3. Содержание дисциплины
3.1. Наименование тем, их содержание, объем в часах лекционных
занятий
№
п/п
|
Раздел, тема учебного курса,
содержание лекции
|
Кол-во
часов
ОФО
|
Кол-во часов
ЗФО
|
Литература
(осн./доп.)
|
1.
|
ПЕРВЫЙ СЕМЕСТР
Раздел 1. Химия как раздел естествознания
Тема 1.1. Предмет и методы химии
1.1.1. Место химии в ряду естественных наук. Предмет химии. Цели и задачи изучения дисциплины. Методы химии. Понятие о веществе, материи. Современное состояние химической науки.
1.1.2. Этапы развития. История развития химии. Развитие атомистических представлений в химии. Значение М.В.Ломоносова для химической науки. Вклад В.Ф.Оствальда, С.А.Аррениуса, В.Г.Нернста, И.Н.Бренстеда, Т.М.Лоури в создание научных основ современной химии. Роль отечественных ученых в становлении и развитии химической науки.
1.1.3. Химия как производительная сила общества. Химическое производство. Специфическая роль химии в технологических и экономических вопросах отраслей народного хозяйства.
Тема 1.2. Основные законы химии
1.2.1.Законы сохранения массы и энергии. Стехиометрические законы. Закон сохранения энергии. Закон массы веществ. Закон постоянства состава. Закон кратных отношений. Закон эквивалентов. Современные формулировки стехиометрических законов.
1.2.2. Газовые законы.
Понятие идеального газа. Изопроцессы. Закон Бойля-Мариотта. Закон Гей-Люссака. Уравнение Менделеева-Клапейрона. Закон Авогадро. Число Авагадро. Типовые расчеты по основным законам химии.
|
2
|
2
|
1,2/2
|
2.
|
Раздел 2. Современные представления о строении вещества
Тема 2.1.Строение вещества
2.1.1. Строение атома.
Основные сведения о строении атомов. Элементарные частицы, образующие атом: электрон, протон, нейтрон. Атомное ядро. Модели строения атома. Ядерная модель Э.Резерфорда. Состояние электрона в атоме. Теория Бора. Атомные орбитали. Энергетические уровни. Квантовые числа. Принцип Паули. s-, p-, d-, f- элементы.
|
2
|
2
|
1,2/2
|
|
2.1.2. Химический элемент.
Химия и Периодическая система элементов Д.И. Менделеева. Изменение свойств элементов и их соединений. Значение Периодического закона и Периодической системы. Развитие Периодического закона.
2.1.3. Периодическая система и электронная структура атомов.
Рентгеновские спектры элементов и закон Мозли, порядковый номер элементов. Электронные конфигурации атомов. Правило Хунда. Возбужденное состояние атомов.
|
|
|
|
3.
|
Тема 2.2. Химическая связь
2.2.1. Определение и основные характеристики химической связи.
Химическая связь и валентность элементов. Сродство к электрону. Потенциал ионизации. Электроотрицательность. Основные характеристики химической связи: энергия, длина, валентные углы. Полярность связи. Поляризуемость химических связей и молекул. Современная квантово-механическая трактовка химической связи. Метод валентных связей. Гибридизация. Гибридные атомные орбитали. Метод молекулярных орбиталей.
Комплементарность.
2.2.2. Типы взаимодействия молекул.
Силы межмолекулярного взаимодействия. Водородная связь. Природа и особенности проявления водородной связи. Донорно-акцепторный механизм образования связи.
2.2.3. Комплексные соединения.
Классификация. Номенклатура. Теория кристаллического поля. Трактовка химической связи в комплексах по методу молекулярных орбиталей.
2.2.5. Окисление и восстановление.
Понятие о степени окисления (окислительном числе) элементов в соединениях. Окислительно-восстановительные реакции. Окислительные и восстановительные свойства веществ.
|
2
|
|
1,2/2
|
4.
|
Раздел 3. Закономерности химических процессов
Тема 3.1. Энергетика химических процессов.
3.1.1. Химическая термодинамика.
Энергетика химических процессов. Энтальпия. Закон Гесса. Энергетические эффекты при фазовых переходах. Термохимические расчеты.
3.1.2. Энтропия.
Понятия об энтропии. Изменения энтропии при химических процессах. Изобарно-изотермический потенциал (свободная энергия Гиббса). Термодинамический критерий направления химической реакции.
|
2
|
|
1,2/2
|
|
Тема 3.2. Химическая кинетика
Скорость химических реакций. Гомогенные и гетерогенные системы. Скорость реакции и методы ее регулирования. Зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ. Закон действующих масс. Энергия активации. Фотохимические реакции. Химическое равновесие
Фазовое равновесие. Правило фаз. Поверхностные явления. Катализ. Катализаторы и каталитические системы. Колебательные реакции.
|
|
|
1,2/2]
|
5.
|
Раздел 4. Дисперсные системы
Тема 4.1. Понятие дисперсности и дисперсной системы
4.1.1. Классификация дисперсных систем.
