II. Содержание дисциплины

1 Семестр

1. Введение

1. Химия как система знаний о веществах и их превращениях.

1.1. Теория и эксперимент в химии.

1.1.1. Различные уровни химической теории. Информационные системы.

1.1.2. Система приоритетов в развитии химии.

1.1.3. Основные проблемы современной неорганической химии.

1.1.4. Номенклатура неорганических соединений.

1.1.5. Русская номенклатура неорганических соединений (кислород, окисел, гидроокись, вода, щелочь, перекись водорода, сернокислый, хлористый и т.д.).

1.1.6. Международная номенклатура.

1.1.7. Химия и экология.

2. Физико-химические основы неорганической химии.

2.1. Строение атома.

2.1.1. Развитие представлений о строении атома: Модель Резерфорда, теория Бора. Современные представления о строении атома. Принцип неопределенности Гейзенберга, уравнение Де-Бройля. Волновая функция. Уравнение Шредингера.

2.1.2. Понятие о квантовых числах. Атомные орбитали. Порядок заполне-ния электронами атомных орбиталей. Принцип Паули. Правило Хунда.

2.1.3. Электронные формулы. Заряд ядра атома.

2.1.4. Экранирование заряда ядра электронами.

3. Периодический закон и периодическая система Д.И. Менделеева.

3.1. Открытие Периодического закона Д.И. Менделеевым (1869 г.).

3.1.1. Современная формулировка Периодического закона.

3.1.2. Периодичность в изменении электронной конфигурации атомов.

3.1.3. Короткопериодная и длиннопериодная формы Периодической системы.

3.1.4. Типические элементы. Главные и побочные подгруппы. Менделеевский принцип монотонности изменения химических свойств от типических элементов к элементам главной подгруппы.

3.1.5. Переходные элементы. Лантаниды и актиниды, их размещение в Периодической системе. Сверхтяжелые элементы.

3.1.6. Границы Периодической системы. Магические числа протонов и нейтронов.

3.1.7. Периодически изменяющиеся свойства элементов, их связь со строением электронных оболочек атомов: радиусы атомов, энергия ионизации, сродство к электрону, электроотрицательность, закономерности в изменении этих величин.

3.1.8. Периодический закон Д.И. Менделеева как основа развития неорганической химии, его философское значение.

4. Химическая связь.

4.1. Развитие представлений о валентности и химической связи. Формальная характеристика валентности  степень окисления.

4.1.1. Ионная связь. Размеры положительно и отрицательно заряженных ионов, Ненаправленность и ненасыщаемость ионных связей.

4.1.2. Ковалентная связь. Основные положения метода валентных связей (МВС). Понятие о гибридизации орбиталей. Основные типы гибридизации (sp, sp², sp³, sp³d, sp³d², dsp²), пространственная конфигурация молекул и ионов. Направленность и насыщаемость ковалентных связей. Одинарные и кратные связи.

4.1.3. Влияние неподеленных электронных пар на геометрию ковалентных молекул. Модель Гиллеспи. Координационная и дативная связи как формы ковалентной полярной связи.

4.1.4. Основные положения метода молекулярных орбиталей (МО ЛКАО). Связывающие, разрыхляющие и несвязывающие орбитали. Сигма- и пи-связь.

4.1.5. Двухцентровые двухэлектронные МО. Корреляционные диаграммы. Энергетические диаграммы МО двухатомных гомоядерных молекул, образованных элементами первого и второго периодов. Прочность связи, энергия ионизации, магнитные и оптические свойства молекул. Энергетические диаграммы простейших гетероядерных молекул (HF, CO, NO). Полярность связи. Понятие о трехцентровых двух- и четырехэлектронных МО. Электронодефицитные связи. Водородная связь.

4.1.6. Сочетание ковалентного и электростатического взаимодействия атомов в реальных соединениях (полярная связь). Эффективный заряд на атомах в полярных соединениях. Различия в физических свойствах веществ с ионной, полярной и ковалентной связью (температура кипения, плавления, величина растворимости в полярных и неполярных растворителях).

4.1.7. Межмолекулярное взаимодействие, его природа.

4.1.8. Понятие о поляризации ионов. Зависимость поляризуемости и поляризующего действия катионов и анионов от размеров, величины заряда иона и строения его электронной оболочки.

5. Основы химии твердого тела.

5.1. Основные понятия кристаллохимии.

5.2. Энергия и симметрия кристаллической структуры.

