ChemNet
 
Химический факультет МГУ

Учебные курсы по химии
для студентов нехимических факультетов МГУ

ОБЩАЯ ХИМИЯ

Программа курса для студентов геологического факультета МГУ

Введение

Химия как центральная наука естествознания. Связь химии и геологии. Роль химии в познании законов взаимопревращения веществ, в том числе в геологических процессах образования и превращения минералов.

Теоретические основы химии

Закон сохранения массы и условия его соблюдения. Закон постоянства состава, дальтониды и бертоллиды. Закон Авогадро, идеальные и реальные газы, уравнение Менделеева-Клапейрона.
Основные классы неорганических соединений.

Строение вещества. Строение атома

Строение атома. Атомные орбитали (АО) s-, p- и d-типа. Энергетические уровни и энергетические диаграммы. Принцип Паули. Правило Хунда. Особенности строения атомов d-элементов.
Периодический закон Д. И. Менделеева. Понятие о химическом элементе.
Закономерности изменения свойств атомов (размер, ионизационный потенциал, сродство к электрону, электроотрицательность) в Периодической системе. Предсказание возможных валентностей и степеней окисления элемента на основании электронного строения атомов. Изменение свойств соединений в группах и периодах Периодической системы (на примере кислотно–основных свойств гидридов элементов второго периода и гидроксидов элементов третьего периода).

Химическая связь. Строение вещества

Характеристики химической связи: энергия, длина, полярность.
Теория химической связи. Метод молекулярных орбиталей (МО). Принципы построения диаграмм атомных и молекулярных орбиталей. Перекрывание АО и образование молекулярных орбиталей. Связывающие, антисвязывающие и несвязывающие МО.
Гомоядерные молекулы элементов 2-го периода. Строение и энергетические диаграммы молекул и ионов: H2, H2+, H2–, HeH, CO, NO, LiH. Полярность связей и молекул. Магнитные свойства молекул.
Строение многоатомных молекул и ионов: CH4, NH4+, NH3, H2O. Геометрия молекул и валентные углы в них.
Зонная теория. Металлы, неметаллы, полупроводники, ионные вещества.
Силы межмолекулярного взаимодействия. Водородная связь.
Особенности строения и свойств вещества в твердом, жидком и газообразном агрегатных состояниях. Ближний и дальний порядок. Диаграмма состояния воды. Жидкокристаллическое и флюидное состояния. Плазма.
Координационные соединения. Образование связи в координационных соединениях и описание ее методом МО. Строение, номенклатура, изомерия координационных соединений. Устойчивость координационных соединений в растворах.

Растворы

Твердые, жидкие и газообразные растворы. Компоненты раствора. Способы выражения состава раствора (концентрации).
Растворы электролитов. Кислоты и основания (теория Бренстеда-Лоури). Диссоциация сильных и слабых электролитов. Константа и степень диссоциации. Твердые электролиты.
Кислоты, основания, соли, амфолиты.
Ионное произведение воды. Водородный показатель (рН).
Гидролиз солей. Константа и степень гидролиза. Практическое значение гидролиза. Необратимый гидролиз. Теоретическое определение среды раствора амфолита.
Буферные растворы. Кислотность почв. Буферные свойства океана.
Равновесие осадок-раствор. Малорастворимые электролиты. Произведение растворимости. Условия выпадения и растворения осадков.

Коллоидные системы («растворы»)

Классификация дисперсных систем. Коллоидное состояние вещества. Коагуляция. Причины, обеспечивающие стабильность коллоидного состояния и вызывающие коагуляцию. Строение коллоидной частицы. Коллоидное состояние в природных системах. Аэрозольные загрязнения окружающей среды, фотохимический смог.

