1.1. Пояснительная записка
Учебный курс «Общая химия» предназначен для студентов 1 курса биологического института (направления 250200 – лесное хозяйство и ландшафтное строительство, 110200 – агрономия, специальность 110203 – защита растений) и 2 курса факультета физической культуры (направление 032100 – физическая культура), а также учащимся очной и заочной профильной школы «Юный химик». Он будет полезен также студентам средне-специальных учебных заведений, изучающим общую химию, преподавателям, проходящим курсы повышения квалификации, в том числе и с применением дистанционных образовательных технологий.
Курс рассчитан на 112 часов обучения, в том числе 86 часов аудиторной работы (из них 32 часа – лекции, 18 часов – семинарские занятия, 28 часов – лабораторные работы, 8 часов – контрольные работы) и 26 часов самостоятельной работы с учебно-методическими материалами и справочной литературой.
1.2. Цели и задачи изложения и изучения курса
Основная цель курса – обучение студентов грамотному восприятию химических явлений в мире, в том числе в биологических системах.
Для реализации поставленной цели необходимо решение следующих задач:
- дать знания теоретических основ химии;
- научить первоначальным навыкам проведения химического эксперимента и объяснению наблюдаемых явлений;
- показать взаимосвязь химии с другими естественно-научными дисциплинами (геохимией, биологией и др.);
- выработать потребность самостоятельно приобретать химические знания.
В результате изучения курса студенты должны иметь представление:
- о роли химии в естествознании,
- о связи химии с другими естественными науками,
- о значении химии в жизни современного общества.
В результате изучения курса студенты должны знать:
- важнейшие химические понятия: вещество, химический элемент, атом, молекула, масса атомов и молекул, ион, радикал, аллотропия, атомные s-, p-, d-орбитали, химическая связь, электроотрицательность, валентность, степень окисления, гибридизация орбиталей, пространственное строение молекул, моль, эквивалент, молярная масса, молярный объем, вещества молекулярного и немолекулярного строения, комплексные соединения, дисперсные системы, истинные растворы, электролитическая диссоциация, кислотно-основные реакции в водных растворах, гидролиз, окисление и восстановление, электролиз, скорость химической реакции, механизм реакции, катализ, тепловой эффект реакции, энтальпия, теплота образования, энтропия, химическое равновесие, константа равновесия, основные типы реакций;
- основные законы химии: закон сохранения массы веществ, закон постоянства состава, закон кратных отношений, закон эквивалентов, закон Авогадро, периодический закон, закон Гесса, закон действующих масс в кинетике и термодинамике;
- основные теории: строения атома, химической связи, электролитической диссоциации, кислот и оснований;
- химическую кинетику и химическую термодинамику.
В результате изучения курса студенты должны уметь (иметь навыки):
- определять валентность и степень окисления химических элементов, заряд иона, тип химической связи, пространственное строение молекул, тип кристаллической решетки, характер среды в водных растворах, содержание растворенного вещества в растворе, окислитель и восстановитель, направление смещения равновесия под влиянием различных факторов;
- давать общую характеристику элементов, которая включает положение элемента в периодической системе, электронную конфигурацию атомов и ионов, валентные состояния, изменение радиусов атомов и ионов, электроотрицательность и характер химических связей в соединениях, химические и физические свойства простых и сложных соединений, биологическую роль соединений элементов;
- осуществлять самостоятельный поиск химической информации с использованием различных источников (справочных, научных и научно-популярных изданий, компьютерных баз данных, ресурсов Интернета).
1. Введение. Основные этапы развития химии
Место химии в ряду фундаментальных наук. Предмет и задачи химии. Основные этапы развития химии.
2. Основные законы и понятия химии
Формы существования материи. Атом, молекула, химический элемент. Простое и сложное вещество. Моль – мера количества вещества. Стехиометрические законы, условия их применения. Понятие эквивалента в химии. Закон эквивалентов.
3. Строение атома
Развитие представлений о сложной структуре атома. Модели атома Резерфорда, Бора. Корпускулярно-волновые свойства микрочастиц. Уравнение волны де Бройля. Основы квантово-механической теории строения атома. Принцип неопределенности Гейзенберга. Понятие волновой функции. Волновое уравнение Шредингера. Характеристика состояния электрона в атоме набором квантовых чисел. Понятие атомной орбитали. Заполнение атомных орбиталей электронами. Принцип Паули, правило Хунда. Энергетическая диаграмма уровней, подуровней, атомных орбиталей в многоэлектронных атомах. Емкость электронных оболочек атомов.
4. Периодический закон и периодическая система элементов Д.И. Менделеева
Периодический закон Д.И. Менделеева. Структура и форма периодической системы. Связь электронного строения атома элемента с его положением в периоде, группе, подгруппе, семействе. Электронные аналоги элементов. Периодичность в изменении свойств атомов элементов (радиусы атомов и ионов, энергия ионизации, сродство к электрону), химических свойств простых и сложных веществ как результат периодичности электронных структур атомов.
