Et kort kurs i kjemi. Kjemi, kort forelesningskurs

"Saratov State Agrarian University

Kjemi

kort forelesningskurs

for førsteårsstudenter

Retning av trening

250100,62 Skogbruk

Treningsprofil

Skogbruk

Saratov 2011

Anmeldere:

Leder for Institutt for generell og uorganisk kjemi, doktor i kjemivitenskap, professor ved Statens utdanningsinstitusjon for høyere profesjonsutdanning «SSU oppkalt etter. Chernyshevsky."

Leder for Institutt for kjemi og grunnleggende økologi, kandidat for kjemiske vitenskaper, professor ved Federal State Educational Institution of Higher Professional Education "Saratov State Agrarian University"

Kjemi: et kort forelesningskurs for førsteårsstudenter i spesialiteten (treningsretning) 250100.62 "Forestry" / Sammensatt av: , // Federal State Educational Institution of Higher Professional Education "Saratov State Agrarian University". – Saratov, 2011. – 80 s.

Et kort forelesningskurs om disiplinen "Kjemi" er satt sammen i samsvar med fagets arbeidsprogram og er beregnet på studenter i opplæringsretningen 250100.62 "Skobruk". Et kort forelesningskurs inneholder teoretisk materiale om hovedspørsmålene generell, uorganisk og organisk kjemi, og spørsmål om identifikasjon av kjemiske stoffer vurderes. Tar sikte på å gi studentene kunnskap om grunnleggende lover for kjemiske fenomener, å bruke denne kunnskapen til å forstå prosessene som foregår i naturen og løse miljøproblemer.

Introduksjon.

Kjemi er en av de viktigste naturvitenskapelige disiplinene. Kjemi studerer stoffer, deres struktur, egenskaper og transformasjoner som oppstår som et resultat av kjemiske reaksjoner, samt de grunnleggende lovene som disse transformasjonene er underlagt. Moderne kjemi er et så stort område av naturvitenskap at mange av dens seksjoner er uavhengige, men innbyrdes beslektede, vitenskapelige disipliner.

Et kort forelesningskurs om faget «Kjemi» er beregnet på studenter ved studieretningen 250100.62 «Skobruk». Den avslører de grunnleggende lovene for generell kjemi som kjemiske disipliner er basert på, inkluderer en introduksjon til uorganisk kjemi, introduserer hovedklassene av organiske forbindelser, og innebærer å mestre det teoretiske grunnlaget for analytiske metoder. Kurset er rettet mot å utvikle nøkkelkompetansen som er nødvendig for å effektivt løse faglige problemer og organisere faglige aktiviteter basert på en dyp forståelse av økosystemets lover.

Forelesning 1

KJEMISK KINETIKK. KJEMISK LIKEVIKT

1.1. MEDkjemisk reaksjonshastighet

Kjemisk kinetikk kalt grenen av kjemi som studerer hastigheten og mekanismene til kjemiske reaksjoner .

Under hastighet på kjemisk reaksjon forstå endringen i konsentrasjonen av et stoff per tidsenhet. I dette tilfellet spiller det ingen rolle hvilket stoff vi snakker om - reaktanten eller reaksjonsproduktet.

Hvis konsentrasjonen av stoffet i løpet av tidsperioden fra t1 til t2 endret seg fra verdien C1 til C2, er uttrykket for reaksjonshastigheten:

V = ± = ± , mol/l∙s

I dette tilfellet refererer "+"-tegnet i formelen til en endring i konsentrasjonen av stoffet dannet som et resultat av reaksjonen (C2>C1, ΔC>0), og "–"-tegnet refererer til en endring i konsentrasjonen av stoffet som kommer inn i reaksjonen (C1>C2, ΔC<0).

1.2. Faktorer som påvirker hastigheten på en kjemisk reaksjon

Hastigheten til en kjemisk reaksjon avhenger av reaktantenes natur, deres konsentrasjon, temperatur, trykk - for gasser, kontaktoverflateareal (slipingsgrad) - for faste stoffer og tilstedeværelsen av en katalysator.

Påvirkning av naturen til reagerende stoffer. Ulike stoffer har ulik reaktivitet. For eksempel reagerer kalium (et alkalimetall) voldsomt med vann, og frigjør hydrogen, mens gull praktisk talt ikke reagerer med vann.

Reaktiviteten til stoffer bestemmes i stor grad av arten av kjemiske bindinger og strukturen til reagensmolekylene.

1.3. Påvirkningen av konsentrasjonen av reaktanter på reaksjonshastigheten.

Lov om massehandling

En nødvendig betingelse for kjemisk interaksjon er kollisjonen av partikler med hverandre. Jo flere kollisjoner det er, jo raskere skjer reaksjonen. Med økende konsentrasjon (antall partikler per volumenhet), oppstår kollisjoner oftere, og derfor øker reaksjonshastigheten.

Reaksjonshastighetens avhengighet av konsentrasjonen av reaktanter er karakterisert lov om masseaksjon (K. Guldberg, P. Waage, 1867):

Hastigheten til en kjemisk reaksjon er direkte proporsjonal med produktet av konsentrasjonene av reaktantene hevet til kraften til deres støkiometriske koeffisienter.

For en reaksjon som fortsetter i henhold til ligningen EN A+ V B → Med Reaksjonshastigheten bestemmes av uttrykket:

V = k [A] EN∙[B] b,

hvor k er reaksjonshastighetskonstanten, avhenger av temperaturen og naturen til reaktantene, men ikke avhenger av deres konsentrasjon.

I forhold til spesifikke reaksjoner vil uttrykket for massehandlingsloven ha formen (tabell 1):

Tabell 1 - Eksempler på uttrykk for handlingsloven for ulike reaksjoner

Reaksjonsligning

Uttrykk for masseaksjonens lov

N2 + 3H2 -> 2NH3

V = k ∙ 3

(reaksjonshastigheten avhenger ikke av faststoffkonsentrasjonen)

1.4. Effekten av temperatur på reaksjonshastigheten. Van't Hoffs regel.

Temperaturavhengigheten til reaksjonshastigheten er omtrentlig estimert van't Hoffs regel:

For hver 10 graders økning i temperaturen øker reaksjonshastigheten med 2-4 ganger.

