- •Э.А. Гюннер, в.Ф. Шульгин общая химия
- •Введение Предмет и структура химии
- •1. Химическая атомистика
- •1.1. Основные положения и понятия химической атомистики
- •1.2. Стехиометрические законы химии
- •1.3. Методы определения молекулярных масс и атомных масс
- •Методы определения молекулярных масс.
- •1.3.2. Методы определения атомных масс.
- •2. Основы теории строения атома
- •2.1. Предпосылки возникновения квантово-механической теории
- •2.2. Постулаты квантово-механической теории
- •2.3. Волновая функция. Уравнение Шредингера
- •2.4. Атом водорода. Одноэлектронные атомарные ионы
- •2.5. Многоэлектронные атомы
- •3. Периодический закон д.И. Менделеева в свете квантово-механических представлений
- •3.1. Современная формулировка Периодического закона
- •3.2. Структура периодической системы элементов: периоды, группы, подгруппы элементов
- •3.3. Закономерности изменения свойств элементов в периодах и подгруппах периодической системы
- •3.3.1. Эффективный заряд ядра.
- •3.3.2. Атомные радиусы.
- •3.3.3. Энергия ионизации.
- •3.3.4. Сродство к электрону.
- •3.3.5. Электроотрицательность.
- •3.3.6. Степени окисления элементов.
- •3.4. Элементы-аналоги. Виды аналогии в периодической системе элементов
- •3.4.1. Групповая аналогия.
- •3.4.2. Типовая аналогия.
- •3.4.3. Электронная аналогия.
- •VI группа I группа
- •3.4.4. Слоевая аналогия.
- •3.4.5. Контракционная аналогия (шринк-аналогия).
- •3.4.6. Горизонтальная аналогия.
- •3.4.7. Диагональная аналогия.
- •4. Атомное ядро. Радиоактивность
- •4.1. Элементарные частицы
- •4.2. Теория строения атомных ядер
- •4.3. Ядерные реакции
- •4.4.Радиоактивность. Типы радиоактивного распада
- •4.5. Законы радиоактивного распада
- •4.6. Естественная радиоактивность. Радиоактивные ряды. Радиоактивное равновесие
- •4.7. Искусственная радиоактивность. Изотопная индикация
- •4.8. Новые химические элементы
- •4.9. Эволюция элементов во Вселенной
- •5. Химическая связь и строение молекул
- •5.1. Химическая связь. Параметры химической связи. Валентность
- •5.2. Метод валентных связей
- •5.2.1. Основные принципы метода валентных связей.
- •5.2.2. Насыщаемость ковалентной связи. Механизм образования двухцентровой связи.
- •5.2.3. Направленность ковалентной связи. Гибридизация электронных орбиталей.
- •5.2.4. Кратность ковалентной связи.
- •5.2.5. Делокализованные многоцентровые связи. Теория резонанса.
- •5.2.6. Предсказание геометрической формы молекул.
- •5.2.7. Неполярные и полярные связи. Типы ковалентных молекул.
- •5.2.8. Недостатки метода валентных связей.
- •5.3. Метод молекулярных орбиталей
- •5.3.1. Основные принципы метода молекулярных орбиталей.
- •5.3.2. Применение метода молекулярных орбиталей.
- •5.3.2.1. Двухатомные молекулы.
- •5.3.2.2. Молекулы, состоящие из трех и более атомов.
- •5.4. Ионная связь
- •5.4.1. Особенности ионной связи. Свойства ионных соединений.
- •5.4.2. Типы кристаллических решеток ионных соединений. Ионные радиусы.
- •5.3.3. Энергия ионной кристаллической решетки.
- •5.4.4. Поляризация ионов.
- •5.5. Металлическая связь. Зонная теория кристаллов
- •5.6. Межмолекулярное взаимодействие
- •5.7. Водородная связь
- •6. Координационные соединения
- •6.1. Координационные соединения. Основные положения координационной теории
- •6.2. Классификация координационных соединений
- •6.3. Номенклатура координационных соединений
- •6.4. Изомерия координационных соединений
- •6.5. Химическая связь в координационных соединениях
- •6.5.1. Метод валентных связей
- •6.2. Теория кристаллического поля
- •6.3. Метод молекулярных орбиталей
- •6.7. Реакции внешнесферного и внутрисферного замещения. Принцип транс-влияния
- •7. Агрегатные состояния вещества
- •7.1. Типы агрегатного состояния
- •7.2. Твердое состояние вещества
- •7.2.1. Кристаллическое состояние.
- •7.2.2. Аморфное состояние.
