- •Таврический национальный университет им. В.И. Вернадского
- •Введение. Предмет химии
- •Лекции 1-2. Современное атомно-молекулярное учение. Основные понятия химии, законы стехиометрии
- •Методы определения молекулярных масс газообразных веществ
- •Методы определения атомных масс
- •2 Метод Дюлонга-Пти
- •Лекции 3-4. Основные положения квантово-механической теории строения атома
- •Принципы описания электронной оболочки многоэлектронного атома
- •Лекции 5-6. Периодический закон д.И. Менделеева в свете квантово-механических представлений
- •Структура периодической системы элементов: периоды, группы, подгруппы элементов
- •Закономерности изменения свойств элементов в периодах и подгруппах периодической системы
- •Элементы-аналоги. Виды аналогии в периодической системе элементов
- •Контракционная аналогия (шринк-аналогия)
- •Распространенность химических элементов
- •Лекции 9-10. Основы теории химической связи. Метод валентных связей
- •Основные положения метода валентных связей
- •Механизмы образования двухцентровой связи. Насыщаемость ковалентной связи
- •Кратность ковалентной связи
- •Делокализованные многоцентровые связи. Теория резонанса
- •Недостатки метода валентных связей
- •Лекция 11. Предсказание геометрической формы молекул. Метод Гиллеспи
- •Лекция 12. Метод молекулярных орбиталей
- •Лекция 13. Ионная связь Особенности ионной связи. Свойства ионных соединений
- •Типы кристаллических решеток ионных соединений. Ионные радиусы
- •Поляризация ионов
- •Лекции 14-15. Металлическая связью Водородная связь. Межмолекулярное взаимодействие. Агрегатное состояние вещества Металлическая связь. Зонная теория кристаллов
- •Межмолекулярное взаимодействие
- •Водородная связь
- •Лекции 16-19. Координационные соединения Основные положения координационной теории
- •Классификация координационных соединений
- •Номенклатура координационных соединений
- •Изомерия координационных соединений
- •Химическая связь в координационных соединениях Метод валентных связей
- •Теория кристаллического поля
- •Метод молекулярных орбиталей
- •Реакции внешнесферного и внутрисферного замещения. Принцип транс-влияния
- •Теория химического процесса Предмет и основные понятия теории химических процессов
- •Лекции 20-21. Основы химической термодинамики Термодинамические функции. Внутренняя энергия и первый закон термодинамики. Энтальпия
- •Термохимия. Закон Гесса
- •Энтропия. Второй и третий законы термодинамики
- •Свободная энергия Гиббса. Направление химического процесса
- •Лекции 22–23. Химическая кинетика Предмет химической кинетики. Скорость химической реакции. Энергия активации
- •Факторы, влияющие на скорость химической реакции. Катализаторы и катализ
- •Кинетическая классификация реакций.Молекулярность и порядок реакции. Механизмы реакций
- •Некоторые типы многостадийных реакций
- •Химическое равновесие Обратимые и необратимые реакции. Состояние химического равновесия
- •Смещение химического равновесия
- •Растворы Лекция 24. Общая характеристика растворов. Разбавленные растворы неэлектролитов. Коллигативные свойства растворов
- •Разбавленные растворы неэлектролитов. Коллигативные свойства растворов
- •1. Давление насыщенного пара над раствором.
- •2.Температуры замерзания и кипения растворов.
- •3. Осмос и осмотическое давление.
