Пособие предназначено для школьников, абитуриентов и учителей. В пособии в краткой, но информативной и ясной форме изложены современные основы химии. Это - основы, которые надо понимать каждому выпускнику средней школы и совершенно обязательно знать каждому, кто видит себя студентом-химиком, медиком или биологом XXI века.
Атомно-молекулярная теория.
Атомно-молекулярная теория строения вещества возникла в результате попыток ученых решить два основных вопроса. 1) Из чего состоят вещества? 2) Почему вещества бывают разными и почему одни вещества могут превращаться в другие? Основные положения этой теории можно сформулировать следующим образом:
1. Все вещества состоят из молекул. Молекула - наименьшая частица вещества, обладающая его химическими свойствами.
2. Молекулы состоят из атомов. Атом - наименьшая частица элемента в химических соединениях. Разным элементам соответствуют разные атомы.
3. При химических реакциях молекулы одних веществ превращаются в молекулы других веществ. Атомы при химических реакциях не изменяются.
Рассмотрим кратко историю создания и развития атомно-молекулярной теории.
Атомы были придуманы в Греции в V в. до н. э. Философ Левкипп задался вопросом, можно ли каждую часть материи, какая бы малая она ни была, разделить на еще более мелкие части. Левкипп считал, что в результате такого деления можно получить настолько малую частицу, что дальнейшее деление станет невозможным. Ученик Левкиппа, философ Демокрит назвал эти крошечные частицы «атомами». Он считал, что атомы каждого элемента имеют особые размеры и форму и что именно этим объясняются различия в свойствах элементов. Вещества, которые мы видим и ощущаем, представляют собой соединения атомов различных элементов, и, изменив природу этого соединения, можно одно вещество превратить в другое. Демокрит создал атомную теорию почти в современном виде. Однако эта теория - лишь плод философских размышлений, не подтвержденный экспериментальными наблюдениями.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие 3
ЧАСТЬ 1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ 5
ГЛАВА 1. Основные понятия и законы химии 5
§ 1.1. Предмет химии 5
§1.2. Атомно-молекулярная теория 7
§ 1.3. Закон сохранения массы и энергии 10
§ 1.4. Периодический закон 12
§ 1.5. Основные понятия химии 14
§ 1.6. Стехиометрические соотношения в химии 18
§ 1.7. Газовые законы 19
ГЛАВА 2. Строение атома 22
§ 2.1. Развитие представлений о сложном строении атома 22
§ 2.2. Квантовые числа электронов 25
§ 2.3. Распределение электронов в атомах 28
§ 2.4. Радиоактивные превращения 33
§ 2.5. Периодичность свойств атомов элементов 37
ГЛАВА 3. Химическая связь и строение молекул 41
§ 3.1. Природа химической связи 41
§ 3.2. Ковалентная связь 44
§ 3.3. Ионная связь 48
§ 3.4. Металлическая связь 50
§ 3.5. Межмолекулярные химические связи 51
§ 3.6. Валентность и степень окисления 55
§ 3.7. Пространственное строение молекул 58
ГЛАВА 4. Состояния вещества 63
§ 4.1. Характерные свойства газов, жидкостей и твердых тел 63
§ 4.2. Фазовые диаграммы веществ 66
§ 4.3. Газы 68
§ 4.4. Жидкости 70
§ 4.5. Кристаллические вещества 73
§ 4.6. Различные формы существования веществ 80
ГЛАВА 5. Энергетические эффекты химических реакций 81
§ 5.1. Выделение и поглощение энергии в химических реакциях 81
§ 5.2. Экзотермические и эндотермические реакции. Термохимический закон Гесса 87
ГЛАВА 6. Кинетика химических реакций 93
§ 6.1. Основные понятия и постулаты химической кинетики 93
§ 6.2. Влияние температуры на скорость реакции 97
§ 6.3. Катализ 99
ГЛАВА 7. Химическое равновесие 103
§ 7.1. Определение состояния равновесия 103
§ 7.2. Константа химического равновесия 105
§ 7.3. Смещение химического равновесия. Принцип Ле Шателье 108
§ 7.4. Об оптимальных условиях получения веществ в промышленных масштабах 111
ГЛАВА 8. Растворы 114
§ 8.1. Растворение как физико-химический процесс 114
§ 8.2. Факторы, влияющие на растворимость веществ 117
§ 8.3. Способы выражения концентрации растворов 121
ГЛАВА 9. Электролитическая диссоциация и ионные реакции в растворах 122
§ 9.1. Электролиты и электролитическая диссоциация 122
§ 9.2. Степень диссоциации. Сильные и слабые электролиты. Константа диссоциации 123
§ 9.3. Ионные уравнения реакций 126
§ 9.4. Гидролиз солей 128
ГЛАВА 10. Основные типы химических реакций 129
§ 10.1. Символика и классификационные признаки реакций 129
§ 10.2. Классификация по числу и составу реагентов и продуктов реакции 131
§ 10.3. Классификация реакций по фазовым признакам 136
§ 10.4. Классификация реакций по типу переносимых частиц 137
§ 10.5. Обратимые и необратимые химические реакции 138
ГЛАВА 11. Окислительно-восстановительные процессы 140
§ 11.1. Окислительно-восстановительные реакции 140
§ 11.2. Подбор стехиометрических коэффициентов в ОВР 144
§ 11.3. Стандартные потенциалы ОВР 148
§ 11.4. Электролиз растворов и расплавов электролитов 152
ЧАСТЬ II. НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ 154
