В учебнике особое внимание уделено вопросам термодинамики и кинетики химических реакций и строения вещества. В этом курсе химии впервые представлены вопросы новой области химических знаний, крайне важной для специалистов естественных наук, - открытые и неравновесные системы (образование упорядоченных структур при неравновесном состоянии системы, химическая и биологическая эволюция, флуктуации и бифуркации и т.п.). Химия элементов рассматривается во всех темах учебника.

В данном учебнике не повторяется школьный курс химии. Предполагается, что студенты, изучающие данный учебник, обладают основами знаний по химии в части названий классов веществ (оксиды, основания, кислоты, гидроксиды, соли), составления уравнений реакций и подбора стехиоме-трических коэффициентов.

К данному учебнику прилагается "Лабораторный практикум и сборник задач". Учебник соответствует Федеральному государственному образовательному стандарту высшего образования четвертого поколения.

Для бакалавров, магистрантов и специалистов, обучающихся по естественно-научным направлениям и специальностям, а также может быть полезен учащимся старших классов.

Оглавление

Введение

Химия - наука о превращениях веществ. Химия прочно связана со всеми другими науками. Все процессы, происходящие в окружающем нас мире и внутри нас, сопровождаются превращениями веществ.

Биологические и геологические процессы, жизнь в любых ее проявлениях (мышление и поведение человека, действие лекарств, питание), климат и погода, производство любых материалов - все это обусловлено химической природой мироздания.

Предложено несколько классификаций химических знаний. Одна из них - по составляющим химию учениям. Химия состоит из трех главных учений: о направлении химических реакций {химическая термодинамика), о скорости химических реакций {химическая кинетика) и о строении вещества. Для облегчения изучения огромного числа неорганических веществ вводится еще одно учение - о периодическом изменении свойств элементов (рис. В1).

Эти учения теснейшим образом связаны между собой, поэтому, изучая материал одного учения, мы будем по возможности чаще и больше привлекать положения других учений. Такой подход называется многосторонним рассмотрением изучаемого объекта. Постарайтесь и вы в будущем не только в химии, но во всех изучаемых вами науках пользоваться многосторонним рассмотрением, привлекая к решению какого-либо вопроса максимальное количество имеющихся у вас знаний.

Каждая наука имеет свои цели. Цель химии - получение нужных человеку веществ и энергии для поддержания температуры в помещении и передвижения транспорта. К сожалению, большинство реакций сопровождается образованием ненужных и часто вредных веществ. Уменьшение их количества или поиск путей получения из них других полезных нам веществ - одна из задач современной химии.

Данный учебник предназначен для студентов, обучающихся по естественно-научным направлениям и специальностям. Им могут пользоваться также учащиеся старших классов.

В учебнике особое внимание уделено вопросам термодинамики и кинетики химических реакций. В этом курсе химии впервые представлены вопросы новой области химических знаний, крайне важной для специалистов естественных наук, - открытые и неравновесные системы (образование упорядоченных структур при неравновесном состоянии системы, химическая и биологическая эволюция, флуктуации и бифуркации и т.п.). Химия элементов рассматривается во всех темах учебника.

В данном учебнике не повторяется школьный курс химии. Предполагается, что студенты, изучающие данный учебник, обладают основными знаниями по химии в рамках названий классов веществ (оксиды, основания, кислоты, гидроксиды, соли), составления уравнений реакций и подбора стехиометрических коэффициентов.

В учебнике не используются некоторые понятия, которые можно встретить в других учебниках химии, - степень окисления, электроотрицательность, экзотермические и эндотермические реакции, метод электронного баланса, молекульное написание уравнений реакций электролитов в водных растворах. Валентность рассматривается стехиометрическая и спиновая. Зависимость скорости химических реакций от концентрации дается не в степени стехиометрических коэффициентов. В учебнике нет подробного изложения органической химии, но в качестве иллюстрации отдельных моментов используются примеры органических соединений.

При чтении учебника вы встретите много вопросов по излагаемому материалу, которые задаются, чтобы читатель мог недолго подумать над ответом и тем самым развить свое творческое мышление. Все вопросы в главах пронумерованы.

В начале каждой главы учебника приводятся знания, которые приобретает студент в результате ее изучения.

Знания - это представление о чем-либо, необходимое для усвоения содержания курса химии: законы, правила, принципы, теоретические положения. Знания и умения обязательно выражаются студентом устной и письменной речью. В знания включены теоретические представления курса и умения как составная часть знаний, заключающаяся в способности произвести расчет по уравнению, поставить химический эксперимент, составить таблицу данных, нарисовать график и т.п.

В результате изучения материалов данного учебника студенты должны:

знать
• основные законы химии;
• электронное строение атома;
• виды, свойства и механизмы образования химической связи;
• закономерности изменения свойств химических элементов по периодам и группам периодической системы;
• основы химической термодинамики и кинетики химических процессов;
• особенности строения и свойства дисперсных систем;
• особенности электрохимических процессов в растворах;
• особенности строения и свойства комплексных соединений;
• особенности строения и свойства кристаллов;

уметь
• составлять химические формулы веществ, уравнения химических реакций и производить расчеты по ним;
• характеризовать свойства веществ в газообразном, жидком и твердом состоянии;
• пользоваться периодической таблицей химических элементов при расчетах;
• составлять электронные и графические формулы атомов и определять значения квантовых чисел электронов атома элемента;
• определять тепловой эффект процессов, возможность протекания химических реакций;
• рассчитывать константу равновесия для обратимых процессов;
• решать задачи на способы выражения состава растворов;
• определять направленность реакций в растворах электролитов;
• определять строение коллоидной частицы и объяснять механизм возникновения и строение двойного электрического слоя на поверхности коллоидных частиц;
• расставлять коэффициенты в оксилительно-восстановитель-ных реакциях;
• вычислять электродный потенциал металла в растворе соли разной концентрации, рассчитывать ЭДС гальванического элемента;
• определять заряды комплексообразователя, лигандов и комплексного иона, координационное число комплексообразователя;

владеть
• теоретическими основами химической науки;
• способами проведения расчетов по химическим формулам и уравнениям химических реакций с применением знаний основных законов химии;
• основными представлениями о периодических и непериодических зависимостях свойств химических элементов и их соединений;
• методами анализа химической связи;
• способами решения задач по химической термодинамике и химической кинетике;
• представлениями о природе и свойствах молекулярных и ионных растворов;
• способами составления уравнений гидролиза солей;
• представлениями о процессах окисления и восстановления;
• методами расстановки коэффициентов в уравнении реакции;
• навыками составления структурных формул изомеров предложенного вещества.

Данный учебник следует изучать совместно с книгой практикума, который соответствует главам данного учебника и содержит практические задания и описание лабораторных работ. Также в практикуме приведены основные термодинамические характеристики многих веществ, константы и другие параметры, требующиеся для решения задач по химии.

Автор сердечно благодарен своей жене Ольге Мартыновне, создавшей исключительно благоприятную домашнюю обстановку для работы над этим учебником, и своим сыновьям Илюше и Косте, помогавшим в этой работе.

Автор будет рад получить замечания и пожелания по адресу: 119992, Москва, МГУ, химический факультет, кафедра общей химии, лаборатория научных основ обучения химии.