- •Лекции 25-26. Растворы электролитов Теория электролитической диссоциации (ионизации)
- •Теория растворов слабых электролитов. Степень ионизации слабых электролитов и методы ее определения
- •Равновесия в растворах слабых электролитов
- •6,5·10-4 Моль/л
- •Теория сильных электролитов
- •Обменные реакции в растворах электролитов. Типы обменных реакций в растворах электролитов
- •Буферные растворы
- •Общая характеристика окислительно-восстановительных реакций
- •Составление уравнений окислительно-восстановительных реакций
- •Лекции 31-32. Электродные потенциалы. Направление окислительно-восстановительных реакций. Гальванический элементы. Электролиз
- •Электролиз
- •Лекция 33. Коллоидные растворы Общая характеристика коллоидных растворов и методы их получения
- •Строение коллоидных частиц суспензоидов
- •Массовая доля - отношение массы растворенного вещества к массе раствора
- •Список рекомендуемой литературы
- •Оглавление
Массовая доля - отношение массы растворенного вещества к массе раствора
Мольная доля - отношение количества данного компонента к суммарному количеству всех компонентов раствора
Моляльность - отношение количества растворенного вещества к массе растворителя, выраженной в кг
,
где m1 и m0 - массы растворенного вещества и растворителя, М1 - молярная масса растворенного вещества.
Молярность - отношение количества растворенного вещества к объему раствора
,
где m1, M1 и ν1 - масса, молярная масса и количество растворенного вещества.
Нормальность - отношение количества эквивалента растворенного вещества к объему раствора
,
где МЭ - эквивалентная масса растворенного вещества.
Осмос – односторонняя диффузия растворителя через полупроницаемую мембрану.
Осмотическое давление – разность давлений раствора и растворителя на полупроницаемую мембрану.
Правило фаз: С + Ф = К + 2, где С - число степеней свободы, Ф - число фаз, К - число компонентов.
Первый закон Рауля: относительное понижение давления насыщенного пара над раствором равно мольной доле растворенного вещества:
или ,
где р0 и р1 - давление насыщенного пара над растворителем и раствором, ν0 и ν1 - количество растворителя и растворенного вещества.
Произведение растворимости – произведение концентраций ионов малорастворимого электролита в насыщенном растворе.
Растворы - это однородные (гомогенные системы), состоящие из двух и более компонентов.
Растворимость - способность вещества переходить в раствор. Количественной мерой растворимости является концентрация насыщенного раствора. Насыщенным называется раствор, находящийся в динамическом равновесии с избытком растворяемого вещества.
Степень диссоциации (ионизации) – отношение количества электролита, распавшегося на ионы, к общему его количеству в растворе.
Уравнение Дебая – Хюккеля:
,
где f – коэффициент активности, z – заряд иона, - ионная сила раствора.
Электролитическая диссоциация – распад электролита на ионы под действием растворителя или высокой температуры при плавлении.
Энтальпия растворения – тепловой эффект растворения одного моля вещества в бесконечно большом объеме растворителя.
Окислительно-восстановительные реакции
Анод – электрод, на котором идет процесс окисления.
Восстановление – процесс понижения степени окисления, который можно рассматривать как присоединение атомом электронов.
Восстановитель – элемент, отдающий электроны и повышающий степень окисления.
Гальванический элемент - устройство, в которых энергия окислительно-восстановительной реакции преобразуется в энергию электрического тока.
Диспропорционирование и сопропорционирование – окислительно-восстановительные реакции, сопровождающаяся изменением степени окисления одного и того же элемента.
Закон Фарадея: масса выделившегося на электроде вещества пропорциональна количеству электричества, прошедшего через раствор или расплав.
где m - масса продукта электролиза, I - сила тока, - время пропускания тока, F – постоянная Фарадея (96485 Кл.моль-1), Мэ - эквивалентная масса вещества.
Катод – электрод, на котором идет процесс восстановления.
Направление окислительно-восстановительной реакции. В процессе ОВР из двух окисленных форм восстанавливается та, для которой электродный потенциал больше, а из двух восстановленных форм окисляется та, для которой электродный потенциал меньше.
Окисление – процесс повышения степени окисления, который можно рассматривать как потерю атомом электронов.
Окислитель – элемент, присоединяющий электроны и понижающий степень окисления.
Окислительно-восстановительные реакции – это реакции, сопровождающиеся изменением степеней окисления элементов.
Стандартный окислительно-восстановительный потенциал - разность потенциалов, возникающая на поверхности инертного электрода, погруженного в раствор, содержащий окисленную и восстановленную форму вещества в стандартных условиях.