5. Химическая связь
Модель возникновения и природа химической связи. Характеристики химической связи: энергия, длина, валентные углы, кратность, полярность. Теории ковалентной связи. Метод валентных схем. Метод молекулярных орбиталей. Условия образования ковалентной связи. Свойства ковалентной связи. Ионная связь, свойства ионной связи. Образование ионной кристаллической решетки как результат ненаправленности и ненасыщаемости ионной связи. Свойства соединений с преимущественно ионным типом связи.
Металлическая связь. Понятие о зонной теории твердого тела. Металлы, полупроводники, диэлектрики.
Водородная связь. Внутри- и межмолекулярная водородная связь. Влияние водородной связи на свойства веществ. Водородная связь в белках.
Межмолекулярные взаимодействия (силы Ван-дер-Ваальса). Ориентационное, индукционное, дисперсионное взаимодействия, их относительный вклад в зависимости от свойств молекул.
Агрегатные состояния вещества: твердое, жидкое и газообразное. Кристаллическое и аморфное состояния. Кристаллическая решетка.
Комплексные соединения. Основные понятия химии комплексных соединений: комплексообразователь, лиганды, координационное число, внешняя и внутренняя сферы комплексного соединения. Номенклатура, классы, изомерия комплексных соединений. Использование комплексных соединений металлов в биологии и медицине.
6. Начала химической термодинамики
Внутренняя энергия и энтальпия вещества. Первый закон термодинамики. Тепловые эффекты химических реакций. Экзо- и эндотермические реакции. Термохимические уравнения. Закон Гесса и следствия из него. Движущие силы химического процесса. Понятие об энтропии. Направление самопроизвольного протекания химических реакций. Второй закон термодинамики. Энергия Гиббса образования веществ.
7. Основы химической кинетики. Катализ
Классификация реакций в химической кинетике. Понятие средней и истинной скорости химической реакции. Основной закон химической кинетики – закон действующих масс. Понятие константы скорости химической реакции. Понятие элементарной стадии сложной реакции. Понятие о теории активированного комплекса.
Катализ. Влияние катализатора на скорость химической реакции. Катализ гомогенный, гетерогенный, ферментативный. Ингибирование.
8. Химическое равновесие
Необратимые и обратимые процессы. Понятие константы равновесия, закон действующих масс и его применение к гомогенным и гетерогенным системам. Направление смещения химического равновесия при изменении параметров системы. Принцип Ле-Шателье.
9. Окислительно-восстановительные процессы
Окислительно-восстановительные процессы в растворах. Важнейшие окислители и восстановители. Ионно-молекулярные уравнения окислительно-восстановительных реакций. Стандартные электродные потенциалы. Ряд напряжений металлов. Направление протекания окислительно-восстановительных реакций. Понятие о гальваническом элементе. Электролиз в растворах и расплавах.
10. Растворы
Классификация растворов. Растворение как физико-химический процесс. Теории растворов. Растворимость веществ и факторы, влияющие на нее (природа и агрегатное состояние веществ, температура, давление, присутствие других веществ). Понятие о фазовых равновесиях и диаграммах состояния. Фазовая диаграмма состояния воды. Правило фаз Гиббса.
Понятие об идеальном растворе. Свойства разбавленных растворов неэлектролитов. Законы Рауля. Криоскопия и эбулиоскопия. Осмос. Осмотическое давление растворов. Закон Вант-Гоффа. Осмос в природе.
Растворы электролитов. Отклонение растворов электролитов от законов Рауля и Вант-Гоффа. Понятие изотонического коэффициента. Теория электролитической диссоциации. Представление о механизме электролитической диссоциации. Степень диссоциации. Сильные и слабые электролиты. Применение закона действующих масс к равновесиям в растворах электролитов. Константа диссоциации слабого электролита. Закон разбавления Оствальда. Кажущаяся степень диссоциации сильного электролита. Понятие об активности и коэффициентах активности.
Ионные равновесия в растворах электролитов. Кислоты, основания, амфотерные электролиты. Равновесие диссоциации воды. Ион гидроксония. Ионное произведение воды. Водородный показатель (рН) растворов. Кислотность и щелочность почв, рН жидкостей организма. Гидролиз солей. Равновесие труднорастворимый электролит - насыщенный раствор. Произведение растворимости.
Дисперсные системы. Классификация дисперсных систем. Суспензии и эмульсии. Коллоидные растворы. Устойчивость коллоидных растворов. Строение коллоидной частицы и мицеллы. Лиофильные и лиофобные коллоиды. Золи и гели. Пептизация, коагуляция, седиментация коллоидов. Коллоидные растворы в природе и технике.
