Теоретическая неорганическая химия. Физика и химия микромира

§ 1.1. Естественные науки. Научный метод познания

С древности человек старался познать Природу (или, что то же, Вселенную, окружающий мир и т. д.) и понять свое место в ней. Важная роль в познании мира всегда принадлежала науке. Со Средних веков прослеживались намеки на деление наук на точные (естественные) и изящные (гуманитарные или, как шутят физики, противоестественные), что и было более или менее оформлено в XVIII-XIX вв. Точные науки изучают законы развития материального мира, гуманитарные науки - законы развития общества.

К естественным (точным) наукам относятся математика, физика, химия и биология. Математика занимает особое место. Дело в том, что научный способ получения информации об окружающем мире основан на наблюдении и измерении. Так было всегда - и тогда, когда люди считали только на пальцах, и сейчас, когда существуют фантастически сложные приборы для уникальных по точности экспериментов. Чтобы выражать результаты измерений, люди уже давно придумали числа. Математика - наука о числах и их отношениях. Таким образом, математика - это творение чистого Разума, она имеет дело с объектами, созданными человеком, тогда как остальные естественные науки изучают Природу, которая появилась независимо от человека.

Развитие науки проходит через рождение научных теорий (идей), их становление, расцвет и старение. В примитивном изложении это выглядит следующим образом. Допустим, теория правильно описывает некоторый круг явлений. По мере развития данной области знания выполняются эксперименты (измерения), которые дают новую информацию. И наконец, рано или поздно появляются данные, которые противоречат этой теории. Тогда ученые создают новую модель на новых принципах и понятиях, согласующуюся с экспериментом. Новая модель может быть развитием и модификацией старой модели (так чаще всего и происходит) или она может в корне изменить наши прежние представления. Перевороты в науке совершаются очень редко. Последний «переворот» в химии был обязан квантовой механике.

Далее теперь уже в рамках новой модели ученые формулируют гипотезы, которые могут подсказать, какие провести эксперименты (что нужно измерить), чтобы убедиться в правильности модели. И если такие эксперименты подтверждают наши предсказания, модель становится признанной теорией, и эта теория описывает уже более широкий круг явлений, чем более раняя теория.

Таким образом, упрощенно механизм появления новых теорий выглядит так:

Процесс создания теории может занимать всего несколько лет, как это было с предложенной Нильсом Бором теорией строения (моделью) атома водорода, или несколько столетий, как это было с пониманием природы света (объяснение дуализма волна-частица). Важно то, что развитие науки - необратимый процесс. Не существует вечных теорий, не бывает моделей, даже самых подробных, которые могут описать любое природное явление. В Природе нарушаются любые законы, даже самые общие. Например, закон сохранения энергии нарушается при флуктуациях вакуума, хотя и на очень короткое время. Процесс познания приводит к тому, что для любой, даже самой фундаментальной теории находятся объекты, которые не вписываются в эту теорию и для описания которых приходится изобретать новую теорию. Бывает и так, что идея, ошибочная на данном уровне развития науки, может заложить основы целого научного направления благодаря исследованиям на более высоком уровне, как это случилось с идеей Бертолле о существовании соединений переменного состава (см. § 1.3). Процесс познания Природы продолжится до тех пор, пока существует человек.

Teorinė chemija statusas T sritis chemija apibrėžtis Chemijos sritis, nagrinėjanti chemijos principus ir dėsnius. atitikmenys: angl. pure chemistry; theoretical chemistry rus. теоретическая химия … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

Химия почв - Химия почв это раздел почвоведения, изучающий химические основы почвообразования и плодородия почв. Основой для решения этих вопросов служит исследование состава, свойств почв и протекающих в почвах процессов на ионно молекулярном и… … Википедия

Химия одноуглеродных молекул - (С1 химия) раздел химии, изучающей различные классы веществ, в состав молекулы которых входит только один атом углерода. Как отдельная отрасль знаний С1 химия появляется с развитием перспективных технологий получения углеродсодержащего сырья,… … Википедия

Химия высокомолекулярных соединений - Химия полимеров один из перспективных и успешно развивающихся разделов химической науки. Делится на разделы: физическая химия полимеров, структурная и т. д. Благодаря успешному развитию химии полимеров создаются новые материалы, нашедшие… … Википедия

ХИМИЯ - (греч. chymeia, от chymos сок). Отрасль естествоведения, исследующая природу и свойства простых тел, частичное влияние этих тел друг на друга и соединения, являющиеся следствием этого влияния. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского… … Словарь иностранных слов русского языка

ХИМИЯ - ХИМИЯ, химии, мн. нет, жен. (греч. chemeia). Наука о составе, строении, изменениях и превращениях, а также об образовании новых простых и сложных веществ. Химию, говорит Энгельс, можно назвать наукой о качественных изменениях тел, происходящих… … Толковый словарь Ушакова

Химия - У этого термина существуют и другие значения, см. Химия (значения). Химия (от араб. کيمياء‎‎, произошедшего, предположительно, от египетского слова km.t (чёрный), откуда возникло также название Египта, чернозёма и свинца «черная… … Википедия

