицательные ионы контролируют уровень серотонина в организме, успокаивают и не вызывают вредных последствий.
Отрицательные ионы являются очень ценными для нашей жизни, здоровья, т.к. они влияют на организм через дыхательную систему. Отрицательные ионы, как правило, присутствуют там, где мы чувствует себя хорошо, расслабленно, весело, легко…, т.к. тело насыщается кислородом, а дыхательная система надежна защищена от бактерий, пыли, вредных примесей.
Качество вдыхаемого кислорода
Реснички дыхательной системы задерживают грязь, пыль из воздуха и другие вещества, чтобы воздух доставлялся в легкие намного чище.
Электрохимической воздух — воздух с положительными ионами трудно усваивается, т.к. только отрицательный кислород имеет способность проникать через мембраны легких и поглощаться кровью.
Крошечные положительно заряженные частицы пыли и смога, чтобы привлечь отрицательно заряженные ионы образуют кластеры. Их вес, однако, становится настолько большим, что они не в состоянии оставаться в газообразном состоянии и опускаются на землю, т.е. удаляются из воздуха. Отрицательные ионы таким образом способствуют очищению воздуха, которым мы дышим.
Ионный дисбаланс воздуха
Виновником ионного дисбаланса является загрязнение химическими веществами. Ионный дисбаланс приводит к росту различных заболеваний: респираторные, аллергии, психические проблемы. Эксперты заявляют, что практически все удобства цивилизации производят вредные положительные ионы.
Положительные ионы оказывают негативное влияние на наше здоровье, и они преобладают, например, в закрытых помещениях, грязных улицах, перед грозой. Положительные ионы присутствуют там, где нам становится трудно дышать.
Автомобили, промышленный смог, синтетические волокна, передатчики, истощение озонового слоя, парниковый эффект, компьютерные мониторы, телевизоры, люминесцентные лампы, копировальные аппараты, лазерные принтеры и т.д. отрицательно влияют на баланс ионов в воздухе (увеличиваются катионы).
Сегодня правильный баланс ионов можно найти только в чистой местности на природе. Отрицательные ионы, которыми преобладает, например, морской воздух оказывают благотворное влияние на здоровье (). Отрицательные ионы по-другому можно назвать витаминами воздуха. Их число увеличивается в экологически чистой местности, например, водопад, море, лес. В этих местах легче дышится, тело расслабляется, отдыхает. В принципе, человек должен дышать воздухом с отрицательными ионами по меньшей мере 800 на см 3. В природе концентрация анионов достигает значений до 50 000 см 3. В то время как в городских помещениях преобладают катионы.
Тем не менее, именно в этих местах мы тратим большую часть своего времени. Чрезмерное преобладание положительно заряженных ионов в воздухе помещений способствует возникновению головной боли, нервозности, усталости (), повышению артериального давления, а у чувствительных людей они могут вызвать аллергию, депрессию.
Положительные ионы в жизни человека
Положительные ионы находятся там, где живет человек, т.е. в городах, закрытых помещениях, рядом с телевизором, компьютером и т.д. Дом человека наполнен различными синтетическими материалами, которые загрязняют воздух; современная техника, ЖК-мониторы, принтеры, люминесцентные лампы, телефоны, телевизоры, а также сигаретный дым, химические моющие средства () являются худшими врагами ионизации воздуха.
Отрицательные ионы в жизни человека
Они преобладают в основном с чистой сельской местности, после шторма, в пещерах, на вершинах гор, в лесу, на берегу моря, рядом с водопадом и др. экологически чистых районах.
Районы с самой высокой концентрацией отрицательных ионов используются в качестве климатического курорта. Отрицательные ионы положительно влияют на иммунную систему, психическое благополучие, улучшают настроение, успокаивают, устраняют бессонницу ().
Повышенные концентрации анионов положительно влияют на дыхательные пути, способствуют очищению легких (). Кроме этого, они увеличивают щелочность крови, способствуют ее очищению, ускоряют заживление ран, ожогов, ускоряют регенеративные способности клеток, улучшают обмен веществ, подавляют свободные радикалы, регулирует уровень серотонина (гормона счастья) и нейротрансмиттеров, таким образом, способствуя улучшению качества жизни.
Высокая концентрация отрицательных ионов обнаружена в соляных пещерах, альтернативу которых используют в санаториях для лечения хронических заболеваний органов дыхания.
В природе концентрация атмосферных ионов зависит от температуры, давления и влажности, но также от скорости и направления ветра, дождя и солнечной активности.
Было доказано, что среда, содержащая высокую концентрацию отрицательных ионов кислорода, уничтожает бактерии, и даже более низкие концентрации задерживают их рост.
Таким образом, воздух с отрицательными ионами можно использовать для ускорения заживления ран, лечения кожных заболеваний, ожогов, а также для лечения верхних дыхательных путей.
