Довузовское обучение Бакалавриат Магистратура Аспирантура Контакты
 :: Направления
Преподаваемые дисциплины
Учебные пособия
Учебно-методическая работа
Научная работа

 :: Теор. основы химии
Программа курса
Контрольные работы
Лабораторные работы
Семинары
Тестирование

 :: Неорганическая химия
Программа курса
Контрольные работы
Лабораторные работы
Тестирование

Дистанционное обучение
Программы курсов
Курсовые работы
Вопросы к экзаменам
Рекомендуемая литература
Таблица Д.И. Менделеева
Справочные данные

 :: О нас
История кафедры
Руководство кафедры
Педагогический коллектив
Научно-педагогическая школа

 


Кафедра общей и неорганической химии

 

П Р О Г Р А М М А

курса "Общая и неорганическая химия. Часть I. Теоретические основы химии"

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Задачей курса "Теоретические основы химии" является краткое, но строгое изложение наиболее значимых для химии теоретических понятий и обучение студентов их использованию на обширном материале неорганической химии в такой форме, чтобы это использование можно было интенсивно продолжать во втором семестре в курсе неорганической химии и далее в курсах аналитической и органической химиии, и, наконец, расширить и углубить в курсе физической химии и теоретических разделах специальных дисциплин.

Основными разделами курса"теоретические основы химии" яляются основы теории строения вещества, основы химической термодинамики, основы химии растворов. Показана взаимосвязь указанных разделов. Значительное внимание уделено использованию таблиц стандартных термодинамических величин для вычисления физико-химических характеристик веществ и процессов (константа равновесия, растворимость, температура разложения веществ, ЭДС гальванических элементов и др.). Программа курса "Теоретические основы химии" рассчитана на 144 учебных часа (54 часа - лекции, 54 часа - лаб. занятия, 36 часов - семинары).

В В Е Д Е Н И Е (лекция 1 час)

Отличительные особенности изучения химии в ВУЗе. Необходимость творческого отношения к познанию. Основные направления познания химии. Место химии в ряду наук о природе, ее связь с другими естественнонаучными дисциплинами. Развитие пограничных наук. Примеры достижений химии и пограничных с нею наук в последние годы.

Роль, значение и содержание курса "Теоретические основы химии". Основы термодинамики, основы кинетики, учение о растворах и основы строения вещества как теоретические основы химии. Достижения в этих направлениях исследования. Роль термодинамических методов исследования в различных областях науки (основные разделы химии, биохимии, геохимии). Необходимость начала изучения химии в ВУЗе с ее теоретических основ. Периодический закон и его роль в изучении химии.

Стехиометрия химических реакций и материальные расчеты

(1 час - лекций, 4 часа - семинары, 12 час. - лаб.зан.)

Стехиометрия - учение о количественных изменениях массы веществ при химических реакциях, основанное на законе сохранения массы и атомно-молекулярной теории. Моль - единица количеста вещества. Эквивалент. Закон эквивалентов. Основное соотношение в количестве реагентов и продуктов реакций, его применение для материальных расчетов. Способы выражения концентраций растворов, их пересчет одна в другую. Стехиометрические уравнения.

РАЗДЕЛ 1. ОСНОВЫ ТЕРМОДИНАМИКИ

Внутренняя энергия; энтальпия

(6 час.- лекций, 2 часа - семинары, 6 час. - лаб. зан.)

Термодинамическая система. Системы гомогенные и гетерогенные; изолированные системы. Функции состояния и параметры состояния. Внутренняя энергия и энтальпия как функции состояния системы, их взаимосвязь.Теплота и работа. Зависимость внутренней энергии и энтальпии вещества от температуры. Термохимия. Энтальпии различных процессов, термохимические уравения, возможные операции с ними. Энтальпии образрвания и сгорания веществ. Энтальпии растворения. Закон Гесса и следствия из него; примеры применения следствий из закона Гесса. Понятие о стандартном состоянии индивидуальных веществ. Стандартные энтальпии процессов. Стандартные энтальпии образования. Применение таблиц стандартных величин для расчета энтальпий химических реакций. Краткие сведения об экспериментальных методах определения энтальпий различных процессов; калориметрия - экспериментальная основа термодинамики.

Энтропия

(2 часа - лекций, 2 часа - семинары)

Процессы самопроизвольные и несамопроизвольные. Понятие о химической и термодинамической обратимости реакций. Энтропия; разнообразие физического смысла этой термодинамической функции. Формула Клаузиуса.Понятие о макро- и микросостояниях. Формула Больцмана. Стандартные энтропии. Зависимость энтропии вещества от температуры. Изменение энтропии в различных процессах. Зависимость энтропии веществ от различных факторов (агрегатного состояния, структуры вещества, молекулярной массы и т.д.). Энтропийный критерий самопроизвольного протекания процессов в изолированных системах. Определение энтропии путем измерения теплоемкости, физический смысл энтропий ( S Т ) веществ и энтропий ( D S Т ) различных процессов.