5.3. Элементарная ячейка. Основные типы элементарных ячеек и координационных полиэдров. Островные, слоистые и каркасные структуры.

5.4. Химическая связь в кристаллах (атомная, молекулярная, ионная кристаллическая структура).

5.5. Понятие о зонной теории кристаллического состояния.

5.5.1. Зона проводимости, валентная зона, запрещенная зона.

5.5.2. Зонная структура диэлектриков, полупроводников, веществ с металлической проводимостью. Основные типы атомных дефектов в кристаллах (разупорядочение типа Шоттки и Френкеля). Нестехиометрические соединения. Бертоллиды и дальтониды (Н.С. Курнаков). Модифицирование зонной структуры и свойств твердых веществ путем изменения природы дефектов и их концентрации (хлорид натрия, сульфид свинца). Реальная структура материалов.

6. Комплексные (координационные) соединения.

6.1. Координационная теория Вернера как первая удачная попытка теоретического объяснения строения комплексных соединений (КС).

6.1.1. Основные положения координационной теории: центральный атом и лиганды, внешняя и внутренняя сфера, координационное число, ядро комплекса, его заряд, главная и побочная валентности. Дентатность лигандов.

6.1.2. Успешное предсказание А.Вернером числа изомеров октаэдрических комплексов кобальта (III).

6.2. Природа химической связи в КС. Сочетание электростатического и ковалентного взаимодействия центрального атома (или иона) с лигандами. Понятие о кислотах и основаниях Льюиса.

6.2.1. Вернеровская и современная номенклатура КС.

6.3. Строение КС с позиций МВС. Низкоспиновые и высокоспиновые комплексы. Гибридизация орбиталей центрального атома при образовании октаэдрических, тетраэдрических и квадратных комплексов.

6.3.1. Основные положения теории кристаллического поля (ТКП).

6.3.2. Расщепление d-орбиталей центрального атома в кристаллическом поле октаэдрического, тетраэдрического и квадратного комплекса. Спин-спаренные и спинсвободные комплексы.

6.3.3. Энергия расщепления и энергия спаривания.

6.3.4. Изменение энергии стабилизации кристаллическим полем в ряду переходных элементов для октаэдрических и тетраэдрических комплексов, образованных лигандами сильного и слабого поля.

6.3.5. Связь величин расщепления с окраской КС. Использование ТКП для объяснения магнитных свойств КС.

6.3.6. Спектрохимический ряд лигандов. Использование ТКП для описания строения нормальных и обращенных шпинелей. Понятие об эффекте Яна-Теллера.

6.4. Представление о теории поля лигандов.

6.4.1. Энергетические диаграммы для гексаамминкобальта (III) и гексафторокобальтата (III). - и -донорно-акцепторные связи.

6.4.2. Величина расщепления в теории поля лигандов. Несвязывающие орбитали.

6.4.3. Возможность -дативного взаимодействия d-электронов центрального атома со свободными (разрыхляющими) орбиталями лиганда.

6.5. Сравнение возможностей метода валентных связей, теории кристаллического поля и теории поля лигандов в описании строения КС.

6.6. КС с неорганическими и органическими полидентатными лигандами. КС элементов-металлов с аминокислотами на примере этилендиаминтетраацетата (комплексоната) кальция. Хелаты. Правило циклов Чугаева.

6.7. Кластеры (на примере низших галогенидов молибдена) и многоядерные комплексы (на примере карбонилов переходных элементов). -комп-лексы (на примере ферроцена). Соединения включения (клатраты). Супра-молекулярные соединения.

6.8. Константа устойчивости  важнейшая характеристика КС.

6.8.1. Зависимость константы устойчивости от величины заряда и радиуса центрального иона, его электронной конфигурации (на примере гексаамминкобальта (II) и гексаамминкобальта (III), а также гексацианоферрата (II) и гексацианоферрата (III)).

6.8.2. Представление о кинетически лабильных и инертных комплексах.

6.8.3. Геометрическая и оптическая изомерия инертных комплексов.

6.8.4. Эффект трансвлияния Черняева.

6.9. Роль КС в природе (ферменты, хлорофилл, гемоглобин, комплексные соединения микроэлементов в питании растений, лекарства и яды).

6.10. Использование КС в технологии, сельском хозяйстве и медицине (разделение и очистка смесей неорганических соединений, борьба с хлорозом растений, противоопухолевое действие комплексов платины и других элементов). Летучие КС и их роль в неорганическом синтезе (тонкие пленки, гетероструктуры).