Неорганическая химия, Курс лекций, Кирик С.Д., Королева Г.А., Вострикова Н.М., 2008

Неорганическая химия, Курс лекций, Кирик С.Д., Королева Г.А., Вострикова Н.М., 2008.
    Настоящее издание является частью электронного учебно-методического комплекса по дисциплине «Неорганическая химия», включающего учебную программу, лабораторный практикум, методические указания по самостоятельной работе, контрольно-измерительные материалы «Неорганическая химия. Банк тестовых заданий», наглядное пособие «Неорганическая химия. Презентационные материалы».
Предназначен для студентов направлений подготовки бакалавров 150100.62 «Металлургия», 280200.62 «Защита окружающей среды» укрупненных групп 150000 «Металлургия, машиностроение, металлообработка», 280000 «Безопасность жизнедеятельности, природообустройство и защита окружающей среды».
Термодинамика.
Термодинамика - наука, изучающая взаимные переходы теплоты и работы в равновесных системах и при переходе к равновесию. Химическая термодинамика - раздел физической химии, в котором термодинамические методы применяются для анализа химических явлений: химических реакций, фазовых переходов и процессов в растворах. Объект изучения термодинамики - термодинамические системы, т. е. макроскопические объекты, отделенные от окружающего пространства реальной или мысленной поверхностью.
Системы бывают: открытые, где существует обмен энергией и веществом с окружающей средой; закрытые, где существует обмен энергией с окружением, но нет обмена веществом; изолированные, в которых нет обмена с окружением ни энергией, ни веществом.
Состояние системы описывают с помощью макроскопических параметров, например, температуры, давления, объема и т. д., а также с использованием термодинамических функции, зависящих от параметров. Различают: функции состояния (зависят только от состояния системы и не зависят от пути, по которому это состояние получено); функции перехода (значение зависит от пути, по которому происходит изменение системы). Примеры функций состояния: внутренняя энергия U, энтальпия H, свободная энергия Гиб-бса G, энтропия S. Их изменение при переходе из состояния 1 в состояние 2 определяется только этими состояниями. Примеры функций перехода: теплота О и работа А. Параметры системы могут зависеть или не зависеть от времени.
ОГЛАВЛЕНИЕ
ПРЕДИСЛОВИЕ 8
МОДУЛЬ 1. ОБЩЕТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ НЕОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ 9
РАЗДЕЛ 1. ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПРОТЕКАНИЯ ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ 9
Тема 1. Элементы химической термодинамики 9
1.1. Основные понятия химической термодинамики 9
1.2. Понятие о внутренней энергии. Энергетические эффекты химических реакций 11
1.3. Химические реакции при постоянном давлении и объеме. Энтальпия 12
1.4. Термохимические уравнения 14
1.5. Энтропия. Направленность химических реакций 18
1.6. Свободная энергия Гиббса 22
Контрольные вопросы и упражнения 25
Тема 2. Химическая кинетика и равновесие 26
2.1. Основные понятия химической кинетики 26
2.2. Зависимость скорости реакции от концентрации реагентов 27
2.3. Зависимость скорости реакции от температуры 30
2.4. Влияние катализатора на скорость химической реакции 33
2.5. Механизмы химических реакций 35
2.6. Химическое равновесие 36
2.6.1. Константа гомогенного химического равновесия 36
2.6.2. Равновесие в гетерогенных системах 38
2.6.3. Влияние температуры на константу равновесия 39
2.7. Фазовые равновесия. Правило фаз Гиббса 41
Контрольные вопросы и упражнения 44
РАЗДЕЛ 2. СТРОЕНИЕ АТОМА И ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ЭЛЕМЕНТОВ Д.И. МЕНДЕЛЕЕВА 46
Тема 3. Электронное строение атома 46
3.1. Модели строения атома 46
3.2. Квантовомеханическая модель 47
Тема 4. Периодическая система элементов Д. И. Менделеева 51
4.1. Структура Периодической системы элементов Д. И. Менделеева 51
4.2. Изменение основных характеристик атомов в периодах и подгруппах 53
4.2.1. Атомные и ионные радиусы 53
4.2.2. Энергия ионизации 54
4.2.3. Сродство к электрону 55
4.2.4. Электроотрицательность 56
4.2.5. Кислотно-основные свойства оксидов и гидроксидов 57
4.2.6. Окислительно-восстановительные свойства 58
Контрольные вопросы и упражнения 59
РАЗДЕЛ 3. ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ 61
Тема 5. Химическая связь 61
5.1. Определение и характеристики химической связи 61
5.2. Метод валентных связей. Ковалентная связь 63
5.3. Пространственная структура молекул 68
5.4. Метод молекулярных орбиталей 75
5.5. Ионная химическая связь 80
5.6. Межмолекулярное взаимодействие. Агрегатное состояние вещества 81
Контрольные вопросы и упражнения 85
РАЗДЕЛ 4. РАСТВОРЫ И ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ86
Тема 6. Растворы и их свойства 86
6.1. Дисперсные системы 86
6.2. Закономерности образования растворов 88
6.3. Растворимость веществ 89
6.4. Способы выражения состава растворов 91
6.5. Общие свойства растворов 93