Химические реакции

Элементы химической термодинамики
Энергетические эффекты химических реакций, формы выделения и поглощения энергии в химических процессах. Термодинамическая система и окружающая среда. Энтальпия вещества. Энтальпия образования вещества. Стандартное состояние вещества.
Энтальпия химической реакции. Закон Гесса и его применение в расчетах и экспериментальных определениях термодинамических параметров.
Самопроизвольные и несамопроизвольные процессы в природе. Теплота и работа. Энтропия и термодинамическая вероятность. Изменение энтропии как движущая сила самопроизвольного химического процесса.
Энергия Гиббса химической реакции и стандартная энергия Гиббса химической реакции. Изменение энергии Гиббса как критерий возможности и движущая сила самопроизвольных процессов и глубины их протекания.
Химическое равновесие. Константа равновесия. Связь энергий Гиббса реакций с константами равновесия. Обратимые, необратимые и практически необратимые реакции. Условия обратимости.
Гомогенные и гетерогенные (фазовые) равновесия. Правила записи константы равновесия в различных случаях.
Смещение химического равновесия. Принцип Ле-Шателье.

Элементы химической кинетики

Скорость химической реакции, методы ее экспериментального измерения. Основной закон химической кинетики. Молекулярность и порядок реакции. Константа скорости реакции. Кинетическое уравнение реакции.
Влияние концентрации и давления на скорость химической реакции и химическое равновесие. Причины влияния.
Влияние температуры на скорость химической реакции и химическое равновесие. Причины влияния. Правило Вант-Гоффа. Понятие об энергии активации. Уравнение Аррениуса.
Нахождение порядка реакции и энергии активации из экспериментальных данных.
Катализ: гомогенный, гетерогенный, ферментативный, автокатализ.

Элементы электрохимии

Возникновение электродного потенциала. Ряд электрохимических потенциалов. Факторы, определяющие величину стандартного электродного потенциала. Измерение электродного потенциала. Водородный электрод.
Окислительно-восстановительные реакции (ОВР). Окислительно-восстановительные потенциалы полуреакций и их связь с энергией Гиббса. Стандартный окислительно-восстановительный потенциал. Уравнение Нернста. Зависимость окислительно-восстановительного потенциала от рН среды и процессов выпадения осадка. Электродвижущая сила химической реакции. Константа равновесия окислительно-восстановительной реакции. Направление ОВР и возможность его изменения.
Важнейшие окислители и восстановители. Зависимость окислительно-восстановительных свойств от рН среды – на конкретных примерах.
Химическая и электрохимическая коррозия. Меры защиты.

Обзор химии элементов

Распространенность элементов в природе (во Вселенной, в Земле, в земной коре). Понятие о кларках элементов. Редкие и рассеянные элементы.

Водород

Строение атома. Изотопы водорода, их особенности. Окислительно–восстановительные свойства простого вещества водорода. Получение и применение водорода. "Водородная энергетика".
Гидриды металлов (ионные и металлические). Гидриды неметаллов, их кислотно–оснóвные свойства. Получение и применение гидридов.

Элементы VIIA  группы

Общая характеристика элементов VIIA  группы. Реализуемые степени окисления. Нахождение в природе.
Строение молекул и простых веществ. Физические и химические свойства простых веществ и закономерности их изменения в группе.
Галогеноводороды. Строение молекул. Физические и химические свойства. Изменение окислительно-восстановительных свойств галогенид-ионов в группе. Особенность фтороводорода. Получение и применение соляной кислоты.
Соединения галогенов с металлами (ионные и ковалентные) и неметаллами, в частности, с углеродом. Фреоны. Применение солей плавиковой и соляной кислот.
Оксокислоты хлора (HClO, HClO4). Их кислотно-основные и окислительно-восстановительные свойства.

Элементы VIA  группы

Общая характеристика элементов VIA группы. Реализуемые степени окисления.
Строение атомов, молекул, простых веществ. Нахождение в природе и применение кислорода и озона. “Озоновый щит”. Нахождение в природе и применение серы.
Вода. Строение молекулы воды. Физические и химические свойства воды. Аномальные свойства воды. Структура льда. Клатраты (газовые гидраты).
Оксиды. Классификация оксидов по их кислотно–основным свойствам. Закономерности изменения свойств оксидов в зависимости от положения элемента в Периодической таблице. Примеры получения и применения оксидов.
Пероксиды. Кислотно-основные и окислительно-восстановительные свойства, получение и применение пероксида водорода. Взаимодействие пероксидов и надпероксидов с углекислым газом.
Водородные соединения халькогенов. Строение их молекул. Получение, свойства и применение сероводорода. Растворимость сульфидов в воде и кислотах. Полисульфиды.
Серная и сернистая кислота. Кислотно-основные и окислительно-восстановительные свойства, получение и применение серной и сернистой кислот и их солей. "Кислотные дожди."

