ТАВРИЧЕСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИМ. В.И. ВЕРНАДСКОГО

Э.А. Гюннер, в.Ф. Шульгин общая химия

учебное пособие

для химических специальностей

высших учебных заведений

Симферополь - 2002

Учебное пособие издается по решению редакционно-издательского совета Таврического национального

университета им. В.И. Вернадского

Рекомендовано методической комиссией по химии Таврического национального университета

им. В.И. Вернадского

Рецензенты: Профессор В.Г. Дрюк (Крымский аграрный университет), профессор В.Н. Зайцев (Киевский

национальный университет им. Тараса Шевченко)

Гюннер Э.А., Шульгин В.Ф. Общая химия. Учебное пособие для химических специальностей высших учебных заведений. Симферополь: Таврический национальный университет им. В.И. Вернадского, 2002. - 171 с., ил.

В учебном пособии освещены основные вопросы программы по общей химии для студентов химического факультета Таврического национального университета им. В.И. Вернадского. Материал, изложенный в книге, может быть использован студентами вузов другого профиля, например, сельскохозяйственного или медицинского, а также студентами нехимических специальностей, изучающими курс химических дисциплин (биология, география, экология).

© Э.А.Гюннер, В.Ф. Шульгин, 2002

Введение Предмет и структура химии

Мир, в котором мы живем и частью которого являемся, бесконечно разнообразен и в то же время един. Единство мира связано с его материальностью: объекты окружающего нас мира материальны в том смысле, что существуют вне нашего сознания и независимы от него.

Все известные в настоящее время проявления материи могут быть сведены к двум ее формам – веществу и полю. Вещество – это форма материи, носители которой имеют ненулевую массу покоя. Примерами таких носителей могут служить элементарные частицы (протон, нейтрон, электрон и др.), а также их агрегаты. Конкретные виды материи, образованные атомами химических элементов, называют химическими веществами. Поле представляет собой форму материи, носители которой характеризуются нулевой массой покоя (например, фотон). Примерами полей могут служить гравитационное, электромагнитное поле и поля ядерных сил (сильные и слабые взаимодействия). Поле – это своеобразная материальная среда, в которой осуществляются взаимодействия вещественных объектов.

Особенностью материи является постоянное ее движение, под которым понимают любые изменения материальных объектов во времени и пространстве. Различным видам материи характерны определенные, присущие им формы движения.

Совокупность научных дисциплин, изучающих различные виды материи и присущие им формы движения, называется естествознанием. Основными формами движения являются физическая, химическая и биологическая; первую из этих форм изучает физика, вторую – химия, третью – биология. Физика, химия и биология в свою очередь представляют собой комплексы более узких научных дисциплин, изучающих определенные разновидности и аспекты соответствующих форм движения материи.

Комплекс химических наук изучает материю в вещественной форме на уровне атомов, молекул и атомных агрегатов. Химическая форма движения материи сводится к взаимодействию между атомными остовами, представляющие собой ядра атомов и часть электронной оболочки, не изменяющуюся при химическом акте, и валентными электронами. Основой данной формы движения является переход валентных электронов от движения в обособленных атомах к движению в образовавшемся едином поле совокупности атомов, что в свою очередь является основой образования химических связей и новых химических соединений. Хотя перестройка электронной структуры атомов – явление чисто физическое, химическая форма движения материи является самостоятельным видом изменения материи и не может рассматриваться как частный случай физической формы движения, так как физическая форма движения, за исключением ядерных превращений, не приводит к образованию новых веществ.

Обобщая сказанное, можно дать следующее определение химической науки: химия – наука, изучающая состав, строение и свойства химических веществ, а также закономерности их химических превращений.

Поскольку химия занимается изучением химических явлений, весьма важным является проведение границы между физическими и химическими процессами (химическими реакциями). Общепринятыми критериями того, что данный процесс является химическим, считают:

1. образование новых химических частиц;

2. тепловой эффект процесса порядка 20-40 кДж/моль и более.

Заметим, что в ряде случаев процесс не удается отнести однозначно к физическим или химическим. Примером таких процессов может служить растворение или испарение. Так, процесс испарения вольфрама сопровождается образованием в газовой фазе двухатомных молекул W₂, которые отсутствуют в кристаллическом вольфраме и характеризуется значительным по величине тепловым эффектом (770 кДж/моль). Очевидно, что этот процесс нельзя считать чисто физическим. Для подобных процессов лучше подходит термин "физико-химическое явление".

Являясь самостоятельной наукой, химия связана с другими естественными науками – физикой, биологией, геологией, сельскохозяйственными науками. Связь эта иногда бывает столь тесной, что на границе наук возникают их новые ветви, представляющие собой самостоятельные науки. Примерами таких наук могут служить физическая химия, квантовая химия, геохимия, космохимия, биохимия, бионеорганическая и биоорганическая химия. Широкое применение в современной химии математических методов и вычислительной техники привело к возникновению таких специфических наук как математическая и компьютерная химия. В то же время для химии, как и для других естественных наук, характерна тенденция к дифференциации, т.е. к выделению в относительно самостоятельные науки ее отдельных частей. Современная химия представляет собой комплекс наук, важнейшими составными частями которого являются:

1. Неорганическая химия, изучающая химические элементы и их соединения.

2. Органическая химия, изучающая специфические соединения углерода - углеводороды и их производные.

3. Физическая химия - наука об общих закономерностях химических процессов.

4. Аналитическая химия (химическая метрология). Предметом изучения являются методы определения качественного и количественного состава веществ.

5. Квантовая химия. Использует идеи и методы квантовой механики для исследования химических объектов и процессов.

6. Физико-химический анализ. Изучает процессы путем измерения физических свойств системы.

7. Коллоидная химия, изучающая дисперсные системы и поверхностные явления на границе раздела фаз.

8. Координационная химия. Изучает частицы и вещества, образованные в результате сочетания многоатомных частиц, способных к самостоятельному существованию.

9. Радиохимия. Изучает химию радиоактивных изотопов и ядерные превращения.

10. Бионеорганическая химия. Изучает комплексы металлов с биомолекулами (белками, аминокислотами, нуклеиновыми кислотами, липидами и т.д.).

11. Биоорганическая химия. Изучает связь между строением органических соединений и их биологическими функциями.

12. Химическая технология. Наука о методах и средствах масштабной химической переработки природных материалов в практически важные продукты.

Современная химия базируется на ряде теоретических концепций, основными из которых являются:

• химическая атомистика (атомно-молекулярная теория);

• Периодический закон Д.И. Менделеева;

• квантово-механическая теория строения вещества;

• теория химических процессов (химическая термодинамика, химическая кинетика, химическое равновесие);

• теория растворов.