- •Изучаемые вопросы:
- •1. Предмет химии. Значение химии в изучении природы и развитии техники
- •2. Основные количественные законы химии
- •Вопросы для самоконтроля
- •Литература
- •Лекция 2 (2 ч)
- •Тема 1. Строение вещества. Периодическая система элементов д. И. Менделеева
- •Изучаемые вопросы:
- •1.1. Современная модель строения атома
- •1.2. Квантовые числа
- •Орбитальное квантовое число 0 1 2 3 4
- •1.3. Строение многоэлектронных атомов
- •1.4. Периодические свойства элементов
- •1.5. Периодическая система элементов д. И. Менделеева
- •Вопросы для самоконтроля:
- •Литература:
- •Лекция 3 (2 ч)
- •Тема 2. Химическая связь и взаимодействия между молекулами
- •Изучаемые вопросы:
- •2.1. Общая характеристика химической связи
- •2.2. Типы химической связи
- •2.3.Типы межмолекулярных взаимодействий
- •2.4. Пространственная структура молекул
- •Число гибридных орбиталей равно числу исходных. При смешении s и р-орбиталей образуется две sp-гибридных орбитали, угол между осями которых равен 180°.
- •Вопросы для самоконтроля:
- •Вопросы для самостоятельной работы:
- •Литература:
- •Лекция 4 (2 ч)
- •Тема 3. Агрегатное состояние вещества
- •Изучаемые вопросы:
- •3.1. Общая характеристика агрегатного состояния вещества
- •3.2. Газообразное состояние вещества. Законы идеальных газов. Реальные газы
- •3.3. Характеристика жидкого состояния вещества
- •3.4. Характеристика твёрдого состояния
- •Характеристики некоторых веществ
- •3.5. Типы кристаллических решёток
- •Вопросы для самоконтроля:
- •Вопросы для самостоятельной работы:
- •Литература:
- •Лекции 5-6 (4 ч)
- •Тема 4. Энергетика химических процессов
- •Изучаемые вопросы:
- •4.1. Общие понятия термодинамики
- •4.2. Первый закон (начало) термодинамики. Внутренняя энергия системы. Энтальпия системы
- •4.3. Термохимия. Тепловые эффекты химических реакций
- •4.4. Закон Гесса и следствия из него
- •I путь.
- •II путь.
- •4.5. Основные формулировки второго закона (начала) термодинамики
- •4.6. Принцип работы тепловой машины. Кпд системы
- •4.7. Свободная и связанная энергии. Энтропия системы
- •4.8. Энергия Гиббса, энергия Гельмгольца и направленность химических реакций
- •Для определения температуры (Тр), выше которой происходит смена знака энергии Гиббса реакции, можно воспользоваться условием
- •Вопросы для самоконтроля:
- •Литература:
- •Лекции 6-7 (4 ч)
- •Тема 5. Химическая кинетика и катализ
- •Изучаемые вопросы:
- •5.1. Понятие о химической кинетике
- •5.2. Факторы, влияющие на скорость химических реакций. Закон действующих масс
- •5.3. Классификация химических реакций по молекулярности и по порядку
- •5.4. Кинетические уравнения реакци первого и второго порядка
- •Поле интегрирования
- •5.5. Теория активизации молекул. Уравнение Аррениуса
- •5.6. Особенности каталитических реакций. Теории катализа
- •Вопросы для самоконтроля:
- •Литература:
- •Лекция 9 (2 ч)
- •Тема 6. Химическое равновесие
- •Изучаемые вопросы:
- •6.1. Обратимые и не обратимые реакции. Признаки химического равновесия
- •6.2. Константа химического равновесия
- •6.3. Факторы, влияющие на химическое равновесие. Принцип Ле-Шателье
- •6.4. Правило фаз Гиббса. Диаграмма состояния воды
- •Правило фаз для воды имеет вид
- •6.5. Понятие о химическом сродстве веществ. Уравнения изотермы, изобары и изохоры химических реакций
- •Вопросы для самоконтроля:
- •Литература:
- •Лекции 10-12 (6 ч)
- •Тема 7. Растворы. Дисперсные системы
- •Изучаемые вопросы:
- •7.1. Сольватная (гидратная) теория растворения
- •7.2. Общие свойства растворов
- •7.3. Типы жидких растворов. Растворимость
- •7.4. Свойства слабых электролитов
- •7.5. Свойства сильных электролитов
- •7.6. Классификация дисперсных систем
- •7.7. Получение коллоидно-дисперсных систем
- •7.8. Устойчивость коллоидных растворов. Коагуляция. Пептизация
- •7.9. Свойства коллоидно-дисперсных систем
- •Вопросы для самоконтроля:
- •Литература:
- •Лекция 13 (2ч)
- •Тема 8. Кислотно-основные и окислительно-восстановительные свойства вещества
- •Изучаемые вопросы:
- •8.1. Особенности обменных процессов
- •8.2. Особенности окислительно-восстановительных процессов
- •Вопросы для самоконтроля:
- •Литература:
- •Лекции 14-15 (4 ч)
- •Тема 9. Электрохимические системы
- •Изучаемые вопросы:
- •9.4. Электродвижущая сила гальванического элемента.