Hvor γ – temperaturkoeffisient for reaksjonshastighet, lik 2–4.

Økningen i reaksjonshastigheten med økende temperatur forklarer aktiveringsteori (S. Arrhenius). I følge denne teorien reagerer ikke alle molekyler under en kollisjon, men bare aktive - de som har tilstrekkelig energi, overskudd sammenlignet med gjennomsnittsenergien til molekyler ved en gitt temperatur - aktiveringsenergi . Så, aktiveringsenergi Ea (dimensjon - kJ/mol) er overskuddsenergien som molekyler må ha for at deres kollisjon skal føre til en kjemisk transformasjon. Med andre ord er hver reaksjon preget av en viss energibarriere. Når temperaturen stiger, øker antallet aktive molekyler, noe som fører til en økning i reaksjonshastigheten.

Arrhenius ligning:

hvor A er den pre-eksponentielle faktoren og er assosiert med frekvensen av partikkelkollisjoner og deres orientering under kollisjoner.

Som følger av Arrhenius-ligningen, jo lavere aktiveringsenergi og jo høyere temperatur, jo høyere reaksjonshastighet.

Figur 1. Energidiagram av en kjemisk reaksjon:

A – reagenser, B – aktivert kompleks

(overgangstilstand), C – produkter.

Reaksjonen fortsetter gjennom stadiet med dannelse av en ustabil mellomforbindelse - aktivert kompleks. Det er for dens dannelse at aktiveringsenergi er nødvendig. Dette komplekset er ustabilt, det eksisterer i svært kort tid, og som et resultat av dets desintegrering dannes reaksjonsprodukter. I det enkleste tilfellet kan et aktivert kompleks betraktes som en konfigurasjon av atomer der gamle kjemiske bindinger svekkes og nye dannes.

1.5. Katalyse. Katalysatorer

Katalyse – Fenomenet endringer i reaksjonshastigheter under påvirkning av stoffer - katalysatorer. Skille positiv katalyse (økt reaksjonshastighet) og o negativ katalyse (reaksjonsbremsing under påvirkning av stoffer - inhibitorer ). Katalysatoren i seg selv forbrukes ikke under reaksjonen, men endrer hastigheten.

Det er homogen og heterogen katalyse. Når homogen katalyse katalysatoren og reaktantene er i samme aggregeringstilstand. Når heterogen katalyse – i ulike aggregeringstilstander.

Eksempler på katalytiske reaksjoner:

Fremstilling av svovelsyre ved kontaktmetode: SO2 + O2 → SO3; (katalysator – V2O5).

Enzymer er proteinstoffer som katalyserer biokjemiske reaksjoner i cellene til levende organismer.

Katalysatorhandling forklares med en reduksjon i aktiveringsenergien til reaksjonen. Katalysatoren interagerer med reagerende stoffer for å danne mellomforbindelser, og dette krever lavere aktiveringsenergi og reaksjonen går raskt.

Reaksjonen A + B = AB uten katalysator går sakte.

I nærvær av en katalysator skjer reaksjonen i to raske stadier:

AK + B = AB + K.

1.6. Kjemisk likevekt, betingelser for forskyvning. Le Chateliers prinsipp

Reversible reaksjoner - ikke flyter helt, de flyter samtidig i to motsatte retninger.

For eksempel: N2 + 3H2 Û 2NH3

Denne reaksjonen kan gå i to retninger - dannelsen av ammoniakk og dens nedbrytning.

Den reversible reaksjonen ender med etableringen kjemisk likevekt er tilstanden til et system av reagerende stoffer når hastighetene for forover- og bakreaksjoner er like:

Likevektstilstanden i et reversibelt system er preget av en likevektskonstant.

La oss vurdere den reversible reaksjonen aA + bB Û cC + dD.

Raten for direkte reaksjon som går fra venstre til høyre, i henhold til massehandlingsloven, har uttrykket Vpr = k[A]a ∙ [B]b. Hastigheten til den omvendte reaksjonen, som går fra høyre til venstre, har formen Vrev = k[C]c ∙ [D]d. Hvis hastigheten på forover- og reversreaksjoner er like: k[A]a ∙ [B]b = k[C]c ∙ [D]d. Som et resultat får vi uttrykket for likevektskonstanten:

Likevektskonstanten til en reversibel reaksjon er forholdet mellom produktet av likevektskonsentrasjonene til reaksjonsproduktene og produktet av likevektskonsentrasjonene til utgangsstoffene hevet til styrken av deres støkiometriske koeffisienter.

Likevektskonstanten-ligningen viser at konsentrasjonene av alle stoffene som deltar i reaksjonen er relatert til hverandre. Å endre konsentrasjonen til noen av dem vil endre konsentrasjonene til alle de andre. Som et resultat vil nye konsentrasjoner etableres, men forholdet mellom dem tilsvarer likevektskonstanten.

Prinsippet om skiftende likevekt - Le Chateliers prinsipp:

Hvis et system i en tilstand av kjemisk likevekt påvirkes på en eller annen måte (ved å endre konsentrasjon, temperatur eller trykk), vil likevekten skifte i retningen hvor denne effekten vil avta.

Når konsentrasjonen av et av stoffene øker, vil likevekten skifte mot inntak av dette stoffet.

Når temperaturen øker, skifter likevekten mot den endoterme reaksjonen, og når temperaturen synker, mot den eksoterme reaksjonen.

Når trykket øker, vil likevekten skifte mot synkende volumer.

Spørsmål for selvkontroll

1) Konseptet med hastigheten på en kjemisk reaksjon. Hvilke faktorer påvirker hastigheten på en kjemisk reaksjon?

2) Påvirkningen av konsentrasjonen av reaktanter på hastigheten til en kjemisk reaksjon. Lov om masseaksjon. Oppgave: Hvordan vil hastigheten på reaksjonen 2NO + O2 → 2NO2 endres hvis NO-konsentrasjonen dobles?

3) Temperaturens innflytelse på hastigheten til en kjemisk reaksjon. Van't Hoffs regel. Oppgave: Temperaturkoeffisienten for en viss reaksjon er 2. Hvor mange ganger vil reaksjonshastigheten øke når temperaturen øker fra 10 til 50 ºС?