ГЛАВА 12. Общая характеристика неорганических соединений, их классификация и номенклатура 154
§ 12.1. Оксиды 155
§ 12.2. Основания (гидроксиды металлов) 158
§ 12.3. Кислоты 160
§ 12.4. Соли 165
ГЛАВА 13. Водород 168
§ 13.1. Строение атома и положение в периодической системе Д.И. Менделеева 168
§ 13.2. Химические свойства водорода 171
§ 13.3. Получение водорода и его применение 173
§ 13.4. Оксиды водорода 174
ГЛАВА 14. Галогены 178
§ 14.1. Физические свойства галогенов 178
§ 14.2. Химические свойства и получение галогенов 180
§ 14.3. Галогеноводороды, галогеноводородные кислоты и их соли 185
§ 14.4. Кислородсодержащие соединения галогенов 187
ГЛАВА 15. Халькогены 190
§ 15.1. Общая характеристика 190
§ 15.2. Простые вещества 191
§ 15.3. Соединения серы 196
ГЛАВА 16. Подгруппа азота 204
§ 16.1. Общая характеристика 204
§ 16.2. Свойства простых веществ 205
§ 16.3. Аммиак. Фосфин. Галогениды фосфора 207
§ 16.4. Оксиды азота. Азотная и азотистая кислоты 210
§ 16.5. Оксиды и кислоты фосфора 214
ГЛАВА 17. Подгруппа углерода 218
§ 17.1. Общая характеристика 218
§ 17.2. Углерод 219
§ 17.3. Оксиды углерода 223
§ 17.4. Угольная кислота и ее соли 226
§ 17.5. Кремний 228
§ 17.6. Соединения кремния со степенью окисления +4 230
§ 17.7. Соединения кремния со степенью окисления -4 233
ГЛАВА 18. Свойства s-металлов и их соединений 234
§ 18.1. Общая характеристика 234
§ 18.2. Химические свойства металлов 236
§ 18.3. Соединения s-металлов 239
ГЛАВА 19. Алюминий и бор 240
§ 19.1. Общая характеристика 240
§ 19.2. Свойства и получение простых веществ 242
§ 19.3. Соединения бора и алюминия 247
ГЛАВА 20. Главные переходные металлы 249
§ 20.1. Общая характеристика 249
§ 20.2. Хром и его соединения 251
§ 20.3. Марганец и его соединения 253
§ 20.4. Триада железа 255
§ 20.5. Производство чугуна и стали 258
§ 20.6. Медь и ее соединения 261
§ 20.7. Цинк и его соединения 263
§ 20.8. Серебро и его соединения 264
ГЛАВА 21. Благородные газы 265
§ 21.1. Общая характеристика 265
§ 21.2. Химические соединения благородных газов 267
§ 21.3. Применение благородных газов 269
ЧАСТЬ III. ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ 271
ГЛАВА 22. Основные понятия и закономерности в органической химия 271
§ 22.1. Предмет органической химии 271
§ 22.2. Классификация органических соединений 272
§ 22.3. Номенклатура органических соединений 274
§ 22.4. Изомерия органических соединений 278
§ 22.5. Электронные эффекты и реакционная способность органических соединений 279
§ 22.6. Общая характеристика 281
ГЛАВА 23. Насыщенные углеводороды 283
§ 23.1. Алканы 283
§ 23.2. Циклоалканы 286
ГЛАВА 24. Алкены и алкадиены 289
§ 24.1. Алкены 289
§ 24.2. Диеновые углеводороды 293
ГЛАВА 25. Алкины 295
§ 25.1. Общая характеристика 295
§ 25.2. Получение и химические свойства 296
ГЛАВА 26. Арены 300
§ 26.1. Общая характеристика 300
§ 26.2. Получение и химические свойства 303
§ 26.3. Ориентанты (заместители) первого и второго рода 308
ГЛАВА 27. Спирт и фенолы 310
§ 27.1. Общая характеристика 310
§ 27.2. Одноатомные спирты 311
§ 27.3. Многоатомные спирты 315
§ 27.4. Фенолы 316
ГЛАВА 28. Альдегиды и кетоны 321
§ 28.1. Общая характеристика 321
§ 28.2. Способы получения 323
§ 28.3. Химические свойства 324
ГЛАВА 29. Карбоновые кислоты 327
§ 29.1. Классификация, номенклатура и изомерия 327
§ 29.2. Одноосновные предельные карбоновые кислоты 334
§ 29.3. Одноосновные непредельные карбоновые кислоты 339
§ 29.4. Ароматические карбоновые кислоты 342
§ 29.5. Двухосновные карбоновые кислоты 343
ГЛАВА 30. Функциональные производные карбоновых кислот 345
§ 30.1. Классификация функциональных производных 345
§ 30.2. Ангидриды карбоновых кислот 346
§ 30.3. Галогенангидриды карбоновых кислот 348
§ 30.4. Амиды карбоновых кислот 350
§ 30.5. Сложные эфиры 352
§ 30.6. Жиры 353
ГЛАВА 31. Углеводы (сахара) 357
§ 31.1. Моносахариды 357
§ 31.2. Отдельные представители моносахаридов 363
§ 31.3. Олигосахариды 366
§ 31.4. Полисахариды 368
ГЛАВА 32. Амины 371
§ 32.1. Предельные алифатические амины 371
§ 32.2. Анилин 375
ГЛАВА 33. Аминокислоты. Пептиды. Белки 377
§ 33.1. Аминокислоты 377
§ 33.2. Пептиды 381
§ 33.3. Белки 383
ГЛАВА 34. Азотсодержащие гетероциклические соединения 387
§ 34.1. Шестичленные гетероциклы 387
§ 34.2. Соединения с пятичленным циклом 390
ГЛАВА 35. Нуклеиновые кислоты 393
§ 35.1. Нуклеотиды и нуклеозиды 393
§ 35.2. Строение нуклеиновых кислот 395
§ 35.3. Биологическая роль нуклеиновых кислот 398
ГЛАВА 36. Синтетические высокомолекулярные соединения (полимеры) 400
§ 36.1. Общая характеристика 400
§ 36.2. Пластмассы 402
§ 36.3. Волокна 404
§ 36.4. Каучуки 405
Рекомендуемая литература 410.
М.: Высшая школа, 2002. - 415с.
Пособие предназначено для школьников, абитуриентов и учителей. В пособии в краткой, но информативной и ясной форме изложены современные основы химии. Это - основы, которые надо понимать каждому выпускнику средней школы и совершенно обязательно знать каждому, кто видит себя студентом-химиком, медиком или биологом XXI века.