Химия окружающей среды - Не следует путать с Экологическая химия. Химия окружающей среды раздел химии, изучающий химические превращения, происходящие в окружающей природной среде. Основные сведения Химия окружающей среды включает в себя более узкие разделы химии,… … Википедия

Химия полимеров - Эту статью следует викифицировать. Пожалуйста, оформите её согласно правилам оформления статей … Википедия

Химия силикатов - – раздел физической химии, подразумевающий изучение физического и химического строения, структуры, состава, физических и химических свойств веществ, в основе которых лежит кремний, в сочетании с кислородом и другими элементами на 90 %… … Википедия

Книги

• Химия элементов. В 2-х томах (комплект) , Гринвуд Н., Эрншо А. В фундаментальном учебном издании английских авторов химия элементов представлена как развивающаяся дисциплина, объединяющая разные области науки - неорганическая, аналитическая,… Купить за 1852 руб
• Химия элементов. Учебник (количество томов: 2) , Гринвуд Норман. В фундаментальном учебном издании английских авторов химия элементов представлена как развивающаяся дисциплина, объединяющая разные области науки - неорганическая, аналитическая,…

1.Электронное строение атомов.

Квантовые числа. Состояние электрона в атоме, согласно квантомеханическим представлениям, можно описывать с помощью чисел, называемых квантовыми.

Главное квантовое число – n , характеризует энергию орбитали и ее размер n=1,2,…∞, n=N периода.

Набор орбиталей с одинаковым значением главного квантового числа определяет энергетический уровень.

Орбитальное квантовое число (побочное) – l , характеризует форму орбитали, подуровень энергетического уровня, орбитальный момент количества движения электрона, энергию электрона на подуровне, принимает значения s , p , d , f … n -1, кол-во значений n .

Магнитное квантовое число – m , характеризует направленность орбитали в пространстве, число орбиталей на подуровне с одинаковой энергией, принимает значения m =- l ..,0,..+ l , кол-во значений 2 l +1.

Спиновое квантовое число – s , характ. Собственный момент количества движения электрона, принимает значения s =+½ ,-½., кол-во значений 2.

Принцип Паули: в атоме не может быть двух ℮, имеющих одинаковые значения всех 4 квантов. чисел.

Следствие: в каждую квантовую ячейку можно поместить только 2 электорна с противоположными спинами

Правила Клечковского:

а) электроны заполняют подуровни в порядке возрастания суммы n+l

б)если суммы n+l одинаковы, то электроны заполняют подуровни в порядке возрастания n.

Следствия:

d-подуровень заполняется с отставанием на 1 уровень, т.е 3d заполняется после 4s

f-подуровень с отставанием на 2 уровня, т.е 4 f заполняется после 6s. Искл. лантан-6s 5 5d (вместо 6s 2 4f 1) , актиний 7s 2 6d (вместо 7s 2 5f 4).

Распределение электронов по уровням называется электронной формулой , напр. Al-1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 .

Правило Хунда: min энергия атома соответствует такое распределение ℮ по атомным орбиталям данного подуровня, при котором абсолютное значение суммарного спина атома max.

S , p , d , f -элементы . Период – это совокупность элементов с одинаковым значением энергии.

Каждый период начинается двумя s-элементами и, кроме 1-го, заканчива­ется шестью р-элементами. В 7-м периоде р-элементов нет, так как период не достроен. В больших периодах между s - и р-элементами размещаются десять d-элементов. В 6-м и 7-м периодах за первыми d -элементами (La и Ас) находят­ся 14 f -элементов.

Периодическое изменение свойств.

Электроотрицательность (ЭО) – это способность атома притягивать к себе ℮.

Энергия ионизации атома – это кол-во энергии, которой необходимо для отрыва ℮ элемента э 0 от атома для превращения его в катион (+): э 0 -℮→э + . Энергия необходимая для удаления 1 моля электронов от одного моля атомов какого-либо элемента наз. первой энергией ионизации . Характеризует восстановительную способность элементов. Первая энергия определяется электронным строением элементов, и ее изменение имеет периодический характер. Наименьшее значение имеют щелочные элементы, находящиеся в начале периода. Наибольшее – благородные газы, находящиеся в конце периода.

Сродство к ℮ - это энергия, которая выделяется при присоединении ℮ к нейтральному атому, т.е. при превращении атома в анион (-): э 0 +℮→э - +Е ср.

При движении слева направо по периодам : R атомов ↓;металличность ↓;энергия ионизации ;не металличность ; ЭО .

При движении сверху вниз по группам : R атомов ;металличность ;энергия ионизации ↓не металличность ↓;ЭО ↓.Сродство к ℮ .

2.Химическая связь.

