1.9. Политика и процедура курса

Изучение дисциплины «Неорганическая химия» по кредитной технологии, осуществляется с применением таких форм аудиторных занятий, как лекции, лабораторно-практические занятия, самостоятельная работа студентов с преподавателем (СРСП). Все занятия, пропущенные по уважительной причине, отрабатываются в свободное время с разрешения преподавателя и инженера учебной лаборатории. Пропуски занятий без уважительной причины приравниваются к оценке «неудовлетворительно».

На лекциях преподаватель осуществляет разбор теоретического материала, акцентируя внимание на особо сложных разделах. При этом, студенты обязаны изучить все разделы дисциплины, предусмотренные программой, независимо от того, рассматривались ли они на лекциях. То есть, определенная часть работы по изучению дисциплины, выполняется студентами самостоятельно. В случае возникновения вопросов по изучаемым разделам, студенты разбирают материал совместно с преподавателем на СРСП.

Лабораторно-практические занятия по неорганической химии проводятся в учебных лабораториях в присутствии преподавателя и инженера кафедры. Во время выполнения лабораторно-практических заданий студенты обязаны соблюдать все правила техники безопасности.

2. Учебно-методические материалы по дисциплине

2.1. Тематический план курса

Всего (кредитов) 3

№ пп	Наименование темы	лекции	лабораторные	СРСП	СРС
1.	Введение в химию элементов	1		1,5	1,5
2.	Химия р-элементов. Общая характеристика	4	8	4	4
3.	Химия s-элементов. Общая характеристика металлов.	2	4	4	4
4.	Химия d-элементов. Общая характеристика.	10	3	15	15
5.	Химия f-элементов. Общая характеристика	3		4,5	4,5
6.	Периодический закон как основа химической систематики	10		6	6
	Всего:	30	15	45	45

2.2Тезисы лекционных занятий

Тема 1. Введение в химию элементов

1.1. Распространенность в природе и очередность открытия химических элементов

Химические элементы распространены в природе неравномерно. Единицей измерения распространенности являются кларки, названные так в 1889г. в честь американского геохимика. Кларками определяют массовые или атомные доли в %.

В Земной коре содержатся 88 химических элементов, остальные были получены синтетическим путем и, как правило, являются кратко живущими.

Из 88, наиболее распространены на земле 8 элементов:

O, Si, Al, Na, Fe, Ca, Mg, K - на их долю приходится 98,5 массовых долей в %.

Менее распространены Тi, Р, Н, Мn.

На долю оставшихся элементов приходится 0,6%.

В соответствии с характером распространенности, выделяют группу рассеянных элементов, которые не имеют собственных минералов, а встречаются в виде примесей в различных минералах и извлекаются попутно. К таким элементам можно отнести Ga, In, Tl, Sc, Ge, V, Se, Te и т.д.

Около 70 элементов, имеющих низкие концентрации в рудах, относят к группе редких элементов. Это, к примеру, Li, Re, Mo, W, Se, Sc, Y, Ln и т.д.

Закономерности распространенности элементов

Распространенность немонотонно падает с ростом заряда ядра. Наиболее распространены Н и Не.

Относительная распространенность элементов с четным зарядом ядра, больше, чем с нечетным.

Периодически повторяющаяся максимальная распространенность приходится, в основном, на ядра с «магическими» числами протонов и нейтронов: Не, О, Si, Ca и т.д.

Для конкретного элемента более распространены изотопы с четным числом нейтронов и менее с нечетным их числом.

Очередность открытия элементов

На очередность открытия элементов влияли два основных фактора:

Распространенность элемента. Чем более распространен элемент, тем ранее он был открыт. Этот фактор был определяющим на более поздних стадиях развития науки.

Химическая активность. Чем элемент менее химически активен, тем раньше он был открыт. Данный фактор был определяющим на ранних стадиях развития цивилизации.

1.2. Химические свойства как функция электронного строения атомов. Виды аналогий периодической таблицы.

Периодический закон – фундаментальный закон современного естествознания, он позволяет классифицировать элементы на единой основе, позволяет предсказать свойства каждого элемента на основании расположения в периодической системе.