4) Katalysatorer og deres rolle i å endre hastigheten på en kjemisk reaksjon.

5) Kjemisk likevekt. Kjemisk likevektskonstant. Oppgave: Likevekt i systemet H2 + J2 Û 2HJ ble etablert ved konsentrasjoner: = 0,025 mol/l, = 0,005 mol/l, = 0,09 mol/l. Regn ut likevektskonstanten.

6) Forskyvning av kjemisk likevekt, Le Chateliers prinsipp. Bestem retningen for likevektsskifte i systemet:

CO (g.) + O2 (g.) Û 2СО2 (g.) + 566 kJ

a) når temperaturen stiger; b) med økende trykk; c) med økende CO-konsentrasjon; d) med økende CO2-konsentrasjon?

BIBLIOGRAFI

Hoved

1. Glinka, kjemi / .– M.: Integral-press, 2002. – 728 s.

2. Knyazev, D. A., Smarygin, kjemi / , . – M.: Bustard, 2004. – 529 s.

3. Ryazanova, G. E., Samokhina, om generell og uorganisk kjemi: lærebok /,; Federal State Educational Institute of Higher Professional Education "Saratov State Agrarian University". – Saratov, 2007. – 192 s.

Ytterligere

1. Egorov, grunnleggende om uorganisk kjemi. Kort kurs for studenter ved landbruksuniversiteter: lærebok /. – Krasnodar: Lan, 2005. – 192 s.

2. Klinsky, G. D., Skopintsev, kjemi for biologer: en lærebok for studenter. landbruk universiteter / , . – M.: Forlag MCHA, 2001. – 384 s.

3. Magasiner: "Chemistry and Life", "Agrochemistry", "Agrochemical Bulletin", "Ecological Bulletin of Russia".

Forelesning 2

Energi av kjemiske prosesser

BIBLIOGRAFISK LISTE

1. Artemenko, kjemi /. – M.: Videregående skole, 2005. – 605 s.

2. Handberg, kjemi / . – M.: Bustard, 2002. – 672 s.

3. Glinka, kjemi: lærebok /. – M.: Integral-press, 2002. – 728 s.

4. Egorov, grunnleggende om uorganisk kjemi. Kort kurs for studenter ved landbruksuniversiteter: lærebok /. – Krasnodar: Lan, 2005. – 192 s.

5. Zolotov, Yu A., Vershinin, og metodikken for analytisk kjemi / . – M.: Forlagssenter “Academy”, 2007. – 464 s.

6. Knyazev, D.A., Smarygin, S.N. Uorganisk kjemi / , . – M.: Bustard, 2004. – 529 s.

7. Grunnleggende om organisk kjemi / [etc.]. – M.: Bustard, 2006. – 560 s.

8. Grunnleggende om analytisk kjemi i 2 bøker: Lærebok for universiteter/, [etc.] – M.: Higher school, 1999. – 351 s.

9. Ugai, kjemi / . – M.: Videregående skole, 2002. – 463 s.

Introduksjon…………………………………………………………………………………..3

Forelesning 1. Kjemisk kinetikk. Kjemisk likevekt……………………..4

1.1. Kjemisk reaksjonshastighet………………………………………………………………………….4

1.2. Faktorer som påvirker hastigheten på en kjemisk reaksjon……………………….4

1.3. Påvirkningen av konsentrasjonen av reaktanter på reaksjonshastigheten.

Lov om masseaksjon……………………………………………………………………………………….5

1.4. Effekten av temperatur på reaksjonshastigheten. Van't Hoffs regel.

Aktiveringsteori……………………………………………………………………………………….6

1.5. Katalyse. Katalysatorer………………………………………………………………..6

1.6. Kjemisk likevekt, betingelser for forskyvning. Le Chateliers prinsipp……..7

Spørsmål for selvkontroll………………………………………………………………..8

Referanser………………………………………………………………………………………………………8

Forelesning 2. Energi i kjemiske prosesser ………………………………….....9

……...

………

Bibliografi………………………………………………………...10

Innhold………………………………………………………………………...…11

Kapittel 1.

Generelle kjemiske og miljømessige mønstre.

Hvor begynner kjemien?

Er dette et vanskelig spørsmål? Alle vil svare forskjellig.

På ungdomsskolen studerer elevene kjemi i en årrekke. Mange gjør det ganske bra på sin avsluttende eksamen i kjemi. Derimot…

Samtaler med søkere og deretter førsteårsstudenter tyder på at restkunnskaper i kjemi etter ungdomsskolen er ubetydelig. Noen blir forvirret i ulike definisjoner og kjemiske formler, mens andre ikke engang kan reprodusere kjemiens grunnleggende begreper og lover, for ikke å snakke om økologiens begreper og lover.

Kjemien deres startet aldri.

Kjemi begynner tilsynelatende med en dyp beherskelse av dets grunnleggende, og fremfor alt, de grunnleggende konseptene og lovene.

1.1. Grunnleggende kjemiske begreper.

I D.I. Mendeleevs tabell er det tall ved siden av elementsymbolet. Ett siffer indikerer atomnummeret til elementet, og det andre atommassen. Serienummeret har sin egen fysiske betydning. Vi skal snakke om det senere, her skal vi fokusere på atommasse og fremheve i hvilke enheter den er målt.

Det bør bemerkes med en gang at atommassen til et element gitt i tabellen er en relativ verdi. Enheten for relativ atommasse antas å være 1/12 av massen til et karbonatom, en isotop med massetall på 12, og kalles atommasseenheten /amu/. Derfor 1 amu lik 1/12 av massen til karbonisotopen 12 C. Og det er lik 1.667 * 10 –27 kg. /Den absolutte massen til et karbonatom er 1,99*10 –26 kg./

Atommasse, gitt i tabellen, er massen til atomet uttrykt i atommasseenheter. Mengden er dimensjonsløs. Spesifikt for hvert grunnstoff viser atommasse hvor mange ganger massen til et gitt atom er større eller mindre enn 1/12 av massen til et karbonatom.

Det samme kan sies om molekylvekt.

Molekylær masse er massen til et molekyl uttrykt i atommasseenheter. Størrelsen er også relativ. Molekylmassen til et bestemt stoff er lik summen av massene til atomene til alle grunnstoffene som utgjør molekylet.