- •9.1. Общие понятия электрохимии. Проводники первого и второго рода
- •9.2. Понятие об электродном потенциале
- •9.3. Гальванический элемент Даниэля-Якоби
- •9.4. Электродвижущая сила гальванического элемента
- •9.5. Классификация электродов
- •9.6. Поляризация и перенапряжение
- •9.7. Электролиз. Законы Фарадея
- •9.8. Коррозия металлов
- •Лекция 16 (2 ч)
- •Тема 10. Органические полимерные материалы
- •10.1. Методы получения полимеров
- •10.2. Строение полимеров
- •10.3. Свойства полимеров
- •10.4. Применение полимеров
- •Литература:
- •Лекция 17 (2 ч)
- •Тема 11. Химическая идентификация и анализ вещества
- •11.1. Качественный анализ вещества
- •Некоторые реагенты для идентификации катионов
- •11.2. Количественный анализ вещества. Химические методы анализа
- •11.3. Инструментальные методы анализа
- •Атомно-эмиссионная спектроскопия – группа методов анализа, основанных на измерении длины волны и интенсивности светового потока, излучаемого возбужденными атомами в газообразном состоянии.
- •Вопросы для самоподготовки:
- •Литература:
Вопросы для самоконтроля:
-
В чем состоят модели строения атома Дж.Томсона и Бора.
-
Сформулировать современную теорию строения атома.
-
В чем заключается двойственная природа электрона?
-
Что такое орбиталь? Каков ее физический смысл?
-
Что описывает главное квантовое число n?
-
Что определяет орбитальное квантовое число ?
-
Что характеризует магнитное квантовое число m?
-
Что такое атомная орбиталь?
-
Что характеризует спиновое квантовое число ms?
-
В чем заключается правило В. Клечковского.
-
В чем заключается принцип минимальной энергии.
-
В чем заключается принцип запрета Паули.
-
В чем заключается правило Гунда.
-
Какой электрон называется формирующим?
-
Какие атомы относятся к s-, p- и d-элементам?
-
Что такое энергия ионизации? Как она изменяется у различных элементов?
-
Что такое сродство к электрону? Как оно изменяется у различных элементов?
-
Что такое электроотрицательность? Как она изменяется у различных элементов?
-
Как изменяются атомные радиусы в периодах и группах?
-
Что такое провал электронов? У каких атомов он наблюдается?
Вопросы для самостоятельной работы:
1. Периодические свойства элементов: энергия ионизации, сродство к электрону, ЭО, атомные радиусы.
2. Структура периодической системы элементов Д. И. Менделеева.
Литература:
-
Семенова Е. В., Кострова В. Н., Федюкина У. В. Химия. – Воронеж: Научная книга – 2006, 284 с.
-
Коровин Н.В. Общая химия. - М.: Высш. шк. – 1990, 560 с.
-
Глинка Н.Л. Общая химия. – М.: Высш. шк. – 1983, 650 с.
-
Глинка Н.Л. Сборник задач и упражнений по общей химии. – М.: Высш. шк. – 1983, 230 с.
-
Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия. М.:Высшая шк. – 2003, 743 с.
-
Угай Я.А. Общая и неорганическая химия. - М.: Высш. шк. – 1997, 550 с.
Лекция 3 (2 ч)
Тема 2. Химическая связь и взаимодействия между молекулами
Цель лекции: дать общую характеристику химической связи; рассмотреть основным типы химической связи: ковалентную (полярную и неполярную), ионную и металлическую, их свойства и способ образования; рассмотреть виды взаимодействия между молекулами: ван-дер-ваальсовы силы, водородные связи и донорно-акцепторное взаимодействие; показать, что пространственная структура молекул зависит от пространственной направленности перекрывания электронных облаков, изучить виды связей, гибридизации и их влияние на геометрическую конфигурацию молекул.
