Учебные курсы по химии
для студентов нехимических факультетов МГУ

ОБЩАЯ И НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

Программа курса для студентов общего потока биологического факультета МГУ

Введение

Основные понятия химии.  Атом, молекула. Химический элемент. Простое и сложное вещество. Химическая реакция. Химическая форма движения материи. Место химии в ряду других естественных и гуманитарных наук.
Химическая эволюция материи. Возникновение химических элементов. Образование веществ. Развитие химических систем.
Основные этапы и диалектика развития химии. Натурфилософия. Алхимия. Становление химии как науки. Эпоха количественных законов. Классическая химия. Современный этап развития химии.
Атомно-молекулярное учение в современной химии. Стехиометрические законы. Стехиометрические и нестехиометрические соединения. Дальтониды и бертоллиды.

Химический процесс

Элементы химической термодинамики. Система и окружающая среда. Свойства системы. Внутренняя энергия и энтальпия. Энтальпия химической реакции. Закон Гесса. Энтальпия образования вещества. Стандартное состояние вещества. Энтальпия химической связи.
Понятие об энтропии. Энтропия вещества как функция термодинамической вероятности. Энтропия химической реакции.
Изобарно-изотермический потенциал (свободная энергия Гиббса). Изменение энергии Гиббса системы как критерий и движущая сила самопроизвольных процессов в закрытых системах. Энергия Гиббса образования вещества и термодинамическая активность.
Химическое равновесие. Условия химического равновесия. Константа равновесия химической реакции, ее связь со стандартной свободной энергией реакции. Закон действующих масс в гомогенных и гетерогенных системах.
Элементы химической кинетики. Скорость химической реакции. Методы ее наблюдения и измерения. Основной закон химической кинетики. Порядок и молекулярность реакции. Экспериментальное определение порядка реакции. Факторы, определяющие скорость реакции. Энергия активации. Принцип Ле Шателье.
Катализ. Гомогенный и гетерогенный катализ. Автокатализ. Ферментативный катализ. Ингибирование реакции.
Многокомпонентные системы. Компонент. Фаза. Способы выражения состава многокомпонентных систем (концентрации компонентов).
Растворы (твердые, жидкие, газообразные). Влияние условий на взаимную растворимость веществ. Роль сольватации. Типы взаимодействия веществ — образование смесей, растворов, соединений.
Физико-химический анализ как метод исследования многокомпонентных систем. Диаграммы состав—свойство. Примеры диаграмм состояния.
Растворы неэлектролитов. Коллигативные свойства растворов. Криоскопия и эбуллиоскопия. Осмотическое давление раствора. Осмос в природе.
Равновесия в растворах электролитов. Процесс электролитической диссоциации. Термодинамическая активность ионов. Термодинамическая и концентрационная константы равновесия (в том числе диссоциации).
Сильные и слабые электролиты. Степень диссоциации.
Протолитические равновесия. Кислоты, основания, амфолиты по Брёнстеду. Вода как растворитель.
Дифференцирующие и нивелирующие растворители.
Автопротолиз. Ионное произведение воды. рН. Гидролиз катионов как диссоциация кислот — аквакомплексов и анионов (оснований по Бренстеду). Необратимый гидролиз. Применение гидролиза. Буферные растворы, природные буферные системы.
Диссоциация комплексных ионов. Константа устойчивости. Двойные соли.
Равновесие осадок–раствор. Произведение растворимости.
Окислительно-восстановительные процессы. Электродный потенциал. Водородный электрод. Уравнение Нернста. Окислительно-восстановительный потенциал. Константа равновесия окислительно-восстановительной реакции. Ряд напряжений.
Гальванические элементы и аккумуляторы. Топливные элементы.
Электрохимическая коррозия.
Окислительно-восстановительные реакции в митохондриях клеток.
Электролиз. Напряжение разложения. Перенапряжение. Особенности электролиза концентрированных растворов.