Et viktig konsept i kjemi er konseptet "føflekk". Muldvarp– en slik mengde stoff som inneholder 6,02 * 10 23 strukturelle enheter /atomer, molekyler, ioner, elektroner osv./. Mol av atomer, mol av molekyler, mol av ioner, etc.

Massen til en mol av et gitt stoff kalles dens molar / eller molar / masse. Den måles i g/mol eller kg/mol og er betegnet med bokstaven "M". For eksempel er den molare massen av svovelsyre M H 2 SO4 = 98 g/mol.

Det neste konseptet er "Ekvivalent". Tilsvarende/E/ er vektmengden av et stoff som interagerer med ett mol hydrogenatomer eller erstatter en slik mengde i kjemiske reaksjoner. Derfor er ekvivalenten av hydrogen E H lik én. /E N =1/. Oksygenekvivalenten E O er lik åtte /E O =8/.

Det skilles mellom den kjemiske ekvivalenten til et grunnstoff og den kjemiske ekvivalenten til et komplekst stoff.

Ekvivalenten til et element er en variabel mengde. Det avhenger av atommassen /A/ og valensen /B/ som grunnstoffet har i en bestemt forbindelse. E=A/B. La oss for eksempel bestemme ekvivalenten til svovel i oksidene SO 2 og SO 3. I SO 2 E S =32/4=8, og i SO 3 E S = 32/6=5,33.

Den molare massen til en ekvivalent, uttrykt i gram, kalles ekvivalent masse. Derfor er den ekvivalente massen av hydrogen ME H = 1 g/mol, den ekvivalente massen av oksygen ME O = 8 g/mol.

Den kjemiske ekvivalenten til et komplekst stoff /syre, hydroksid, salt, oksid/ er mengden av det tilsvarende stoffet som interagerer med ett mol hydrogenatomer, dvs. med én ekvivalent hydrogen eller erstatter den mengden hydrogen eller et hvilket som helst annet stoff i kjemiske reaksjoner.

Syreekvivalent/E K/ er lik kvotienten av molekylvekten til syren delt på antall hydrogenatomer som deltar i reaksjonen. For syren H 2 SO 4, når begge hydrogenatomene reagerer H 2 SO 4 +2NaOH=Na 2 SO+2H 2 O vil ekvivalenten være lik EN 2 SO4 = M H 2 SO 4 /n H =98/2=49

Hydroksydekvivalent /E hydr. / er definert som kvotienten av molekylvekten til hydroksydet delt på antall hydroksogrupper som reagerer. For eksempel vil ekvivalenten av NaOH være lik: E NaOH = M NaOH / n OH = 40/1 = 40.

Salt ekvivalent/E salt/ kan beregnes ved å dele molekylvekten med produktet av antall metallatomer som reagerer og deres valens. Dermed vil ekvivalenten til saltet Al 2 (SO 4) 3 være lik E Al 2 (SO 4) 3 = M Al 2 (SO 4) 3 /6 = 342/2,3 = 342/6 = 57.

Oksydekvivalent/E ok / kan defineres som summen av ekvivalentene til det tilsvarende grunnstoffet og oksygen. For eksempel vil ekvivalenten av CO 2 være lik summen av ekvivalentene av karbon og oksygen: E CO 2 = E C + E O = 3 + 8 = 7.

For gassformige stoffer er det praktisk å bruke ekvivalente volumer /E V /. Siden under normale forhold har en mol gass et volum på 22,4 liter, basert på denne verdien er det lett å bestemme det ekvivalente volumet til enhver gass. La oss vurdere hydrogen. Den molare massen av hydrogen 2g opptar et volum på 22,4 liter, deretter opptar dens ekvivalente masse på 1g et volum på 11,2 liter / eller 11200 ml /. Derfor E V N =11,2l. Ekvivalent volum klor er 11,2 l /E VCl = 11,2 l/. Ekvivalent volum CO er 3,56 /E VC O =3,56 l/.

Den kjemiske ekvivalenten til et grunnstoff eller kompleks substans brukes i støkiometriske beregninger av utvekslingsreaksjoner, og i de tilsvarende beregningene av redoksreaksjoner brukes oksidative og reduksjonsekvivalenter.

Oksidativ ekvivalent er definert som kvotienten av molekylvekten til oksidasjonsmidlet delt på antall elektroner det aksepterer i en gitt redoksreaksjon.

Den reduserende ekvivalenten er lik molekylvekten til reduksjonsmidlet delt på antall elektroner det gir fra seg i en gitt reaksjon.

La oss skrive redoksreaksjonen og bestemme ekvivalenten til oksidasjonsmidlet og reduksjonsmidlet:

5N 2 aS+2KMnO 4 +8H 2 SO 4 =S+2MnSO 4 +K 2 SO 4 +5Na 2 SO 4 +8H 2 O

Oksydasjonsmidlet i denne reaksjonen er kaliumpermanganat. Ekvivalenten til oksidasjonsmidlet vil være lik massen av KMnO 4 delt på antall elektroner akseptert av oksidasjonsmidlet i reaksjonen (ne=5). E KMnO4 =M KMnO4 /ne=158/5=31,5. Den molare massen av ekvivalenten til oksidasjonsmidlet KMnO 4 i et surt medium er 31,5 g/mol.

Ekvivalenten av reduksjonsmidlet Na 2 S vil være: E Na 4 S = M Na 4 S / ne = 78/2 = 39. Den molare massen av Na 2 S ekvivalent er 39 g/mol.

I elektrokjemiske prosesser, spesielt under elektrolyse av stoffer, brukes en elektrokjemisk ekvivalent. Den elektrokjemiske ekvivalenten bestemmes som kvotienten av den kjemiske ekvivalenten til stoffet som frigjøres ved elektroden delt på Faraday-tallet /F/. Den elektrokjemiske ekvivalenten vil bli diskutert mer detaljert i det tilsvarende avsnittet i kurset.