Металлическая связь – хим. связь, образованная за счет обобществления валентных электронов всех связываемых атомов металлического кристалла. В результате образуется единое электронное облако кристалла, которое легко смещается под действием электрического напряжения - отсюда высокая электропроводность металлов. Она образуется тогда, когда связываемые атомы большие и потому склонны отдавать электроны. Простые в-ва с металлической связью -Ме (Na, Ba, Al, Cu, Au и др.), сложные в-ва - интерметаллические
соединения (AlCr2, Ca2Cu, Cu5Zn8 идр.). Она не обладает направленностью насыщаемостью,сохраняется и в расплавах металлов.

Ковалентная связь- хим. связь между атомами, осуще­ствляемая обобществленными электронами как в молеку­лах, так и в кристаллах. Возникает между одинаковыми и разными атомами. Характерными особенностями явля­ются её насыщаемость и направленность. Насыщаемость обусловлена тем, что во взаимодействии участвуют электроны только вешних энергетических уровней, т. е. ограниченное число электронов.Электронные облака имеют определенную простран­ственную ориентацию. обладает направленностью.

Полярность КС . В молекулах, содержащих ядра атомов одного и того же элемента, одна или несколько пар электронов в равной мере принадлежат обоим атомам, каждое ядро атома с одинаковой силой притяги­вает пару связывающих электронов. Такая связь называется неполярной ковалентной связью.

Если пара электронов, образующих химическую связь, смещена к од­ному из ядер атомов, то связь называют полярной кова­лентной связью

Образование ковалентной связи может происходить при взаимодействии одного атома или иона с заполненной атомной орбиталью с другим атомом или ионом, имеющим вакантную (свободную) атомную орбиталь. Такой механизм образования ковалентной связи называется донорно-акцепторным . Атом или ион, поставляющий пару электронов, называют донором , а атом или ион, к которому эта пара

электронов пере­мещается, - акцептором .Согласно методу ВС, ковалентная связь по донорно-акцепторному механизму возникает при перекрывании вакантной орбитали акцептора с заполненными орбиталями донора или донорной группы. Поэтому донорная группа должна содержать по меньшей мере одну неподеленную пару электронов.

Ионная связь- осуществляется в результате образования и электростатического взаимодействия противоположно заряжен­ных ионов. может возникать лишь при больших различиях в значениях электроотрицательностей атомов.ионная связь не обладает направленностью. Взаимодействие 2 противоположно заря­женных ионов не приводит к полной взаимной компенсации их полей, они сохраняют способность притягивать и другие ионы. ионная связь не обладает насыщаемостью. соедине­ния с ионной связью представляют собой кристаллические вещества. Лишь при высоких температурах, когда вещество переходит в газообразное состояние, ионные соединения могут существо­вать в виде неассоциированных молекул.Ионную связь можно рассматривать как предельную поляр­ную химическую связь, для которой эффективный заряд атома близок к единице.

Метод валентных связей. В основе метода ВС лежат следующие положения:

1. Ковалентная химическая связь образуется двумя электронами с противоположно направленными спинами, причем эта электронная пара принадлежит двум атомам. Комбинации таких двухэлектронных двухцентровых связей, отражающие электронную структуру молекулы, получили название валентных схем.

2. Ковалентная связь тем прочнее, чем в большей степени перекрываются взаимодействующие электронные облака.

Для наглядного изображения валентных схем обычно пользуются следующим способом: электроны, находящиеся во внешнем электронном слое обозначают точками, располагаемыми вокруг химического символа атома. Общие для двух атомов электроны показывают точками, помещаемыми между их химическими символами; двойная или тройная связь обозначается соответственно двумя или тремя парами общих точек:

Число общих электронных пар, связывающих атом данного элемента с другими атомами, или, иначе говоря, число образуемых атомом ковалентных связей, называется ковалентностью по методу ВС.

Теория гибридизации: 1. Процесс смещения орбиталей различных подуровней с образованием новых орбиталей, пормежуточных по форме и энергии; 2)Хим. Связи, образованные гибридными орбиталями, обладают большей прочностью чем связи, образованные негибридными; 3. Число гибридных орбиталей всегда = числу смешивающихся орбиталей; 4.связи направлены симметрично, образующиеся молекулы неполярны.

МОЛКАО. Метод молекулярных орбиталей (МО) наиболее нагляден в его графической модели линейной

комбинации атомных орбиталей(ЛКАО). Метод МОЛКАО основан на следующих правилах.

1. При сближении атомов до расстояний химических связей из атомных орбиталей (АО) образуются молекулярные.

2. Число полученных молекулярных орбиталей равно числу исходных атомных.

3. Перекрываются атомные орбитали, близкие по энергии. В результате перекрывания двух атомных орбиталей образуются две молекулярные. Одна из них имеет меньшую энергию по сравнению с исходными атомными и называется связывающей, а вторая молекулярная орбиталь обладает большей энергией, чем исходные атомные орбитали, и называется разрыхляющей.

4. При перекрывании атомных орбиталей возможно образование и σ-связи (перекрывание по оси химической

связи), и π-связи (перекрывание по обе стороны от оси химической связи).

5. Молекулярная орбиталь, не участвующая в образовании химической связи, носит название несвязывающей.