6.5.1. Давление пара над раствором 94
6.5.2. Температура кипения и кристаллизации растворов 94
6.5.3. Осмотическое давление 95
Контрольные вопросы и упражнения 97
Тема 7. Ионные равновесия в растворах электролитов 97
7.1. Теория электрической диссоциации 97
7.1.1. Степень диссоциации 98
7.1.2. Константа диссоциации 99
7.2. Растворы слабых электролитов 100
7.2.1. Диссоциация воды 101
7.3. Растворы сильных электролитов 102
7.4. Кислотно-основные равновесия 104
7.4.1. Протолитическая теория кислот и оснований 104
7.4.2. Другие теории кислот и оснований 106
7.4.3. Ионообменные реакции 106
7.4.4. Гидролиз соединений 107
7.4.5. Произведение растворимости 112
Контрольные вопросы и упражнения 113
РАЗДЕЛ 5. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ 115
Тема 8. Окислительно-восстановительные реакции 115
8.1. Степень окисления 116
8.2. Типичные окислители и восстановители 117
8.3. Типы окислительно-восстановительных реакций 117
8.4. Влияние условий на протекание ОВР 118
8.5. Составление уравнений окислительно-восстановительных реакций 119
8.5.1. Метод электронного баланса 120
8.5.2. Ионно-электронный метод 121
8.6. Окислительно-восстановительные потенциалы 122
8.6.1. Формирование ДЭС. Виды электродов 122
8.6.2. Стандартный ОВП. Водородный электрод 124
8.6.3. Формула Нернста 126
8.6.4. Направление ОВР 127
Контрольные вопросы и упражнения 128
Тема 9. Основы электрохимии 129
9.1. Гальванические элементы 129
9.2. Аккумуляторы 132
9.3. Коррозия металлов. Способы защиты от коррозии 133
9.4. Электролиз как электрохимический процесс 138
9.4.2. Электролиз водных растворов электролитов 139
9.4.3. Примеры электролиза 141
9.4.4. Количественные соотношения при электролизе 142
Контрольные вопросы и упражнения 143
МОДУЛЬ 2. ХИМИЯ ЭЛЕМЕНТОВ И ИХ СОЕДИНЕНИЙ 144
РАЗДЕЛ 6. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ И ИХ СОЕДИНЕНИЙ 144
Тема 10. Обзор химических свойств неметаллов и их соединений 144
10.1. Общая характеристика неметаллов 144
10.2. Распространение в природе и способы получения 149
10.3. Важнейшие соединения неметаллов 150
10.3.1. Водородные соединения неметаллов 150
10.3.2. Кислородсодержащие соединения неметаллов 152
Контрольные вопросы и упражнения 155
Тема 11. Комплексные соединения 155
11.1. Основные понятия координационной теории 155
11.2. Классификация комплексных соединений 159
11.3. Изомерия комплексных соединений 160
11.4. Природа химической связи в комплексных соединениях 161
11.5. Номенклатура комплексных соединений 166
11.6. Ионные равновесия в растворах комплексных соединений 167
11.7. Применение комплексных соединений 169
Контрольные вопросы и упражнения 170
Тема 12. Свойства металлов и их соединений 171
12.1. Общая характеристика металлов 171
12.2. Классификация металлов 171
12.3. Химическая связь в металлах и физические свойства 173
12.4. Химические свойства металлов 176
12.4.1. Бинарные соединения металлов 177
12.4.2. Взаимодействие металлов с кислотами 178
12.4.3. Взаимодействие металлов со смесями кислот 181
12.4.4.Взаимодействие металлов с водой, щелочами 181
12.5. Металлы в природе. Способы получения металлов 182
Контрольные вопросы и упражнения 186
12.6. Химия s-металлов и их соединений 187
12.6.1. Распространение в природе и получение 188
12.6.2. Физические свойства 189
12.6.3. Химические свойства 190
12.6.4. Соединения s-металлов 192
12.6.5. Применение 195
Контрольные вопросы и упражнения 195
12.7. Химия р-металлов и их соединений 196
12.7.1. Распространение в природе и получение 196
12.7.2. Физические и химические свойства 197
12.7.3. Соединения р-металлов 200
12.7.4. Применение 203
Контрольные вопросы и упражнения 203
12.8. Химия d-металлов и их соединений 204
12.8.1. Окислительно-восстановительные свойства 207
12.8.2. Кислотно-основные свойства 209
Контрольные вопросы и упражнения 212
12.9. Химия f-металлов и их соединений 212
12.9.1. Распространение f-элементов в природе и получение 216
12.9.2. Физические свойства 217
12.9.3. Химические свойства 218
12.9.4. Соединения f-металлов 221
12.9.5. Применение 222
Контрольные вопросы и упражнения 223
МОДУЛЬ 3. ХИМИЧЕСКАЯ ИДЕНТИФИКАЦИЯ И АНАЛИЗ ВЕЩЕСТВА 225
РАЗДЕЛ 7. ОБЗОР СОВРЕМЕННЫХ МЕТОДОВ АНАЛИЗА ВЕЩЕСТВА 225
Тема 13. Химические и физико-химические методы анализа 225
13.1. Основные принципы качественного анализа 225
Контрольные вопросы и упражнения 232
13.2. Титриметрический анализ 233
Контрольные вопросы и упражнения 239
13.3. Общая характеристика физико-химических методов анализа 240
13.4. Потенциометрия. Электродный потенциал. Уравнение Нернста 243
Контрольные вопросы и упражнения 248
Тема 14. Физические методы анализа 249
14.1. Спектральный анализ 249
14.2. Методы, основанные на взаимодействии вещества с магнитным полем 251
14.3. Колебательная спектроскопия 256
14.4. Рентгенофлуоресцентный метод анализа 259
14.5. Радиоактивационный метод анализа 262
14.6. Выбор схемы и метода анализа 263
Контрольные вопросы и упражнения 265.