Valence. Når atomer samhandler, dannes det en kjemisk binding mellom dem. Hvert atom kan bare danne et visst antall bindinger. Antall bindinger bestemmer en slik unik egenskap for hvert element, som kalles valens. I sin mest generelle form refererer valens til et atoms evne til å danne en kjemisk binding. En kjemisk binding som et hydrogenatom kan danne, tas som en valensenhet. I denne forbindelse er hydrogen et monovalent element, og oksygen er et toverdig element, fordi Ikke mer enn to hydrogener kan danne en binding med et oksygenatom.

Evnen til å bestemme valensen til hvert element, inkludert i en kjemisk forbindelse, er en nødvendig betingelse for å lykkes med å mestre et kjemikurs.

Valens er også relatert til et slikt kjemibegrep som oksidasjonstilstand. Oksydasjonssubtilstanden er ladningen som et element har i en ionisk forbindelse eller ville ha i en kovalent forbindelse hvis det delte elektronparet ble fullstendig forskjøvet til et mer elektronegativt element. Oksydasjonstilstanden har ikke bare et numerisk uttrykk, men også et tilsvarende ladningstegn (+) eller (–). Valence har ikke disse tegnene. For eksempel, i H 2 SO 4 er oksidasjonstilstanden: hydrogen +1, oksygen -2, svovel +6, og valensen vil følgelig være 1, 2, 6.

Valens og oksidasjonstilstand i numeriske verdier er ikke alltid sammenfallende i verdi. For eksempel, i et molekyl av etylalkohol CH 3 –CH 2 –OH er valensen til karbon 6, hydrogen er 1, oksygen er 2, og oksidasjonstilstanden, for eksempel, til det første karbonet er –3, det andre er –1: –3 CH 3 – –1 CH 2 –OH.

1.2. Grunnleggende miljøbegreper.

Nylig har begrepet "økologi" gått dypt inn i vår bevissthet. Dette konseptet, introdusert tilbake i 1869 av E. Haeckel, kommer fra gresk oikos- hus, sted, bolig, logoer– undervisningen / forstyrrer menneskeheten mer og mer.

I biologi lærebøker økologi definert som vitenskapen om forholdet mellom levende organismer og deres miljø. En nesten konsonant definisjon av økologi er gitt av B. Nebel i sin bok "Science of the Environment" - Økologi er vitenskapen om ulike aspekter av samspillet mellom organismer med hverandre og med miljøet. En bredere tolkning kan finnes i andre kilder. For eksempel Økologi – 1/. Vitenskapen som studerer forholdet mellom organismer og deres systemiske sammensetninger og miljøet; 2/. Et sett med vitenskapelige disipliner som studerer forholdet mellom systemiske biologiske strukturer /fra makromolekyler til biosfæren / seg imellom og med miljøet; 3/. En disiplin som studerer de generelle lover for funksjon av økosystemer på ulike hierarkiske nivåer; 4/. En omfattende vitenskap som studerer habitatet til levende organismer; 5/. Studie av menneskets posisjon som art i planetens biosfære, hans forbindelser med økologiske systemer og innvirkningen på dem; 6/. Vitenskapen om miljøoverlevelse. / N.A. Agidzhanyan, V.I. Menneskeøkologi./. Begrepet "økologi" refererer imidlertid ikke bare til økologi som vitenskap, men til selve miljøets tilstand og dens innvirkning på mennesker, flora og fauna.

Utdannings- og vitenskapsdepartementet i Den russiske føderasjonen

Statens utdanningsinstitusjon for høyere profesjonsutdanning

"Ufa State Petroleum Technical University"

USPTU studentbibliotek

Et kort forelesningskurs om faget "kjemi"

for studenter med ikke-kjemiske spesialiteter

Under generell redaksjon

Professor S.S. Zlotsky og professor A.K. Mazitova

Godkjent av redaksjons- og publiseringsrådet til USPTU

som læremiddel

Forfattere: O.F. Bulatova, L.N. Zorina, M.N. Molyav og analytisk kjemi"); Yu.N.Biglova, E.A.Builova, D.R.Galieva, N.M.Shaimardanov (Institutt for anvendt kjemi og fysikk)

Anmeldere:

Leder for Institutt for kjemi, Ufa State Aviation Technical University, Doctor of Chemical Sciences, Professor V.A. Dokitsjev

Leder for Institutt for generell kjemi, Ufa State Academy of Economics and Service, kandidat for kjemiske vitenskaper

Førsteamanuensis I.P. Zhurkina

K78 Kort forelesningskurs om faget "Kjemi" / Yu.N. under

Total utg. S.S. Zlotsky og A.K. Mazitova. – Ufa: USNTU, 2010. – 69 s.

ISBN 978-5-7831-0955-3

Det gis kort forelesninger om faget "kjemi". Innholdet i forelesningene samsvarer med statlige utdanningsstandarder. Det modulære treningsprinsippet gjenspeiles, innholdet i praktiske og laboratorietimer er gitt, og en liste over grunnleggende litteratur for ytterligere studier av materialet er gitt. Designet for studenter med ikke-kjemiske spesialiteter: AG, AT, AE, BAG, BAT, BAE, BMZ, BMP, BPG, BPS, BTE, VV, GF, DS, MZ, MP, MS, PG, PS, TE, EG , ES, ET, samt AK, BIM, MH, OS, TS, TN heltids- og deltidsutdanningsformer.

Teknisk universitet, 2010

Forord

Læreplanen til studenter med ikke-kjemiske spesialiteter ved et teknisk universitet, spesielt USPTU, inkluderer disiplinen "kjemi". For de aller fleste spesialiteter i dette emnet gis det 12-20 forelesninger (24-40 timer), 3-5 praktiske timer (6-10 timer) og 10-15 laboratorietimer (20-30 timer).

Innholdet i forelesningsmaterialet omfatter to hoveddeler: struktur, generelle (integrerte) egenskaper til stoffer og egenskaper til de viktigste elementene. I løpet av praktiske timer diskuteres de viktigste, grunnleggende spørsmålene ved programmet i detalj i interaktiv modus, og oppmerksomheten rettes mot de delene som er av størst betydning for hele kurset. Laboratoriearbeid er viet til studiet av et bredt spekter av problemer innen termodynamikk, kinetikk, løsninger, elektrokjemi og transformasjoner av de viktigste uorganiske forbindelsene. Under eksperimenter får studentene nødvendige ferdigheter og erfaring i arbeid med kjemikalier og reagenser. Samlet sett lar klasseromstimer, konsultasjoner, lekser og selvstendig arbeid studentene lykkes med å mestre programmaterialet og deretter bruke den ervervede kunnskapen i kjemi når de studerer spesielle disipliner.

