Химия (гео-сервер)

Курс лекций: "Химия" (сдо-геосервер)

Для студентов специальностей:география, экология, геоинформационные системы

Программа

             ЧАСТЬ 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ НЕОРГАНИЧЕСККОЙ ХИМИИ

 

I. ВВЕДЕНИЕ

            Химия - наука о веществах и их превращениях. Роль химии в промышленном производстве и развитии народного хозяйства. Связь химии с другими естественными науками. Химия и экология. Предмет и задачи неорганической химии.

 

II.  АТОМНО-МОЛЕКУЛЯРНОЕ УЧЕНИЕ

И ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ ХИМИИ

 

1.   Основные понятия в химии. Основное содержание атомно-молекулярного учения. Понятие "атом", "молекула", "химический элемент", "вещество", "атомная масса", "молекулярная масса". Моль - как мера количества вещества. Молярная масса. Постоянная Авогадро.

2.   Основные стехиометрические законы. Понятие о стехиометрии. Закон сохранения массы в химических реакциях. Закон постоянства состава. Закон эквивалентов. Газовые химические законы: закон объемных отношений, закон Авогадро, объединенный газовый закон, закон парциальных давлений. Современное содержание стехиометрических законов, их применимость к веществам с различной структурой.

3.   Важнейшие классы и номенклатура неорганических веществ.

Принципы классификации неорганических веществ. Бинарные соединения. Кислоты, основания, соли. Важнейшие физические и химические свойства. Способы получения. Основы современной номенклатуры неорганических веществ.

 

III.             СТРОЕНИЕ АТОМА. ПЕРИОДИЧЕСКИЙ ЗАКОН И

ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ЭЛЕМЕНТОВ

1.   Развитие учения о строении атома. История развития представлений о строении атома. Основные положения современной теории строения атома. Состав атомных ядер. Массовое число. Изотопы. Явление радиоактивности.

2.   Строение электронных оболочек атомов. Двойственная природа электрона. Принцип неопределенности. Волновая функция. Понятие об электронной оболочке. Электронная плотность. Распределение электронной плотности около ядра атома водорода. Трактовка понятия “размер атома” в рамках волновой теории.

            Квантовые числа как характеристика состояния электрона в атоме. s-, p-, d-, f- электроны. Понятия: энергетический уровень и подуровень, электронная оболочка (слой), атомная орбиталь. Взаимное расположение уровней и подуровней по энергии. Понятие об эффективном заряде ядра.

            Принцип Паули и максимальная емкость электронных оболочек. Правило Хунда. Порядок заполнения электронами атомных орбиталей. Электронные конфигурации и электронно-структурные формулы атомов различных элементов.

3.   Периодическая система элементов как форма отражения периодического закона. Формулировка периодического закона Д.И.Менделеева. Особенности заполнения атомных орбиталей электронами и формирование периодов. s-, p, d-, f-элементы, их расположение в периодической системе. Структура периодической системы и ее современные графические формы. Главная и побочная подгруппы. Физический смысл номера периода и номера группы. Положение металлов и неметаллов в периодической системе. Понятие об особенностях положения водорода, лантаноидов и актиноидов. Физический смысл периодического закона. Значение учения о периодичности для развития естествознания.

4.   Периодичность свойств химических элементов. Основные факторы, определяющие характер изменения свойств химических элементов. Ковалентные, ионные и орбитальные радиусы атомов. Изменение радиусов по периодам и группам. Эффект лантаноидного сжатия.

            Ионизационный потенциал и сродство к электрону. Понятие об электроотрицательности элементов. Закономерности изменения потенциала ионизации, сродства к электрону и электроотрицательности в группах и периодах.

            Периодичность химических свойств элементов, простых веществ и химических соединений. Изменение свойств элементов по периодам и группам в зависимости от строения внешних и предвнешних электронных оболочек и радиусов атомов.

 

V. ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ И СТРОЕНИЕ ВЕЩЕСТВА

 

            I. Механизм образования химической связи. Основные особенности химического взаимодействия. Электронная природа химической связи. Понятие об углах связи. Основные типы химической связи: ковалентная, ионная и металлическая.

            Квантово-механическая трактовка механизма образования связи между двумя атомами водорода. Основные положения метода валентных связей. Обменный и донорно-акцепторный механизм образования ковалентной связи. Валентность химических элементов. Постоянная и переменная валентность; факторы, определяющие их значение. Координационное число атома. Понятие о валентной и координационной насыщенности атома.

