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. Аллотропия. Химическая реакция. Химическая форма движения материи.

Атомно-молекулярное учение в современной химии. Стехиометрические законы. Стехиометрические и нестехиометрические соединения. Дальтониды и бертоллиды.

Агрегатные состояния вещества.  Газообразное состояние: идеальный газ, закон Авогадро, уравнение Клапейрона-Менделеева. Реальные газы. Жидкое состояние: ближний и дальний порядок. Кристаллическое состояние: кристаллическая решетка, дефекты, анизотропия свойств. Аморфное состояние. Стекла. Жидкие кристаллы. Квазикристаллы.

Химический процесс

Элементы химической термодинамики. Система и окружающая среда. Компонент. Фаза. Свойства системы.

Тепловые эффекты химических реакций. Внутренняя энергия и энтальпия. Энтальпия образования вещества. Стандартное состояние вещества. Закон Гесса. Энтальпия химической реакции.

Направление химической реакции. Энтропия. Энтропия вещества как функция термодинамической вероятности. Энтропия химической реакции.

Энергия Гиббса. Изменение энергии Гиббса системы как критерий и движущая сила самопроизвольных процессов в закрытых системах. Энергия Гиббса образования вещества. Термодинамическая активность.

Элементы химической кинетики. Скорость химической реакции. Методы ее наблюдения и измерения. Простые и сложные реакции. Основной закон химической кинетики. Порядок реакции и его экспериментальное определение. Зависимость скорости химической реакции от температуры. Уравнение Аррениуса. Энергия активации.

Катализ. Гомогенный и гетерогенный катализ. Автокатализ. Ферментативный катализ. Ингибирование реакции.

Химическое равновесие. Состояние химического равновесия. Константа равновесия химической реакции. Смещение химического равновесия. Принцип Ле Шателье. Фазовые равновесия и фазовые диаграммы.

Растворы. Основные понятия теории растворов. Способы выражения состава растворов. Влияние температуры и давления на растворимость веществ. Насыщенные и пересыщенные растворы. Коллигативные свойства растворов. Явление осмоса. Осмотическое давление раствора. Осмос в природе.

Равновесия в растворах электролитов. Процесс электролитической диссоциации. Сольватация ионов. Сильные и слабые электролиты. Степень диссоциации. Ионная сила раствора. Коэффициент активности иона.

Теория кислот и оснований Бренстеда-Лоури. Протолитические равновесия. Автопротолиз. Ионное произведение воды. Водородный показатель рН.

Вода как растворитель. Дифференцирующие и нивелирующие растворители.

Гидролиз солей. Гидролиз катионов и анионов как пример протолитического равновесия. Необратимый гидролиз.

Буферные растворы. Природные буферные системы.

Равновесие осадок-раствор. Произведение растворимости. Образование коллоидных систем при выделении малорастворимых веществ.

Окислительно-восстановительные реакции и электрохимические процессы. Составление уравнений окислительно-восстановительных реакций в растворах. Электродный потенциал и способ его измерения. Стандартный водородный электрод. Разность электродных потенциалов окислительно-восстановительной реакции и направление ее протекания. Уравнение Нернста. Константа равновесия окислительно-восстановительной реакции.

Электролиз. Напряжение разложения. Перенапряжение. Особенности электролиза концентрированных растворов.

Гальванические элементы и аккумуляторы. Топливные элементы.

Электрохимическая коррозия. Способы защиты от коррозии.

Координационные соединения. Комплексная частица, центральный атом и лиганды. Координационное число. Катионные, анионные и нейтральные комплексы. Моно- и полидентатные лиганды. Номенклатура координационных соединений.

Образование комплексных соединений в растворах.  Константа устойчивости комплексного иона. Химические реакции с участием комплексных ионов.

Строение вещества

Электронное строение атома. Понятие об описании квантовых систем с помощью волновой функции. Электронная плотность вероятности. Одноэлектронное приближение. Атомные орбитали. s-, p-, d-, f-АО. Графическое представление атомных орбиталей.

Энергетические диаграммы атомов. Заполнение АО электронами. Принцип Паули. Правило Хунда.

Размер атомов и ионов. Ковалентный, металлический и ионный радиус. Ионизационный потенциал. Сродство к электрону. Электроотрицательность.