Дисперсность. Дисперсная система. Дисперсная фаза. Дисперсионная среда. Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию частиц дисперсной фазы и дисперсионной среды, межфазному взаимодействию, дисперсности, структуре. Суспензии, эмульсии, пены. Мицелла. Методы получения коллоидных систем. Устойчивость золей.
Тема 4.2. Растворы
4.2.1. Истинные растворы.
Растворы. Определение. Основные характеристики. Способы выражения концентрации. Растворимость. Коллигативные свойства растворов.
4.2.2. Растворы электролитов.
Современные представления о природе электролитической диссоциации. Отклонения от законов Рауля и Вант-Гоффа для растворов электролитов. Понятие об активности и средней активности сильного электролита. Диссоциация. Степень диссоциации. Применение закона действующих масс к равновесиям электролитов в водной среде. Константа диссоциации слабых электролитов. Закон разбавления.
Электролитическая диссоциация воды. Ионное произведение воды. Водородный показатель. Понятие об индикаторах. Смещение равновесий в водных растворах электролитов. Буферные системы.
Гидролиз солей. Константа гидролиза, рН растворов кислот, оснований, солей. Теории кислот и оснований. Описание реакций гидролиза в рамках теории Бренстеда-Лоури. Амфолиты. Диссоциация комплексного иона. Труднорастворимые электролиты. Неводные растворители.
|
2
|
|
3/1
|
6.
7.
8.
|
4.2.3. Химия твердого состояния вещества.
Агрегатное состояние вещества. Химическое строение твердого тела. Аморфное состояние вещества. Кристаллы. Важнейшие типы кристаллических структур. Кристаллические решетки. Химическая связь в твердых телах. Металлическая связь. Электрические и магнитные свойства кристаллов. Проводники, полупроводники и изоляторы. Реальные кристаллы. Простое вещество. Изомерия и аллотропия. Зависимость физических свойств от вида химической связи между частицами в кристалле. Методы исследования молекулярной и кристаллической структуры.
Раздел 5. Электрохимические процессы
Тема 5.1.Электродные потенциалы и электродвижущие силы
Окислительно-восстановительные равновесия. Равновесие на границе металл – раствор. Электродный потенциал. Водородный электрод. Ряд напряжений. Гальванические элементы. Строение двойного электрического слоя на границе электрод – раствор. Химические источники электрической энергии. Концентрационные элементы. Топливные элементы.
Тема 5.2. Электролиз.
Сущность электролиза. Последовательность разрядки ионов. Анодное окисление и катодное восстановление. Вторичные процессы при электролизе. Явления перенапряжения. Электролиз с нерастворимым и растворимым анодами. Применение электролиза для проведения процессов окисления и восстановления. Закон Фарадея. Выход по току. Прохождение электрического тока через водные растворы и расплавы. Электролитическое окисление и рафинирование металлов. Основы гальванических методов нанесения металлических покрытий. Аккумуляторы.
Раздел 6. Химия элементов главных подгрупп
Тема 6.1. Свойства неметаллов и их важнейших соединений
6.1.1.Классификация химических элементов.
Основные принципы классификации химических элементов по Д.И. Менделееву. s-, p-, d-, f- элементы. Распространенность элементов в природе. Рассеянные и редкие элементы. Кислотно-основные и окислительно-восстановительные свойства веществ.
6.1.2. Водород. Вода. Подгруппа гелия.
Специфические свойства атома и молекулы водорода. Соединения водорода с металлами и неметаллами. Условия существования гидрид-иона. Энергетика взаимодействия водорода с кислородом.
Вода: строение, свойства молекулы воды. Специфика воды как растворителя: ионизирующая способность воды. Роль воды в природе.
6.1.3. Галогены.
Сравнительная характеристика свойств галогенов. Механизм реакций гидролиза галогенов. Свойства и специфические отличия соединений с водородом и кислородом.Комплексные галидсодержащие соединения. Применение галогенов и их соединений.
6.1.4. Кислород. Подгруппа кислорода и серы (халькогены).
Специфика свойств атома и молекулы кислорода. Кислород в природе. Воздух. Проблемы очистки воздуха. Озон. Характерные физические и химические свойства оксидов. Закономерности в изменении свойств оксидов в периодах и группах. Пероксиды. Халькогены. Строение и свойства. Специфика химии серы. Степени окисления. Условия существования ионов: S2-, SO32-, SO42-. Практическое значение производных халькогенов.
6.1.5.Азот. Подгруппа азота и фосфора.
Электронная структура атома азота. Энергетическая характеристика молекул азота. Реакционная способность азота. Степени окисления. Соединения азота с водородом. Свойства важнейших производных аммиака. Условия существования солей аммония. Аммиакаты. Нитриды металлов. Азиды. Аминокислоты. Устойчивость и химическая активность кислородных соединений азота. Условия существования NO2-, NO3- - ионов. Окислительно-восстановительные реакции в химии азота.