            2. Свойства ковалентной связи. Одинарные и кратные связи. Насыщаемость и направленность ковалентной связи. Факторы, определяющие энергию, длину и валентный угол связи. Эффективный заряд атома. Электрический момент диполя. Степень окисления - формальный заряд атома. Валентность и степень окисления элемента в соединениях. Валентность и степень окисления элемента в соединениях. Валентные возможности атомов. Локализованные и делокализованные связи. Многоцентровые связи.

            3. Геометрия структур с ковалентным типом связей. Понятие о стереохимии. Факторы, определяющие геометрическую конфигурацию молекул. Концепция гибридизации атомных валентных орбиталей. Основные типы гибридизации: sp-, sp2-, sp3-, sp3d2. Связывающие и несвязывающие электронные пары. Влияние отталкивания электронных пар на пространственную конфигурацию молекул.

4.   Ионная и металлическая связь. Ионная связь как предельный случай ковалентной полярной связи. Координационное число иона.

            Понятие о природе металлической связи. Ненасыщенность и ненаправленность ионной и металлической связи.

5.   Строение вещества в конденсированном состоянии. Межмолекулярное взаимодействие: ориентационное, индукционное, дисперсионное. Прочность межмолекулярного взаимодействия и агрегатное состояние веществ.

Природа водородной связи. Значение для природных объектов.       Кристаллическое, жидкое и аморфное состояние веществ. Типы кристаллических решеток: атомная, металлическая, ионная и молекулярная. Факторы, определяющие температуру плавления атомных, ионных и молекулярных кристаллов.

           
VI. ХИМИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ

            1. Скорость химических реакций. Определение понятия. Факторы, влияющие на скорость химических реакций: концентрация реагентов, давление, температура, присутствие катализатора, степень измельченности, радиоактивное облучение. Закон действующих масс для скорости химической реакции, как основной закон химической кинетики. Константа скорости и её физический смысл. . Факторы, влияющие на константу скорости химической реакции: природа реагирующих веществ, температура и присутствие катализатора. Понятие о порядке и молекулярности химической реакции.

2.   Влияние температуры на скорость химической реакции. Температурный коэффициент скорости химической реакции. Основные положения теории активации Аррениуса. Активные молекулы. Энергия активации. Переходное состояние или активированный комплекс. Энергетическая схема протекания реакции.

3.   Влияние катализатора на скорость химической реакции. Гомогенный и гетерогенный катализ. Активные центры и их роль в гетерогенном катализе. Понятие об адсорбции. Влияние катализатора на энергию активации химической реакции. Катализ в природе и химическом производстве. Ферменты.

4.   Химическое равновесие. Обратимые и необратимые химические реакции. Состояние химического равновесия. Факторы, определяющие величину константы равновесия: природа реагентов и температура. Сдвиг химического равновесия. Принцип Ле-Шателье. Влияние изменения концентрации, давления и температуры на положение химического равновесия. Значение химического равновесия в окружающей среде.

5.   Фотохимические и цепные реакции. Особенности протекания фотохимических реакций. Неразветвленные и разветвленные цепные реакции. Условия зарождения и обрыва цепей. Фотохимические процессы в живой природе.

6.   Факторы, определяющие направление протекания химических реакций. (Элементы химической термодинамики). Понятия: фаза, система, среда, макро- и микросостояния. Основные термодинамические характеристики. Внутренняя энергия системы и ее изменение в ходе химических превращений. Энтальпия. Стандартная энтальпия вещества. Изменение энтальпии в системах в ходе химических превращений. Тепловой эффект (энтальпия) химических реакций. Экзо- и эндотермические процессы. Термохимия. Закон Гесса. Термохимические расчеты.

            Понятие об энтропии. Изменение энтропии в ходе фазовых превращений и химических процессов. Понятие об изобарно-изотермическом потенциале системы (свободная энергия Гиббса). Соотношение между величиной изменения энергии Гиббса и величинами энтальпии реакции (основное термодинамическое соотношение). Термодинамический анализ возможности и условий протекания химических реакций. Особенности протекания химических процессов в живых организмах.

 

VII. РАСТВОРЫ

1.   Дисперсные системы. Определение понятия "раствор". Твердые и жидкие растворы. Грубодисперсные системы. Суспензии и эмульсии. Коллоидные и истинные растворы.

2.   Растворение как физико-химический процесс. Особые свойства воды как растворителя. Особые свойства воды как растворителя. Сольваты, гидраты и кристаллогидраты. Тепловые эффекты процессов растворения. Изменение энтальпии в процессе растворения вещества. Химическая теория растворов Д.И.Менделеева. Современное состояние физико-химической теории растворов.

3.   Растворимость веществ. Влияние температуры и давления на растворимость. Влияние температуры растворяемого вещества и растворителя на растворимость вещества. "Правило" растворимости. Насыщенные и ненасыщенные растворы.