Изучаемые вопросы:
2.1. Общая характеристика химической связи.
2.2. Типы химической связи.
2.3.Типы межмолекулярных взаимодействий.
2.4. Пространственная структура молекул.
2.1. Общая характеристика химической связи
Учение о строении вещества объясняет причины многообразия структуры веществ в различных агрегатных состояниях. Современные физические и физико-химические методы позволяют экспериментально определять структуру молекул.
Только благородные газы в природных условиях находятся в состоянии одноатомного газа. Свободные атомы остальных элементов образуют более сложные структуры – молекулы, ионы и другие соединения, имеющие более стабильные электронные конфигурации. Это явление носит название образование химической связи. Таким образом, химическая связь – это совокупность взаимодействий между электронами и ядрами, приводящих к соединению атомов в молекулы, ионы и др. частицы.
По своей природе химическая связь представляет собой взаимодействие между положительно заряженными ядрами и отрицательно заряженными электронами, а также электронов друг с другом. Единственным критерием химического взаимодействия атомов, ионов или молекул является изменение электронной плотности.
Образование устойчивой химической связи возможно, если:
а) образование нового соединения (структуры) сопровождается выделением энергии, т. е. энергия возникших частиц должна быть ниже энергии исходных;
б) в пространстве между ядрами частиц, образующих связь, электронная плотность возрастает. При этом происходит не просто наложение электронных плотностей каждого атома, а перераспределение электронной плотности в области химической связи (чем меньше размер связи, тем больше плотность и тем прочнее связь);
в) спины электронов взаимодействующих атомов должны быть антипараллельны, при этом электронные облака, обладающие волновыми свойствами, накладываются друг на друга в зоне между ядрами атомов, а в месте их перекрывания электронная плотность возрастает. Электронные облака с параллельными спинами при сближении отталкиваются друг от друга, и связь не возникает.
Любая химическая связь характеризуется длиной, прочностью, ориентацией, полярностью.
Длиной химической связи (rc) называют величину, измеряемую расстоянием между ядрами связываемых атомов. В качестве единицы измерения длины химической связи rc удобно использовать пикометр (пм): 1 пм = 10-12 м. Характерное значение для одинарной связи rc = 100 пм. Для молекулы воды rон = 97 пм. Длина связи определяется рентгеноструктурным анализом и другими физическими методами.
Прочность химической связи (Ес) – величина, измеряемая энтальпией ∆Нс образования связи. В качестве единицы измерения прочности химической связи используют кДж/моль. Характерное значение для одинарной связи ∆Нс = 400 кДж/моль. Для водорода ∆НН-Н = 430 кДж/моль, для воды ∆НО-Н = 456 кДж/моль.
Ориентация химической связи (с) – величина, измеряемая углом между направлениями связей данного атома с соседними атомами молекулы. Угол с называют валентным. Единица измерения валентного угла с – градус, значение которого может меняться от 90 до 180 0. Для воды НОН = 104 0. Для диоксида углерода ОСО = 180 0.
Полярность химической связи (с) – величина, измеряемая электрическим моментом данной связи. Химическая связь поляризуется, когда связываются два атома с разной ЭО. В результате на атоме с большим значением ЭО возникает избыточный отрицательный заряд -, а на другом атоме с меньшим значением ЭО – избыточный положительный заряд +.
Таким образом, при образовании химической связи действуют силы двух типов: сила притяжения между ядром одного атома и электроном другого и сила отталкивания между ядрами и электронами разных атомов. В результате образования химической связи атомы могут приобретать такую же электронную конфигурацию, как у благородных газов (1s2 или ns2p6), которые (за исключением гелия) имеют на внешней оболочке восемь электронов (октет). Стремление к созданию такой устойчивой электронной конфигурации получило название правило октета. Оноо справедливо как для ионной, так и для ковалентной связи.
Точное распределение электронов возможно только для небольшого числа молекул. Обычно используют приближенные методы расчета двух- и многоатомных систем с ковалентной связью: метод валентных связей (МВС) или метод молекулярных орбиталей (ММО). Эти два метода не исключают, а взаимно дополняют друг друга. МВС позволяет объяснить химические связи и свойства многих соединений. ММО обеспечивает общий подход ко всем типам химических соединений, его используют при программировании.