Свободная энергия

(2 час - лекций, 2 часа - семинары, 3 часа - лаб.зан.)

Энергия Гиббса и энергия Гельмгольца как функции состояния системы, их физический смысл. Энтальпийный и энтропийный факторы процесса. Энергия Гиббса как мера химического сродства, критерий самопроизвольного протекания процессов. Изменение энегрии Гиббса в различных процессах. Стандартные величины энергии Гиббса. Понятие о связанной энергии, энтропия как мера связанной энергии, приходящейся на один Кельвин.

Химическое равновесие

(2 час - лекций, 2 час - семинары)

Различные виды равновесия. Истинное и кажущееся равновесия. Закон действующих масс. Константа химического равновесия в гомогенных и гетерогенных системах. К Р и К С , взаимосвязь между ними. Связь констант равновесия К Р и К С со стандартными изменениями энергии Гиббса и энергии Гельмгольца; влияние энтальпийного и энтропийного факторов на равновесие. Принцип Ле Шателье - Брауна. Влияние температуры, давления, инертного газа и концентрации реагентов на химическое равновесие. Понятие ометодах экспериментального определения и расчета энтальпий, энергий Гиббса и энтропий различных процессов.

РАЗДЕЛ 2. ОСНОВЫ ХИМИИ РАСТВОРОВ

Общие свойства растворов

(2 час - лекций, 2 час - семинары, 6 час. - лаб. зан.)

Истинные растворы; процессы, сопровождающие их образование. Краткая характеристика межмолекулярных взаимодействий в растворах. Водные, неводные и смешанные растворы. Работы Д.И.Менделеева, И.А.Каблукова в области теории растворов. Сольваты, сольватация. Насыщенные, ненасыщенные пересыщенные растворы. Закономерности растворения газов в жидкостях, твердых веществ в жидкостях, смешение двух жидкостей. Влияние на растворимость природы веществ, температуры, давления, наличия других веществ.

Разбавленные растворы неэлектролитов

(лекций - 2 часа)

Давление пара растворителя над раствором, температуры кипения и затвердевания. Законы Генри и Рауля. Идеальные и реальные растворы. Понятие об активности и коэффициенте активности. Понятие о стандартном состоянии веществ в растворе.

Растворы электролитов

(6 час - лекций, 4 час - семинары, 6 час - лаб.зан.)

Электролиты ассоциированные и неассоциированные, их особенности. Ионные ассоциаты, недиссоциированные молекулы, комплексные ионы. Теория электролитической диссоциации Аррениуса. Понятие об электролизе. Степень диссоциации. Методы определения степени диссоциации. Термодинамическая и "концентрационная" константа диссоциации. Ступенчатая диссоциация. Закон разбавления Оствальда. Влияние одноименного иона на диссоциацию ассоциированного (слабого) электролита.

Понятие о зависимости D Н растворения солей от концентрации растворов. Состояние бесконечно разбавленных растворов электролитов, свойства растворов в этом состоянии; понятие о D H, D G и D S образования ионов. Связь энтальпии растворения с энтальпией кристаллической решетки.

Равновесие в системе, состоящей из насыщенного раствора электролита и его кристаллов. Произведение растворимости$ условие осаждения и растворения малорастворимого электролита.

Экспериментальные методы определения растворимости, вычисление растворимости на основе значений изменений энергии Гиббса в процессе растворения.

Теории кислот и оснований

(лекций - 1 час)

Недостаточность теории Аррениуса. Теория солвосистем. Сольволиз. Протонная теория кислот и оснований, константы кислотности и основности: шкала рК а и рК в . Кислоты и основания Бренстеда. Константа автопротолиза растворителя. Дифференцирующие и нивелирующие растворители. Понятие об электронной теории кислот и оснований. Кислоты и основания Льюиса.

Гидролиз

(3 час - лекций, 2 час - семинары, 6 час - лаб.зан.)

Равновесие диссоциации в жидкой воде. Ионное произведение воды. Шкала рН. Способы определения рН. Буферные растворы. Гидролиз солей. Гидролиз по катиону и аниону (в отдельности и вместе). Ступенчатый гидролиз. Полный гидролиз. Константа и степень гидролиза, связь между ними и концентрацией раствора. Способы усиления и подавления гидролиза. Образование полимерных продуктов при гидролизе.

РАЗДЕЛ 3. ЭЛЕМЕНТЫ ОБЩЕЙ ХИМИИ

Окислительно-восстановительные реакции

(2 час - лекций, 4 час - семинары, 6 час - лаб.зан.)

