МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

Таврический национальный университет им. В.И. Вернадского

Утверждаю

Ректор ТНУ Н.В. Багров

«___» ____________2004 г.

УЧЕБНАЯ

ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

Неорганическая химия

для студентов дневной формы обучения

направления подготовки 0704 - Биология,

специальности 6.070400 - Биология

Симферополь, 2004

Печатается по решению научно-методического совета ТНУ

Протокол № от "___" _________200_ года

Неорганическая химия / Сост. Н.С. Певзнер. –

Симферополь: ИО ТНУ, 2004, - 5 с.

Рецензент:

Гюннер Э.А., к.х.н., доцент

Программа одобрена на заседании кафедры

общей химии

Протокол № 1 от 03.09.04

Программа утверждена методической комиссией

химического факультета

Протокол № __ от ___________

Вступление

Программа изучения дисциплины "Неорганическая химия" составлена в соответствии с местом и назначением этой дисциплины в структурно-логической схеме, предусмотренной образовательной профессиональной программой подготовки по направлению 0704 – Биология и охватывает все смысловые модули, обозначенные аннотацией.

Предметом изучения дисциплины "Неорганическая химия" является общая химия, рассматривающая важнейшие химические теории и концепции, и неорганическая химия, освещающая химию элементов и их соединений

Междисциплинарные связи: дисциплина "Неорганическая химия" является основным курсом, который формирует базовые знания, необходимые для дальнейшего освоения таких дисциплин, как аналитическая химия, органическая химия и биохимия, физическая химия и коллоидная химия.

Программа дисциплины "Неорганическая химия" состоит из трех разделов:

1. Цель и задачи дисциплины;

2. Содержание дисциплины;

3. Список рекомендованной литературы.

1. Цель и задачи дисциплины

   1. Основной целью является формирование у будущих специалистов современных представлений в области общей химии и химии элементов.

   2. Основными задачами, которые должны быть решены в процессе изучения дисциплины, является формирование у студентов определенных умений и навыков.

После прохождения данного курса студент

должен знать:

• предмет и место неорганической химии в системе химических дисциплин;

• основные теории неорганической химии: химическая атомистика, теория строения атома, строение ядра, теория химической связи, теория химических процессов, периодический закон Д. И. Менделеева, теории растворов;

• физические и химические свойства элементов и их важнейшие соединения (оксиды, гидроксиды, галогениды, сульфиды, гидриды, нитриды, соли и др.);

• современную номенклатуру химических соединений;

• способы получения важнейших неорганических соединения.

должен уметь:

• пользоваться химическими реактивами и лабораторным оборудованием;

• выполнять основные химические операции (фильтрование, декантация, перекристаллизация, прокаливание и др.);

• называть химические соединения по формуле в рамках номенклатуры IUPAC, записывать формулы соединений по названиям;

• решать расчетные и экспериментальные химические задачи;

• соблюдать правила техники безопасности при работе в лаборатории.

2. Содержание дисциплины "Неорганическая химия"

1. Введение. Предмет химической науки. Материя, ее формы и уровни организации. Химическая форма движения материи. Предмет химической науки. Основные этапы формирования современной химии. Значение химической науки. Предмет и задачи химии. Представление о дифференциации и интеграции естественных наук. Роль химии как производительной силы общества. Экологические проблемы, роль химии в охране окружающей среды.

2. Химическая атомистика. Стехиометрические законы химии (закон сохранения массы, закон постоянства состава, закон эквивалентов). Основные положения атомистической теории. Вещества с молекулярной и надмолекулярной структурой. Моль как единица количества вещества. Газовые законы. Закон Авогадро. Уравнение состояния идеального газа. Атомные и молекулярные массы.

3. Химическая термодинамика. Предмет химической термодинамики. Термодинамические системы, фазы. Термодинамические функции как функции состояния. Внутренняя энергия. Энтальпия. Первый закон термодинамики. Термохимия, термохимические уравнения. Закон Гесса, термохимические диаграммы. Энтальпии образования и их связь с тепловым эффектом. Энтропия как мера неупорядочности системы. Статистический смысл энтропии. Макро- и микросостояния системы. Уравнение Больцмана. Второй закон термодинамики. Стандартная энтропия, энтропия образования. Свободная и связанная энергия системы. Уравнение свободной энергии Гиббса, энтальпийный и энтропийный факторы. Определение направления реакции.