Ее энергия равна энергии исходной АО.

6. На одной молекулярной орбитали (как, впрочем, и атомной) возможно нахождение не более 2 электронов.

7. Электроны занимают молекулярную орбиталь с наименьшей энергией (принцип наименьшей энергии).

8. Заполнение вырожденных орбиталей происходит последовательно по одному электрону на каждую из них

Хим. Связь в полупроводниках. В веществах, обладающих полупроводниковыми свойствами, доминирующей связью является ковалентная связь. Механизм образования химической связи можно представить следующим образом: каждый атом кремния в возбуждённом состоянии имеет 4 валентных электрона (3s1 3p3), находящихся в состоянии sp3- гибридизации. Электронные облака направлены к вершинам правильного тетраэдра, в центре которого находится атом кремния. В кристалле каждый атом окружен 4мя аналогичными атомами с образованием ковалентных связей. На каждую из них атом отдает по одному электрону; таким образом от каждого атома кремния участвует 4 валентных электрона. В кристалле возникает трехмерная сетка непрерывно повторяющихся тетраэдрически направленных связей.

Типы межмолекулярного взаимодействия. Существование в-в в различных агрегатных состояниях свидетельствует отом, что между частицами имеет место взаимодействие, обусловленное ван-дер-ваальсовыми силами притяжения. Наиболее важной чертой ван-дер-ваальсовых сил является ихуниверсальность, т.к они действуют между всеми атомами и молекулами. Существует несколько объяснений природы ван-дер-ваальсовых сил, важнейшим из которых является электростатическое взаимодействие, которое основывается на том, что хотя атомы или молекулы в целом электронейтральны, все же в них вследствие орбитального движения электронов постоянно возникают мгновенные электрические дипольные моменты. Взаимодействие мгновенного и индуцированногодипольных моментов называется дисперсионным .Существуют молекулы, обладающие постоянным электрическим дипольным моментом. Они могут взаимодействовать как с аналогичными молекулами, так и снеполярными, но способными к поляризации. Это явление называется ориентационным взаимодействием . Если полярная и неполярная молекулы приходят в соприкосновение, то под влиянием полярной молекулы неполярная поляризуется и в ней возникает (индуцируется) диполь. Индуцированный диполь притягивается к постоянному диполю полярной молекулы. Такое взаимодействие называется индукционным . Рассмотренные типы взаимодействия относятся к электростатическому взаимодействию. Одной из разновидностей взаимодействия между полярными молекулами является водородная связь.

Связь между водородом и одним из этих атомов характеризуется достаточной полярностью, поскольку связующее

электронное облако смещено в сторону более электроотрицательногоатома. Водород в данном случае расположен

на положительном конце диполя. Два и более таких диполей взаимодействуют между собой так, что ядро атома
водорода одной молекулы притягивается неподеленной электронной парой второй молекулы.

3. Химическая кинетика. Факторы, влияющие на скорость хим. реак .: Природа реагирующих веществ, концентрация,

температура, катализаторы, поверхность раздела (для гетерогенных реакций). различные виды излучений.Форма сосуда.

Зависимость скорости реакций от концентрации. Закон действия масс: Скорость хим. реакций прямо пропорциональна произведению молярных концентраций реагирующих веществ в степенях, соответствующих их коэффициентам:mA+nB=pC+qD; =K c C A m C B n (для гомогенных сист.)Для гетерогенных сист. скорость не зависит от концентрации. Константа скорости – скорость реакции при концентрации вещества 1моль/л (зависит от природы реагирующих веществ и температуры).

Задачу генезиса (происхождения... эпоху эллинизма на основе слияния прикладной химии египтян с греческой натурфилософией... Жолио-Кюри и др.), заложил основы квантовой химии (Полинг и Малликен) и...

Страница 29 из 35

Современная теоретическая химия

Современная теоретическая химия основана на общефизическом учении о строении материи, на достижениях квантовой механики и статистической физики. Современная химическая наука, опираясь на прочные теоретические основы, непрерывно расширяется вширь и вглубь.
В частности, происходит открытие и изучение новых, качественно различных дискретных химических частиц. Так, еще в первой половине XIX в. при изучении электролиза были обнаружены особые электрически заряженные частицы, образованные из атомов и молекул, – ионы. Было выяснено, что ионы являются структурными единицами многих кристаллов, кристаллических решеток металлов, они существуют в атмосфере, в растворах и т.д.

В начале XX в. химики открыли свободные радикалы как одну из активных форм химичес-кого вещества. Они образуются из молекул путем отщепления отдельных атомов или групп и содержат атомы элементов в необычном для них валентном состоянии, что связано с наличием одиночных или неспаренных электронов, являющихся причиной их исключительной химической активности.

К своеобразным формам химического вещества относятся также макромолекулы. Они состоят из сотен и тысяч атомов и вследствие этого приобретают, в отличие от обычной молекулы, качественно новые свойства.