4.   Состав растворов. Определение понятия ”концентрация“ растворов. Способы выражения состава растворов: массовая доля растворенного вещества, молярная и эквивалентная концентрации растворов, моляльность раствора. Эквиваленты кислот, оснований и солей в реакциях обмена. Связь между объемами растворов реагирующих веществ и их эквивалентными концентрациями. Пересчеты концентраций.

5.   Электролиты и неэлектролиты. Основные положения теории электролитической диссоциации. Факторы, определяющие склонность веществ к диссоциации: полярность и энергия связи, поляризуемость молекул растворенного вещества, полярность молекул растворителя, характер взаимодействия растворенного вещества и растворителя. Механизм диссоциации. Сольватация (гидратация) образующихся ионов.

6.   Сильные и слабые электролиты. Степень диссоциации электролитов. Факторы, определяющие степень диссоциации: природа растворенного вещества и растворителя, концентрация раствора и температура. Механизм диссоциации соединений с различным типом химической связи. Состояние ионов в растворах. Качественное и количественное различие характера диссоциации сильных и слабых электролитов. Константа диссоциации слабого электролита. Закон разбавления Оствальда. Представление о теории сильных электролитов. Истинная и кажущаяся степень диссоциации сильных электролитов в растворе. Факторы, влияющие на ее величину. Ионные пары. Эффективная концентрация ионов в растворе. Понятие об активности и коэффициенте активности.

7.   Диссоциация электролитов. Основания, кислоты и соли с точки зрения теории электролитической диссоциации. Ступенчатая диссоциация многоосновных кислот и оснований многозарядных металлов. Диссоциация средних, кислых и основных солей. Вода как растворитель. Ион гидроксония. Амфотерные электролиты. Современная трактовка амфотерности гидроксидов металлов. Изменение кислотно-основных свойств гидроксидов в периодах и группах периодической системы. Современные представления о природе кислот и оснований.

8.   Обменные реакции между ионами в растворе. Общие условия протекания реакций обмена в растворах электролитов. Обратимость реакций ионного обмена. Полные и сокращенные ионно-молекулярные уравнения. Смещение ионных равновесий.

9.   Условия образования и растворения осадков. Равновесие между осадком и растворенной частью электролита. Произведение растворимости. Условия осаждения малорастворимых электролитов. Их растворение в воде, кислотах и в растворах, содержащих одноименные ионы. Перевод осадков в раствор за счет комплексообразования. Принципы смещения ионных равновесий.

10. Диссоциация воды. Константа диссоциации. Ионное произведение. Водородный показатель (рН). Понятие об индикаторах. Значение кислотности среды для протекания биологических процессов.

11. Гидролиз солей. Механизм гидролиза. Типичные случаи гидролиза в зависимости от силы кислоты и основания, образующих соль. Влияние природы, заряда и радиуса ионов на их гидролизуемость. Ступенчатый гидролиз многозарядных ионов. Константа гидролиза. Степень гидролиза. Влияние концентрации раствора, температуры и рН среды на степень гидролиза солей. Условия подавления гидролиза. Совместный гидролиз в живом организме.

 

VIII. ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ

 

1. Окислительно-восстановительные реакции. Составление уравнений окислительно-восстановительных реакций. Принцип электронного баланса. Подбор коэффициентов в уравнениях. Метод полуреакций. Основные типы окислительно-восстановительных реакций. Реакции диспропорционирования и внутримолекулярного окисления-воссатновления. Важнейшие окислители и восстановители. Роль окислительно-восстановительных процессов в природе.

2. Гальванические элементы и окислительно-восстановительные потенциалы. Понятие о двойном электрическом слое. Скачок потенциала на границе металл-раствор. Направление движения электронов и ионов в гальваническом элементе. Определение ЭДС гальванического элемента. Водородный электрод. Нормальные (стандартные) электродные потенциалы окислительно-восстановительных систем. Уравнение Нернста (без вывода). Электрохимический ряд напряжений металлов. Окислительно-восстановительные потенциалы и направление протекания окислительно-восстановительных реакций. Таблица стандартных окислительно-восстановительных потенциалов. Влияние среды рН на величину окислительно-восстановительного потенциала.

3. Окислительно-восстановительные процессы с участием электрического тока. Электролиз водных растворов и расплавов. Электролиз с инертными и активными электродами. Схемы процессов на электродах. Получение неорганических веществ и их очистка при помощи электрического тока. Химические источники тока.