Значения отрицательных ионов в лесу достигает 1000 — 2 000 ионов / см3, Моравский карст пещеры до 40000 ионов / см3, в то время как городская среда содержит 100-200 ионов / см3.
Оптимальная концентрация для человека должна быть выше, чем 1 000 — 1 500 ионов / см3, для трудоголиков и людей, занятых умственным трудом оптимальное значение должно быть увеличено до 2 000 — 2 500 ионов / см3.
Как увеличить концентрацию отрицательных ионов?
Для увеличения концентрации отрицательных ионов сегодня существуют различные продукты, например, браслеты, часы, которые излучают анионы.
Кроме того, существуют соляные лампы, которые могут значительно улучшить воздух в домах. Их рекомендуется ставить рядом с компьютером, телевизором, кондиционером. Также можно приобрети кристалл Orgonite, либо ионизатор воздуха.
ВОЗДУХ - ЭТО ПАСТБИЩЕ ЖИЗНИ
Воздух - это смесь газов, формирующая защитную оболочку вокруг Земли, называемую атмосферой.
Воздух необходим для жизни на Земле — для дыхания и для питания растений. Воздух также защищает поверхность Земли от опасного ультрафиолетового излучения Солнца. Воздух состоит из азота- 78%, кислорода — 21%, других газов — 1%.
У атома кислорода в наружной оболочке 6 электронов. Для того чтобы стать устойчивым, ему необходимо наполнить свою оболочку ещё двумя электронами, поэтому молекула кислорода воздуха легко присоединяет к себе 1 или 2 свободных элементов, ионизируется и превращается в аэроион (анион) кислорода отрицательной полярности. Ионами называются атомы или молекулы, потерявшие или присоединившие электрон, из-за чего получили положительный или отрицательный заряд.
В результате потери или присоединения одного или нескольких электронов атом становится ионом. Все ионы — электрически заряженные частицы. Заряд в ионе возникает из-за того, что количество положительно заряженных протонов и отрицательно заряженных электронов становится разным.
Атом, потерявший электрон, делается положительно заряженным ионом — катионом (от греч. kation, буквально - идущий вниз). Атом, который приобрёл электрон, становится отрицательно заряженным ионом — анионом (от греч. anion, буквально идущий вверх).
Атмосферный воздух всегда содержит одновременно отрицательные и положительные частицы. Основным источником этой естественной ионизации служат присутствующие в воздухе:
1. Газообразные продукты распада радия и тория, находящиеся в воздухе. Они вызывают диссоциацию воздушных молекул, рождая отрицательно заряженные молекулы кислорода, называемые легкими аэроионами.
2. Гамма-излучение радиевых солей, находящихся в поверхностном слое земной коры в ничтожном количестве. Установлено, что почти все каменные породы радиоактивны. Природные воды также содержат соли радиоактивных веществ.
3. Солнечная радиация.
4. Ультрафиолетовый свет Солнца.
5. Космические лучи.
6. Электрические разряды в атмосфере (молнии, разряды на вершинах гор).
7. Дробление и распыление воды над водопадами, поверхностью моря во время прибоя и прилива, морской бури, при дожде — это баллоэлектрический эффект.
8. Трибоэлектрический эффект — взаимное трение песчинок, частиц пыли, снега, града.
9. Распад органических веществ, многообразные химические реакции,
протекающие на поверхности почвы, испарение воды.
В горном воздухе возле водопадов, бурных рек, на морском берегу во время интенсивного прибоя число легких отрицательно заряженных анионов резко возрастает. Достаточно в течение нескольких минут побыть в отрицательно ионизированном воздухе, как электрический потенциал всех клеток организма начинает возрастать и потом долго держится на достигнутом уровне.
Значит, электростатическим «багажом» организма можно управлять.
Под влиянием кислорода отрицательной полярности меняется качество функций органов и общее нервно-психическое состояние организма.
Как отрицательные ионы воздействуют на человека?
* помогают человеку чувствовать себя лучше физически и психологически
* помогают справиться со стрессом
* облегчают боль в мышцах
* увеличивают сексуальную активность
* помогают бороться с агрессивностью и усталостью
* имеют некоторый обезболивающий эффект
* помогают в регулировании кровяного давления
* благотворно действует на состояние кожи
* уменьшают клеточный склероз
* помогают при коронарных и респираторных проблемах, ангинах и т.п.
