Предисловие

Глава 1. Элементарная математика в химии

            § 1. Роль математики в химии

            § 2. Расчеты и оценки

            § 3. Алгебра

            § 4. Геометрия

            § 5. Элементы математического анализа

            § 6. Элементы комбинаторики

            § 7. Компьютерная математика в химии

            Литература

Глава 2. Строение атомов и молекул

            § 1. Происхождение атомов и молекул

            § 2. Строение ядер атомов. Ядерные реакции

            § 3. Элементарные понятия квантовой механики

            § 4. Электронные конфигурации атомов

            § 5. Химическая связь и строение молекул

            Литература

Глава 3. Химическая термодинамика

            § 1. Тепловые эффекты

            § 2. Второй закон термодинамики

            § 3. Фазовое равновесие и фазовые переходы

            § 4. Химическое равновесие

            § 5. Распределения по энергии и скорости

            § 6. Электрохимические цепи

            § 7. Термодинамические свойства растворов

            § 8. Нанохимия

            Литература

Глава 4. Химическая кинетика

            § 1. Закон действующих масс

            § 2. Зависимость скорости от температуры

            § 3. Сложные реакции

            § 4. Катализ

            § 5. Фотохимия

            Литература

Предисловие

            Перед вами – необычная книга о химии. В ней довольно мало химических формул, зато в изобилии встречаются математические символы, уравнения и графики функций. Здесь можно найти множество физических понятий, например "квант", "фотон", "теплота", "работа". И все-таки, на первом месте в книге стоит химия. Все математические методы и физические теории здесь играют только утилитарную роль: они помогают описывать химические вещества и реакции между ними.

            Основная задача книги – показать, что химия неотделима от математики и физики. Это связано с тем, что у химии нет своих собственных законов. Все законы химии, например Периодический или закон сохранения массы, имеют физическую природу. Основные теории химии также родом из физики, это – квантовая механика, кинетика и термодинамика (последние две употребляются со словом "химическая"); все они на элементарном уровне, доступном для школьников, рассмотрены в этой книге. И все-таки химия – самостоятельная наука. Главное, что отличает ее от других наук – разнообразие изучаемых объектов: только индивидуальных веществ известно более 20 миллионов, не считая многочисленных смесей. Физика изучает то, что дала природа, а химия – то, что создает сама, то есть новые вещества, которых в природе не существовало.

            Современная химия самым тесным образом взаимодействует со всеми другими областями естествознания. "Чистой" химии, изолированной от других наук, сегодня уже не существует. Все самое интересное в науке сегодня происходит на междисциплинарном уровне, на границах между химией, физикой, математикой и биологией. Об этом – наша книга.

            Предназначена она для школьников, имеющих склонность к естественным наукам, в первую очередь, для тех, кто участвует в научных олимпиадах. Ведь в основе книги – олимпиадные задачи разных уровней, от школьного до международного. Многие задачи приведены с подробными решениями, ко всем расчетным задачам даны ответы. Каждый параграф начинается с теоретического материала, который может быть интересен и сам по себе, а не только в связи с решением задач. Книгу можно использовать для дополнительных занятий по химии, самостоятельной работы, подготовки к химическим олимпиадам. Она имеет яркий физико-математический характер, но рассчитана все-таки на юных химиков – тех, кто будет определять лицо химической науки через пару десятилетий.

            Очень хочется, чтобы это были эрудированные и широко мыслящие люди, способные применить в химии все лучшее, что создано дружественными науками.

            Книга такого размера не может быть написана без поддержки со стороны. В первую очередь я бы хотел поблагодарить инициаторов данного издания – И.В. Ященко и Ю.Н. Торхова, которые предложили автору эту идею, а потом настаивали на ее реализации. Другая благодарность – авторам задач. Авторство – это деликатная тема. В химическом олимпиадном сообществе принято дарить друг другу задачи – именно так делают все авторы задач на Международных химических олимпиадах, материалы которых открыты для всех любителей химии. Большинство задач составлено автором книги, но не все, поэтому мне хотелось бы поблагодарить своих российских коллег и друзей, разрешивших использовать их задачи в данной книге – преподавателей Московского университета А.С. Белова, И.О. Глебова, А.А. Дроздова, С.И. Каргова, М.В. Коробова, Н.Е. Кузьменко, И.В. Трушкова, И.А. Успенскую, Д.В. Хохлова, а также преподавателя Казанского университета И.А. Седова.

            Вы держите в руках второе издание книги, первое вышло в 2007 г. По сравнению с ним, данное издание значительно расширено: сохранен почти весь старый материал за исключением нескольких, очень специальных задач, и добавлено много новых примеров и задач. Теоретического материала стало больше, и он теперь во многих параграфах разбит на два уровня: более сложная часть, которую можно пропустить при первоначальном чтении, выделена мелким шрифтом. Это должно облегчить восприятие теории. Число задач тоже увеличилось, во многих параграфах весьма значительно. В тех параграфах, где задач много, они разбиты на три уровня: первый – это стандартные задачи, соответствующие хорошему школьному уровню, задачи второго уровня уже требуют некоторых размышлений, а третий уровень – это сложные, многоступенчатые задачи, которые предлагались на олимпиадах высокого уровня, в том числе и на последней перед выходом этого издания – Московской Международной химической олимпиаде 2013 года. Добавлено много относительно простых задач, что позволит расширить круг читателей книги.

            Надеюсь, что все эти изменения сделают книгу лучше. Желаю вам приятного и полезного чтения и успехов в решении задач!

Ваш,
В.Еремин