Элементы VA  группы

Общая характеристика элементов VA  группы. Реализуемые степени окисления. Нахождение в природе.
Азот. Строение молекулы. Проблема "связывания" азота. Аммиак, гидроксид аммония. Оксиды (II) и (IV) и их образование в атмосфере. Азотная кислота и нитраты.
Фосфор. Полиморфные (аллотропные) модификации. Фосфорная кислота и полифосфорные кислоты. Фосфаты и полифосфаты. Гидролиз полифосфорных кислот. Получение и применение фосфорной кислоты и фосфатов.

Элементы IVA  группы

Общая характеристика элементов IVA  группы. Реализуемые степени окисления. Нахождение в природе.
Углерод в природе, его круговорот. Полиморфизм (аллотропия). Строение молекул, физические и химические свойства оксидов углерода (II) и (IV), их получение и применение. "Парниковый эффект". Карбонаты кальция. Карбонатная буферная система и ее значимость.
Углеводороды. Строение молекул, нахождение в природе, получение, применение. "Истощение" природных запасов углеводородов.
Оксид кремния (IV). Кремниевая кислота. Силикагель. Гидролиз силикатов. Силикаты в природе (выветривание — "диссипация"). Применение силикатов в промышленности в качестве строительных материалов.

Элементы IIIA  группы

Общая характеристика алюминия. Реализуемые степени окисления. Нахождение в природе.
Получение и применение алюминия. Свойства оксида и гидроксида. Амфотерность. Примеры получения и применения солей алюминия. Гидролиз солей алюминия и его использование для очистки воды.

Элементы IIA  группы

Общая характеристика элементов IIA группы. Реализуемые степени окисления. Нахождение в природе.
Получение и применение простых веществ. Свойства, методы получения и применение гидроксида кальция и солей кальция.
Жесткость воды. Цели и методы ее устранения. Опреснение морской воды: лабораторные и промышленные методы.

Элементы IA  группы

Общая характеристика элементов IA группы. Реализуемые степени окисления. Нахождение в природе.
Натрий, его получение и применение. Получение и применение гидрида, пероксида, гидроксида и солей натрия.

3d-элементы

Строение атомов и проявляемые степени окисления. Примеры реакций получения простых веществ, образованных этими элементами и свойства этих веществ, определяющих их применение.
Примеры катионных и анионных комплексов 3d-металлов.
Гидроксиды 3d-элементов в состояниях высшей валентности (кислотно–основные и окислительно-восстановительные свойства). Сравнение с элементами соответствующих главных подгрупп.

4d- и 5d-элементы

Нахождение в природе, получение, особенности свойств простых веществ по сравнению с 3d-элементами. Применение простых веществ. "Благородные" металлы.

 6f- и 7f-элементы

Лантаноиды и актиноиды. Особенности свойств по сравнению с остальными элементами. Искусственные применяемые элементы.

Рекомендуемая литература

1. Общая химия. Гузей Л.С., Кузнецов В.Н., Гузей А.С.  М.: Изд-во МГУ, 1999.
2. Общая химия. Под ред. Е.М.Соколовской, Л.С. Гузея. М.: Изд-во Моск. унив., 1989. 724 с.
3. Практикум по общей химии. Под ред. С.Ф. Дунаева. М.; Изд-во Моск. унив., 2005. 400 с.
4. Гузей Л. С., Дунаев С. Ф. Общая химия, ч. 1. М. 2008, 85 с.

Программа составлена
проф. Гузеем Л.С.




Сервер создается при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований
Не разрешается  копирование материалов и размещение на других Web-сайтах
Вебдизайн: Copyright (C) И. Миняйлова и В. Миняйлов
Copyright (C) Химический факультет МГУ
Написать письмо редактору