* помогают в улучшение метаболизма
Анионы способствуют излечению многих заболеваний. Это болезни сердечно-сосудистой системы, от которых стали страдать не только пожилые люди, это гипертония и стенокардия, которые тоже помолодели. Успех лечения гипертонической и гипотонической болезней определяется тем, что отрицательные ионы кислорода стабилизируют функциональное состояние центральной нервной системы и гемодинамического центра, меняют тонус гладкой мускулатуры сосудов, уменьшают содержание холестерина. Ионизированный воздух благотворно влияет на дыхательную и ЛОР-систему человека, аэроионотерапии поддаются ангина, сезонные катары и даже начальные стадии туберкулеза. Анионы повышают трудоспособность, возбуждают хороший аппетит и заставляют правильно функционировать кишечник, а также усиливают метаболизм в слизистой оболочке желудочно-кишечного тракта более чем на 50%, а это ускоряет темпы регенерации и ликвидирует язвенные дефекты. Неврозы, бессонница, мигрени, раздражительность, быстрая утомляемость отступают под действием анионов, которые понижают возбудимость нервной системы (в том числе и вегетативной) и стабилизируют ее тонус на оптимальном уровне. Отрицательные ионы кислорода дают хороший эффект при вегетативно-эндокринных нарушениях. Неплохие результаты отрицательные ионы кислорода могут дать и в косметологии, они улучшают тургор кожи и ведут к исчезновению преждевременных морщин
Как отрицательные ионы кислорода влияют на сердечно-сосудистую систему?
Большинство сердечно-сосудистых заболеваний связано с нарушением свертываемости крови и целостности стенок кровеносных сосудов. Компоненты крови имеют отрицательный заряд, который препятствует слипанию их друг с другом. С потерей заряда вязкость крови увеличивается, образуются тромбы. Одновременно в стенках кровеносных сосудов откладывается холестерин, сосуды теряют эластичность, сужается их просвет. Именно в этом кроется причина нарушения давления, инфарктов и инсультов.
Отрицательные ионы кислорода восстанавливают электрический заряд на кровеносных тельцах, кровоток приходит в норму. Экперименты показали, что при вдыхании аэроионов сосуды остаются элестиными, атеросклеротические бляшки не образуются.
Таким образом, отрицательные ионы кислорода обладают противотромботическим действием и противо атеросклеротическим действием, что помогает снизить риск сердечно-сосудистых катастроф.
При лечении гипертонии ионами кислорода А.Л. Чижевский отмечал снижение артериального давления у больных на 10-20 единиц уже после первого сеанса. Затем давление поднималось почти до первоначального уровня, а после 30-35 сеансов устойчиво нормализовалось. Причем результаты были тем успешней, чем хуже было первоначальное состояние пациентов.
Почему легкие аэроионы помогают сохранить молодость?
С годами в организме человека происходят существенные изменения: уменьшается количество воды в тканях, снижается величина электрического заряда клеток, ухудшается тканевый электрообмен, то есть происходит постепенная электроразрядка организма. Все эти изменения характерны для старения.
Значит, если замедлить электроразрядку, постоянно дыша воздухом с оптимальным количеством аэроионов, можно остановить старость.
В лабораториях Мордовского государственно университета установлено, что ионы кислорода уменьшают содержание в крови свободных радикалов, разрушающих молекулы клеток и приводящих к старению.
Профессор Калифорнийского университета М. Роуз обнаружил ген-регенератор, который обновляет клетки. С возрастом его активность уменьшается, что ведет к старению. Не исключено, что продление жизни ионами кислорода связано с тем, что они повышают активность гена-регенератора.
Так или иначе, постоянное использование ионизатора воздуха дарит человеку несколько дополнительных лет жизни: улучшаются дыхание и состояние кожи, отступают морщины, перестают выпадать волосы.
В первых экспериментах А.Л. Чижевского (1918-1924 гг.) подопытные животные, вдыхавшие отрицательные ионы кислорода, жили на 42% дольше своих собратьев, причем продлевался период активности и бодрости.А.Л. Чижевский подсчитал, что падение электрического потенциала клеток до уровня, не совместимого с жизнью, занимает 180 лет. Таков срок жизни, отпущенный человеку природой.
Многочисленные электрометрические наблюдения показали, что в 1 смЗ воздуха:
|
Дикий лес и естественный водопад |
10 000 ионов/куб.см |
|
Горы и морское побережье |
5 000 ионов/куб.см |
|
Сельская местность |
700-1 500 ионов/куб.см |
|
Центр городского парка |
400-600 ионов/куб.см |
|
Парковые аллеи |
100-200 ионов/куб.см |
|
Городская территория |
40-50 ионов/куб.см |
|
Кондиционируемые закрытые помещения |
0-25 ионов/куб.см |
Концентрация отрицательно-заряженных ионов и ее влияние на здоровье человека:
|
100 000 - 500 000 ионов/куб.см |
Достигается естественный терапевтический эффект |
|
50 000 - 100 000 ионов/куб.см |
Обретается способность стерилизации, дезодорирования и уничтожения токсинов |
|
5 000 - 50 000 ионов/куб.см |
Благотворное влияние на укрепление иммунной системы человека, помогающей бороться с болезнями |
|
1 000 - 2 000 ионов/куб.см |
Обеспечение основы для здорового существования |
|
Менее 50 ионов/куб.см |
Предпосылка для психологических расстройств |
Средняя продолжительность жизни анионов 46—60 секунд. В чистом воздухе — 100 секунд и больше.
Анионы быстроподвижны. Средняя скорость их движения равна 1—2 см/сек. Подвижность отрицательно заряженного иона превосходит подвижность положительно заряженных ионов в сотни раз.
Многочисленные наблюдения показывают, что ионизация отрицательной полярности резко улучшает физиологическое состояние подопытных животных, в то время как преобладание положительных зарядов при дефиците отрицательных, оказывается для них вредным.
Это действие ионов, как известно, было открыто и использовано еще в начале прошлого века великим русским ученым Чижевским. Он предложил обогащать воздух в помещениях отрицательными ионами с помощью сконструированных им ионизаторов воздуха генераторов отрицательных ионов. Он считал, что особенно важно это делать в каменных зданиях, содержащих избыток положительных ионов и недостаток отрицательных.
Впервые ионы воздуха были "предложены" животным 2 января 1919 года. Очень быстро были получены первые результаты: "отрицательные ионы воздуха влияют на организм хорошо, а положительные, наоборот, вредят здоровью, отрицательно влияют на рост, вес, аппетит, поведение и внешний вид животных".
После ряда опытов Чижевский пришел к выводу, что аеро ионизация может стать существенным фактором в решении проблемы сохранения здоровья и удлинение жизни человека.
Так появилась всем известная люстра Чижевского.
Современная среда обитания
|
Крупные города, большие потоки автомобилей, загрязнение воздуха, курение, одежда и мебель из синтетических тканей; современные строительные и отделочные материалы, системы центрального отопления и охлаждения в непроветриваемых высотных офисных и жилых зданиях - это наша среда обитания, почти не оставляющая отрицательных ионов для здоровой жизни. Электрическое поле Земли является причиной миграции заряженных частиц в атмосфере. И если положительные ионы притягиваются к Земле, то отрицательные - отталкиваются от нее. Когда происходят резкие колебания температуры, в атмосфере нарушается равновесие ионов: уменьшается количество отрицательных и возрастает - положительных. Эти перепады отображаются на нашем самочувствии. Одним из факторов, которые влияют на ионизацию воздуха, является ветер. Биометеорологи утверждают, что в периоды преобладания теплых ветров у людей чаще наблюдается депрессивное состояние. В это время возрастает количество сердечных приступов, суицидов и агрессии. В некоторых больницах на юге Германии даже запретили проведение операций через сутки к ожидаемым ветрам. Человек, как и любой живой организм, имеет собственную "оболочку" из электрических зарядов соответствующей поверхностной плотности. Излишек положительно заряженных ионов вокруг человека приводит к "разрядке" организма и разрушения его электрического равновесия. Аероионы проникают в организм сквозь кожу и дыхательные пути. Вдыхание положительных ионов в течение 20 минут служит причиной кашля, головной боли и насморка. Положительные ионы могут стать причиной неправильного функционирования щитовидной железы, послужить причиной депрессии, бессонницы, тахикардии. Почему так происходит? Подмечено, что у людей, которые находятся в атмосфере положительных ионов, начинается выработка серотонина - гормона, который отвечает за правильное функционирование нервной системы. Перенасыщение серотонином (его еще называют "гормоном стрессов") приводит к нервному истощению - типичной болезни XXI столетия. Отрицательные ионы ускоряют окислительную деградацию серотонина, а положительные - имеют обратное действие и деактивируют энзимы, повреждающие серотонин. Повышение уровня серотонина вызывает: А) тахикардию Б) повышение кровяного давления В) спазм бронхов, вплоть до приступа астмы Г) повышенную перистальтику кишечника Д) повышенную чувствительность к боли Е) повышенную агрессивность Снижение уровня серотонина является успокаивающим и увеличивает защитные силы организма против различных инфекций (например, гриппа). Отрицательные ионы приводят к повышению гемоглобинового/кислородного сродства, и кислородное давление в крови повышается, но диоксидное давление частично понижается. Это приводит к снижению частоты дыхания и увеличивает метаболизм растворяемых в воде витаминов. К тому же, отрицательные ионы приводят к повышению уровня pH тела, делая жидкости организма более щелочными. Из-за загрязнения воздуха отрицательных ионов становится еще меньше. В городском воздухе опасно мало отрицательных ионов, нарушено естественное соотношение положительных и отрицательных ионов - 5:4, поэтому люди неизбежно и постоянно отравляются положительными ионами. Более половины городского населения страдает, не осознавая, почему они чувствуют себя не лучшим образом. В загородном воздухе присутствует около 6000 частиц пыли на 1 мл, а в промышленных городах в 1 мл воздуха - миллионы частиц пыли. Пыль разрушает аэроионы, укрепляющие человеческое здоровье. И в первую очередь пыль «съедает» отрицательные ионы, т.к. пыль заряжена положительно и притягивается к отрицательным ионам, при этом легкий отрицательный ион превращается во вредный тяжелый ион. Регулярные измерения на главных улицах Санкт-Петербурга, Дублина, Мюнхена, Парижа, Цюриха и Сиднея показывают, что в полдень остается всего 50 - 200 легких ионов в 1 см³, это в 2-4 раза ниже нормы, необходимой для нормального самочувствия. Как действует ионное истощение в закрытом пространстве еще в конце 30-х годов продемонстрировали японские ученые Имперского Университета о. Хоккайдо. В комнате можно было изменять температуру, количество кислорода и влажность, а отрицательные ионы - постепенно удалять. 14 мужчин и женщин 18-40 лет находились в этой комнате. Уровень температуры, влажности и кислорода был на оптимальном уровне, а отрицательные ионы из воздуха начали удалять. Испытуемые почувствовали недомогания от простой головной боли, усталости и усиленного потоотделения до чувства обеспокоенности и понижения давления. Все заявили, что комната душная с “мертвым” воздухом. Вторая группа находилась в кинотеатре, где в полном зале из-за пыли и большого количества людей легких отрицательных ионов почти не осталось естественным путем. После окончания фильма зрители чувствовали неприятную головную боль и потливость. Этих людей проводили в комнату, в которой генерировались отрицательные ионы, и скоро они почувствовали себя легче, головная боль и потоотделение исчезли. В следующий раз ученые направили людей в заполненный кинозал, а когда многие стали жаловаться на головную боль и потоотделение, в воздух зала из нескольких мест выпустили отрицательные ионы. Количество отрицательных ионов достигло 500 - 2500 в 1 куб. см. Через 1,5 часа фильма страдавшие головной болью и потоотделением, совершенно о них забыли, и чувствовали себя хорошо. Психиатры и психологи последние 20 лет говорят об огромных размерах проблемы “обеспокоенности”. До некоторого уровня беспокойство - это нормальное явление, основа для выживания человека. Но уровень беспокойства стал намного выше “здорового”. Симптомы отравления положительными ионами очень похожи на те, с которыми обращаются к врачам при психоневрозе беспокойства: неразумное беспокойство, бессонница, необъяснимая депрессия, раздражительность, внезапная паника, приступы абсурдной неуверенности и постоянные простуды. Врач Католического Аргентинского университета лечил пациентов, страдающих классическим беспокойством, с помощью отрицательных ионов. Все они жаловались на необъяснимые страхи и напряженность, типичные для психоневроза беспокойства. Через 10-20 15-тиминутных сеансов лечения воздухом с отрицательными ионами у 80% пациентов симптомы беспокойства исчезли полностью. По мнению японских исследователей, положительные ионы являются причиной многих сердечно-сосудистых и нервных заболеваний. Полученные очень хорошие результаты лечения дыхательных путей благодаря распылению воды в чистом воздухе с одновременной отрицательной ионизацией. Такую гидроионизацию рекомендуется принимать дважды на день по полчаса. Отрицательными ионами лечат психоневрозы, снимают стрессы. А недавно врачи исследовали влияние ионизации воздуха на лактацию. Оказалось, что женщины, которые не имели возможности кормить грудью, после ионотерапии восстановили эту способность. Под влиянием отрицательных ионов также восстанавливается гормональное равновесие в организме, который, в свою очередь, повышает сопротивляемость болезням и стрессам. Японские врачи-онкологи выдвигают новую теорию борьбы с раковыми заболеваниями. В ее основе лежит воздействие на организм отрицательных ионов, которые стимулируют выработку антиоксидантов, устраняющих канцерогенные вещества. Эта теория была разработана на основе исследований, проводимых группой ученых под руководством Кэндзи Тадзавы, профессора университета медицины и фармакологии в Тояма, и профессора Нобору Хориути, директора онкологической клиники в Сакайдэ (префектура Кагава). Подробный доклад о результатах исследования был сделан на конференции Онкологической ассоциации Японии, в Нагое. Как объясняет профессор Хориути, если человек находится в помещении, насыщенном отрицательными ионами, под их воздействием его организм вырабатывает антиоксидант, называемый убиквинол. Убиквинол уничтожает высокоактивные молекулы и ионы, образующиеся из кислорода. Ученые называют эти соединения "активным кислородом". "Активный кислород повреждает клеточные белки и таким образом стимулирует процесс, который приводит к образованию раковой опухоли", - говорит Хориути. Но убиквинол воздействует на активный кислород раньше, чем тот начинает воздействовать на белки, то есть делает его безопасным. Свой эксперимент ученые проводили в двух помещениях. В одном был установлен генератор отрицательных ионов, а в другом помещении такого генератора не было. Генератор производил 27 тыс. ионов на 1 кубический сантиметр в диапазоне 3 метров. Благодаря генератору в помещении объем насыщения ионами увеличился в 27 раз. Для участия в эксперименте были приглашены 11 человек, имеющие атлетического телосложения, поскольку именно у спортсменов наблюдается повышенное содержание активного кислорода в организме. В течение шести ночей пять человек спали в ионизированном помещении, а шесть человек - в обычном. В последний день у каждого участника эксперимента были взяты анализы крови и мочи. Эксперимент показал, что у всех находившихся в ионизированном помещении содержание убиквинола в организме оказалось в пять раз выше, чем у контрольной группы. "Это еще раз подтверждает, что отрицательные ионы вступают во взаимодействие с активным кислородом и не позволяют ему оказывать негативное воздействие на организм", - заявили ученые. |
Недавно американские психоаналитики обратили внимание на одну особенность своих пациентов: у тех, кто жалуется на мрачное настроение, правая ноздря шире левой. Проверили, как обстоят дела у оптимистов, оказалось, что у них, наоборот, левая ноздря шире правой. Это случайное наблюдение, проанализированное совместно с физиологами и отоларингологами, позволило высказать оригинальную гипотезу о связи способа носового дыхания с психическим состоянием человека.
Какое отношение к настроению человека имеет то, какой ноздрей он вдыхает воздух? Да и вообще, может быть, он дышит одновременно обеими или попеременно то одной, то другой. Действительно, на первый взгляд гипотеза американских психоаналитиков воспринимается мистификацией. Но предоставим слово специалистам.
Как утверждают отоларингологи, по статистике, у большинства людей правая ноздря бывает несколько шире левой, и дышат многие преимущественно правой ноздрей. Более того, в результате искривления носовой перегородки гораздо чаще затрудняется дыхание именно левой ноздрей.
По мнению некоторых физиологов, все дело в насыщении организма ионами. С воздухом при дыхании в организм человека попадают положительные и отрицательные ионы. При этом нос человека работает как фильтр: при носовом дыхании отрицательные ионы поступают в организм преимущественно через левую ноздрю, а положительные через правую.
Правая и левая половины носа различаются остротой обоняния. Большая чувствительность левой стороны носа к запахам установлена у 71 % взрослых, правой у 13%, одинаковая чувствительность у 16%. У детей цифры совсем другие 35%, 30% и 35% соответственно. Как видим, асимметрия обоняния у взрослых по сравнению с детьми возрастает вдвое. Ученые объясняют это искривлением носовой перегородки, которая встречается у большинства людей после 30-40 лет.
Известно, что воздух, обогащенный отрицательными ионами, благотворно влияет на общее состояние здоровья и психику человека. Отрицательные ионы называют ионами здоровья и хорошего настроения. Считается, что недостаток в воздухе невентилируемых помещений отрицательно заряженных ионов (а значит, и избыток ионов положительных) приносит немалый вред организму.
Отрицательные ионы, которых много в свежем воздухе, повышают тонус вегетативной нервной системы через рецепторы кожи, слизистых оболочек верхних дыхательных путей. В результате повышается жизненный тонус, появляется бодрость, хорошее настроение. Именно поэтому на берегу моря, в лесу или даже в городе после грозы мы с наслаждением вдыхаем живительный воздух. Почему? Потому что он обогащен отрицательно заряженными ионами.
По представлениям йогов, у большинства людей утром при пробуждении функционирует только левая ноздря, соответствующая лунной стороне человека. В полдень дышат через обе ноздри. Вечером в момент отхода ко сну функционирует правая ноздря, взаимодействующая с солнечной стороной.
Мы привыкли что наше настроение поднимается или опускается только за счет внешних факторов, погода, еда, покупки, просмотр кинофильма, неприятности или успех на работе. Приглашенный тамада на свадьбу поднимает настроение сотням гостей, а юмористическая передача вызывает улыбку на лице у тысяч зрителей! А что будет если внешние факторы исключить, оставив человека с самим собой?
Психологи, связав имеющиеся у них данные, пришли к практическому заключению: улучшить настроение можно с помощью дыхания.
Нужно увеличить поступлении через левую ноздрю отрицательных ионов и одновременно затруднить поступление через правую ноздрю положительных ионов. Для этого достаточно периодически на несколько минут закрывать правую ноздрю и дышать только левой.
Эта рекомендация на столько проста, что каждый может немедленно испытать, ее на себе. Сначала подышите попеременно то правой, то левой ноздрей, чтобы сравнить легкость прохождения воздуха. Хорошо, если у вас через левую ноздрю воздух поступает заметно легче. Но даже если это не так, не печальтесь. Прижмите пальцем правую ноздрю или вставьте в нее тампончик и подышите левой ноздрей в течение двух-трех минут. Через несколько таких сеансов с интервалом около получаса вы наверняка почувствуете, что настроение улучшается.
Можно заподозрить, что это происходит благодаря самовнушению. Но проверка показала, что оно играет лишь второстепенную роль. Чтобы удостоверится в верности гипотезы, проводили эксперименты во время сна, когда наше сознание отключается. Испытуемым вставляли на ночь в правую ноздрю тампон, и утром даже те их них, кто склонен к депрессивным состояниям, просыпались в хорошем настроении.