 

IX. КОМПЛЕКСНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

 

1. Основные положения координационной теории.  Валентная и координационная насыщенность и возможность образования комплексных соединений. Основные положения координационной теории. Строение комплексного соединения: комплексообразователь, лиганды, внутренняя и внешняя сферы, комплексный ион. Координационное число и степень окисления комплексообразователя. Заряд комплексного иона. Катионные, анионные и нейтральные комплексы. Принципы современной номенклатуры комплексных соединений.

2. Характер химической связи в комплексных соединениях. Электростатическое и донорно-акцепторное взаимодействие. Факторы, определяющие способность атома выступать в качестве комплексообразователя и их положение в периодической системе. Понятие об основных положениях теории координационной связи.

3. Устойчивость комплексных ионов.  Диссоциация комплексных ионов. Константа нестойкости комплексов. Понятие о двойных солях. Использование комплексообразования для растворения труднорастворимых электролитов.

4. Внутрикомплексные (хелатные) соединения. Их структура. Роль комплексообразования в биологических процессах. Понятие о бионеорганической химии.

 

 

ЧАСТЬ II. ОБЗОР СВОЙСТВ ЭЛЕМЕНТОВ И ИХ ВАЖНЕЙШИЕ СОЕДИНЕНИЯ

 

Введение. Основные принципы классификации химических элементов,  s-, p-, d-, f-элементы. Распространенность элементов в природе. Рассеянные и редкие элементы. Круговорот элементов в природе. Биогенные элементы.

 

X. S-, И Р-ЭЛЕМЕНТЫ СЕДЬМОЙ ГРУППЫ

 

1. Общая характеристика водорода. Строение атома водорода. Проявляемые степени окисления. Характер связей в соединениях водорода: ионные, полярные и неполярные, водородные связи.

2. Физические и химические свойства водорода. Прочность молекулы водорода. Ее термическая диссоциация. Водород как восстановитель. Атомарный водород. Взаимодействие водорода с металлами и неметаллами. Гидриды. Их классификация. Ион водорода и ион гидроксония. Условия их существования. Биологического значение. Нахождение водорода в природе. Изотопы водорода. Способы получения водорода в лаборатории и в технике, его применение.

3. Галогены. Общая характеристика элементов. Строение атомов. Проявляемые степени окисления. Изменение радиуса атома, энергия ионизации, стродства к электрону и электроотрицательности в ряду галогенов. Характер химических связей с металлами и неметаллами. Устойчивость высших валентных состояний галогенов. Особенности фтора.

4. Свойства простых веществ галогенов. Характер химической связи в молекулах галогенов. Их физические свойства: агрегатное состояние, температура кипения и плавления в ряду фтор-астат, растворимость в воде и органических растворителях. Химические свойства: изменение окислительной активности галогенов в подгруппе, их отношение к воде, щелочам, металлам и неметаллам; продукты взаимодействия галогенов с водой и щелочью на холоде и при нагревании, реакции диспропорционирования; особенности химии фтора. Природные соединения галогенов. Применение галогенов. Их физиологическое и фармакологическое действие. Токсичность галогенов и меры предосторожности при работе с ними.

5. Галогеноводороды. Характер химической связи в молекулах. Физические и химические свойства. Агрегатное состояние. Характер изменения температур кипения и плавления в ряду фтороводород-иодоводород. Термическая устойчивость галогеноводородов. Реакционная способность. Восстановительная активность. Растворимость в воде. Кислотные свойства. Особенности фтороводородной кислоты. Общие принципы получения галогеноводородов. Соляная кислоты. Физические, химические свойства и способы получения. Применение. Роль соляной кислоты и хлоридов в живых организмах. Галогениды.

6. Кислородсодержащие соединения галогенов. Кислородные кислоты хлора. Изменение устойчивости, окислительных и кислотных свойств в ряду HClO – HClO4. Принципы получения этих кислот и их солей. Применение. Хлорная известь. Бертоллетова соль. Перхлораты. Кислородосодержащие кислоты брома и иода. Их соли.          

18 ноября 2009 /
Похожие новости
Радиоактивный каротаж
Физико-химическое равновесия в подземной гидросфере
Растворы, применяемые в титриметирическом анализе. Классификация методов титриметрического анализа
Поглотительная способность почв
Химические реакции и процессы в почвах
Комментарии

НАПИСАТЬ КОММЕНТАРИЙ

Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
Полужирный Наклонный текст Подчеркнутый текст Зачеркнутый текст | Выравнивание по левому краю По центру Выравнивание по правому краю | Вставка смайликов Выбор цвета | Скрытый текст Вставка цитаты Преобразовать выбранный текст из транслитерации в кириллицу Вставка спойлера
Вопрос:
Сколько часов 1 сутках?
Ответ:*
Введите код: