Химическая связь и строение молекул.

Введение. Задачи, стоящие перед общей и неорганической химией как учебной дисциплиной.

Оп­ре­де­ле­ние хи­мии как нау­ки. Клас­си­фи­ка­ция и сис­те­ма­ти­за­ция зна­ний. Ин­те­рес в про­фес­сио­наль­ной дея­тель­но­сти. Ра­бо­чая ги­по­те­за. На­уч­ный тер­мин и по­ня­тие. Тео­рия, пра­ви­ло, за­кон. Язык хи­мии. Хи­ми­че­ский про­цесс, вы­ра­жае­мый хи­ми­че­ским урав­не­ни­ем. Де­ле­ние хи­мии на от­рас­ли знаний. На­уч­ная шко­ла.

Приобретение, систематизация и обобщение сведений о химических явлениях. Гипотезы и теории. Построение учебной дисциплины от простого к сложному. Индукция и дедукция. Усвоение и закрепление знаний студентами.

Истоки и зарождение химической науки. Стихийное знакомство человека с химическими явлениями. Алхимия, ятрохимия, теория флогистона. Роберт Бойль. Становление химии как самостоятельной отрасли естествознания. Начало современной химии, Д. Дальтон, А-Л. Лавуазье, М. В. Ломоносов и др. Место химии в ряду естественнонаучных дисциплин.

4.1.2 Периодический закон и строение атома.

Экс­пе­ри­мен­таль­ные ос­но­вы со­вре­мен­ной мо­де­ли строе­ния ато­ма. Пла­не­тар­ная мо­дель ато­ма Резерфорда. Кван­то­вый ха­рак­тер по­гло­ще­ния и из­лу­че­ния энер­гии ато­ма­ми. Кван­то­вая мо­дель строе­ния ато­ма водорода по Бо­ру.

Кор­пус­ку­ляр­но-вол­но­вые свой­ст­ва мик­ро­объ­ек­тов. Урав­не­ние де Брой­ля. Прин­цип не­оп­ре­де­лен­но­сти Гейзенберга. Вол­но­вая функ­ция. Квантовомеханическая мо­дель строе­ния ато­ма Шре­дин­ге­ра. Атомные орбитали. Кван­то­вые чис­ла. Энер­гия элек­тро­на в ос­нов­ном и валентно-воз­бу­ж­ден­ных со­стоя­ни­ях ато­ма. S-, p-, d-, f- со­стоя­ния элек­тро­на и со­от­вет­ст­вую­щие им фор­мы элек­трон­ных об­ла­ков.

Мно­го­элек­трон­ные ато­мы. Кван­то­вые чис­ла и по­ря­док за­пол­не­ния элек­трон­ных слоёв и обо­ло­чек многоэлектронных ато­мов: прин­цип минимума энергии, прин­цип Пау­ли, пра­ви­ло Хун­да. S -, р-, d- и f- эле­мен­ты. Рас­по­ло­же­ние элек­трон­ных об­ла­ков s-, р-и d- ор­би­та­лей в про­стран­ст­ве во­круг яд­ра.

Периодический закон Д.И.Менделеева. Периодическая система элементов как ес­те­ст­вен­ная клас­си­фи­ка­ция эле­мен­тов по строе­нию внеш­них элек­трон­ных обо­ло­чек ато­мов. Структура Периодической системы. Периоды, группы, подгруппы. Пол­ные и не­пол­ные элек­трон­ные ана­ло­ги. Периодические свойства ато­мов: ра­ди­ус, энергия ио­ни­за­ции, энергия срод­ст­ва к элек­тро­ну, элек­тро­от­ри­ца­тель­ность, относительная электроотрицательность (ОЭО). Пе­рио­ди­че­ские свой­ст­ва со­еди­не­ний: со­став, строе­ние, ки­слот­но-ос­нов­ные и окис­ли­тель­но-вос­ста­но­ви­тель­ные свой­ст­ва. Немонотонность изменения свойств элементов в подгруппах – вторичная периодичность. Непериодические свойства атомов. Диагональное сходство элементов в Периодической системе.

Химическая связь и строение молекул.

Причина образования химической связи. Квантовомеханическое описание хи­ми­че­ской свя­зи в молекуле водорода по Гейтлеру - Лондону. Ме­тод ва­лент­ных свя­зей. Ковалентная связь. Ме­ха­низ­мы об­ра­зо­ва­ния хи­ми­че­ской свя­зи: об­мен­ный, до­нор­но-ак­цеп­тор­ный, да­тив­ный. Ва­лент­ные воз­мож­но­сти и степени окис­ле­ния эле­мен­тов. Ха­рак­те­ри­сти­ки хи­ми­че­ской свя­зи: энер­гия, дли­на, крат­ность, по­ляр­ность. Типы химических связей (s -, p - и d -связи). Направленность и на­сы­щае­мость ко­ва­лент­ной свя­зи. Мо­ле­ку­лы с не­чет­ным чис­лом элек­тро­нов.