Этот вывод западных психотерапевтов удивительным образом совпадает с представлениями восточных целителей. Мастер инструктор целительного Дао Сергей Орешкин, которому открылись многие секреты восточной медицины, рассказывает как правильно засыпать:
Каждый человек должен знать свою сонную ноздрю. Обычно, она левая. Почему? Потому что левая ноздря напрямую связана с правым полушарием. Во время бодрствования мы решаем множество вопросов, напрягая левое полушарие, которое отвечает за логику. Время сна дано нам для того, чтобы сбалансировать эти два полушария. Когда мы начинаем более активно дышать через левую ноздрю, мы напитываем энергией наше правое полушарие
Как известно, на Востоке большое внимании уделяют правильному дыханию. Ему долго и кропотливо обучают тех, кто хочет овладеть йогой. Но есть и упрощенные техники дыхания, более доступные для западного человека. Одна из них, предложенная Ричардом Хитлеманом, помогает быстро сбросить напряжение и расслабиться. Хитлеман называет эту технику попеременным дыханием через ноздри
Положите указательный и средний пальцы правой руки на середину лба. При этом большой палец будет находиться с правой стороны носа, а безымянный и мизинец с левой.
1. Зажмите большим пальцем правую ноздрю. Сделайте медленный глубокий вдох через левую ноздрю так, чтобы ваши легкие пополнились, пока вы досчитаете до восьми.
2. Зажмите левую ноздрю (теперь зажаты обе) и задержите дыхание на восемь секунд.
3. Отпустите правую ноздрю (удерживая левую зажатой) и выдохните равномерно через правую ноздрю, считая до восьми.
4. Закончив выдох, не останавливайтесь, а немедленно начните вдох через правую ноздрю, отсчитывая восемь секунд.
5. Зажмите обе ноздри и задержите дыхание, считая до восьми.
6. Теперь выдохните через левую ноздрю за восемь секунд.
Проделайте все эти шаги в зеркальном отражении, то есть начните со вдоха правой ноздрей (зажав левую ноздрю).
Такое попеременное дыхание как бы выравнивает активность между левым и правым полушарием мозга. По моим собственным наблюдениям, это не только расслабляет но и повышает настроение.
Схема успокаивающего попеременного дыхания Р.Хитлемана
Вдох слева......8
Пауза...............8
Выдох справа...8
Вдох справа.....8
Пауза...............8
Выдох слева.....8
Тысинюк Н.М. О химическом составе легких ионов и их влиянии на самочувствие людей
Миллионы людей, особенно в преклонном возрасте, испытывают периодические ухудшения самочувствия, часто совпадающие с резкими изменениями погоды. Обостряются хронические заболевания, ноют давно зажившие раны, ощущаются боли в суставах и в мышцах, обостряются психические и неврологические заболевания, снижается работоспособность даже у здоровых людей, повышается аварийность на транспорте и производстве, растет смертность по самым различным причинам, особенно при сердечно-сосудистых заболеваниях. Резкие изменения погоды ощущают и маленькие дети. Влияние погодных условий, как правило, объясняют изменениями атмосферного давления, температуры и влажности воздуха. Легко доказать, что указанные параметры погоды в большинстве случаев не имеют никакого отношения к страданиям людей. В повседневной жизни на нас действуют значительно большие колебания атмосферного давления, температуры и влажности воздуха, но мы это даже не замечаем. Поднявшись на лифте на верхний этаж, человек испытывает за несколько секунд такое изменение атмосферного давления, которое не встречается в природе. То же самое мы испытываем в отношении температуры и влажности воздуха, выйдя из квартиры на улицу в морозный день.
Следовательно, болезненные ощущения у людей вызывают другие факторы, которые связанны с изменениями погоды. Такими факторами являются так называемые легкие ионы. О том, что ионы влияют на живые организмы, известно давно. Русский ученый А.Л.Чижевский экспериментально доказал, что воздействие ионов на человека и животных зависит от их знака заряда . Отрицательные ионы влияют на живые организмы благотворно. Эта особенность ионов используется для лечения некоторых заболеваний дыхательных путей. Положительные же ионы вызывают обострение сердечно-сосудистых и других хронических заболеваний. Механизм этого воздействия остается до конца не изученым.
Попытаемся объяснить причину неоднозначного влияния ионов различных знаков заряда на самочувствие людей. Для решения этого вопроса необходимо, прежде всего, определить химический состав легких ионов. Как известно, в воздухе 78% азота, 21% кислорода и около 1% других газов. В результате действия ионизирующего излучения земного и космического происхождений нейтральные молекулы газов воздуха ионизируются с образованием свободного электрона и положительного молекулярного иона. В процессе хаотического движения нейтральные молекулы кислорода сталкиваясь, прилипают к электрону. Молекулы азота не прилипают к электрону и отрицательному иону, так как они не имеют сродства к электрону . Это является физическим свойством молекулярного азота. Таким образом, отрицательные легкие ионы состоят из нескольких десятков молекул кислорода с небольшой примесью других газов, кроме азота.