For tiden har Kjemikurset et stort antall lærebøker, studieveiledere, workshops, oppgavesamlinger etc., både i trykt form og på elektroniske medier. I 2005-2009 publiserte lærere ved avdelingene for generell kunst og kjemiteknikk omfattende undervisningslitteratur for studenter med ikke-kjemiske spesialiteter (se listen over anbefalt litteratur).

Samtidig, fra undervisningserfaring, følger det at mangelen på en manual som inneholder grunnleggende informasjon om disiplinen i en kortfattet, tilgjengelig form begrenser veksten av studentenes prestasjoner i kjemikurset.

I denne forbindelse utarbeidet team av lærere fra avdelingene OAH og PCP ved USPTU i fellesskap denne håndboken*, hvis formål er å systematisere, forenkle og gjøre det lettere for førsteårsstudenter med ikke-kjemiske spesialiteter å studere og bli kjent. med hovedinnholdet i faget «Kjemi». En kort oppsummering av hver av de 23 forelesningene inneholder en beskrivelse av grunnleggende bestemmelser, begreper, formler og definisjoner. Det gis spørsmål for selvtest og kontroll, samt lenker til 2 - 4 lærebøker, hvor denne delen presenteres mer detaljert og detaljert. På slutten av boken er det en utvidet liste over anbefalt undervisningslitteratur og lister opp hovedspørsmålene til prøver og eksamener.

Denne håndboken erstatter ikke eksisterende lærebøker og verksteder, men gir tvert imot en mer detaljert og detaljert introduksjon og studie av deler av programmet fra hovedlærebøkene. Samtidig lar enkelheten og tilgjengeligheten til læreboken, etter vår mening, studentene gjøre seg kjent med emnene og innholdet i forelesningene på forhånd, bedre forestille seg kursoversikten og koble individuelle deler av programmet med hverandre.

Forfatterne, ledende lærere ved avdelingene for generell utdanning og vitenskap og filosofi, oppsummerte og systematiserte hovedparametrene, målene og målene for hver forelesning i en kort, abstrakt form. Dette lar studentene minimere bortkastet tid og konsentrere seg om sentrale spørsmål og bestemmelser i faget.

Vi tror at manualen vil være nyttig og interessant for alle studenter som studerer faget "Kjemi" det første året, uten unntak, og vil også være etterspurt av unge begynnerlærere og forskere for å forberede seg til forelesninger, laboratorie- og praktiske klasser. Vi anbefaler denne håndboken til lærere, lærere på videregående skoler, tekniske skoler, høyskoler, samt videregående skoleelever som er interessert i fordypning i kjemi.

Vi uttrykker vår dype takknemlighet til førsteamanuensis E.A og førsteamanuensis O.B for å forberede manuskriptet for publisering.

Professor Zlotsky S.S., leder for avdelingen for allmennutdanning;

Professor Mazitova A.K., leder for Institutt for filologi og fysikk.




Forelesning 1. Kvantemekanisk modell av strukturen til atomet……..…………………
Forelesning 2. Elektroniske konfigurasjoner av atomer. Periodisk lov. Periodisk system D.I. Mendeleev………………………………………..
Forelesning 3. Grunnleggende typer kjemiske bindinger. Kovalent binding…………...
Forelesning 4. Teori om hybridisering og geometri av molekyler. Polaritet og polariserbarhet av kovalente bindinger og molekyler………………………………………...
Forelesning 5. Intermolekylære interaksjoner. Hydrogenbinding………….
Forelesning 6. Kjemisk termodynamikk………………………………………………………………...
Forelesning 7. Kjemisk kinetikk………………………………………………………………………..
Forelesning 8. Kjemisk likevekt………………………………………………………..
Forelesning 9. Løsninger. Metoder for å uttrykke konsentrasjonen av løsninger. Løsningens egenskaper………………………………………………………………………...
Forelesning 10. Dispergerte systemer. Overflatefenomener …………………..
Forelesning 11. Elektrolyttløsninger. Elektrolytisk dissosiasjon………
Forelesning 12. Dissosiasjon av vann. Dissosiasjon av syrer og baser. Hydrogenindeks………………………………………………………………………
Forelesning 13. Løselighetsprodukt. Ionebytterreaksjoner……….
Forelesning 14. Hydrolyse av salter. Bufferløsninger………………………………..
Forelesning 15. Redoksreaksjoner………………………
Forelesning 16. Konseptet «Elektrodepotensial». Elektrokjemiske prosesser……………………………………………………………….
Forelesning 17. Elektrolyse av smelter og løsninger………………………………..
Forelesning 18. Generelle egenskaper til metaller………………………………….………
Forelesning 19. Korrosjon av metaller. Metoder for korrosjonsbeskyttelse...............
Forelesning 20. Metaller i hovedundergruppen i gruppe II. Vannets hardhet...........
Forelesning 21. Strukturelle metaller. Aluminium. Krom. Jern…………
Forelesning 22. Polymerer………………………………………………………………………………………
Forelesning 23. Kjemisk identifikasjon, stoffanalyse…………………...
Kontrollspørsmål

Manualen er beregnet på skoleelever, søkere og lærere. Håndboken skisserer det moderne grunnleggende innen kjemi på en kort, men informativ og tydelig måte. Dette er det grunnleggende som enhver nyutdannet videregående skole må forstå og absolutt må vite for alle som ser på seg selv som en kjemi-, medisinsk- eller biologstudent i det 21. århundre.

Atom-molekylær teori.
Den atom-molekylære teorien om materiens struktur oppsto som et resultat av forskernes forsøk på å løse to hovedproblemer. 1) Hva består stoffer av? 2) Hvorfor er stoffer forskjellige og hvorfor kan noen stoffer omdannes til andre? Hovedbestemmelsene i denne teorien kan formuleres som følger:
1. Alle stoffer er bygd opp av molekyler. Et molekyl er den minste partikkelen i et stoff som har sine kjemiske egenskaper.
2. Molekyler er bygd opp av atomer. Et atom er den minste partikkelen av et grunnstoff i kjemiske forbindelser. Ulike grunnstoffer tilsvarer forskjellige atomer.
3. Under kjemiske reaksjoner omdannes molekyler av noen stoffer til molekyler av andre stoffer. Atomer endres ikke under kjemiske reaksjoner.