- •7.3. Жидкое состояние вещества
- •7.4. Газообразное состояние вещества
- •7.5. Плазма
- •8. Теория химических процессов
- •8.1. Предмет и основные понятия теории химических процессов
- •8.2. Основы химической термодинамики
- •8.2.1. Термодинамические функции. Внутренняя энергия и первый закон термодинамики. Энтальпия.
- •8.2.2. Термохимия. Закон Гесса.
- •8.2.3. Энтропия. Второй и третий законы термодинамики.
- •8.2.4. Свободная энергия Гиббса. Направление химического процесса.
- •8. Химическая кинетика
- •8.3.1. Предмет химической кинетики. Скорость химической реакции. Энергия активации.
- •8.3.2. Факторы, влияющие на скорость химической реакции. Катализаторы и катализ.
- •8.3.3. Кинетическая классификация реакций.Молекулярность и порядок реакции. Механизмы реакций.
- •8.3.4. Некоторые типы многостадийных реакций.
- •8.4. Химическое равновесие
- •8.4.1. Обратимые и необратимые реакции. Состояние химического равновесия.
- •8.4.2. Смещение химического равновесия.
- •9. Растворы
- •9.1. Общая характеристика растворов
- •9.2. Разбавленные растворы неэлектролитов. Коллигативные свойства растворов
- •9.3. Растворы электролитов
- •9.3.1. Электролиты. Теория электролитической диссоциации (ионизации).
- •9.3.2. Теория растворов слабых электролитов.
- •9.3.2.1. Степень ионизации слабых электролитов и методы ее определения.
- •9.3.2.2. Равновесия в растворах слабых электролитов.
- •6,5·10-4 Моль/л
- •9.3.3. Теория сильных электролитов.
- •9.3.4. Обменные реакции в растворах электролитов.
- •9.3.4.1. Типы обменных реакций в растворах электролитов.
- •9.3.4.2. Гидролиз солей.
- •9.3.5. Теории кислот и оснований.
- •9.3.6. Окислительно-восстановительные реакции в растворах.
- •9.3.6.1.Общая характеристика окислительно-восстановительных реакций.
- •9.3.6.2. Составление уравнений окислительно-восстановительных реакций.
- •9.3.6.3. Электродные потенциалы. Направление окислительно-восстановительных реакций. Гальванический элемент.
- •9.3.6.4. Электролиз.
- •9.4. Коллоидные растворы
- •9.4.1. Общая характеристика коллоидных растворов и методы их получения.
- •9.4.2. Строение коллоидных частиц.
- •9.5. Твердые растворы
- •Список рекомендуемой литературы
ТАВРИЧЕСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ИМ. В.И. ВЕРНАДСКОГО
Э.А. Гюннер, в.Ф. Шульгин общая химия
учебное пособие
для химических специальностей
высших учебных заведений
Симферополь - 2002
Учебное пособие издается по решению редакционно-издательского совета Таврического национального
университета им. В.И. Вернадского
Рекомендовано методической комиссией по химии Таврического национального университета
им. В.И. Вернадского
Рецензенты: Профессор В.Г. Дрюк (Крымский аграрный университет), профессор В.Н. Зайцев (Киевский
национальный университет им. Тараса Шевченко)
Гюннер Э.А., Шульгин В.Ф. Общая химия. Учебное пособие для химических специальностей высших учебных заведений. Симферополь: Таврический национальный университет им. В.И. Вернадского, 2002. - 171 с., ил.
В учебном пособии освещены основные вопросы программы по общей химии для студентов химического факультета Таврического национального университета им. В.И. Вернадского. Материал, изложенный в книге, может быть использован студентами вузов другого профиля, например, сельскохозяйственного или медицинского, а также студентами нехимических специальностей, изучающими курс химических дисциплин (биология, география, экология).
© Э.А.Гюннер, В.Ф. Шульгин, 2002
Введение Предмет и структура химии
Мир, в котором мы живем и частью которого являемся, бесконечно разнообразен и в то же время един. Единство мира связано с его материальностью: объекты окружающего нас мира материальны в том смысле, что существуют вне нашего сознания и независимы от него.
Все известные в настоящее время проявления материи могут быть сведены к двум ее формам – веществу и полю. Вещество – это форма материи, носители которой имеют ненулевую массу покоя. Примерами таких носителей могут служить элементарные частицы (протон, нейтрон, электрон и др.), а также их агрегаты. Конкретные виды материи, образованные атомами химических элементов, называют химическими веществами. Поле представляет собой форму материи, носители которой характеризуются нулевой массой покоя (например, фотон). Примерами полей могут служить гравитационное, электромагнитное поле и поля ядерных сил (сильные и слабые взаимодействия). Поле – это своеобразная материальная среда, в которой осуществляются взаимодействия вещественных объектов.