Обменные и окислительно-восстановительные реакции. Степень окисления. Важнейшие окислители и восстановители. Окислительно-восстановительная активность элементов и их соединений и периодический закон. Классификация реакций окисления-восстановления. Составление уравнений окислительно-восстановительных реакций. Влияние температуры, концентрации реагентов, их природы, среды и других условий на глубину и направление протекания окислительно-восстановительных процессов. Окислительно-восстановительный эквивалент. Электродные потенциалы. Стандартные электродные потенциалы. Уравнение Нернста. Связь изменения энергии Гиббса в процессах с величиной ЭДС. Критерий самопроизвольного протекания процессов на основе значений ЭДС.

Скорость химических реакций

(2 часа лекций)

Понятие о химической кинетике. Элементарные (одностадийные) и неэлементарные (Сложные) реакции. Классификация реакций. Последовательые и параллельные реакции. Молекулярность и порядок реакции. Закон действия масс, константа скорости реакции. Элементы теории активных соударений. Уравнение Аррениуса. Энергия активации. Понятие о цепных реакциях. Радикалы. Элементы теории катализа. Понятие о гомогенном и гетерогенном катализе.

РАЗДЕЛ 4. ОСНОВЫ СТРОЕНИЯ ВЕЩЕСТВА

Строение атома

(4 час - лекций, 2 час - семинары)

Краткая характеристика теории Бора. Спектры атома водорода и водородоподобных ионов. Спектральные термы и уровни энергий электронов в атоме. Энегрия ионизации и сродство к электрону. Волновые свойства материальных объектов. Соотношение неопределенностей Гейзенберга. Понятие о квантовой механике. Волновая функция, уравнение Шредингера для стационарных состояний. Свойство волновой функции. Физический смысл величины | Y | 2 dV . Результаты квантовомеханического рассмотрения атома водорода. Характеристика состояния электронов системой квантовых чисел, их физический смысл. Квантовые числа и форма электронных облаков$ форма электронных облаков для s-, p-, d-состояний электронов в атомах. Многоэлектронные атомы. Принцип Паули. Максимальное число электронов в электронных слоях и оболочках. Правило Хунда. Последовательность энергетических уровней электронов в многоэлектронных атомах.

Периодический закон Д.И.Менделеева и строение атомов элементов

(2 час - лекций, 1 час - семинары)

Современная формулировка периодического закона. Структура периодической системы. Периоды, группы, подгруппы. Периодическая система и связь со строением атома. Заполнение электронных слоев и оболочек атомов. Особенности электронного строения атомов в главных, побочных подгруппах, в семействах лантаноидов, актиноидов; s-, p-, d-,f-элементы.

Атомные и ионные радиусы. Условность этих понятий, изменение радиусов атомов по периодической системе. Ионные радиусы и их зависимость от электронного строения атомов и степени окисления. Закономерности в изменении энергии ионизации и сродства к электрону. Изменение кислотно-основных и окислительно-восстановительных свойств соединений по группам, по периодам периодической системы ( рассмотреть на отдельных конкретных примерах).

Периодичность в изменении энтальпий образования, энергий Гиббса образования и энтропий веществ.

Общие сведения о химической связи

(2 час - лекций, 2 час - семинары)

Электроотрицательность (по Малликену и Полингу). Ионная и ковалентная связи; свойства ковалентной связи; направленность и насыщаемость. Полярная ковалентная связь. Ионная связь как предельный случай полярной ковалентной связи. Ненаправленность и ненасыщаемость ионной связи.

Характеристики химической связи: длина, прочность; валентные углы. Длины одинарных и кратных связей. Понятие о нахождении средней энергии связи в сложных молекулах. Вычисление энергии связи с использованием данных по D Н о (обр) ( или D G о (обр) и D S о (обр) ). Метод Гиллеспи. Эфективные заряды атомов в молекулах. Дипольные моменты и строение молекул.

Ковалентная связь. Метод валентных связей

(3 час - лекций, 2 час - семинары)

Основные положения метода валентных связей. Объяснение направленности валентности. Понятие о квантовой химии. Гибридизация волновых функций; примеры sp-, sp 2 - и sp 3 -гибридизации. Гибридизация с участием d-орбиталей. Заполнение гибридных орбиталей неподеленными парами электронов.

Образование кратных связей. s - и p -связи, их особенности. Рассмотрение схем перекрывания атомных орбиталей при образовании связей в молекулах. Делокализованные p -связи. Метод наложения валентных схем.