Периодический закон Д. И. Менделеева, его физическое обоснование. Особенности тяжелых элементов (ослабление и исчезновение периодичности). Современное значение периодического закона.

Химическая связь. Виды химической связи. Характеристики химической связи: энергия и длина. Полярность связи. Дипольный момент молекулы.

Перекрывание АО как условие образования связи. Связи s- и p-типа. Описание химической связи методом линейной комбинации молекулярных орбиталей (ЛКАО-МО).

Энергетические диаграммы двухатомных гомо- и гетероядерных молекул, образованных элементами 1-го и 2-го периодов. Кратность связи. Магнитные свойства молекул и веществ. Принципы построения энергетических диаграмм простейших многоатомных молекул (CH₄, NH₃, H₂O). Окраска веществ.

Описание геометрического строения молекул в рамках метода отталкивания электронных пар (метод Гиллеспи).

Описание химической связи в комплексных соединениях. Применение метода ЛКАО-МО к описанию химической связи в октаэдрических комплексах переходных металлов. Энергия расщепления. Высокоспиновые и низкоспиновые комплексы. Окраска комплексов.

Структура ковалентных, ионных и металлических кристаллов. Элементы зонной теории. Металлы, полупроводники, диэлектрики.

Межмолекулярные взаимодействия. Молекулярные вещества. Силы Ван-дер-Ваальса. Влияние межмолекулярных взаимодействий на свойства веществ. Водородные связи.

Химия элементов

Общая характеристика химических элементов. Распространенность в природе. Классификация химических элементов. Закономерности изменения свойств в группах непереходных и переходных элементов.

Водород. Строение атома. Изотопы. Нахождение в природе, методы получения в лаборатории и промышленности. Физические и химические свойства. Гидриды металлов и неметаллов. Применение и биологическая роль водорода.

Элементы 17 группы. Электронное строение  и свойства атомов. Нахождение в природе, методы получения простых веществ в лаборатории и промышленности. Физические и химические свойства простых веществ. Взаимодействие галогенов с водой.

Соединения галогенов с водородом. Физические и химические свойства галогеноводородов. Галогеноводородные кислоты. Плавиковая и соляная кислоты, их получение и применение. Галогениды металлов и неметаллов.

Кислородные соединения галогенов. Оксиды. Оксокислоты хлора, брома и иода; их кислотные и окислительно-восстановительные свойства. Соли оксокислот.

 Применение и биологическая роль галогенов и их соединений.

Элементы 16 группы. Электронное строение  и свойства атомов. Размеры атомов, ионизационные потенциалы, сродство к электрону. Нахождение в природе, методы получения простых веществ в лаборатории и промышленности. Физические и химические свойства простых веществ.

Кислород, озон. Оксиды металлов (металлоподобные, основные, амфотерные и кислотные) и неметаллов (кислотные, несолеобразующие). Получение и применение оксидов. Пероксиды и супероксиды. Вода и пероксид водорода. Диаграмма состояния воды. Применение и биологическая роль кислорода и его соединений.

Сера. Аллотропные модификации. Водородные соединения серы, сульфиды и полисульфиды. Получение и применение сероводорода. Оксиды серы, строение молекул. Серная и сернистая кислоты: получение, кислотные и окислительно-восстановительные свойства.  Применение и биологическая роль серы и ее соединений.

Селен, теллур. Водородные и кислородные соединения селена и теллура. Применение и биологическая роль селена, теллура и их соединений.

Элементы 15 группы. Электронное строение  и свойства атомов. Нахождение в природе. Физические и химические свойства простых веществ.

Соединения азота с водородом. Аммиак. Строение молекулы. Получение, свойства и применение аммиака. Аммиак как основание. Соли аммония.

Оксиды азота. Строение молекул. Физические и химические свойства. Свойства, получение и применение азотной и азотистой кислот и их солей.

Применение и биологическая роль азота и его соединений.

Фосфор. Аллотропные модификации. Гидриды и оксиды фосфора. 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.

Применение и биологическая роль фосфора и его соединений.

Мышьяк, сурьма и висмут. Физические и химические  свойства. Соединения мышьяка, сурьмы и висмута. Применение и биологическая роль

Элементы 14 группы. Электронное строение и свойства атомов. Изменение свойств простых веществ в группе (диэлектрики, полупроводники, металлы).Нахождение в природе. Физические и химические свойства. Соединения элементов 14 группы с водородом.