Формат: pdf
Размер: 1 3,4 Мб
Скачать: drive.google
Формат: djvu
Размер: 5 Мб
Скачать: yandex.disk
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие ...................... 3
ЧАСТЬ 1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ ............ 5
ГЛАВА 1. Основные понятия и законы химии .......... 5
§ 1.1. Предмет химии................. 5
§1.2. Атомно-молекулярная теория............ 7
§ 1.3. Закон сохранения массы и энергии.......... 10
§ 1.4. Периодический закон............... 12
§ 1.5. Основные понятия химии............. 14
§ 1.6. Стехиометрические соотношения в химии........ 18
§ 1.7. Газовые законы................. 19
ГЛАВА 2. Строение атома ................. 22
§ 2.1. Развитие представлений о сложном строении атома.... 22
§ 2.2. Квантовые числа электронов............ 25
§ 2.3. Распределение электронов в атомах.......... 28
§ 2.4. Радиоактивные превращения............ 33
§ 2.5. Периодичность свойств атомов элементов....... 37
ГЛАВА 3. Химическая связь и строение молекул ......... 41
§ 3.1. Природа химической связи............. 41
§ 3.2. Ковалентная связь................ 44
§ 3.3. Ионная связь.................. 48
§ 3.4. Металлическая связь............... 50
§ 3.5. Межмолекулярные химические связи......... 51
§ 3.6. Валентность и степень окисления........... 55
§ 3.7. Пространственное строение молекул......... 58
ГЛАВА 4. Состояния вещества ................ 63
§ 4.1. Характерные свойства газов, жидкостей и твердых тел... 63
§ 4.2. Фазовые диаграммы веществ............ 66
§ 4.3. Газы..................... 68
§ 4.4. Жидкости................... 70
§ 4.5. Кристаллические вещества............. 73
§ 4.6. Различные формы существования веществ....... 80
ГЛАВА 5. Энергетические эффекты химических реакций ...... 81
§ 5.1. Выделение и поглощение энергии в химических реакциях.. 81
§ 5.2. Экзотермические и эндотермические реакции. Термохимический
закон Гесса................... 87
ГЛАВА 6. Кинетика химических реакций ............ 93
§ 6.1. Основные понятия и постулаты химической кинетики... 93
§ 6.2. Влияние температуры на скорость реакции........ 97
§ 6.3. Катализ.................... 99
ГЛАВА 7. Химическое равновесие ............... 103
§ 7.1. Определение состояния равновесия.......... 103
§ 7.2. Константа химического равновесия.......... 105
§ 7.3. Смещение химического равновесия. Принцип Ле Шателье.. 108
§ 7.4. Об оптимальных условиях получения веществ в промышленных
масштабах................... 111
ГЛАВА 8. Растворы .................... 114
§ 8.1. Растворение как физико-химический процесс....... 114
§ 8.2. Факторы, влияющие на растворимость веществ...... 117
§ 8.3. Способы выражения концентрации растворов...... 121
ГЛАВА 9. Электролитическая диссоциация и ионные реакции в растворах . 122
§ 9.1. Электролиты и электролитическая диссоциация...... 122
§ 9.2. Степень диссоциации. Сильные и слабые электролиты. Константа диссоциации....... 123
§ 9.3. Ионные уравнения реакций............. 126
§ 9.4. Гидролиз солей................. 128
ГЛАВА 10. Основные типы химических реакций .......... 129
§ 10.1. Символика и классификационные признаки реакций.... 129
§ 10.2. Классификация по числу и составу реагентов и продуктов реакции..................... 131
§ 10.3. Классификация реакций по фазовым признакам..... 136
§ 10.4. Классификация реакций по типу переносимых частиц... 137
§ 10.5. Обратимые и необратимые химические реакции..... 138
ГЛАВА 11. Окислительно-восстановительные процессы ....... 140
§ 11.1. Окислительно-восстановительные реакции....... 140
§ 11.2. Подбор стехиометрических коэффициентов в ОВР.... 144
§ 11.3. Стандартные потенциалы ОВР........... 148
§ 11.4. Электролиз растворов и расплавов электролитов..... 152
ЧАСТЬ II . НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ........... 154
ГЛАВА 12. Общая характеристика неорганических соединений, их классификация и номенклатура .154
§ 12.1. Оксиды.................... 155
§ 12.2. Основания (гидроксиды металлов).......... 158
§ 12.3. Кислоты................... 160
§ 12.4. Соли..................... 165
ГЛАВА 13. Водород .................... 168
§ 13.1. Строение атома и положение в периодической системе Д.И.