Строение вещества

Электронное строение атома. Понятие об описании квантовых систем с помощью волновой функции. Электронная плотность вероятности. Радиальная плотность вероятности. Атомные орбитали. s-, p-, d-, f-АО.
Энергетические диаграммы атомов. Заполнение АО электронами. Принцип Паули. Правило Хунда.
Размер атомов и ионов. Орбитальный, кристаллохимический и ковалентный радиусы атома. Ионизационный потенциал. Сродство к электрону. Электроотрицательность.
Периодический закон Д. И. Менделеева, его физическое обоснование. Особенность тяжелых элементов (ослабление и исчезновение периодичности). Современное значение периодического закона.
Химическая связь. Характеристики химической связи: энергия, длина, полярность, валентный угол. Перекрывание АО как условие образования связи. Типы перекрывания: -, -, -МО. Образование связывающих, разрыхляющих и несвязывающих молекулярных орбиталей (МО). Эффективность (плотность) перекрывания в зависимости от симметрии, относительной энергии АО и расстояния между ядрами. Кратные связи.
Метод молекулярных орбиталей в форме ЛКАО-МО. Энергетические диаграммы двухатомных гомо- и гетероядерных молекул, образованных элементами 1-го и 2-го периодов.
Кратность связи. Магнитные свойства молекул и веществ. Полярность связи и эффективный заряд на атоме. Молекула LiH как пример ионного соединения.
Принципы построения энергетических диаграмм простейших многоатомных молекул (CH₄, NH₃, H₂O). Делокализованные (многоцентровые) -связи на примере анионов неорганических оксокислот.
Дипольный момент молекулы. Полярные и неполярные молекулы.
Комплексные соединения. Координационное число. Катионные, анионные и нейтральные комплексы. Номенклатура. Типичные комплексообразователи и лиганды. Моно- и полидентантные лиганды. Применение метода ЛКАО-МО к описанию химической связи на примерах тетраэдрического иона NH⁴⁺ и оксоанионов неорганических кислот и октаэдрических аква-, галогено-, аммино- и цианокомплексов d-элементов.
p-Связывание. Стабилизация в поле лигандов. Стабильность и реакционная способность комплексных соединений в зависимости от электронного строения.
Изомерия.
Изменение свойств ионов и молекул при вхождении во внутреннюю сферу комплекса (на примере аквакомплексов как кислот).
Строение вещества. Образование атомной кристаллической решетки.
Элементы зонной теории. Запрещенная зона.
Металлы, полуметаллы, полупроводники, диэлектрики.
Образование ионной кристаллической решетки. Твердые электролиты.
Молекулярные вещества. Силы Ван-дер-Ваальса. Особенности межмолекулярного взаимодействия в ВМС. Роль водородных связей в структурировании вещества.
Агрегатные состояния вещества.
 Газообразное состояние: идеальный газ, закон Авогадро, уравнение Клапейрона–Менделеева. Реальные газы. Жидкое состояние: ближний и дальний порядок.
Твердое состояние: типы кристаллических решеток, дефекты, стекло; анизотропия свойств. Жидкие кристаллы.
Коллоидные частицы, системы. Строение коллоидных частиц на примере кремниевой кислоты и гидроксида железа (III). Коллоиды в природе.