Гиб­ри­ди­за­ция атомных ор­би­та­лей. Тео­рия от­тал­ки­ва­ния s -свя­зы­вающих и не­по­де­лен­ных элек­трон­ных пар Гиллеспи. Гео­мет­ри­че­ское строе­ние мо­ле­кул, ио­нов и комплексных соединений. Делокализованная p -  связь.

По­ляр­ность мо­ле­кул и ио­нов. Диа­маг­нит­ные и па­ра­маг­нит­ные мо­ле­ку­лы. Связь маг­нит­но­го мо­мен­та с чис­лом не­спа­рен­ных элек­тро­нов.

Ме­тод мо­ле­ку­ляр­ных ор­би­та­лей. Основные положения метода молекулярных орбиталей (МО ЛКАО). Связывающие, разрыхляющие и несвязывающие молекулярные орбитали. Качественное опи­са­ние молекулярных орбиталей двух­атом­ных мо­ле­кул из эле­мен­тов пер­во­го и вто­ро­го пе­рио­дов. Объяснение магнитных свойств молекул и ионов с позиций метода МО ЛКАО. Со­пос­тав­ле­ние возможностей ме­то­да мо­ле­ку­ляр­ных ор­би­та­лей и ме­то­да ва­лент­ных свя­зей. Изоэлектронные частицы.

Га­зо­об­раз­ное и кон­ден­си­ро­ван­ные со­стоя­ния вещества. Валентные и невалентные силы сцепления между атомами, молекулами в твёрдых и жидких веществах. Ионная и металлическая связь. Кри­стал­ли­че­ские и аморф­ные ве­ще­ст­ва. Атом­ные, ме­тал­ли­че­ские, ион­ные и мо­ле­ку­ляр­ные кри­стал­ли­че­ские ре­шет­ки. Силы Ван Дер Ваальса (ориентационное, индукционное, дисперсионное взаимодействие). Водородная связь, её про­яв­ле­ние в свой­ст­вах ве­ществ.

4.1.4. Тер­мо­хи­мия и эле­мен­ты хи­ми­че­ской тер­мо­ди­на­ми­ки.

Понятие о термодинамической системе. Равновесные и неравновесные химические процессы. Функции состояния. Внутренняя энергия и энтальпия. Термохимия. Эк­зо­тер­ми­че­ские и эн­до­тер­ми­че­ские ре­ак­ции. Термохимическое уравнение. Изменение энтальпии как характеристики теплового эффекта химической реакции. За­кон Гес­са и его при­ме­не­ние для рас­че­та те­п­ло­вых эф­фек­тов хи­ми­че­ских ре­ак­ций. Стан­дарт­ные условия. Понятие о стандартном состоянии. Стандартные энтальпии об­ра­зо­ва­ния ве­ществ. Энергии связей в молекулах.

По­ня­тие об эн­тро­пии. Абсолютная энтропия и строение вещества. Изменение энтропии в ходе химических реакций и различных процессов.

Химическое равновесие. Свободная энер­гия Гиб­бса. Изменение энер­гии Гиб­бса как термодинамический критерий воз­мож­но­сти самопроизвольного про­те­ка­ния ре­ак­ции. Стандартное изменение энергии Гиббса в реакции. Связь стандартного изменения энергии Гиббса с константой равновесия. Рас­чет кон­стант рав­но­ве­сия. Ис­ход­ные и рав­но­вес­ные кон­цен­тра­ции веществ. Влия­ние тем­пе­ра­ту­ры на ве­ли­чи­ну энер­гии Гиб­бса, кон­стан­ту рав­но­ве­сия.

Обратимые и необратимые химические реакции. Ди­на­ми­че­ский ха­рак­тер хи­ми­че­ско­го рав­но­ве­сия. Сме­ще­ние хи­ми­че­ско­го рав­но­ве­сия при внеш­них воз­дей­ст­ви­ях - прин­цип Ле Ша­те­лье - Брау­на и его объяснение с позиций термодинамики. Влияние температуры, давления и концентрации реагентов на химическое равновесие.

4.1.5. Химическое равновесие. Ки­не­ти­ка хи­ми­че­ских ре­ак­ций.

Ско­рость хи­ми­че­ской ре­ак­ции. Факторы, влияющие на скорость химической реакции. За­кон дей­ст­вую­щих масс. Кон­стан­та ско­ро­сти ре­ак­ции. Зависимость скорости реакции от концентрации реагентов. По­ря­док реакции и мо­ле­ку­ляр­ность элементарной стадии хи­ми­че­ской ре­ак­ции.

Влияние температуры на скорость химической реакции. Температурный коэффициент химической реакции. Правило Вант-Гоффа. Зависимость константы скорости от температуры. Энергия активации. Урав­не­ние Ар­ре­ниу­са. По­ня­тие о ме­ха­низ­мах хи­ми­че­ских ре­ак­ций.

Катализ и инициирование реакции. Образование промежуточных соединений при катализе. Гомогенный и гетерогенный катализ. Адсорбция и ее роль в гетерогенном катализе.