La oss kort vurdere historien til opprettelsen og utviklingen av atom-molekylær teori.
Atomer ble oppfunnet i Hellas på 500-tallet. f.Kr e. Filosofen Leucippus lurte på om hver materiebit, uansett hvor liten, kunne deles i enda mindre biter. Leukippus mente at man som et resultat av en slik deling kunne få en så liten partikkel at videre deling ville bli umulig. Leucippus' student og filosof Demokritos kalte disse bittesmå partiklene "atomer". Han mente at atomene til hvert grunnstoff har en spesiell størrelse og form og at dette forklarer forskjellene i elementenes egenskaper. Stoffene som vi ser og føler er sammensetninger av atomer av forskjellige grunnstoffer, og ved å endre naturen til denne forbindelsen kan ett stoff omdannes til et annet. Demokrit skapte atomteori i nesten sin moderne form. Imidlertid er denne teorien bare frukten av filosofisk refleksjon, ikke bekreftet av eksperimentelle observasjoner.

INNHOLDSFORTEGNELSE
Forord 3
DEL 1. TEORETISK KJEMI 5
KAPITTEL 1. Kjemiens grunnleggende begreper og lover 5
§ 1.1. Kjemifag 5
§1.2. Atommolekylær teori 7
§ 1.3. Loven om bevaring av masse og energi 10
§ 1.4. Periodisk lov 12
§ 1.5. Grunnleggende kjemikonsepter 14
§ 1.6. Støkiometriske forhold i kjemi 18
§ 1.7. Gasslover 19
KAPITTEL 2. Atomstruktur 22
§ 2.1. Utvikling av ideer om den komplekse strukturen til atomet 22
§ 2.2. Kvantetall av elektroner 25
§ 2.3. Fordeling av elektroner i atomer 28
§ 2.4. Radioaktive transformasjoner 33
§ 2.5. Periodisitet av egenskapene til atomene til elementene 37
KAPITTEL 3. Kjemisk binding og molekylstruktur 41
§ 3.1. Naturen til den kjemiske bindingen 41
§ 3.2. Kovalent binding 44
§ 3.3. Ionebinding 48
§ 3.4. Metallkobling 50
§ 3.5. Intermolekylære kjemiske bindinger 51
§ 3.6. Valens og oksidasjonstilstand 55
§ 3.7. Romlig struktur av molekyler 58
KAPITTEL 4. Materietilstander 63
§ 4.1. Karakteristiske egenskaper til gasser, væsker og faste stoffer 63
§ 4.2. Fasediagrammer over stoffer 66
§ 4.3. Gasser 68
§ 4.4. Væsker 70
§ 4.5. Krystallinske stoffer 73
§ 4.6. Ulike former for eksistens av stoffer 80
KAPITTEL 5. Energieffekter av kjemiske reaksjoner 81
§ 5.1. Frigjøring og absorpsjon av energi i kjemiske reaksjoner 81
§ 5.2. Eksoterme og endoterme reaksjoner. Termokjemisk lov i Hess 87
KAPITTEL 6. Kinetikk av kjemiske reaksjoner 93
§ 6.1. Grunnleggende konsepter og postulater av kjemisk kinetikk 93
§ 6.2. Effekt av temperatur på reaksjonshastighet 97
§ 6.3. Katalyse 99
KAPITTEL 7. Kjemisk likevekt 103
§ 7.1. Bestemmelse av likevektstilstand 103
§ 7.2. Kjemisk likevektskonstant 105
§ 7.3. Skift i kjemisk likevekt. Le Chateliers prinsipp 108
§ 7.4. Om optimale forhold for å skaffe stoffer i industriell skala 111
KAPITTEL 8. Løsninger 114
§ 8.1. Oppløsning som en fysisk-kjemisk prosess 114
§ 8.2. Faktorer som påvirker løseligheten til stoffer 117
§ 8.3. Måter å uttrykke konsentrasjonen av løsninger 121
KAPITTEL 9. Elektrolytisk dissosiasjon og ioniske reaksjoner i løsninger 122
§ 9.1. Elektrolytter og elektrolytisk dissosiasjon 122
§ 9.2. Grad av dissosiasjon. Sterke og svake elektrolytter. Dissosiasjonskonstant 123
§ 9.3. Ionereaksjonsligninger 126
§ 9.4. Hydrolyse av salter 128
KAPITTEL 10. Grunnleggende typer kjemiske reaksjoner 129
§ 10.1. Symbolikk og klassifiseringsegenskaper ved reaksjoner 129
§ 10.2. Klassifisering etter antall og sammensetning av reagenser og reaksjonsprodukter 131
§ 10.3. Klassifisering av reaksjoner i henhold til fasekarakteristikker 136
§ 10.4. Klassifisering av reaksjoner i henhold til typen partikler som overføres 137
§ 10.5. Reversible og irreversible kjemiske reaksjoner 138
KAPITTEL 11. Redoksprosesser 140
§ 11.1. Redoksreaksjoner 140
§ 11.2. Valg av støkiometriske koeffisienter i OVR 144
§ 11.3. Standard potensialer OVR 148
§ 11.4. Elektrolyse av løsninger og smelter av elektrolytter 152
DEL II. UORGANISK KJEMI 154
KAPITTEL 12. Generelle kjennetegn ved uorganiske forbindelser, deres klassifisering og nomenklatur 154
§ 12.1. Oksyder 155
§ 12.2. Baser (metallhydroksider) 158
§ 12.3. Syrer 160
§ 12.4. Salter 165
KAPITTEL 13. Hydrogen 168
§ 13.1. Atomstruktur og posisjon i det periodiske system D.I. Mendeleeva 168
§ 13.2. Kjemiske egenskaper for hydrogen 171
§ 13.3. Produksjon av hydrogen og bruk 173