Применение методов квантовой механики в химических исследованиях привело к возникновению квантовой химии. Был разработан метод молекулярных орбиталей, рассматривающий целостную электронную структуру молекулы. На его основе рассчитываются энергетические и электронные параметры молекул. Этот метод получил распространение и в теории органической химии.

Квантово-механические представления привели к появлению учения об абсолютных скоростях химических реакций, которое легло в основу химической кинетики.

Сильный толчок развитию неорганической химии дало проникновение в недра атома и изучение ядерных процессов. Поиски элементов, наиболее пригодных для расщепления в ядерных реакторах, способствовали исследованию малоизученных и синтезу новых элементов с помощью ядерных реакций. Ядерные превращения и сопутствующие им физико-химические явления стали объектами изучения ядерной химии и радиохимии. В связи с этим ученые занялись разработкой методики выделения и концентрации радиоактивных изотопов.

Влияние магнитных полей на химические процессы исследуют электрохимия и магнито-химия. Изучение взаимодействия вещества с плазмой дало начало плазмохимии. Химия полимеров изучает синтез и свойства высокомолекулярных соединений.

Больших успехов добилась органическая химия. Она сложилась в самостоятельную науку еще во второй половине XIX в., чему способствовало накопление большого эмпирического и теорети-ческого материала о соединениях углерода и его производных. Определяющим фактором для всех органических соединений являются особенности валентного состояния углерода – способность его атомов связываться между собой как одинарной, так и двойной, тройной связями в длинные линейные и разветвленные цепи. Благодаря бесконечному многообразию форм сцепления углеродных атомов, наличию изомерии и гомологических рядов почти во всех классах органических соединений возможности получения этих соединений практически безграничны.

В современной химии накапливаются данные о химической эволюции вещества во Вселенной, что позволяет составить общую картину эволюции природы. На этом пути химия активно интегрируется с другими естественными науками, в результате чего появились геохимия, гидрохимия, химия атмосферы, биогеохимия. В перечисленных науках постепенно формируются представления о планетарных миграциях химических элементов. Биохимия изучает жизненные циклы, осуществляемые с участием белковых катализаторов – ферментов. Есть совсем новая
наука – молекулярная психология, связывающая молекулярную биологию с наукой о поведении живых организмов.

Но самые тесные связи издавна связывают химию с физикой. Результатом становится возникновение все новых и новых смежных физико-химических отраслей знания. Огромное значение, которое имеет эта связь, требует специального рассмотрения вопроса о связи химии и физики.

Оглавление
Физика и химия микромира.
Дидактический план
Основы физики микромира
Строение атома
Поле и вещество
Мир элементарных частиц
Свойства элементарных частиц
Характеристики элементарных частиц и их классификация
Основы кварковой теории
Корпускулярно-волновой дуализм света и вещества
Движение и взаимодействие в физике
Понятие взаимодействия
Общая характеристика физических взаимодействий
Гравитационное взаимодействие
Электромагнитное взаимодействие
Слабое взаимодействие
Сильное взаимодействие
Теории Великого объединения и Суперобъединения
Понятие о веществе и его свойствах

ПРОГРАММА УГЛУБЛЕННОГО КУРСА ХИМИИ

ДЛЯ IX – XI КЛАССОВ

Миссюль Борис Викторович

Санкт-Петербург

УЧЕБНО-ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН

Класс

№	Наименование разделов и тем	Количество учебных часов
	Теоретическая неорганическая химия
	Электронное строение вещества.
	Ионная связь.
	Природа ковалентности
	Ковалентные соединения неметаллов с кратными связями элемент–элемент.
	Ковалентные соединения непереходных металлов (Hg, Tl, Ge–Sn–Pb, Sb, Bi).
	Соединения с промежуточным типом химической связи.
	Химия водных и неводных растворов.
	Теория химической связи в соединениях переходных металлов.
	“Несвязывающие электроны”, их влияние на свойства молекул.
	Устойчивость ковалентных соединений переходных металлов.
	Представления о каркасных и кластерных соединениях.
	Соединения поздних переходных металлов (подгруппы кобальта, никеля и меди).
	Лантаноиды и актиноиды (f-элементы).
	Невалентные взаимодействия.
	Химия элементов
	Водород.
	Элементы первой главной подгруппы (щелочные металлы)
	Металлы четвертой побочной подгруппы (титан, цирконий, гафний).
	Металлы пятой побочной подгруппы (ванадий, ниобий, тантал)
	Металлы шестой побочной подгруппы (хром, молибден, вольфрам).
	Металлы седьмой побочной подгруппы (марганец, технеций, рений).
	Металлы восьмой побочной подгруппы (железо, кобальт, никель, рутений, родий, палладий, осмий, иридий, платина).
	Металлы первой побочной подгруппы (медь, серебро, золото).
	Металлы второй побочной подгруппы (цинк, кадмий, ртуть).
	Металлы третьей побочной подгруппы (скандий, иттрий, лантан, лантаноиды, актиноиды).
	Инертные газы.