Особенностью материи является постоянное ее движение, под которым понимают любые изменения материальных объектов во времени и пространстве. Различным видам материи характерны определенные, присущие им формы движения.
Совокупность научных дисциплин, изучающих различные виды материи и присущие им формы движения, называется естествознанием. Основными формами движения являются физическая, химическая и биологическая; первую из этих форм изучает физика, вторую – химия, третью – биология. Физика, химия и биология в свою очередь представляют собой комплексы более узких научных дисциплин, изучающих определенные разновидности и аспекты соответствующих форм движения материи.
Комплекс химических наук изучает материю в вещественной форме на уровне атомов, молекул и атомных агрегатов. Химическая форма движения материи сводится к взаимодействию между атомными остовами, представляющие собой ядра атомов и часть электронной оболочки, не изменяющуюся при химическом акте, и валентными электронами. Основой данной формы движения является переход валентных электронов от движения в обособленных атомах к движению в образовавшемся едином поле совокупности атомов, что в свою очередь является основой образования химических связей и новых химических соединений. Хотя перестройка электронной структуры атомов – явление чисто физическое, химическая форма движения материи является самостоятельным видом изменения материи и не может рассматриваться как частный случай физической формы движения, так как физическая форма движения, за исключением ядерных превращений, не приводит к образованию новых веществ.
Обобщая сказанное, можно дать следующее определение химической науки: химия – наука, изучающая состав, строение и свойства химических веществ, а также закономерности их химических превращений.
Поскольку химия занимается изучением химических явлений, весьма важным является проведение границы между физическими и химическими процессами (химическими реакциями). Общепринятыми критериями того, что данный процесс является химическим, считают:
образование новых химических частиц;
тепловой эффект процесса порядка 20-40 кДж/моль и более.
Заметим, что в ряде случаев процесс не удается отнести однозначно к физическим или химическим. Примером таких процессов может служить растворение или испарение. Так, процесс испарения вольфрама сопровождается образованием в газовой фазе двухатомных молекул W2, которые отсутствуют в кристаллическом вольфраме и характеризуется значительным по величине тепловым эффектом (770 кДж/моль). Очевидно, что этот процесс нельзя считать чисто физическим. Для подобных процессов лучше подходит термин "физико-химическое явление".
Являясь самостоятельной наукой, химия связана с другими естественными науками – физикой, биологией, геологией, сельскохозяйственными науками. Связь эта иногда бывает столь тесной, что на границе наук возникают их новые ветви, представляющие собой самостоятельные науки. Примерами таких наук могут служить физическая химия, квантовая химия, геохимия, космохимия, биохимия, бионеорганическая и биоорганическая химия. Широкое применение в современной химии математических методов и вычислительной техники привело к возникновению таких специфических наук как математическая и компьютерная химия. В то же время для химии, как и для других естественных наук, характерна тенденция к дифференциации, т.е. к выделению в относительно самостоятельные науки ее отдельных частей. Современная химия представляет собой комплекс наук, важнейшими составными частями которого являются:
Неорганическая химия, изучающая химические элементы и их соединения.
Органическая химия, изучающая специфические соединения углерода - углеводороды и их производные.
Физическая химия - наука об общих закономерностях химических процессов.
Аналитическая химия (химическая метрология). Предметом изучения являются методы определения качественного и количественного состава веществ.
Квантовая химия. Использует идеи и методы квантовой механики для исследования химических объектов и процессов.
Физико-химический анализ. Изучает процессы путем измерения физических свойств системы.
Коллоидная химия, изучающая дисперсные системы и поверхностные явления на границе раздела фаз.
Координационная химия. Изучает частицы и вещества, образованные в результате сочетания многоатомных частиц, способных к самостоятельному существованию.
Радиохимия. Изучает химию радиоактивных изотопов и ядерные превращения.
Бионеорганическая химия. Изучает комплексы металлов с биомолекулами (белками, аминокислотами, нуклеиновыми кислотами, липидами и т.д.).
Биоорганическая химия. Изучает связь между строением органических соединений и их биологическими функциями.
Химическая технология. Наука о методах и средствах масштабной химической переработки природных материалов в практически важные продукты.
Современная химия базируется на ряде теоретических концепций, основными из которых являются:
химическая атомистика (атомно-молекулярная теория);
Периодический закон Д.И. Менделеева;
квантово-механическая теория строения вещества;
теория химических процессов (химическая термодинамика, химическая кинетика, химическое равновесие);
теория растворов.