4. Химическая кинетика. Химическая кинетика как наука о скоростях и механизмах химических реакций. Скорость химической реакции. Кинетические диаграммы. Энергия активации. Влияние концентрации на скорость химической реакции. Закон действия масс, константа скорости химической реакции. Влияние температуры на скорость химической реакции. Правило Вант-Гоффа. Влияние энергии активации на скорость процесса, уравнение Аррениуса. Теория активированного комплекса. Кинетическая классификация реакций. Молекулярность и порядок реакции. Механизмы химических реакций (молекулярный, ионный, радикальный). Параллельные, последовательные, сопряженные, цепные реакции). Катализаторы и катализ. Гомогенный катализ, теория промежуточных соединений. Практическое значение катализа. Химическое равновесие. Константа химического равновесия и факторы, на нее влияющие. Смещение равновесий при изменении концентрации, температуры и давления. Принцип Ле Шателье.

5. Строение атома. Предпосылки возникновения квантово-механической теории. Основные положения квантово-механической теории строения вещества. Принцип корпускулярно-волнового дуализма. Уравнение де Бройля. Принцип неопределенности, его математическое выражение. Вероятностная модель атома. Электронная орбиталь, граничная поверхность орбитали, кривая радиального распределения электронной вероятности. Волновая функция, ее свойства. Связь волновой функции с вероятностными характеристиками микрочастицы. Уравнение Шредингера для одноэлектронных систем. Атом водорода. Квантовые числа (главное, орбитальное, магнитное), их физический смысл. Энергетические уровни и подуровни. Вырожденные электронные орбитали. Спин и спиновое квантовое число. Многоэлектронные атомы. Концепция водородного приближения. Принцип Паули и квантование электронов. Эффект экранирования и эффект проникновения электрона к ядру. Правило Клечковского. Правило Хунда и распределение электронов на вырожденных орбиталях. Провал электрона.

6. Периодический закон и периодическая система элементов Д.И. Менделеева. Открытие периодического закона. Современная формулировка периодического закона. Закон Мозли. Периодическая система элементов в свете квантово-механической теории. Причины периодичности изменения свойств элементов. Закономерности изменения свойств элементов (атомных радиусов, энергий ионизации, сродства к электрону, электроотрицательностей) в периодах и подгруппах. Значение периодического закона.

7. Химическая связь. Химическая связь и ее параметры (энергия связи, длина связи, валентный угол).Основные принципы метода валентных связей. Двухэлектронная локализованная связь. Насыщаемость ковалентной связи. Обменный и донорно-акцепторный механизмы образования связи. Валентность. Направленность химической связи. Гибридизация электронных орбиталей, типы гибридизации. Кратность связи. Сигма-, пи- и дельта-связи. Неполярные и полярные связи. Электроотрицательность элементов. Параметры полярной связи (заряд и длина диполя, дипольный момент). Ионная связь и ее особенности (ненасыщаемость, ненаправленность). Свойства веществ с ионной связью. Полярные молекулы, факторы, определяющие полярность молекулы (геометрия молекулы, наличие неподеленных пар). Основные принципы метода молекулярных орбиталей. Метод МО ЛКАО. Связывающие, несвязывающие, разрыхляющие молекулярные орбитали. Строение двухатомных гомоядерных молекул, образованных элементами первого и второго периодов. Межмолекулярное взаимодействие. Силы Ван-дер-Ваальса (ориентационные, индукционные, дисперсионные). Водородная связь. Направленность и насыщаемость водородной связи. Природа водородной связи. Виды водородной связи.

Координационные соединения. Основные положения координационной теории. Центральный атом, координационное число центрального атома. Лиганды, дентатность лигандов. Классификация и номенклатура координационных соединений. Хелаты и комплексонаты.

Кристаллические и аморфные вещества. Кристаллическая решетка, элементарная ячейка и ее параметры. Кристаллические системы. Кубическая, тетрагональная, ромбическая, тригональная, гексагональная, моноклинная и триклинная сингонии. Типы кристаллических решеток (атомные, молекулярные, ионные, металлические). Зонная теория кристаллов. Валентная зона и зона проводимости. Запрещенная зона. Объяснение свойств металлов в рамках зонной теории. Дефекты кристаллической решетки, их классификация.

8. Растворы. Общая характеристика растворов как дисперсных систем. Химическая теория растворов. Сольваты и гидраты. Энтальпия растворения. Концентрация раствора и способы ее выражения (молярность, массовая и молярная доля, нормальность, моляльность). Растворимость и факторы на нее влияющие. Закон Генри. Фазовые диаграммы однокомпонентных систем. Растворы неэлектролитов. Давление пара над раствором. Первый закон Рауля. Замерзание и кипение растворов. Второй закон Рауля. Эбуллиоскопическая и криоскопическая постоянные. Осмос и осмотическое давление. Закон Вант-Гоффа.