Метод молекулярных орбиталей

(3 час - лекций, 2 час - семинары)

Основные положения метода молекулярных орбиталей(МО). Понятие о многоцентровой связи. Связывающие, несвязывающие и разрыхляющие орбитали. Формы многоэлектронных облаков различных МО. МО в двухатомных молекулах, образованных элементами I и II периодов. Последовательностьзаполнения МО. Объяснение возможности существования двухатомных частиц при помощи метода МО. Порядок связи в рамках метода МО. Взаимосвязь между порядком связи, энергией связи и межатомным расстоянием. Спин электрона и магниные свойства вещества. Объяснение магнитных свойств молекул и ионов с позиций метода МО.

Ионная связь

( 1 час лекций)

Электростатическое взаимодействие электронов. Силы отталкивания между ионами на близких расстояниях. Поляризация ионов (поляризуемость ионов и их поляризующее действие). Зависимость поляризации ионов от типа электронной структуры, заряда и радиуса иона. Влияние степени поляризации ионов на свойства вещества (температуру плавления, термическую устойчивость, степень диссоциации).

Водородная связь

( 1 час лекций)

Межмолекулярная и внутримолекулярная водородная связь. Энергия и длина водородной связи. Влияние водородной связи на свойства вещества (температуру плавления, кипения, энтальпию парообразования, степень диссоциации).

Комплексные соединения

(4 час - лекций, 3 час - семинары, 9 час - лаб. зан.)

Общщие сведения о комплексных соединениях. Комплексообразователь, лиганды, координационное число, дентатность лигандов, внутренняя и внешняя сферы комплексного соединения. Классификация комплексов по виду координируемых лигандов. Номенклатура комплексных соединений.

Химическая связь в комплексных соединениях. Донорно-акцепторая и дативная связи. Квантово-механические методы трактовки природы химической связи в комплексных соединениях. Метод валентных связей. Понятие о теории кристаллического поля и теории поля лигандов. Расщепление энергетических уровней d-электронов центрального атома в октаэдрическом и тетраэдрическом полях лигандов. Спектрохимический ряд. Объяснение магнитных свойств и электрнных спектров поглощения комплексных соединений. Пи-комплексы металлов. Изомерия комплексных соединений.

Равновесия в растворах комплексных соединений. Константы нестойкости и устойчивости; вычисление этих величин с использованием справочных данных по D G о (обр) . Реакции с участием комплексных соединений.

Строение вещества в конденсированном состоянии

(2 час - лекций)

Твердое, жидкое, газообразное, плазменное состояния, их особенности. Общее представление о межмолекулярном взаимодействии: ориентационное, индукционное, дисперсионное.

Кристаллическое состояние. Изоморфизм, полиморфизм. Типы кристаллических решеток (атомная, молекулярная, ионная, металлическая). Природа связи между частицами в различных типах кристаллических решеток. Энергетика ионных кристаллических решеток. Нестехиометрические соединения. Зависимость свойств кристаллических веществ от типа кристаллических решеток. Энтальпия кристаллических решеток. Понятие о природе металлической связи.

Жидкое и аморфное состояния, их особенности. Понятие о строении жидкой воды.

Литература

1. Карапетьянц М.Х. , Дракин С.И. Общая и неорганическая химия. М.; Химия, 1981. 630 с.

2. Практикум по неорганической химии. /Под ред. А.Ф.Воробьева и С.И.Дракина. М.: Высш.школа, 1978. 305 с.

3. Задания для программированного контроля по курсу "Теоретические основы химии (основные законы и понятия химии, растворы, равновесия, основы термодинамики). /Под.ред.А.Ф.Воробьева; МХТИ им.Д.И.Менделеева. М., 1982. 48 с.

4. Задачи по общей химии. /Под.ред.А.Ф.Воробьева; МХТИ им.Д.И.Менделеева. М., 1982. 48 с.

5. Сборник задач с решениями по курсу "Теоретические основы химии". /Под.ред. А.Ф.Воробьева; МХТИ им.Д.И.Менделеева. М., 1984. 48 с.

6. Задания для программированного контроля по курсу "Теоретические основы химии (периодический закон, строение молекул, химическая связь). /Под.ред.А.Ф.Воробьева; МХТИ им.Д.И.Менделеева. М., 1986. 48 с.

7. Задания к курсовой работе по курсу "Теоретические основы химии". /Под.ред. А.Ф.Воробьева; МХТИ им.Д.И.Менделеева. М., 1988. 64 с.

8. Лабораторные работы по неорганической химии (получение и очистка неорганических веществ). МХТИ им.Д.И.Менделеева.М. 1987. 26 с.

Дополнительная литература

1. Хьюи Д. Неорганическая химия. М.: Химия, 1987. 695 с.

2. Анорганикум. /Под ред.А.Кольдиц. М.: Мир, 1984. 459 с.

Автор-составитель программы профессор А.Ф. Воробьев

 

 

 

 

© Факультет естественных наук. Тел.:(499) 978-87-51
Разработка Щербаков Д.В.