Менделеева.................. 168
§ 13.2. Химические свойства водорода........... 171
§ 13.3. Получение водорода и его применение........ 173
§ 13.4. Оксиды водорода................ 174
ГЛАВА 14. Галогены ................... 178
§ 14.1. Физические свойства галогенов........... 178
§ 14.2. Химические свойства и получение галогенов....... 180
§ 14.3. Галогеноводороды, галогеноводородные кислоты и их соли 185
§ 14.4. Кислородсодержащие соединения галогенов...... 187
ГЛАВА 15. Халькогены .................. 190
§ 15.1. Общая характеристика.............. 190
§ 15.2. Простые вещества................ 191
§ 15.3. Соединения серы................ 196
ГЛАВА 16. Подгруппа азота ................. 204
§ 16.1. Общая характеристика.............. 204
§ 16.2. Свойства простых веществ............. 205
§ 16.3. Аммиак. Фосфин. Галогениды фосфора........ 207
§ 16.4. Оксиды азота. Азотная и азотистая кислоты...... 210
§ 16.5. Оксиды и кислоты фосфора............ 214
ГЛАВА 17. Подгруппа углерода ............... 218
§ 17.1. Общая характеристика.............. 218
§ 17.2. Углерод.................... 219
§ 17.3. Оксиды углерода................ 223
§ 17.4. Угольная кислота и ее соли............ 226
§ 17.5. Кремний................... 228
§ 17.6. Соединения кремния со степенью окисления +4..... 230
§ 17.7. Соединения кремния со степенью окисления -4..... 233
ГЛАВА 18. Свойства s -металлов и их соединений .......... 234
§ 18.1. Общая характеристика.............. 234
§ 18.2. Химические свойства металлов........... 236
§ 18.3. Соединения s -металлов.............. 239
ГЛАВА 19. Алюминий и бор .................. 240
§ 19.1. Общая характеристика.............. 240
§ 19.2. Свойства и получение простых веществ........ 242
§ 19.3. Соединения бора и алюминия............ 247
ГЛАВА 20. Главные переходные металлы ............ 249
§ 20.1. Общая характеристика.............. 249
§ 20.2. Хром и его соединения.............. 251
§ 20.3. Марганец и его соединения............. 253
§ 20.4. Триада железа................. 255
§ 20.5. Производство чугуна и стали............ 258
§ 20.6. Медь и ее соединения............... 261
§ 20.7. Цинк и его соединения.............. 263
§ 20.8. Серебро и его соединения............. 264
ГЛАВА 21. Благородные газы ................ 265
§ 21.1. Общая характеристика.............. 265
§ 21.2. Химические соединения благородных газов....... 267
§ 21.3. Применение благородных газов........... 269
ЧАСТЬ III . ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ............ 271
ГЛАВА 22. Основные понятия и закономерности в органической химия .. 271
§ 22.1. Предмет органической химии............ 271
§ 22.2. Классификация органических соединений........ 272
§ 22.3. Номенклатура органических соединений........ 274
§ 22.4. Изомерия органических соединений......... 278
§ 22.5. Электронные эффекты и реакционная способность органических соединений....... 279
§ 22.6. Общая характеристика.............. 281
ГЛАВА 23. Насыщенные углеводороды ............. 283
§ 23.1. Алканы.................... 283
§ 23.2. Циклоалканы.................. 286
ГЛАВА 24. Алкены и алкадиены ............... 289
§ 24.1. Алкены.................... 289
§ 24.2. Диеновые углеводороды.............. 293
ГЛАВА 25. Алкины .................... 295
§ 25.1. Общая характеристика.............. 295
§ 25.2. Получение и химические свойства.......... 296
ГЛАВА 26. Арены .................... 300
§ 26.1. Общая характеристика.............. 300
§ 26.2. Получение и химические свойства.......... 303
§ 26.3. Ориентанты (заместители) первого и второго рода.... 308
ГЛАВА 27. Спирт и фенолы ................. 310
§ 27.1. Общая характеристика.............. 310
§ 27.2. Одноатомные спирты...............311
§ 27.3. Многоатомные спирты.............. 315
§ 27.4. Фенолы.................... 316
ГЛАВА 28. Альдегиды и кетоны ............... 321
§ 28.1. Общая характеристика.............. 321
§ 28.2. Способы получения............... 323
§ 28.3. Химические свойства............... 324
ГЛАВА 29. Карбоновые кислоты ............... 327
§ 29.1. Классификация, номенклатура и изомерия....... 327
§ 29.2. Одноосновные предельные карбоновые кислоты..... 334
§ 29.3. Одноосновные непредельные карбоновые кислоты.... 339
§ 29.4. Ароматические карбоновые кислоты......... 342
§ 29.5. Двухосновные карбоновые кислоты.......... 343
ГЛАВА 30. Функциональные производные карбоновых кислот ..... 345
§ 30.1. Классификация функциональных производных...... 345
§ 30.2. Ангидриды карбоновых кислот........... 346
§ 30.3. Галогенангидриды карбоновых кислот........ 348
§ 30.4. Амиды карбоновых кислот............. 350
§ 30.5. Сложные эфиры................. 352
§ 30.6. Жиры.................... 353
ГЛАВА 31. Углеводы (сахара) ................ 357
§ 31.1. Моносахариды.................. 357
§ 31.2. Отдельные представители моносахаридов....... 363
§ 31.3. Олигосахариды................. 366
§ 31.4. Полисахариды................. 368
ГЛАВА 32. Амины .................... 371
§ 32.1. Предельные алифатические амины.......... 371
§ 32.2. Анилин.................... 375
ГЛАВА 33. Аминокислоты. Пептиды. Белки ............ 377
§ 33.1. Аминокислоты................. 377
§ 33.2. Пептиды................... 381
§ 33.3. Белки.................... 383
ГЛАВА 34. Азотсодержащие гетероциклические соединения ...... 387
§ 34.1. Шестичленные гетероциклы............ 387
§ 34.2. Соединения с пятичленным циклом.......... 390
ГЛАВА 35. Нуклеиновые кислоты ............... 393
§ 35.1. Нуклеотиды и нуклеозиды............. 393
§ 35.2. Строение нуклеиновых кислот............ 395
§ 35.3. Биологическая роль нуклеиновых кислот........ 398
ГЛАВА 36. Синтетические высокомолекулярные соединения (полимеры) .
Последнее десятилетие практически все ведущие вузы России перешли на систему письменных вступительных экзаменов по химии. Выяснилось, что большинство школьников и абитуриентов совершенно не умеют решать задачи. Поэтому мы оказались, по-видимому, первыми в России, пришедшими к выводу, что хорошее пособие по химии для школьников старших классов и поступающих в вузы, помимо теоретических разделов, должно содержать большой набор задач и описывать основные приемы их решения.
Н. Е. Кузьменко и В. В. Ереминым была издана книга, представляющая собой наиболее полный на сегодняшний день задачник по химии для школьников и абитуриентов. Задачи составлены по всем основным разделам школьной программы, а также по важнейшим аспектам программ по химии для поступающих в ведущие вузы России. Ко всем задачам даны ответы или указания к решению, а к 300 типовым или экзаменационным задачам приведены подробные решения.