Химия элементов

Систематическое изложение химии элементов включает общую характеристику группы, сравнение свойств элементов главной и побочной групп, основные сырьевые источники элементов и способы их переработки. Характеристика элементов побочных групп включает проявляемые валентности, типы соединений, окислительно-восстановительные и кислотно-основные свойства соединений, в том числе комплексных.
Водород.
Строение атома. Изотопы. Нахождение в природе, методы получения в лаборатории и промышленности. Физические и химические свойства. Гидриды металлов (ионные и металлоподобные) и неметаллов (кислотно-основные характеристики). Применение водорода. “Водородная энергетика”. Особенности (термодинамика, кинетика) реакций с участием дейтерия.
VIIA группа.
Электронное строение атомов и молекул. Размеры атомов, ионизационные потенциалы, сродство к электрону. Нахождение в природе, методы получения простых веществ в лаборатории и промышленности. Применение.
Галогеноводороды. Плавиковая и соляная кислоты, их получение и применение. Галогениды металлов и неметаллов.
Оксокислоты хлора. Электронное строение анионов, окислительно-восстановительные свойства, кислотные свойства, диспропорционирование солей. Реакции получения. Бертолетова соль.
VIA группа.
Электронное строение атомов и молекул. Нахождение в природе, методы получения простых веществ в лаборатории и промышленности. Применение. Озон, “озоновый щит Земли”.
Водородные соединения. Строение молекул. Свойства водных растворов. Получение и применение сероводорода.
Сульфиды и полисульфиды.
Вода. Строение молекулы и вещества. Диаграмма состояния воды и ее “аномальные” свойства. Автопротолиз. Аквакомплексы.
Клатраты.
Оксиды металлов (металлоподобные, основные, амфотерные и кислотные) и неметаллов (кислотные, несолеобразующие). Получение и применение оксидов.
Пероксиды. Строение анионов (ЛКАО–МО). Физические и химические свойства, получение и применение пероксида водорода.
Оксокислоты халькогенов в степенях окисления +4 и +6. Строение анионов (МО). Кислотные и окислительно-восстановительные свой­ства. Свойства, получение и применение серной и сернистой кислот.
Тиосоединения.
VA группа.
Строение атомов и молекул. Нахождение в природе, получение и применение азота и фосфора. Их биогенность. Экологическая роль. Неустойчивость соединений азота.
Водородные соединения. Строение молекул. Получение, свойства и применение аммиака. Гидроксид и соли аммония.
Оксиды азота. Строение молекул. Свойства, определяющие экологическую роль оксидов азота (II) и (IV). Свойства, получение и применение азотной и азотистой кислот и их солей.
Оксокислоты фосфора (фосфорноватистая, фосфористая, фосфорная). Строение анионов. Кислотные и окислительно-восстановительные свойства. Получение, свойства и применение фосфорной кислоты и фосфатов. Фосфатная буферная система. Полифосфорные кислоты и полифосфаты. АТФ.
IVA группа.
Строение атомов и молекул простых веществ. Диаграмма состояния углерода. Активированный уголь. Полупроводниковые свойства кремния и германия. Нахождение в природе, получение и применение углерода и кремния.
Водородные соединения углерода и кремния.
Карбиды и силициды.
Оксиды углерода. Строение молекул, получение, свойства, применение. Угольная кислота и ее соли. Карбонатные буферные системы в природе.
Кремниевая кислота. Силикаты в природе и промышленности.
Силикагель, его адсорбционные свойства. Молекулярные сита. Стекло.
IIIA группа.
Соединения бора: бориды, бораны, борный ангидрид, борная кислота, бура.
Нахождение в природе, получение и применение алюминия. Положение в ряду напряжений, коррозионная стойкость. Катионные и анионные комплексы в водных растворах (амфотерность).
IIA группа.
Свойства оксидов, гидроксидов и солей. Нахождение в природе и применение магния и кальция. Временная и постоянная жесткость воды, цели и методы ее устранения. Биогенная роль магния и кальция.
IA группа.
Нахождение в природе, получение, применение щелочных металлов и их соединений. Оксиды, гидроксиды, пероксиды. Биогенная роль натрия и калия.
IIIB группа.
Строение атомов. Оксиды и гидроксиды. “Лантаноидное сжатие”. Мишметалл. Особенности химии актиноидов.
Понятие о радиационно-химических реакциях. Радиолиз воды. Биологически допустимая доза облучения.
Особенности химии радиоактивных элементов. Реакции с участием меченых атомов. Применение в медицинской диагностике.
IVB группа.
Строение атомов. Проявляемые степени окисления и их относительная стабильность. Диоксид циркония как твердый электролит. Применение титана и циркония.
VB группа.
Строение атомов. Проявляемые степени окисления и их относительная стабильность. Оксиды и гидроксиды. Катионные и анионные комплексы.
VIB группа.
Строение атомов. Проявляемые степени окисления и их относительная стабильность. Оксиды и гидроксиды. Изо- и гетерополикислоты. Хроматы и дихроматы. Катионные и анионные комплексы хрома. Применение хрома, молибдена и вольфрама. Биогенная роль молибдена.
VIIB группа.
Строение атомов. Проявляемые степени окисления и их относительная стабильность. Оксиды и гидроксиды марганца, реакции их получения и кислотно-основные и окислительно-восстановительные свойства. Высоко- и низкоспиновые катионные и анионные комплексы марганца.
VIIIB группа.
Семейство железа. Строение атомов. Полиморфизм железа. Ферромагнетизм.
Проявляемые степени окисления и их относительная стабильность в зависимости от лигандов. Высоко- и низкоспиновые комплексы. Оксиды и гидроксиды.
Ферриты. Стали.
Биогенная роль железа.
Благородные металлы VIIIB группы. Физико-химические свойства платины. Физиологически активные комплексы платины, их изомерия.
IB группа.
Строение атомов. Проявляемые степени окисления и их относительная стабильность. Оксиды и гидроксиды. Катионные и анионные комплексы. Соединения меди (I) и (II). Биогенная роль меди.
IIB группа.
Строение атомов. Амальгамы. Экологическая роль ртути.

Рекомендуемая литература

Дополнительная литература

Программу составили
проф. Гузей Л.С.
 доц. Жмурко Г.П.