- •Часть 1
- •Изучаемые вопросы:
- •1. Предмет химии. Значение химии в изучении природы и развитии техники
- •Атомная масса (атомный вес) природного элемента. Изотопный состав элементов. Дефект массы.
- •2. Основные количественные законы химии
- •Вопросы для самоконтроля
- •Литература
- •Лекция 3-5 (6 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:
- •Лекция 6-8 (6 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 9-11 (6 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°.
- •Метод валентных связей
- •Метод молекулярных орбиталей
- •Химическая связь в комплексных соединениях
- •Координационная теория Вернера
- •Номенклатура комплексных соединений
- •Диссоциация комплексных соединений
- •Природа химической связи в комплексах
- •Вопросы для самоконтроля:
- •Вопросы для самостоятельной работы:
- •Литература:
- •Лекции 12-13 (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 14-15 (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 16 (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:
- •Лекции 15-17 (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
Вопросы для самоконтроля:
-
Что называется химической связью?
-
В чем заключается общий принцип возникновения химической связи в соответствии с квантово-механической теорией?
-
В чем заключается общий принцип возникновения ковалентнойя (полярной и неполярной) связи?
-
В чем заключается обменный и донорно-акцепторный механизм образования ковалентной связи?
-
В чем заключается общий принцип возникновения ионной связи в химических соединениях?
-
В чем заключается общий принцип возникновения металлической связи?
-
В чем заключается характеристика водородной связи?
-
В чем заключается влияние водородных связей на свойства веществ?
-
В чем заключается донорно-акцепторное взаимодействие молекул.
-
Как образуется сигма-связь (σ-связь)?
-
Как образуется пи-связь (π -связь)?
-
Как образуется дельта-связь (δ-связь)?
-
Что такое гибридизация атомных орбиталей?
-
От чего зависит пространственная конфигурация молекул?
-
Как полярность молекул влияет на свойства соединений?
Вопросы для самостоятельной работы:
1. Пространственная структура молекул.
2. Виды связей.
3. Гибридизация, ее влияние на геометрическую конфигурацию молекул.
Литература:
-
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.
Лекции 12-13 (4 ч)
Тема 4. Энергетика химических процессов
Цель лекции: рассмотреть общие понятия термодинамики, дать характеристику термодинамическим функциям состояния и процесса; сформулировать первый закон (начало) термодинамики, охарактеризовать внутреннюю энергию системы, энтальпию системы; рассмотреть тепловые эффекты химических реакций, закон Гесса и следствия из него как основной закон термохимии; сформулировать второй закон (начало) термодинамики; рассмотреть принцип работы тепловой машины, КПД системы; дать характеристику свободной и связанной энергии, энтропии системы; рассмотреть энергию Гиббса и Гельмгольца, как критерий направленности химических реакций.
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.
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.
4.1. Общие понятия термодинамики
Термодинамика – наука, изучающая превращения различных форм энергии друг в друга и устанавливающая законы этих превращений. Как самостоятельная дисциплина, термодинамика возникла в середине XIX в. на основе изучения работы паровых машин. В настоящее время термодинамика рассматривает большое количество физических и химических явлений, сопровождающихся энергетическими эффектами: работу холодильных машин, процессы в компрессорах, двигателях внутреннего сгорания, процессы при электролизе, работе гальванических элементов, при проведении различных химических реакций. Широко применяемые в настоящее время исследования методами термодинамики позволяют не только рассчитывать энергетические балансы, но также определять, в каком направлении и до какого предела могут протекать процессы при заданных условиях.
Термодинамика рассматривает лишь тела, состоящие из большого числа молекул, так называемые макроскопические системы, при этом не принимаются во внимание поведение и свойства отдельных молекул.
Термодинамический метод исследования базируется на опытных данных, оперирует макроскопическими понятиями и представлениями и не рассматривает молекулярное строение вещества. В этом заключается некоторая односторонность термодинамического подхода к изучению процессов и явлений, так как физическое содержание их нередко остается нераскрытым.