Мы не ставили перед собой задачу приводить здесь результаты нашего анализа учебных пособий, вышедших в свет в последнее десятилетие. Скажем только, что, учитывая все вышеизложенное, мы пришли к убеждению в необходимости создания учебного пособия, содержащего краткие разъяснения основных химических явлений, понятий, законов и теорий. Отсюда название книги - «Краткий курс химии».
Такое представление материала позволило авторам при рассмотрении конкретных химических соединений часто просто указывать, к какому классу веществ они относятся, чтобы становилась понятной большая часть их свойств. Одновремнно это дает возможность обратить особое внимание на реакции, подчеркивающие индивидуальность данного вещества, на реакции, имеющие большое практическое значение. При этом внимание заостряется, как правило, на химизме процессов, а не на их технологии.
Отметим также, что при изложении материала во втором («Неорганическая химия») и третьем («Органическая химия») разделах пособия, как правило, уже не вводятся новые теоретические представления, а делается упор на изложение новых химических фактов с обязательным их объяснением на основе теоретических представлений, изложенных в первом разделе. Важно заметить, что пособие содержит подробный предметный указатель, облегчающий работу с книгой.
Книга подготовлена сотрудниками химического факультета Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова (профессор Н. Е. Кузьменко и доцент В. В, Еремин) и Московской медицинской академии им. И. М. Сеченова (профессор, академик РАО В. А. Попков). Гл. 2 - 4, 9, 11 - 16, 18 - 20 и 22 - 28 написаны Н. Е. Кузьменко, гл. 1, 21, 32 - 36 - В. В. Ереминым, гл. 10, 29 - 31 - В. А. Попковым; гл. 5 - 8 и 17 написаны совместно Н. Е. Кузьменко и В. А. Попковым.
Предисловие
ЧАСТЬ I. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
ГЛАВА 1. Основные понятия и законы химии
§ 1.1. Предмет химии
§ 1.2. Атомно-молекулярная теория
§ 1.3. Закон сохранения массы и энергии
§ 1.4. Периодический закон
§ 1.5. Основные понятия химии
§ 1.6. Стехиометрические соотношения в химии
§ 1.7. Газовые законы
ГЛАВА 2. Строение атома
§ 2.1. Развитие представлений о сложном строении атома
§ 2.2. Квантовые числа электронов
§ 2.3. Распределение электронов в атомах
§ 2.4. Радиоактивные превращения
§ 2.5. Периодичность свойств атомов элементов
ГЛАВА 3. Химическая связь и строение молекул
§ 3.1. Природа химической связи
§ 3.2. Ковалентная связь
§ 3.3. Ионная связь
§ 3.4. Металлическая связь
§ 3.5. Межмолекулярные химические связи
§ 3.6. Валентность и степень окисления
§ 3.7. Пространственное строение молекул
ГЛАВА 4. Состояния вещества
§ 4.1. Характерные свойства газов, жидкостей и твердых тел
§ 4.2. Фазовые диаграммы веществ
§ 4.3. Газы
§ 4.4. Жидкости
§ 4.5. Кристаллические вещества
§ 4.6. Различные формы существования веществ
ГЛАВА 5. Энергетические эффекты химических реакций
§ 5.1. Выделение и поглощение энергии в химических реакциях
§ 5.2. Экзотермические и эндотермические реакции. Термохимический
закон Гесса
ГЛАВА 6. Кинетика химических реакций
§ 6.1. Основные понятия и постулаты химической кинетики
§ 6.2. Влияние температуры на скорость реакции
§ 6.3. Катализ
ГЛАВА 7. Химическое равновесие
§ 7.1. Определение состояния равновесия
§ 7.2. Константа химического равновесия
§ 7.3. Смешение химического равновесия. Принцип Ле Шаталье
§ 7.4. Об оптимальных условиях получения веществ в промышленных
масштабах
ГЛАВА 8. Растворы
§ 8.1. Растворение как физико-химический процесс
§ 8.2. Факторы, влияющие на растворимость веществ
§ 8.3. Способы выражения концентрации растворов
ГЛАВА 9. Электролитическая диссоциация и ионные реакции в растворах
§ 9.1. Электролиты и электролитическая диссоциация
§ 9.2. Степень диссоциации. Сильные и слабые электролиты. Константа диссоциации
§ 9.3. Ионные уравнения реакций
§ 9.4. Гидролиз солей
ГЛАВА 10. Основные типы химических реакций
§ 10.1. Символика и классификационные признаки реакций
§ 10.2. Классификация по числу и составу реагентов и продуктов реакции
§ 10.3. Классификация реакций по фазовым признакам
§ 10.4. Классификация реакций по типу переносимых частиц
§ 10.5. Обратимые и необратимые химические реакции
ГЛАВА 11. Окислительно-восстановительные процессы
§ 11.1. Окислительно-восстановительные реакции
§ 11.2. Подбор стехиометрических коэффициентов в ОВР
§ 11.3. Стандартные потенциалы ОВР
§ 11.4. Электролиз растворов и расплавов электролитов
ЧАСТЬ II. НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
ГЛАВА 12. Общая характеристика неорганических соединений, их классификация и номенклатура
§ 12.1. Оксиды
§ 12.2. Основания (гидроксиды металлов)
§ 12.3. Кислоты
§ 12.4. Соли
ГЛАВА 13. Водород
§ 13.1. Строение атома и положение в периодической системе Д. И.