Особенности растворов электролитов. Теория электролитической диссоциации (ионизации). Гидратация ионов. Степень электролитической диссоциации и факторы, на нее влияющие. Константа ионизации. Закон разбавления. Ионные равновесия и их смещение. Равновесие в насыщенных растворах малорастворимых электролитов. Произведение растворимости. Константа устойчивости комплексного иона. Теория сильных электролитов. Активность, коэффициент активности. Межионное взаимодействие. Кислоты и основания. Теории кислот и оснований (теория Аррениуса, теория сольвосистем, протолитическая теория, электронная теория кислот и оснований). Реакции в растворах электролитов. Ионные уравнения. Реакции, не сопровождающиеся изменением степеней окисления, условия их протекания. Гидролиз солей. Типы гидролиза. Степень и константа гидролиза, факторы, на них влияющие.

Окислительно-восстановительные реакции в растворах. Составление уравнений окислительно-восстановительных реакций(метод электронного баланса, метод полуреакций). Электродный потенциал полуреакции. Уравнение Нернста. Стандартные электродные потенциалы. Направление ОВР. Гальванические элементы. Электролиз растворов и расплавов. Законы электролиза. Факторы, влияющие на процессы электролиза в водных растворах. Применение электролиза.

Коллоидные растворы, их классификация, методы получения и очистки. Свойства коллоидных растворов (оптические, молекулярно-кинетические, электрокинетические). Строение коллоидной частицы. Ядро, гранула, мицелла, двойной слой противоионов. Кинетическая и агрегативная устойчивость коллоидных растворов. Коагуляция и седиментация коллоидов. Пептизация коллоидов. Гели.

9. Элементы подгруппы VIIA. Водород и его соединения. Общая характеристика водорода. Водород в природе. Получение водорода. Физические и химические свойства водорода. Водород как окислитель. Водород как восстановитель. Применение водорода. Гидриды, классификация, свойства. Вода, строение молекулы. физические и химические свойства.

Галогены и их соединения. Общая характеристика галогенов

Галогены в природе. Получение и применение галогенов. Физические и химические свойства фтора, хлора. брома и иода. Галогеноводороды и галогеноводородные кислоты, получение, свойства. Особенности фтороводорода и фтороводородной кислоты. Соли галогеноводородных кислот. Фториды кислорода, получение, строение, свойства. Оксиды хлора и брома(I). Хлорноватистая, бромноватистая и иодноватистая кислоты и их соли. Соединения галогенов в степени окисления(III). Хлористая кислота и хлориты. Диоксид хлора, получение свойства. Соединения галогенов в степенях окисления +5 и +6. Оксид иода(V). Хлорноватая, бромноватая, иодноватая кислоты и их соли. Хлорат калия и его применение. Триоксид хлора. Оксид хлора (VII). Хлорная. бромная и иодная кислоты. Их соли.

10. Элементы подгруппы VIА. Общая характеристика подгруппы (VI)А. Кислород в природе. Получение, свойства, применение кислорода. Соединения кислорода. Оксиды, пероксиды, надпероксиды, их классификация, свойства. Пероксид водорода.

Сера. Сера в природе. Получение серы. Аллотропия серы. Физические и химические свойства, применение серы. Сульфиды, их классификация, свойства. Водородные соединения серы. Сероводород, получение, строение молекулы, физические и химические свойства. Сероводородная кислота и ее соли. Сульфаны и персульфиды. Кислородные соединения серы. Производные серы(II). Оксид серы (VI), получение, строение, свойства. Сернистая кислота и ее соли. Соединения серы (V). Гексаоксодисерная(V) кислота и ее соли. Оксид серы(VI), получение строение, свойства, полимеризация. Серная кислота, получение, физические и химические свойства. Соли серной кислоты. Купоросы, шениты, квасцы. Олеум и полисерные кислоты. Пероксокислоты серы и их соли. Тиосерная кислота и тиосульфаты. Политионовые кислоты и их соли. Соединения серы с галогенами. Селен и теллур, аллотропия, свойства. Важнейшие соединения элементов подгруппы селена.