Темы семинарских занятий
1. Атомно-молекулярное учение.
2. Строение атома. Периодический закон и система химических элементов Д.И. Менделеева.
3. Химическая связь. Метод валентных схем.
4. Химическая связь. Метод молекулярных орбиталей.
5. Основные понятия химической термодинамики
6. Химическая кинетика. Химическое равновесие.
7. Окислительно-восстановительные процессы
8. Растворы неэлектролитов.
9. Растворы электролитов.
Темы лабораторных занятий
1. Определение молекулярной массы углекислого газа.
2. Комплексные соединения.
3. Определение тепловых эффектов процесса растворения солей. Химическое равновесие.
4. Окислительно-восстановительные реакции.
5. Приготовление раствора заданной концентрации.
6. Гидролиз солей.
7. Произведение растворимости малорастворимых веществ.
3.1. Распределение часов курса по темам и видам работ
|
№
|
Наименование тем |
Всего часов
|
Аудиторные занятия (час)
|
Самостоятельная работа
|
|||
|
в том числе
|
|||||||
|
лекции
|
семинары
|
Лабораторные занятия
|
Контрольные работы
|
||||
|
1
|
Введение. Основные этапы развития химии |
2
|
2
|
|
|
|
|
|
2
|
Основные законы и понятия химии |
9
|
2
|
2
|
4
|
|
1
|
|
3
|
Строение атома |
16
|
4
|
2
|
|
2
|
4
|
|
4
|
Периодический закон и периодическая система Д.И. Менделеева |
2
|
|
2
|
|||
|
5
|
Химическая связь |
22
|
6
|
4
|
4
|
2
|
6
|
|
6
|
Начала химической термодинамики |
20
|
2
|
2
|
4
|
2
|
1
|
|
7
|
Основы химической кинетики. Катализ |
2
|
2
|
1
|
|||
|
8
|
Химическое равновесие |
2
|
2
|
||||
|
9
|
Окислительно-восстановительные процессы |
43
|
4
|
2
|
4
|
2
|
3
|
|
10
|
Растворы |
6
|
4
|
12
|
6
|
||
|
ВСЕГО |
112
|
32
|
18
|
28
|
8
|
26
|
|
3.2. Форма итогового контроля
Экзамен.
Рекомендуемая литература (основная)
1. Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия. – М.: Высшая школа, 2002. – 743 с.
2. Суворов А.В., Никольский А.Б. Общая химия. – СПб.: Химия, 1997. – 624 с.
3. Общая химия / под. ред. Е.М. Соколовской, Л.С. Гузея. – М.: Изд-во МГУ, 1989. – 638 с.
4. Глинка Н.Л. Общая химия. – Л.: Химия, 2003. – 702 с.
5. Карапетьянц М.Х., Дракин С.И. Общая и неорганическая химия. – М.: Химия, 1994. – 592 с.
Рекомендуемая литература (дополнительная)
1. Неорганическая химия: в 3 т. / под ред. Ю.Д. Третьякова. Т. 1. Физико-химические основы неорганической химии. – М.: Академия, 2004. – 240 с.
2. Спицын В.И., Мартыненко Л.И. Неорганическая химия. Ч. 1, 2. – М.: Изд-во МГУ, 1991, 1994. – 620 с., 624 с.
3. Некрасов Б.В. Основы общей химии. Т. 1, 2. – М.: Химия, 1973. – 656 с., 686 с.
4. Коттон Ф., Уилкинсон Д. Основы неорганической химии. – М.: Мир, 1979. – 677 с.
5. Зубович И.А. Неорганическая химия. – М.: Высшая школа, 1989. – 453 c.
6. Гольбрайх З.Е., Маслов Е.И. Сборник задач и упражнений по химии. – М.: Высшая школа, 1997. – 384 с.
7. Угай Я.А. Общая химия. – М.: Высшая школа, 2003. – 440 с.
8. Коровин Н.В. Общая химия. – М.: Высшая школа, 2000. – 445 с.
Мишенина Людмила Николаевна – кандидат химических наук, доцент кафедры неорганической химии химического факультета Томского государственного университета, заместитель декана химического факультета по воспитательной работе, преподаватель заочной и очной школ «Юный химик». Является автором-разработчиком мультимедийного учебного пособия «Периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева», учебных видеофильмов «Демонстрации опытов» по темам «Азот. Соединения азота», «Кислород. Сера. Соединения серы», «Галогены. Соединения галогенов», соавтор учебных пособий «Задания для учащихся 9 класса заочной школы «Юный химик»», «Задания для учащихся 10 класса заочной школы "Юный химик"», «Задания для учащихся 11 класса заочной школы "Юный химик"».