Менделеева
§ 13.2. Химические свойства водорода
§ 13.3. Получение водорода и его применение
§ 13.4. Оксиды водорода
ГЛАВА 14. Галогены
§ 14.1. Физические свойства галогенов
§ 14.2. Химические свойства и получение галогенов
§ 14.3. Галогеноводороды, галогеноводородные кислоты и их соли
§ 14.4. Кислородсодержащие соединения галогенов
ГЛАВА 15. Халькогены
§ 15.1. Общая характеристика
§ 15.2. Простые вещества
§ 15.3. Соединения серы
ГЛАВА 16. Подгруппа азота
§ 16.1. Общая характеристика
§ 16.2. Свойства простых веществ
§ 16.3. Аммиак. Фосфин. Галогениды фосфора
§ 16.4. Оксиды азота. Азотная и азотистая кислоты
§ 16.5. Оксиды и кислоты фосфора
ГЛАВА 17. Подгруппа углерода
§ 17.1. Общая характеристика
§ 17.2. Углерод
§ 17.3. Оксиды углерода
§ 17.4. Угольная кислота и ее соли
§ 17.5. Кремний
§ 17.6. Соединения кремния со степенью окисления +4
§ 17.7. Соединения кремния со степенью окисления -4
ГЛАВА 18. Свойства 5-металлов и их соединений
§ 18.1. Общая характеристика
§ 18.2. Химические свойства металлов
§ 18.3. Соединения 5-металлов
ГЛАВА 19. Алюминий и бор
§ 19.1. Общая характеристика
§ 19.2. Свойства и получение простых веществ
§ 19.3. Соединения бора и алюминия
ГЛАВА 20. Главные переходные металлы
§ 20.1. Общая характеристика
§ 20.2. Хром и его соединения
§ 20.3. Марганец и его соединения
§ 20.4. Триада железа
§ 20.5. Производство чугуна и стали
§ 20.6. Медь и ее соединения
§ 20.7. Цинк и его соединения
§ 20.8. Серебро и его соединения
ГЛАВА 21. Благородные газы
§ 21.1. Общая характеристика
§ 21/2. Химические соединения благородных газов
§ 21.3. Применение благородных газов
ЧАСТЬ III. ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
ГЛАВА 22. Основные понятия закономерности в органической химии
§ 22.1. Предмет органической химии
§ 22.2. Классификация органических соединений
§ 22.3. Номенклатура органических соединений
§ 22.4. Изомерия органических соединений
§ 22.5. Электронные эффекты и реакционная способность органических
соединений
§ 22.6. Общая характеристика
ГЛАВА 23. Насыщенные углеводороды
§ 23.1. Алканы
§ 23.2. Циклоалканы
ГЛАВА 24. Алкены и алкадиены
§ 24.1. Алкены
§ 24.2. Диеновые углеводороды
ГЛАВА 25. Алкины
§ 25.1. Общая характеристика
§ 25.2. Получение и химические свойства
ГЛАВА 26. Арены
§ 26.1. Общая характеристика
§ 26.2. Получение и химические свойства
§ 26.3. Ориентанты (заместители) первого и второго рода
ГЛАВА 27. Спирты и фенолы
§ 27.1. Общая характеристика
§ 27.2. Одноатомные спирты
§ 27.3. Многоатомные спирты
§ 27.4. Фенолы
ГЛАВА 28. Альдегиды и кетоны
§ 28.1. Общая характеристика
§ 28.2. Способы получения
§ 28.3. Химические свойства
ГЛАВА 29. Карбоновые кислоты
§ 29.1. Классификация, номенклатура и изомерия
§ 29.2. Одноосновные предельные карбоновые кислоты
§ 29.3. Одноосновные непредельные карбоновые кислоты
§ 29.4. Ароматические карбоновые кислоты
§ 29.5. Двухосновные карбоновые кислоты
ГЛАВА 30. Функциональные производные карбоновых кислот
§ 30.1. Классификация функциональных производных
§ 30.2. Ангидриды карбоновых кислот
§ 30.3. Галогенангидриды карбоновых кислот
§ 30.4. Амиды карбоновых кислот
§ 30.5. Сложные эфиры
§ 30.6. Жиры
ГЛАВА 31. Углеводы (сахара)
§ 31.1. Моносахариды
§ 31.2. Отдельные представители моносахаридов
§ 31.3. Олигосахариды
§ 31.4. Полисахариды
ГЛАВА 32. Амины
§ 32.1. Предельные алифатические амины
§ 32.2. Анилин.
ГЛАВА 33. Аминокислоты. Пептиды. Белки
§ 33.1. Аминокислоты
§ 33.2. Пептиды
§ 33.3. Белки
ГЛАВА 34. Азотсодержащие гетероциклические соединения
§ 34.1. Шестичленные гетероциклы
§ 34.2. Соединения с пятичленным циклом
ГЛАВА 35. Нуклеиновые кислоты
§ 35.1. Нуклеотиды и нуклеозиды
§ 35.2. Строение нуклеиновых кислот
§ 35.3. Биологическая роль нуклеиновых кислот
ГЛАВА 36. Синтетические высокомолекулярные соединения (полимеры)
§ 36.1. Общая характеристика
§ 36.2. Пластмассы
§ 36.3. Волокна
§ 36.4. Каучуки
«Саратовский государственный аграрный университет
Химия
краткий курс лекций
для студентов I курса
Направление подготовки
250100.62 Лесное дело
Профиль подготовки
Лесное хозяйство
Саратов 2011
Рецензенты:
Заведующая кафедрой «Общая и неорганическая химия », доктор химических наук, профессор ГОУ ВПО «СГУ им. Чернышевского».
Заведующий кафедрой «Химия и основы экологии», кандидат химических наук, профессор ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ»
Химия : краткий курс лекций для студентов I курса специальности (направления подготовки) 250100.62 «Лесное дело» / Сост.: , // ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». – Саратов, 2011. – 80 с.
Краткий курс лекций по дисциплине «Химия» составлен в соответствие с рабочей программой дисциплины и предназначен для студентов направления подготовки 250100.62 «Лесное дело». Краткий курс лекций содержит теоретический материал по основным вопросам общей, неорганический и органической химии , рассмотрены вопросы идентификации химических веществ. Направлен на формирование у студентов знаний об основных закономерностях химических явлений, на применение этих знаний для понимания процессов, происходящих в природе, для решения экологических проблем.
© ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ», 2011
Введение.
Химия - одна из важнейших естественнонаучных дисциплин. Химия изучает вещества, их строение, свойства и превращения, происходящие в результате химических реакций, а также фундаментальные законы, которым эти превращения подчиняются. Современная химия – настолько обширная область естествознания, что многие ее разделы представляют собой самостоятельные, хотя и связанные между собой научные дисциплины.