11. Элементы подгруппы VA. Общая характеристика подгруппы VA. Азот в природе, получение, строение молекулы, физические и химические свойства азота. Применение азота. Нитриды, классификация и свойства. Аммиак, получение, строение молекулы, физические и химические свойства. Соли аммония, их получение, свойства. Аммиак как лиганд. Гидразин, получение, строение, свойства. Соли гидразиния. Гидроксиламин и его соли. Азотистоводородная кислота и азиды металлов. Получение, строение, свойства. Соединения азота с галогенами. Кислородные соединения азота. Диоксодиазотная (I) кислота и ее соли. Оксид азота(II), получение, строение молекулы, свойства. Оксид азота(III). Азотистая кислота, строение молекулы, свойства. Нитриты. Оксид азота(IV) и тетраоксид диазота, получение, строение, свойства. Оксид азота(V), его строение в газообразном и кристаллическом состоянии, свойства. Азотная кислота, получение, строение молекулы, физические и химические свойства. Нитраты, их свойства, применение. Оксонитрид азота. Пероксид азота и диоксопероксоазотная(V) кислота. Соединения азота с серой.

Фосфор, природные соединения, получение, аллотропия, свойства, применение. Фосфиды, классификация и свойства. Фосфин, получение, свойства. Соли фосфония. Соединения фосфора в степени окисления +1. Диоксофосфорная(I) кислота и ее соли. Оксид фосфора(III). Получение, строение молекулы, свойства. Фосфористая кислота, физические и химические свойства. Фосфиты. Диоксид фосфора. Оксид фосфора(V), получение, свойства. Ортофосфорная кислота и ортофосфаты. Фосфорные удобрения. Полифосфорные кислоты, получение, свойства. Галогениды фосфора. Элементы подгруппы мышьяка, их природные соединения, свойства, применение.

Соединения элементов подгруппы мышьяка с металлами и водородом. Кислородные соединения мышьяка, сурьмы и висмута в степени окисления +3 и +5. Оксиды. Кислоты мышьяка и сурьмы, их соли. Висмутаты(V).

12. Неметаллы подгрупп IVA и IIIA. Общая характеристика подгруппы IVA. Углерод в земной коре. Природные соединения углерода. Аллотропия углерода. Алмаз, графит, карбин, строение, свойства. Диаграмма состояния углерода. Синтез алмаза. Фуллерен, его строение, свойства. Применение алмаза и графита. Химические свойства углерода, взаимодействие с металлами, неметаллами, сложными веществами. Соединения графита (фторид, оксид, соли). Графитиды щелочных металлов. Карбиды, их классификация и свойства. Метаниды. Ацетилиды. Соединения углерода с водородом. Кислородные соединения углерода. Оксид углерода(II), получение, строение молекулы, свойства. Карбонилы металлов. Диоксид углерода, получение, строение молекулы, свойства. угольная кислота. Карбонаты и гидрокарбонаты, их получение, свойства. Сода. Поташ. Пероксидные кислоты углерода. Перкарбонаты, их свойства, применение. Дисульфид углерода. Тиокарбонаты. Соединения углерода с азотом. Дициан, получение, свойства. Циановодород и циановодородная кислота. Цианиды. Кислоты циановая, изоциановая, гремучая. Тиоциановая кислота и тиоцианаты. Соединения углерода с галогенами. Оксогалогениды углерода. Фосген.

Кремний в природе, важнейшие минералы и горные породы, содержащие кремний (кварцит, глины, граниты, базальты).Получение и очистка кремния. Зонная плавка. Физические и химические свойства кремния. Применение кремния. Силициды металлов, их классификация и свойства. Гидриды кремния. Получение и свойства силанов. Оксиды кремния. Монооксид, получение и свойства. Диоксид кремния, природные модификации, структура, свойства, применение. Кремниевые кислоты. Ортокремниевая кислота. Поликремниевые кислоты с открытой цепью. Циклические кремниевые кислоты. Силикаты, их классификация, свойства. Алюмосиликаты. Синтетические силикаты. Стекла. Ситаллы. Силоксаны, получение, строение, свойства. Галогениды кремния. Гексафторокремниевая кислота и ее соли. Дисульфид кремния и тиосиликаты. Нитрид кремния. Карбид кремния, получение, свойства, применение.

Общая характеристика подгруппы IIIA и бора как нем металлического элемента подгруппы. Бор в природе, минералы бора. Получение бора. Физические и химические свойства бора. Применение бора. Бориды металлов. Гидриды бора (бораны), получение, строение, свойства. Трехцентровые связи в боранах. Карбораны. Гидридобораты. Оксид бора(III) и его свойства. Ортоборная кислота, получение, строение, свойства. Полиборные кислоты. Бораты, их классификация, получение, свойства. Соединения бора с галогенами. Тригалогениды бора. Трифторид бора и тетрафтороборная кислота. Нитрид бора, получение и свойства. Боразон и его применение.