Класс

№	Наименование разделов и тем	Количество учебных часов
	Введение в химическую термодинамику
	Основные понятия химической термодинамики.
	Первый закон термодинамики.
	Второй закон термодинамики.
	Термодинамические функции.
	Химическое и фазовое равновесия
	Условия химического равновесия
	Фазовые равновесия.
	Фазовые диаграммы двухкомпонентных систем.
	Растворы.
	Насыщенный раствор и растворимость
	Давление насыщенных паров над раствором.
	Коллигативные свойства растворов.
	Взаимодействие растворителя с веществом.
	Теории кислот и оснований.
	Методы очистки веществ.
	Термодинамические аспекты получения “абсолютно чистых веществ”
	Введение в электрохимию.
	Окислительно-восстановительные процессы и степень окисления.
	Стандартные электродные потенциалы.
	Введение в химическую кинетику.
	Кинетические уравнения.
	Зависимость скорости реакции от температуры.
	Параллельные процессы.

Класс

№	Наименование разделов и тем	Количество учебных часов
	Теоретическая органическая химия
	Строение органических соединений
	Основы стереохимии органических соединений
	Физические свойства органических соединений как функция структуры
	Классификация органических реакций
	Природа и характер влияния структурных и внешних факторов на реакционную способность органических соединений
	Делокализация заряда как фактор стабилизации заряженных частиц.
	Пространственные эффекты.
	Внутримолекулярное взаимодействие функциональных групп как фактор, влияющий на реакционную способность.
	Нуклеофильное замещение у насыщенного атома углерода.
	Элиминирование.
	Гетеролитическое присоединение.
	Нуклеофильное присоединение к кратным связям углерод–гетероатом
	Электрофильное присоединение.
	Электрофильное замещение в алифатическом ряду.
	Теория ароматичности.
	Ароматическое электрофильное замещение
	Ароматическое нуклеофильное замещение
	Гомолитические реакции.
	Перициклические реакции.
	Реакции, идущие через карбены.
	Ион-радикальные реакции.
	Органическая химия
	Принципы классификации органических соединений
	Алканы и циклоалканы
	Алкены и алкины.
	Спирты и простые эфиры.
	Органические пероксиды и озониды
	Органогалогениды
	Металлорганические соединения
	Альдегиды и кетоны
	Карбоновые кислоты и их производные
	Амины.
	Алифатические диазосоединения
	Органические нитро- и нитрозосоединения, нитриты и нитраты
	Органические производные серы
	Фосфорорганические соединения
	Кремнийорганические соединения
	Ароматические углеводороды
	Ароматические нитросоединения
	Ароматические амины и диазосоединения
	Ароматические сульфокислоты
	Фенолы
	Ароматические гетероциклы
	Терпены.
	Стероиды
	Углеводы
	Белки и пептиды
	Нуклеиновые кислоты
	Липиды.
	Принципы установления строения и анализа органических соединений
	Принципы органического синтеза

Класс

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

1. Электронное строение вещества.
Разделение ядерного и электронного движения. Волновые функции, электронные состояния. Правила Хунда для атомов и молекул. Представление об орбиталях, симметрия орбиталей. Размеры атомов и ионов. Энергия ионизации и сродство к электрону. Периодическая система элементов.

2. Ионная связь.
Типы ионных решеток. Проблемы существования “обособленных молекул с ионными связями внутри молекул”. Константа Маделунга. Энергия кристаллической решетки. Цикл Борна–Габера. Термодинамика ионных решеток. Область существования ионных соединений. Стехиометрия и стереохимия соединений с ионным типом связей. Модель жестких сфер. Влияние поляризуемости электронных оболочек на строение и свойства ионных решеток. Термодинамические и кинетические закономерности поведения соединений с ионным типом связей. Водные растворы, растворы в аммиаке, электриды, расплавы. Представление о ионных парах. Соединения со сложными катионами и анионами.

3. Природа ковалентности
Соединения с типичными ковалентными связями. Геометрические структуры ковалентных соединений. Направление валентных связей. Простейшие теоретические модели, описывающие строение ковалентных соединений. Метод молекулярных орбиталей. Диамагнитные и парамагнитные молекулы. Бирадикалы и триплетные состояния. Двухцентровые и многоцентровые молекулярные орбитали. Закономерности геометрического строения многоатомных нелинейных молекул. Модель отталкивания электронных пар валентной оболочки. Представления Гиллеспи ОЭПВО. Представление о s- и p-связях. Гибридизационные представления. Теория резонанса. Распределение электронов в молекулах; степени окисления атомов. Размеры атомов в молекулах. Химическая связь в простейших электроноизбыточных и электронодефицитных молекулах (B, Al, P, S). Закономерности строения и поведения соединений с одинарными ковалентными связями.

4. Ковалентные соединения неметаллов с кратными связями элемент–элемент.
Углеводороды с кратными связями С–С. Кислородные соединения неметаллов. Молекулы азота и ее аналоги С=О и ацетилен. Соединения элементов с азотом. Диамагнитные и парамагнитные соединения неметаллов.

5. Ковалентные соединения непереходных металлов (Hg, Tl, Ge–Sn–Pb, Sb, Bi).
Методы синтеза, строение свойства, Соединения с простыми и кратными связями металл–элемент и металл–металл. Стехиометрия и стереохимия соединений; энергия связей. Закономерности изменения энергии связей внутри периодов и групп. Внутримолекулярные динамические превращения соединений.

6. Соединения с промежуточным типом химической связи.
Ковалентная сильнополярная связь. Соединения бора и алюминия. Простейшие представители. Структура в зависимости от присоединенных групп. Самоассоциация соединений. Энергия связей и энергия ассоциации. Динамические превращения соединений в растворах и твердой фазе.

7. Химия водных и неводных растворов.
Кислоты и основания; частные и обобщенные представления. Сильные, слабые и чрезвычайно слабые кислоты и основания. Методы оценки силы кислот и оснований. Принцип ЖМКО; кинетические и термодинамические проявления. Необычные свойства воды; водородная связь. Соединения с водородной связью. Протонные и апротонные растворители. Неполярные растворители. Сольватация ионов и нейтральных молекул; энергия сольватации. Термодинамика процесса растворения; энтропийный взгляд.

8. Теория химической связи в соединениях переходных металлов.
Природа связи и энергия связи; вклад ковалентной составляющей. Теория кристаллического поля. Сильное и слабое поле. Октаэдрические, тетраэдрические и плоскоквадратные комплексы. Спектрохимический ряд. Магнитные и спектральные свойства. Причина “бесполезности” ТКП для непереходных элементов. Метод МО; модель углового перекрывания.

9. “Несвязывающие электроны”, их влияние на свойства молекул.
Сэндвичевые комплексы; карбонильные производные–органические соединения.

10. Устойчивость ковалентных соединений переходных металлов.
Устойчивость молекул в газовой и конденсированной фазах. Квантово-химическая устойчивость. Термодинамическая и кинетическая устойчивость. Хелат-эффект. Изомерия комплексов.

11. Представления о каркасных и кластерных соединениях.
Роль симметрии молекул. Модели электронного строения. Сходство и различие в строении соединений переходных и непереходных элементов. Бесконечные решетки и их отличие от кластерных соединений. Решетки пониженной размерности; одно- и двумерные соединения.

12. Соединения ранних переходных металлов III, IV и V групп.

13. Соединения металлов середины переходных рядов (VI и VII групп и подгруппы железа).

14. Соединения поздних переходных металлов (подгруппы кобальта, никеля и меди).
Общая для пп. 12, 13, 14 схема:
Монометаллические галогениды и халькогениды.
Получение, строение и свойства.
Производные с кислород- и азотсодержащими лигандами.
Полиядерные кластерные соединения: условия возникновения, строение, свойства.
Органические комплексные соединения, типы соединений, синтез, строение и свойства.
Полиядерные соединения.

15. Лантаноиды и актиноиды (f-элементы).
Свойства атомов и ионов. Комплексные и металлорганические соединения. Электронное строение, природа связи, спектральные и магнитные характеристики.

16. Невалентные взаимодействия.
Межмолекулярные силы. Кулоновские взаимодействия. Ион-дипольные, ион-ионные взаимодействия. Дисперсионные силы. Ионные, ковалентные и ван-дер-ваальсовы радиусы. Типы и энергии межмолекулярных и внутримолекулярных невалентных взаимодействий. Влияние внутримолекулярных невалентных взаимодействий на геометрию молекул; конформации и конфигурации молекул. Проявление невалентных взаимодействий в свойствах веществ.

ХИМИЯ ЭЛЕМЕНТОВ

1. Периодический закон элементов Д.И.Менделеева.

1.1. Периодический закон, как основа развития неорганической химии. Современное состояние, перспективы развития. Границы периодической системы.

1.2. Периодическое изменение свойств элементов и их соединений. Связь с электронной конфигурацией атома. Радиусы атомов и ионов, закономерности их изменения. Потенциалы ионизации, сродство к электрону. Сопоставление свойств соединений элементов главных и побочных подгрупп.

2. Водород.

2.1. Электронные конфигурации атома и молекулы водорода (ТМО). Размеры атома и иона. Изотопный состав, химические и физические свойства. Прочность молекулы.

2.2. Гидриды. Классификация в зависимости от типа связи. Гидриды с трехцентровой связью (электронно-дефицитные молекулы). Растворимость водорода в металлах. Химические и физические свойства гидридов. Применение.

2.3. Вода, строение молекулы. Водородная связь. Лед и жидкая вода. Физические и химические свойства. Свойства воды как растворителя. Очистка воды.

3. Элементы седьмой главной подгруппы (галогены).

3.1. Общая характеристика подгруппы. Электронная конфигурация атомов. Изменение ковалентных радиусов, значений потенциалов ионизации и энергий сродства к электрону.

3.2. Сравнение свойств элементов, простых веществ и ионов. Проявляемые степени окисления, изотопы, получение свободных галогенов, изменение свойств в подгруппе. Межгалогенные соединения.