Краткий курс лекций по дисциплине «Химия» предназначен для студентов по направлению подготовки 250100.62 «Лесное дело». Он раскрывает основные законы общей химии, на которых базируются химические дисциплины, включает в себя введение в неорганическую химию, знакомит с основными классами органических соединений, предполагает освоение теоретических основ методов анализа. Курс нацелен на формирование ключевых компетенций, необходимых для эффективного решения профессиональных задач и организации профессиональной деятельности на основе глубокого понимания законов функционирования экосистем.
Лекция 1
ХИМИЧЕСКАЯ КИНЕТИКА. ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ
1.1. С корость химической рекции
Химической кинетикой называется раздел химии, изучающий скорость и механизмы химических реакций.
Под скоростью химической реакции понимают изменение концентрации вещества в единицу времени. При этом безразлично, о каком веществе идет речь – о вступающем в реакцию или о продукте реакции.
Если за промежуток времени от t1 до t2 концентрация вещества изменилась от значения С1 до С2, то выражение скорости реакции:
V = ± = ± , моль/л∙с
При этом знак «+» в формуле относится к изменению концентрации вещества, образующегося в результате реакции (С2>С1, ΔС>0), а знак «–» относится к изменению концентрации вещества, вступающего в реакцию (С1>С2, ΔС<0).
1.2. Факторы, влияющие на скорость химической реакции
Скорость химической реакции зависит от природы реагирующих веществ, их концентрации, температуры, давления – для газов, площади поверхности соприкосновения (степени измельчения) – для твердых веществ, присутствия катализатора.
Влияние природы реагирующих веществ. Различные вещества обладают различной реакционной способностью. Например, калий (щелочной металл) бурно реагирует с водой с выделением водорода , тогда как золото с водой практически не взаимодействует.
Реакционная способность веществ определяется в большой степени характером химических связей и строением молекул реагентов.
1.3. Влияние концентрации реагирующих веществ на скорость реакции.
Закон действия масс
Необходимым условием химического взаимодействия является столкновение частиц друг с другом. Чем больше столкновений, тем быстрее протекает реакция. С увеличением концентрации (числа частиц в единице объема) столкновения происходят чаще и, следовательно, скорость реакции возрастает.
Зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ характеризуется законом действия масс (К. Гульдберг, П. Вааге, 1867 г.):
Скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ, возведенных в степень их стехиометрических коэффициентов.
Для реакции, протекающей по уравнению а А + в В → с С скорость реакции определяется выражением:
V = k [A]а ∙ [B]b ,
где k – константа скорости реакции, зависит от температуры и природы реагирующих веществ, но не зависит от их концентрации.
Применительно к конкретным реакциям выражение закона действия масс будет иметь вид (табл. 1):
Таблица 1 – Примеры выражения закона действия для различных реакций
Уравнение реакции
Выражение закона действия масс
N2 + 3H2 → 2NH3
V = k ∙ 3
(скорость реакции не зависит от концентрации твердого вещества)
1.4. Влияние температуры на скорость реакции. Правило Вант-Гоффа.
Зависимость скорости реакции от температуры приблизительно оценивается правилом Вант-Гоффа:
При повышении температуры на каждые 10 градусов скорость реакции возрастает в 2-4 раза.
где γ – температурный коэффициент скорости реакции, равен 2–4.
Увеличение скорости реакции при повышении температуры объясняет теория активации (С. Аррениус). Согласно этой теории, при столкновении реагируют не все молекулы, а лишь активные – те, которые обладают достаточной энергией, избыточной по сравнению со средней энергией молекул при данной температуре – энергией активации . Итак, энергия активации Еа (размерность – кДж/моль) – это избыточная энергия, которой должны обладать молекулы для того, чтобы их столкновение привело к химическому превращению. Другими словами, каждая реакция характеризуется определенным энергетическим барьером. С ростом температуры число активных молекул возрастает, что приводит к увеличению скорости реакции.
Уравнение Аррениуса:
где А – предэкспоненциальный множитель, связан с частотой столкновений частиц и их ориентацией при столкновениях.
Как следует из уравнения Аррениуса, скорость реакции тем больше, чем меньше энергия активации и выше температура.
Рисунок 1. Энергетическая диаграмма химической реакции:
А – реагенты, В – активированный комплекс
(переходное состояние), С – продукты.
Реакция протекает через стадию образования неустойчивого промежуточного соединения – активированного комплекса. Именно для его образования необходима энергия активации. Этот комплекс неустойчив, он существует очень короткое время, в результате его распада образуются продукты реакции. В простейшем случае активированный комплекс можно представить как конфигурацию атомов, в которой ослаблены старые химические связи и образуются новые.
1.5. Катализ. Катализаторы
Катализ – явление изменения скорости реакции под действием веществ – катализаторов. Различают положительный катализ (увеличение скорости реакции) и отрицательный катализ (замедление реакции под действием веществ – ингибиторов ). Сам катализатор при реакции не расходуется, но изменяет ее скорость.
Различают гомогенный и гетерогенный катализ. В случае гомогенного катализа катализатор и реагирующие вещества находятся в одном агрегатном состоянии. В случае гетерогенного катализа – в разных агрегатных состояниях.
Примеры каталитических реакций:
Получение серной кислоты контактным способом: SO2 + O2 → SO3; (катализатор – V2O5).
Ферменты – вещества белковой природы, катализаторы биохимических реакций в клетках живых организмов.
Действие катализатора объясняется снижением энергии активации реакции. Катализатор вступает во взаимодействие с реагирующими веществами с образованием промежуточных соединений, причем для этого требуется более низкая энергия активации и реакция протекает быстро.
Реакция А + В = АВ без катализатора протекает медленно.
В присутствии катализатора реакция происходит в две быстро протекающие стадии:
АК + В = АВ + К.