Термодинамика базируется на четырех основных законах, именуемых нулевым, первым, вторым и третьим законами (началами) термодинамики. Эти законы являются результатом обобщения человеческого опыта, практики. Данные, получаемые методами термодинамического исследования, являются исключительно достоверными, поскольку они опираются на основные законы природы о сохранении и преобразовании энергии. Термодинамика включает в себя:
1) общую (или физическую) термодинамику, изучающую наиболее общие законы превращения энергии;
2) техническую термодинамику, рассматривающую взаимопревращения теплоты и механической работы, происходящие в тепловых машинах;
3) химическую термодинамику, изучающую превращения различных видов энергии при химических реакциях, процессах растворения, испарения, кристаллизации, адсорбции и др.
Химическая термодинамика использует положения и выводы общей термодинамики. Для успешного изучения вопросов, относящихся к термодинамике, необходимо уточнить некоторые понятия, термины и величины.
Система – тело или группа тел, находящихся во взаимодействии и мысленно обособляемых от окружающей среды.
Окружающая среда – все, что находится за пределами термодинамической системы.
Гомогенная (однородная) система не имеет внутри поверхностей раздела, отделяющих отдельные ее части (фазы), различающиеся по физико-химическим свойствам.
Гетерогенная (неоднородная) – система, внутри которой такие поверхности раздела имеются.
Изолированная система – это система, которая не обменивается с окружающей средой ни веществом, ни энергией и имеет постоянный объем.
Открытая система – это система, которая обменивается с окружающей средой и веществом, и энергией.
Закрытая система – это система, которая не обменивается с окружающей средой веществом, но обменивается энергией.
Состояние системы – это совокупность всех физических и химических свойств системы.
Процесс – переход системы из одного состояния в другое. При этом происходит изменение всех термодинамических функций состояния. Процесс, при котором термодинамическая система, выйдя из некоторого начального состояния и претерпев ряд изменений, возвращается тем или иным путем в исходное состояние, называется круговым процессом или циклом. В таком процессе, очевидно, изменение функции состояния равно нулю. В зависимости от условий процессы можно разделить на изотермические (Т = const), изобарические (P = const), изохорические (V = const) и адиабатические (адиабатные, Q = const).
Состояние системы описывают термодинамические функции. Их делят на две группы: функции состояния и функции процесса.
Термодинамические функции, значение которых зависит только от состояния системы, называются функциями состояния. Их изменение в том или ином процессе зависит только от начального и конечного состояний системы и не зависит от пути перехода. К таким функциям относятся: внутренняя энергия (U), энтальпия (Н), энтропия (S), энергия Гиббса (G), энергия Гельмгольца (F). Истинное значение этих функций определить невозможно, а определяют только изменение их (U, Н, S, G, F) в ходе процесса.
Функции процессов зависят не только от начального и конечного состояний системы, но и от того, как, каким путем происходит переход от одного состояния к другому. К функциям процесса относят теплоту (Q) и работу (А).
Теплота (Q) – это внешнее проявление энергообмена частиц в результате хаотичных столкновений между ними. Горячие частицы сталкиваются с холодными и отдают им часть энергии. Это происходит до тех пор, пока полностью не выравнивается энергия между частицами. Ее выражают в Дж/моль или Дж/кг. В термодинамике теплоту, поглощаемую системой, пишут со знаком плюс, а выделяемую – со знаком минус (в термохимии принята противоположная система знаков).
Работа (А) – это перенос энергии движущейся материей. Формы ее различны: механическая работа, электрическая и т.д. Работу выражают в Дж и считают положительной, если она совершается системой над окружающей средой или над другой системой, и отрицательной, если внешние силы совершают работу над системой.
Понятие теплоты и работы справедливо только для тел, состоящих из множества молекул. Для одной молекулы, либо для совокупности немногих молекул понятия теплоты и работы теряют смысл.