Периодическую систему элементов Менделеева можно рассматривать как математическую матрицу, в которой периоды - выполняют роль строк, а группы – роль столбцов, в результате такого подхода можно говорить об инвариантности положения элементов в таблице.

Принадлежность элемента к конкретному периоду определяется числом электронных слоев атома в нормальном невозбужденном состоянии. Номер периода соответствует номеру внешнего слоя, который находится в стадии заполнения и еще не завершен.

Принадлежность к той или иной группе определяется числом валентных электронов, которые находятся на внешних и недостроенных внутренних оболочках.

В группах периодической системы объединены элементы с одинаковым общим числом электронов на достраивающихся оболочках, независимо от их типа. Так, к примеру, хром и сера имеют по 6 валентных электронов: Cr-3d54s1 и S3s2p4, в высшей степени окисления образуют оксиды одинакового состава CrO3 и SO3 , которые обладают сходными кислотными свойствами, образуя кислоты H2CrO4 и H2SO4 соответственно. То есть, элементы с одинаковым числом валентных электронов, проявляют сходство (аналогию) в некоторых свойствах.

По наиболее общему признаку (числу валентных электронов) формируется групповая аналогия, которая просматривается только в высшей степени окисления, равной номеру группы.

В пределах одной группы можно выделить элементы, которые сохраняют сходство свойств не только в высшей степени окисления, но и в промежуточных. Это обусловлено одинаковым типом орбиталей, на которых расположены валентные электроны. На этом основании группа делится на подгруппы: главную и побочную. Элементы, принадлежащие к одной подгруппе, обладают более близким сходством в свойствах, в основе которого лежит одинаковый тип валентных орбиталей. Эта более глубокая аналогия называется типовой аналогией. Элементы одной группы – тип-аналоги. Этот вид аналогии не полностью охватывает все особенности физико-химической природы отдельных элементов и их взаимосвязь с соседями по группе.

Периоды делятся на малые (первые три) и большие (у элементов этих периодов заполняются не только внешние, но и пропущенные ранее внутренние оболочки). У элементов малых периодов под валентной электронной оболочкой находится остов предыдущего благородного газа. Для s-элементов такая ситуация наблюдается и для больших периодов. р-Элементы отличаются от s-, например, S+6 - [Ne]10 и Se+6 - [Ar]183d10, т.е. нельзя ожидать полной аналогии в свойствах серы и селена в высших степенях окисления. В то же время нет никакой аналогии между элементами главных и побочных подгрупп в промежуточных степенях окисления. Элементы малых периодов проявляют аналогию и с элементами главных и побочных подгрупп, поэтому они называются типическими.

Полными электронными аналогами называют элементы, которые имеют сходное строение во всех степенях окисления, чем и определяется близкое подобие их химических свойств.

Типические элементы второго периода особенны тем, что у них р-орбиталь появляется впервые. Функция радиального распределения электронной плотности такой орбитали имеет один максимум. Орбитали, которые появляются впервые, называются кайносимметричными. Так как нет экранирования кайносимметричной орбитали, то усиливается связь ее с ядром, это, в свою очередь, приводит к уменьшению радиусов и соответствующему увеличению потенциалов ионизации.

Следствием появления кайносимметричных орбиталей, а также d- и f- сжатия является вторичная периодичность – немонотонный характер изменения всех основных характеристик атома (орбитальных радиусов, потенциалов ионизации и т.д.).

В горизонтальных рядах проявляется внутренняя периодичность, обусловленная различной устойчивостью наполовину и полностью заполненных вырожденных орбиталей. Внутренняя периодичность приводит к горизонтальной аналогии (Fe – Co – Ni, Os – Ir – Pt).

Уменьшение радиусов слева направо в горизонтальных рядах и увеличение радиусов сверху вниз, приводит к появлению диагональной аналогии (Be - Al, B - Si).

Совместное влияние кайносимметрии 3d- оболочки и лантаноидной контракции для d-элементов шестого периода приводит к существованию более тонкого вида химической аналогии – контракционной (шринк-аналогия).

Основная литература: 1-3

Дополнительная литература: 14

. Химические свойства элементов