Учебные курсы по химии
для студентов нехимических факультетов МГУ

ОБЩАЯ ХИМИЯ

Программа курса для студентов геологического факультета МГУ

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.

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 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).

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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

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.

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.

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."

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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

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.