Химия элементов и ее связь с положением элементов в Периодической системе.

Содержание разделов дисциплины.

Тема 1

Введение. Место и роль химии среди естественных наук. Предмет химии. Взаимосвязь химии и экологии.

Атомно-молекулярная теория, стехиометрические законы и основные понятия химии. Химический элемент. Простое и сложное вещество. Атом, молекула, ион, радикал. Моль - единица количества вещества. Относительные атомные и молекулярные массы. Число Авогадро. Молярная масса. Простейшие (эмпирические) и истинные формулы химических соединений. Закон постоянства состава. Закон сохранения массы. Закон эквивалентов. Химический эквивалент. Закон кратных отношений. Закон объемных отношений Гей-Люссака. Закон Авогадро и следствия из него. Молярный объем газа. Газовые законы. Уравнение Менделеева - Клапейрона. Парциальное давление газа в смеси. Закон парциальных давлений. Типы химических реакций. Уравнения химических реакций и стехиометрические расчеты, связанные с использованием весовых и объемных со-отношений веществ. Основные классы неорганических соединений.

Тема 2

Строение атома и периодическая система. Доказательства сложности строения атома. Модель атома по Бору. Постулаты Бора. Квантовые числа и энергетические уровни в атоме. Принцип Паули. Правило Хунда. Закон Мозли. Периодический закон Менделеева. Постулаты Менделеева. Строение периодической системы. Строение многоэлектронных атомов. Электронные и электронно-графические формулы атомов. Электронные аналоги. Правило октета. Энергия ионизации и сродство к электрону. Электроотрицательность. Строение ядра атома. Радиоактивность.

Тема 3

Химическая связь и строение молекул. Разновидности химической связи. Ковалентная связь. Описание химической связи методами валентных связей и молекулярных орбиталей. Физический смысл понятия валентности. Гибридизация орбиталей и конфигурация молекул. Донорно-акцепторная связь. Полярность ковалентной связи. Дипольный момент и другие количественные характеристики ковалентной, связи (длина, энергия). Формы существования свободных элементов. Ионная связь. Строение конденсированного вещества: ионные, атомные, ковалентные, молекулярные и металлические кристаллы. Их свойства. Типы кристаллических решеток. Жидкости и аморфные вещества.

Тема 4

Основы химической термодинамики. Предмет термодинамики. Основные определения: система (открытая, изолированная, закрытая, гомогенная, гетерогенная), поверхность раздела. Термодинамические функции состояния: внутренняя энергия, энтропия, энтальпия.

Энергетика химических реакций. Внутренняя энергия системы. Закон сохранения энергии - первый закон термодинамики. Теплосодержание (энтальпия). Экзо- и эндотермические реакции. Стандартное состояние системы. Тепловой эффект химической реакции Теплоты(энтальпии) образования химических соединений. Закон Гесса и следствие из него. Термохимические уравнения.

Энтропия - мера неупорядоченности термодинамической системы. Второй закон термодинамики. Свободная энергия Гиббса, как условие самопроизвольного протекания реакции.

Тема 5

Кинетика и механизм химических реакций. Химическое равновесие. Гомо- и гетерогенные реакции. Понятие скорости химической реакции. Кинетическая кривая и ее математическая обработка. Закон действия масс. Порядок реакции. Константа скорости химической реакции. Температурная зависимость скорости реакции. Энергия активации. Механизм реакции. Лимитирующая стадия механизма. Цепные реакции. Горение и самовозгорание. Катализ. Обратимые и необратимые реакции. Химическое равновесие и его константа. Принцип Ле-Шателье. Гетерогенные реакции. Фотохимические реакции.

Тема 6

Природа растворов и ионные реакции. Вода и водные растворы. Свойства воды. Водородная связь. Различные способы выражения концентрации и взаимные переход между ними: процентная, молярная, нормальная, моляльная концентрации, мольная доля. Растворимость. Разбавленные и насыщенные растворы.

Коллигативные свойства растворов неэлектролитов: осмотическое давление, давление насыщенного пара растворителя, температура кипения и замерзания раствора. Изотонический коэффициент Вант-Гоффа..

Электролитическая диссоциация. Свойства растворов электролитов. Степень диссоциации и ее взаимосвязь с изотоническим коэффициентом. Классификация электролитов по степени диссоциации. Обратимость процессов диссоциации слабых электролитов. Константа диссоциации. Закон разбавления Оствальда. Ступенчатая диссоциация. Диссоциация воды и ионное произведение воды. Водородный показатель и шкала рН.

Ионные реакции: диссоциация, нейтрализация, обменные реакции. Направление протекания ионных реакций. Форма записи. Электропроводность растворов. Сила кислот и оснований. Растворы сильных электролитов. Понятие коэффициента активности. Произведение растворимости. Гидролиз солей.

Тема 7

Окислительно-восстановительные процессы. Общая характеристика окислительно-восстановительных процессов. Понятие «степень окисления», правила определения. Важнейшие окислители и восстановители. Окислительно-восстановительная двойственность. Окислительно-восстановительные реакции (ОВР), форма записи, составление уравнений окислительно-восстановительных реакций. Принцип электронного баланса. Основные типы окислительно-восстановительных реакций: межмолекулярные, внутримолекулярные, диспропорционирования.

Тема 8

Электрохимические и электролитические процессы. Взаимосвязь между ОВР и электрохимическим процессом. Гальванический элемент. Электродный потенциал. Анод и катод. Электродный потенциал как характеристика окислительно-восстановительных свойств веществ. Ряд активности металлов. Стандартный потенциал и таблица стандартных потенциалов. Электрическая работа. Уравнение Нернста. Электроды 1-го, 2-го,, 3-го рода и редокс-электроды. Стеклянный электрод.

Электролитический процесс как обратный гальваническому. Электролиз расплавов и растворов, с инертным и активным анодом. Количественные законы электролиза. Электрокинетические явления. Перенапряжение. Коррозия металлов.

Тема 9

Химия элементов и ее связь с положением элементов в Периодической системе.

Химические свойства водорода.

Свойства галогенов: нахождение в природе, окислительно-восстановительные свойства, фтор как сильнейший окислитель, плавиковая и соляная кислоты, кислородные кислоты галогенов, галогениды и галогенаты. Применение галогенов.

Кислород и халькогены. Нахождение в природе, окислительно-восстановительные свойства, сероводород и сульфиды, серная и сернистая кислоты, сульфаты и сульфиты. Применение халькогенов и их соединений. Токсичность халькогенов.

Элементы подгруппы азота. Нахождение в природе, окислительно-восстановительные свойства. Аммиак и соли аммония. Оксиды азота. Азотная и азотистая кислоты, нитраты и нитриты. Фосфор. Фосфорная кислота, фосфаты.

Проблема связывания атмосферного азота. Токсичность элементов 5-й группы.

Элементы подгруппы углерода. Нахождение в природе, окислительно-восстановительные свойства. Неорганические соединения углерода: углекислый газ, карбонаты, окись углерода. Соединения кремния. Силикаты в природе. Германий, олово, свинец.

Элементы подгруппы бора. Борная кислота и бораты. Бориды и борогидриды. Свойства алюминия.

Щелочноземельные и щелочные металлы.

Переходные металлы - общие свойства.