Углерод. Аллотропные модификации. Оксиды углерода,  угольная кислота и ее соли.  

Оксид кремния и кремниевые кислоты. Силикаты в природе и промышленности. Силикагель, его адсорбционные свойства. Молекулярные сита. Стекло.

Оксиды и гидроксиды олова и свинца: кислотно-основные и окислительно-восстановительные свойства.

Элементы 13 группы. Электронное строение  и свойства атомов.

Бор. Физические и химические свойства. Соединения бора: бориды, бораны, борный ангидрид, борная кислота, бура.

Алюминий. Нахождение в природе, получение и применение алюминия. Физические и химические свойства. Оксид и гидроксид алюминия. Соли. Комплексные соединения.

Щелочные металлы. Электронное строение и свойства атомов. Изменение свойств простых веществ в группе. Нахождение в природе. Физические и химические свойства. Гидриды, оксиды, гидроксиды, пероксиды.  Применение и биологическая роль соединений натрия и калия.

Бериллий, магний и щелочноземельные металлы. Электронное строение и свойства атомов. Нахождение в природе. Физические и химические свойства.Свойства гидридов, оксидов, пероксидов, гидроксидов и солей. Временная и постоянная жесткость воды, цели и методы ее устранения. Применение и биологическая роль соединений магния и кальция.

3 группа. Электронное строение и свойства атомов.  "Лантаноидное сжатие". Особенности химии актиноидов. Оксиды и гидроксиды.

Особенности химии радиоактивных элементов. Реакции с участием "меченых атомов". Применение в медицинской диагностике.

Понятие о радиационно-химических реакциях. Радиолиз воды. Биологически допустимая доза облучения.

Элементы 4 группы. Электронное строение и свойства атомов. Проявляемые степени окисления и их относительная стабильность. Физические и химические свойства. Оксиды, гидроксиды и галогениды металлов 4 группы. Применение и биологическая роль.

Элементы 5 группы. Электронное строение и свойства атомов. Проявляемые степени окисления и их относительная стабильность. Физические и химические свойства. Оксиды и гидроксиды: кислотно-основные и окислительно-восстановительные свойства. Катионные и анионные комплексы. Применение и биологическая роль.

Элементы 6 группы. Электронное строение и свойства атомов. Проявляемые степени окисления и их относительная стабильность. Физические и химические свойства. Оксиды и гидроксиды: кислотно-основные и окислительно-восстановительные свойства.  Изо- и гетерополикислоты. Хроматы и дихроматы. Катионные и анионные комплексы хрома. Применение хрома, молибдена и вольфрама. Биологическая роль молибдена.

Элементы 7 группы. Электронное строение и свойства атомов. Проявляемые степени окисления и их относительная стабильность. Физические и химические свойства. Оксиды и гидроксиды металлов 7 группы: устойчивость, кислотно-основные и окислительно-восстановительные свойства. Оксиды марганца. Марганцевая кислота и ее соли. Комплексы марганца.

Элементы триады железа: железо, кобальт, никель. Электронное строение и свойства атомов. Проявляемые степени окисления и их относительная стабильность. Физические и химические свойства. Полиморфизм железа. Ферриты. Ферромагнетизм. Чугун и стали.

Оксиды и гидроксиды железа, кобальта и никеля: кислотно-основные и окислительно-восстановительные свойства. Соли металлов триады железа.

Координационные соединения металлов триады железа. Высоко- и низкоспиновые комплексы. Ферриты. Стали. Биологическая роль железа.

Благородные металлы. Физико-химические свойства платины. Физиологически активные комплексы платины, их изомерия.

Элементы 11 группы. Электронное строение и свойства атомов. Проявляемые степени окисления и их относительная стабильность. Физические и химические свойства. Оксиды и гидроксиды. Катионные и анионные комплексы. Соединения меди (I) и (II). Биологическая роль меди.

Элементы 12 группы. Электронное строение и свойства атомов. Физические и химические свойства. Особые свойства ртути. Оксиды, гидроксиды и соли. Комплексные соединения. Применение и биологическая роль.

Рекомендуемая литература

Дополнительная литература

Программу составили
доцент Жмурко Г.П.,
вед. науч. сотр. Кузнецов В.Н.