Программа по дисциплине «химия»

Химия как часть естествознания. Предмет химии и её связь с другими науками. Значение химии в формировании мышления, в изучении природы и развитии техники. Химия и проблемы экологии.

Основные понятия химии (атом, молекула, химический элемент, изотопы). Стехиометрические законы. Законы сохранения.

Атом: ядро и электронная оболочка. Электрон, протон, нейтрон. Основные положения волновой механики. Волновые свойства электрона в атоме. Квантово-механическая орбиталь. Квантовые числа. Принципы формирования электронных оболочек атомов: принцип Паули, правило Хунда, принцип минимума энергии. Электронные формулы строения атомов и их графическое изображение.

Периодическая система элементов Д.И.Менделеева. Периодический закон. Изменение свойств химических элементов и их соединений.

Основные характеристики химической связи: длина, энергия, кратность. Типы химической связи (ковалентная полярная и неполярная связь, ионная, металлическая, водородная). Свойства веществ с различным типом связи. Метод валентных связей. - и -связи. Гибридизация атомных орбиталей и пространственное строение молекул.

Метод молекулярных орбиталей. Основные положения. Связывающие и разрыхляющие МО. Диаграммы образования молекул.

Межмолекулярные взаимодействия. Структура веществ в жидком и твердом состояниях. Газовое состояние. Комплексообразование.

Внутренняя энергия, энтальпия, теплота, работа. Первый закон термодинамики. Тепловые эффекты химических реакций. Стандартные энтальпии образования и сгорания веществ. Закон Гесса и следствия из него. Вычисление тепловых эффектов.

Второй закон термодинамики. Энтропия как мера вероятности. Стандартная энтропия вещества. Свободная энергия при постоянном давлении (энергия Гиббса) как критерий направления процесса. Энтальпийный и энтропийный факторы протекания процессов. Стандартная энергия Гиббса образования химических соединений и её использование в расчётах.

Гомо- и гетерогенные реакции. Обратимые химические реакции и химическое равновесие. Константа равновесия и способы её выражения. Смещение химического равновесия. Принцип Ле Шателье. Фазовые равновесия. Правило фаз Гиббса. Представление о диаграммах состояния.

Скорость гомо- и гетерогенных реакций. Закон действия масс и кинетические уравнения. Константа скорости. Влияние температуры и уравнение Аррениуса. Энергия активации. Стерический фактор. Неэлементарные реакции, примеры их механизмов. Колебательные реакции.

Методы регулирования скорости химических реакций. Влияние катализатора на энергию активации. Гомогенный катализ. Гетерогенный катализ. Ферментативный катализ.

Классификация дисперсных систем по степени дисперсности: истинные растворы, коллоидные растворы, грубодисперсные системы. Классификация коллоидных систем и их свойства.

Применение правила фаз к двухкомпонентным системам. Общая характеристика растворов. Способы выражения концентрации растворов. Законы идеальных растворов. Растворы неэлектролитов и электролитов. Активность и коэффициент активности. Термодинамические свойства растворов. Особенности воды как растворителя. Водородный показатель среды рН. Ионные реакции в растворах. Буферные растворы.

Окислительно-восстановительные свойства простых и сложных веществ. Типы окислительно-восстановительных реакций.

Двойной электрический слой и электродные потенциалы. Уравнение Нернста. Гальванический элемент и его электродвижущая сила. Стандартный водородный электрод и ряд напряжений. Химические источники тока. Типы гальванических элементов.

Электролиз. Последовательность электродных процессов. Электролиз с растворимыми и нерастворимыми электродами. Законы Фарадея. Применение электролиза.

Коррозия. Основные виды коррозии. Химическая коррозия. Электрохимическая коррозия. Методы защиты от коррозии: легирование, защитные покрытия, электрохимическая защита. Ингибиторы коррозии.

Неметаллы. Углерод и его аллотропные формы. Стеклоуглерод и углеволокно. Кремний и его соединения. Силикаты. Стекло. Стекловолокно. Стеклопластики.

Легкие и тяжёлые конструкционные металлы.

Основные классы органических соединений. Углеводороды, кислород- и азотсодержащие соединения. Олигомеры и полимеры.

Биохимические системы: углеводы, жиры, полипептиды и белки, нуклеозиды, нуклеотиды и нуклеиновые кислоты. Комплементарность.

Мембраны и мембранные технологии. Биохимические процессы. Биотехнология.

Вещество и его чистота. Аналитический сигнал и его виды. Химический анализ. Качественный анализ. Количественный анализ. Физико-химические и физические методы анализа.

Роль химии в решении экологических проблем. Продукты горения топлива и защита воздушного бассейна от загрязнений. Методы малоотходной технологии. Водородная энергетика. Охрана водного бассейна. Методы очистки сточных вод.