Стандартный электродный потенциал - разность потенциалов, возникающая на поверхности металлического электрода, погруженного в раствор, содержащий ионы данного металла в стандартных условиях.
Степень окисления - формальный заряд, рассчитанный в предположении, что электроны, участвующие в образовании химических связей, полностью смещены к партнеру с большей электроотрицательностью, т.е. все химические связи рассматриваются как ионные.
Уравнение Нернста: . При 298 К
где R - универсальная газовая постоянная, Т - абсолютная температура, n - число электронов, соответствующее переходу окисленной формы в восстановленную, F – постоянная Фарадея (96485 Кл·моль-1), Cox и Cred - концентрации окисленной и восстановленной формы, x и y - коэффициенты в уравнении полуреакции, Е˚ - стандартный электродный потенциал.
Электролиз – совокупность окислительно-воссстановительных реакций, протекающих на электродах при пропускании электрического тока через раствор или расплав электролита.
Периодический закон и периодическая система химических элементов
Группа - совокупность элементов с одинаковым числом валентных электронов, т.е. электронов на орбиталях высшего уровня и на недостроенных внутренних подуровнях.
Внутренняя периодичность – немонотонность изменения свойств элементов в пределах периода.
Вторичная периодичность – немонотонность изменения свойств элементов в пределах подгруппы.
Период - совокупность элементов, расположенных в порядке возрастания зарядов их ядер, в атомах которых электроны распределены по одному и тому же числу энергетических уровней.
Периодическая система – это графическое воплощение Периодического закона.
Периодический закон Д.И. Менделеева: свойства простых тел, а также формы и свойства их соединений находятся в периодической зависимости от атомных весов элементов.
Подгруппа - совокупность элементов с одинаковым числом валентных электронов, распределенных на орбиталях одного и того же типа.
Электронное семейство – совокупность элементов, у которых заполняется электронами орбитали подуровней одного типа. Соответственно различают семейства s-, p-, d- и f-элементов.
Атомные радиусы; изменение в периодах и подгруппах. С увеличением порядкового номера в периодах атомные радиусы монотонно уменьшаются, а в подгруппах увеличиваются.
Энергии ионизации; изменение в периодах и подгруппах. Энергия ионизации - это энергия, необходимая для отрыва электрона от атомной частицы. С увеличением порядкового номера в периодах энергия ионизации увеличивается, а в подгруппах – уменьшается.
Групповая аналогия, групповые аналоги. Групповая аналогия проявляется у элементов, входящих в одну группу периодической системы. Групповые аналоги – это элементы одной группы Периодической системы, имеющие одинаковое число валентных электронов.
Типовая аналогия и типовые аналоги. Типовая аналогия проявляется в A-, B- и C-подгруппах периодической системы. Типовые аналоги характеризуются одинаковым числом валентных электронов, распределенных на орбиталях одного типа.
Электронные аналоги - элементы, имеющих сходные электронные формулы. Полные электронные аналоги имеют сходные электронные формулы во всех степенях окисления, неполные – только в некоторых, включая нулевую.
Современная формулировка периодического закона: свойства элементов находятся в периодической зависимости от заряда ядер их атомов.
Сродство к электрону. Изменение в периодах и подгруппах. Сродство к электрону - это энергетический эффект присоединения электрона к атомной частице. С увеличением порядкового номера в периоде сродство к электрону немонотонно увеличивается, в подгруппе – уменьшается.
Электроотрицательность элемента – способность его атома к оттягиванию электронной плотности при образовании химической связи.
Атомное ядро
Элементарные частицы — собирательный термин, относящийся к микрообъектам, которые невозможно расщепить (или пока это не доказано) на составные части.
Нуклоны – элементарные частицы, образующие атомные ядра (протон и нейтрон).
Дефект массы - уменьшение массы ядра по сравнению с массой входящих в его состав нуклонов.
Энергия связи ядра - энергия, которую необходимо затратить, чтобы расщепить ядро на отдельные нуклоны.
Ядерные реакции - превращения атомных ядер, обусловленные их взаимодействием с элементарными частицами или другими ядрами.