§ 13.4. Hydrogenoksider 174
KAPITTEL 14. Halogener 178
§ 14.1. Fysiske egenskaper til halogener 178
§ 14.2. Kjemiske egenskaper og produksjon av halogener 180
§ 14.3. Hydrogenhalogenider, halogenhydrogensyrer og deres salter 185
§ 14.4. Oksygenholdige halogenforbindelser 187
KAPITTEL 15. Chalcogens 190
§ 15.1. Generelle egenskaper 190
§ 15.2. Enkle stoffer 191
§ 15.3. Svovelforbindelser 196
KAPITTEL 16. Nitrogenundergruppe 204
§ 16.1. Generelle egenskaper 204
§ 16.2. Egenskaper til enkle stoffer 205
§ 16.3. Ammoniakk. Fosfin. Fosforhalogenider 207
§ 16.4. Nitrogenoksider. Salpetersyre og salpetersyre 210
§ 16.5. Fosforoksider og syrer 214
KAPITTEL 17. Karbonundergruppe 218
§ 17.1. Generelle egenskaper 218
§ 17.2. Karbon 219
§ 17.3. Karbonoksider 223
§ 17.4. Karbonsyre og dens salter 226
§ 17.5. Silisium 228
§ 17.6. Silisiumforbindelser med oksidasjonstilstand +4 230
§ 17.7. Silisiumforbindelser med oksidasjonstilstand -4 233
KAPITTEL 18. Egenskaper til s-metaller og deres forbindelser 234
§ 18.1. Generelle egenskaper 234
§ 18.2. Metallers kjemiske egenskaper 236
§ 18.3. Forbindelser av s-metaller 239
KAPITTEL 19. Aluminium og bor 240
§ 19.1. Generelle egenskaper 240
§ 19.2. Egenskaper og fremstilling av enkle stoffer 242
§ 19.3. Bor og aluminiumforbindelser 247
KAPITTEL 20. Hovedovergangsmetaller 249
§ 20.1. Generelle egenskaper 249
§ 20.2. Krom og dets forbindelser 251
§ 20.3. Mangan og dets forbindelser 253
§ 20.4. Jerntriade 255
§ 20.5. Jern- og stålproduksjon 258
§ 20.6. Kobber og dets forbindelser 261
§ 20.7. Sink og dets forbindelser 263
§ 20.8. Sølv og dets forbindelser 264
KAPITTEL 21. Edelgasser 265
§ 21.1. Generelle egenskaper 265
§ 21.2. Kjemiske forbindelser av edle gasser 267
§ 21.3. Bruk av edelgasser 269
DEL III. ORGANISK KJEMI 271
KAPITTEL 22. Grunnleggende begreper og mønstre i organisk kjemi 271
§ 22.1. Organisk kjemi emne 271
§ 22.2. Klassifisering av organiske forbindelser 272
§ 22.3. Nomenklatur for organiske forbindelser 274
§ 22.4. Isomerisme av organiske forbindelser 278
§ 22.5. Elektroniske effekter og reaktivitet av organiske forbindelser 279
§ 22.6. Generelle kjennetegn 281
KAPITTEL 23. Mettede hydrokarboner 283
§ 23.1. Alkaner 283
§ 23.2. Sykloalkaner 286
KAPITTEL 24. Alkener og alkadiener 289
§ 24.1. Alkenes 289
§ 24.2. Dienhydrokarboner 293
KAPITTEL 25. Alkynes 295
§ 25.1. Generelle egenskaper 295
§ 25.2. Forberedelse og kjemiske egenskaper 296
KAPITTEL 26. Arenaer 300
§ 26.1. Generelle egenskaper 300
§ 26.2. Forberedelse og kjemiske egenskaper 303
§ 26.3. Orientanter (varamedlemmer) av den første og andre typen 308
KAPITTEL 27. Alkohol og fenoler 310
§ 27.1. Generelle egenskaper 310
§ 27.2. Enverdige alkoholer 311
§ 27.3. Flerverdige alkoholer 315
§ 27.4. Fenoler 316
KAPITTEL 28. Aldehyder og ketoner 321
§ 28.1. Generelle egenskaper 321
§ 28.2. Måter å få 323
§ 28.3. Kjemiske egenskaper 324
KAPITTEL 29. Karboksylsyrer 327
§ 29.1. Klassifisering, nomenklatur og isomeri 327
§ 29.2. Monobasiske mettede karboksylsyrer 334
§ 29.3. Monobasiske umettede karboksylsyrer 339
§ 29.4. Aromatiske karboksylsyrer 342
§ 29.5. Dibasiske karboksylsyrer 343
KAPITTEL 30. Funksjonelle derivater av karboksylsyrer 345
§ 30.1. Klassifisering av funksjonelle derivater 345
§ 30.2. Karboksylsyreanhydrider 346
§ 30.3. Karboksylsyrehalogenider 348
§ 30.4. Amider av karboksylsyrer 350
§ 30.5. Estere 352
§ 30.6. Fett 353
KAPITTEL 31. Karbohydrater (sukker) 357
§ 31.1. Monosakkarider 357
§ 31.2. Individuelle representanter for monosakkarider 363
§ 31.3. Oligosakkarider 366
§ 31.4. Polysakkarider 368
KAPITTEL 32. Aminer 371
§ 32.1. Mettede alifatiske aminer 371
§ 32.2. Anilin 375
KAPITTEL 33. Aminosyrer. Peptider. Proteiner 377
§ 33.1. Aminosyrer 377
§ 33.2. Peptider 381
§ 33.3. Proteiner 383
KAPITTEL 34. Nitrogenholdige heterosykliske forbindelser 387
§ 34.1. Seksleddede heterosykler 387
§ 34.2. Forbindelser med en femleddet ring 390
KAPITTEL 35. Nukleinsyrer 393
§ 35.1. Nukleotider og nukleosider 393
§ 35.2. Struktur av nukleinsyrer 395
§ 35.3. Biologisk rolle til nukleinsyrer 398
KAPITTEL 36. Syntetiske høymolekylære forbindelser (polymerer) 400
§ 36.1. Generelle egenskaper 400
§ 36.2. Plast 402
§ 36.3. Fiber 404
§ 36.4. Gummi 405
Anbefalt lesing 410.