1.6. Химическое равновесие, условия его смещения. Принцип Ле Шателье
Обратимые реакции – протекающие не до конца, они протекают одновременно в двух противоположных направления.
Например: N2 + 3H2 Û 2NH3
Эта реакция может протекать в двух направлениях – образования аммиака и его разложения.
Обратимая реакция заканчивается установлением химического равновесия – это состояние системы реагирующих веществ, когда скорости прямой и обратной реакции равны:
Состояние равновесия в обратимой системе характеризуется константой равновесия.
Рассмотрим обратимую реакцию aA + bB Û cC + dD.
Скорость прямой реакции, протекающей слева направо, согласно закону действия масс имеет выражение Vпр = k[A]a ∙ [B]b. Скорость обратной реакции, протекающей справа налево, имеет вид Vобр = k[C]c ∙ [D]d. При равенстве скоростей прямой и обратной реакции: k[A]a ∙ [B]b = k[C]c ∙ [D]d. В результате получаем выражение константы равновесия:
Константа равновесия обратимой реакции есть отношение произведения равновесных концентраций продуктов реакции к произведению равновесных концентраций исходных веществ, возведенных степень их стехиометрических коэффициентов.
Уравнение константы равновесия показывает, что концентрации всех веществ, участвующих в реакции, связаны между собой. Изменение концентрации любого из них приведет к изменению концентраций всех остальных. В итоге установятся новые концентрации, но соотношение между ними отвечает константе равновесия.
Принцип смещения равновесия – принцип Ле Шателье:
Если на систему, находящуюся в состоянии химического равновесия оказать какое-либо воздействие (изменить концентрацию, температуру или давлении), то равновесие сместится в направлении, где это оказанное воздействие уменьшится.
При увеличении концентрации одного из веществ равновесие сместится в сторону расхода этого вещества.
При увеличении температуры равновесие смещается в сторону эндотермической реакции, а при понижении температуры – в сторону экзотермической реакции.
При увеличении давления равновесие сместится в сторону уменьшения объемов.
Вопросы для самоконтроля
1) Понятие скорости химической реакции. Какие факторы оказывают влияние на скорость химической реакции?
2) Влияние концентрации реагирующих веществ на скорость химической реакции. Закон действия масс. Задача: Как изменится скорость реакции 2NO + O2 → 2NO2, если повысить концентрацию NO в 2 раза?
3) Влияние температуры на скорость химической реакции. Правило Вант-Гоффа. Задача: Температурный коэффициент некоторой реакции равен 2. Во сколько раз увеличится скорость реакции при повышении температуры от 10 до 50 ºС?
4) Катализаторы и их роль в изменении скорости химической реакции.
5) Химическое равновесие. Константа химического равновесия. Задача: Равновесие в системе H2 + J2 Û 2HJ установилось при концентрациях: = 0,025 моль/л, = 0,005 моль/л, = 0,09 моль/л. Вычислите константу равновесия.
6) Смещение химического равновесия, принцип Ле-Шателье. Определите направление смещения равновесия в системе:
СО(г.) + О2 (г.) Û 2СО2 (г.) + 566 кДж
а) при повышении температуры; б) при повышении давления; в) при увеличении концентрации СО; г) при увеличении концентрации СО2?
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Основная
1. Глинка, химия / .– М. : Интеграл-пресс, 2002. – 728 с.
2. Князев, Д. А., Смарыгин, химия / , . – М. : Дрофа, 2004. – 529 с.
3. Рязанова, Г. Е., Самохина, по общей и неорганической химии: учебное пособие / , ; ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». – Саратов, 2007. – 192 с.
Дополнительная
1. Егоров, основы неорганической химии. Краткий курс для студентов сельскохозяйственных вузов: учебник / . – Краснодар: Лань, 2005. – 192 с.
2. Клинский, Г. Д., Скопинцев, химия для биологов: учебное пособие для студ. с.-х. вузов / , . – М. : Изд-во МСХА, 2001. – 384 с.
3. Журналы: «Химия и жизнь», «Агрохимия», «Агрохимический вестник», «Экологический вестник России».
Лекция 2
Энергетика химических процессов
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Артеменко, химия / . – М. : Высшая школа, 2005. – 605 с.
2. Гандберг, химия / . – М. : Дрофа, 2002. – 672 с.
3. Глинка, химия: учебное пособие / . – М. : Интеграл-пресс, 2002. – 728 с.
4. Егоров, основы неорганической химии. Краткий курс для студентов сельскохозяйственных вузов: учебник / . – Краснодар: Лань, 2005. – 192 с.
5. Золотов, Ю. А., Вершинин, и методология аналитической химии / , . – М. : Издательский центр «Академия», 2007. – 464 с.
6. Князев, Д. А., Смарыгин, С. Н. Неорганическая химия / , . – М. : Дрофа, 2004. – 529 с.
7. Основы органической химии / [и др.]. – М. : Дрофа, 2006. – 560 с.
8. Основы аналитической химии в 2-х книгах: Учебник для вузов/ , [и др.] – М. : Высшая школа, 1999. – 351 с.
9. Угай, химия / . – М. : Высшая школа, 2002. – 463 с.
Введение …………………………………………………………………………………..3
Лекция 1. Химическая кинетика. Химическое равновесие ……………………..4
1.1. Скорость химической реакции………………………………………………….4
1.2. Факторы, влияющие на скорость химической реакции……………………….4
1.3. Влияние концентрации реагирующих веществ на скорость реакции.
Закон действия масс………………………………………………………………….5
1.4. Влияние температуры на скорость реакции. Правило Вант-Гоффа.
Теория активации…………………………………………………………………….6
1.5. Катализ. Катализаторы…………………………………………………………..6
1.6. Химическое равновесие, условия его смещения. Принцип Ле Шателье……..7
Вопросы для самоконтроля…………………………………………………………..8
Список литературы………………………...…………………………………………8
Лекция 2. Энергетика химических процессов ………………………………….....9
……...
………
Библиографический список ………………………………………………………...10
Содержание ………………………………………………………………………...…11