К положительным молекулярным ионам кислорода и азота прилипает примерно такое же количество нейтральных молекул этих газов. Но, во первых, азота в воздухе в 3.7 раза больше, чем кислорода, поэтому вероятность прилипания первого во столько же раз больше. Во вторых, нейтральная молекула азота имеет енергию сродства к протону на 15% большую, чем молекула кислорода (4,8 и 4,1 электроновольт соответственно) поэтому он более энергично прилипает к положительным ионам, вытесняя молекулы кислорода. В результате этого образуются положительные легкие ионы, состоящие преимущественно из молекул азота.
Таким образом, химический состав легких ионов определяется их зарядом: отрицательные ионы состоят из молекул кислорода, а положительные — из молекул азота.
Влияние легких ионов на самочувствие людей мы объясняем не зарядом, а их химическим составом.
Отрицательные ионы, состоящие из кислорода, попадая в кровь, усиливают окислительные процессы, облегчают дыхание, благотворно действуют на весь организм.
Нейтральный азот не растворяется в крови и при выдохе полностью без изменений выводится наружу. Положительные ионы, состоящие из молекул азота, хорошо растворяются в жидкостях, в том числе и в крови. Попадая в процессе дыхания в кровь, распадаются на отдельные молекулы азота. Не связанный с другими химическими элементами азот у людей со слабым функционированием почек не выводится из организма, заполняет в виде микропузырьков кровеносные сосуды и капилляры, скапливается в области сердца, создавая дополнительные трудности в кровообращении. Это ощущается в виде недомогания, головных болей, повышения артериального давления и так далее.
В обычных условиях, когда концентрация ионов в атмосфере не превышает 10 3 ионов в 1см 3 , в кровь попадает ничтожное количество азота, не создающее особых проблем для самочувствия и здоровья. При значительном увеличении количества ионов в атмосфере, концентрация азота, попадающего в организм, может превысить возможности почек по его выведению из организма. В этом случае происходит постепенное накопление свободного азота в крови. Самочувствие у людей с сердечно-сосудистыми и другими заболеваниями ухудшается спустя несколько часов после начала действия этого фактора, а иногда и после прекращения, когда накопится достаточное количество азота в крови. Поэтому часто бывает трудно увязать ухудшение самочувствия с фактором, вызвавшим это ухудшение.
Концентрация легких ионов в атмосфере, в том числе положительных, зависит от погодных условий, уровня радиоактивного загрязнения местности, а также от корпускулярного и жесткого електромагнитного излучения, поступающего на Землю от Солнца и из Космоса . Луна вносит определенные коррективы в корпускулярный поток, поступающий на Землю. Вот почему мы увязываем наше самочувствие с погодой, активностью Солнца, фазами Луны и повышенным радиоактивным фоном. Влияние последнего фактора ощутили на себе тысячи людей в условиях радиоактивного загрязнения местности и воздуха в результате аварии на Чернобыльской АЭС. Малые дозы ионизирующего излучения, ионизирующие и разрушающие составляющие клеток, практически, не ощущаются человеком пока не наступит заболевание какого-то органа. Чувствительность к малым дозам радиации вызывается посредством указанных выше положительных легких ионов, образующихся в воздухе в результате действия ионизирующего излучения. Механизм воздействия на самочувствие людей положительных легких ионов действует независимо от их происхождения: высокоэнергетическими заряженными частицами Солнечного или Космического происхождения, конвективными или иными явлениями в атмосфере или же радиоактивными продуктами распада техногенного или естественного происхожения. Человек, в зависимости от возроста, состояния сердечно-сосудистой системы и работоспособности почек, в той или иной степени ощущает повышенную концентрацию положительных ионов.
Исключить или уменьшить влияние легких ионов на самочувствие людей можно путем применения специальных фильтров, очищающих вдыхаемый воздух от положительных ионов.
Кроме положительных легких ионов на наше самочувствие действуют также и другие природные факторы. Речь идет о так называемых биологически активных излучениях. Эти излучения оказывают глобальное влияние на все биологические объекты, в том числе и на человека. Механизм воздействия биологически активных излучений на самочувствие людей совершенно иной, чем положительных ионов, но возникновение этих излучений связано с теми же погодными условиями, активностью Солнца и, в некоторой степени, зависит от фаз Луны.
Л И Т Е Р А Т У Р А
1.Ягодинский В.Н. Александр Леонидович Чижевский. М.Наука. 1987. 315 с.
2.Радциг А.А., Смирнов Б.М. Справочник по атомной и молекулярной физике. М. Атомиздат. 1980. 240 с.
3.Тверской П.Н. Курс метеорологии. Л. Гидрометиздат. 1962. 693 с.
- Решить систему сравнений
- Мавритания. Общие впечатления. Мавританцы Наука и культура Мавритании
- Графики линейных функций
- Сфера, вписанная в цилиндр, конус и усеченный конус
- Согласные звуки в русском языке П парный
- Воздействие частот в герцах (Гц) на организм
- Измерение времени реакции подростков и взрослых