3.3. Галогеноводороды, кислородсодержащие кислоты галогенов, кислородные соединения. Строение, свойства и методы получения.

4. Элементы шестой главной подгруппы (кислород,халькогены).

4.1. Кислород, электронные конфигурации атома и молекулы (ММО).

4.2. Изотопы, парамагнетизм и устойчивость молекулы и молекулярных ионов кислорода.

4.3. Оксиды металлов и неметаллов. Строение, характер связи, свойства. Нестехиометрические оксиды, координационные числа кислорода в его соединениях. Перекиси, надперекиси, субнадперекиси.

4.4. Озон, его строение, свойства, получение, применение. Озониды. Перекись водорода. Термическая устойчивость, кислотная диссоциация. Окислительно-восстановительные свойства. Надсерная кислота, надугольная кислота.

4.5. Электронные конфигурации атомов серы, селена и теллура. Закономерности изменения ковалентных радиусов, энергий ионизации и сродства к электрону. Особенности строения простых веществ, полиморфизм.

4.6. Водородные соединения халькогенов и их получение. Изменение восстановительных свойств, прочности и кислотного характера в ряду водородных соединений халькогенов.

4.7. Халькогениды металлов. Условия соосаждения и растворения сульфидов металлов.

4.8. Кислородные кислоты халькогенов. Получение, строение и свойства. Термическая устойчивость, кислотный характер, окислительно-восстановительные свойства. Сравнение свойств соединений со степенями окисления +4 и +6. Промышленное получение серной кислоты. Олеум. Пиросерная кислота, пиросульфаты. Хлорсульфоновая, нитрозилсерная кислоты. Свойства, получение. Термическая устойчивость сульфатов и бисульфатов. Хлористый тионил, хлористый сульфурил, гидросернистая, тиосерная, политионовые кислоты и их соли. Соединения халькогенов с галогенами.

5. Элементы пятой главной подгруппы (азот, фосфор, мышьяк, сурьма, висмут).

5.1. Закономерности изменения ковалентных радиусов, потенциалов ионизации, сродства к электрону. Проявляемые степени окисления и изменение их устойчивости по подгруппе. Устойчивость молекулы азота. Физические и химические свойства азота. Методы связывания азота. Полиморфизм фосфора.

5.2. Гидриды элементов пятой группы. Строение, донорные свойства, дипольный момент, прочность молекулы, восстановительный характер, изменение температур плавления и кипения. Гидрат окиси аммония, соли аммония, термическая устойчивость, гидролиз. Гидразин, гидроксиламин, азотистоводородная кислота. Особенности соединений азота.

5.3. Кислородные кислоты элементов пятой главной подгруппы. Сравнение свойств кислородных кислот. Геометрия молекул. Координационные числа. Сульфиды, тиосоли.

5.4. Оксиды элементов пятой группы. Получение, свойства, строение.

6. Элементы четвертой главной подгруппы (углерод, кремний, германий, олово, свинец).

6.1. Степени окисления, изменение устойчивости соединений с высшей и низшей степенями окисления. Строение и свойства простых веществ.

6.2. Строение и свойства гидридов, галогенидов, оксидов. Изменение устойчивости, окислительно-восстановительных свойств, кислотно-основного характера. Строение и свойства карбонатов и силикатов. Типы силикатов. Алюмосиликаты. Особенности соединений олова(II) и свинца (II). Сульфаты и тиосоли германия, олова и свинца.

7. Элементы третьей главной подгруппы (бор, алюминий, галлий, индий, таллий).

7.1. Устойчивость валентных состояний. Кислотно-основные и окислительно-восстановительные свойства гидроксосоединений и геометрия по подгруппе. Координационные Числа. Бинарные соединения: галогениды, оксиды, гидриды. Электроннодефицитные молекулы с трехцентровой связью. Методы получения, свойства.

8. Элементы второй главной подгруппы (бериллий, магний, кальций, стронций, барий, радий).

8.1. Свойства, строение и получение металлов второй главной подгруппы. Выделение из природного сырья.

8.2. Свойства гидроокисей. Соли бериллия и беррилаты. Их гидролиз. Основные и комплексные карбонаты бериллия. Оксиацетат бериллия. Галогениды бериллия.

8.3. Соединения магния и щелочноземельных элементов. Окислы, гидроокиси, галогениды. Магнезиальный цемент. Сульфаты. Гидриды кальция, стронция, бария. Малорастворимые соли бериллия, магния и щелочноземельных металлов. Получение безводных нитратов, галогенидов, сульфатов. Изменение термической устойчивости.

9. Элементы первой главной подгруппы (щелочные металлы)
Изменение в подгруппе радиусов и энергий ионизации. Получение щелочных металлов из природного сырья. Основные соединения щелочных металлов: оксиды, пероксиды, гидриды, гидроксиды, галогениды, сульфаты, нитраты, карбонаты. Фосфаты. Их получение. Синтез соды, поташа. Малорастворимые соли щелочных металлов.

Похожая информация.