Биологическая роль азота. Значение производных азота в народном хозяйстве.
Фосфор, мышьяк, сурьма, висмут. Общая характеристика. Структура и свойства простых веществ. Закономерности в изменении степеней окисления с изменением атомной массы элемента. Основные классы соединений. Сравнительная характеристика фосфидов, арсенидов, антимонидов. Свойства соединений с водородом и их отличие от аммиака. Отношение к воде соединений с кислородом, галогенами. Возможности образования солей кислородных кислот. Характеристика свойств фосфорных кислот и их производных. Условия существования PO43- - иона. Значение производных фосфора.
6.1.6. Углерод. Подгруппа углерода.
Структура и свойства. Адсорбция. Объяснение специфика химии углерода как элемента живой и неживой природы. Важнейшие классы неорганических соединений углерода. Характеристика неорганических соединений углерода с кислородом, серой, галогенами. Условия существования карбонат-иона. Карбонатное равновесие в природе. Важнейшие соединения с C – N связями и их специфические свойства; условия существования циан- и тиоциан – ионов. Карбиды металлов. Соединения углерода как источники энергии.
Кремний. Бор. Распространение кремния в природе. бора с дефицитом электронов. Подгруппа германия.
Тема 6.2. Органические соединения
6.2.1. Особенности органических соединений.
Теория химического строения органических веществ. Изомерия. Классификация и номенклатура органических соединений. Классификация химических реакций по характеру разрыва химической связи.
6.2.2. Углеводороды.
Природа химических связей в углеводородах. Гибридизация атомных орбиталей. Связь химических свойств со структурой молекул. Производные углеводородов. Галогенпроизводные. Кислородсодержащие органические соединения. Органические соединения с C – N, C – S и C – P связями.Полимеры. Олигомеры. Методы получения. Полимеризация. Поликонденсация. Строение полимеров. Свойства полимеров. Применение полимеров. Природные и синтетические полимеры.
Тема 6.3.Свойства металлов
6.3.1. Характеристика металлов.
Физические и химические свойства металлов. Сплавы. Интерметаллические соединения. Взаимодействие металлов с водой, кислотами, щелочами. Коррозия металлов. Защита от коррозии. Металлы как микроэлементы и их роль в жизни животных и растений.
6.3.2.Щелочные и щелочноземельные металлы. Сравнительная характеристика свойств щелочных и щелочноземельных металлов: получение и свойства важнейших классов соединений. Нерастворимые соединения натрия и калия. Специфика химии лития. Амфотерность оксида бериллия. Бериллаты.. Значение соединений натрия, калия, магния и кальция в народном хозяйстве.
6.3.3. Алюминий и его сплавы.
Подгруппа галлия. Общая характеристика. Алюминий. Распространенность в природе. Сплавы. Важнейшие гидратированные формы глинозема. Алюминаты. Алюмосиликаты. Свойства важнейших соединений галлия и индия.
|
2
2
2
|
|
3/1
2/2
2/2
2/2
1,2/2
1,2/2
1,2/2
|
9.
|
Раздел 7. Химия переходных элементов
Тема 7.1. Характеристика переходных элементов.
7.1.1. Расположение переходных элементов в периодической системе Д.И. Менделеева.
Общая характеристика. Закономерности в изменении физических и электрохимических свойств переходных элементов в зависимости от порядкового номера (в периоде) и атомной массы (в группе).
7.1.2. Соединения переходных элементов.
Характеристика свойств и устойчивости оксидов, сульфидов, гидроксидов, галидов. Соединения с углеродом, азотом, водородом. Комплексные соединения.
Элементы семейства железа. Электронная структура атомов. Распространение в природе. Физические и химические свойства простых веществ. Магнитные свойства железа. Сплавы железа. Получение железа из руд. Важнейшие соединения железа, кобальта, никеля.
Платиновые металлы. Общая характеристика. Важнейшие соединения осмия и рутения, родия и иридия, палладия и платины. Причины неустойчивости производных платиновых металлов.
7.1.5. Переходные элементы I, II групп.
Подгруппа меди. Свойства соединений меди (I) и причины их неустойчивости. Соединения меди (II), серебра (I), золота (III). Применение производных элементов подгруппы меди. Подгруппа цинка. Общая характеристика. Особенности химии ртути. Важнейшие соединения ртути (I) и ртути (II).
7.1.6. Лантаноиды и актиноиды.
Лантаноиды. Причины близости свойств лантаноидов, трудности их разделения. Степени окисления и специфика химии актиноидов; химия тория и урана.
Тема 7.2. Радиоактивные элементы
7.2.1. Характеристика радиоактивных элементов.
Атомное ядро. Радиоактивность. Естественная радиоактивность. Изотопы. Радиоактивные ряды. Искусственная радиоактивность. Химические
свойства радиоактивных элементов.
7.2.2. Ядерные процессы.
Виды радиоактивного распада: α -, β-, γ-распад. Скорость радиоактивного распада. Использование радиоактивных веществ в науке и технике. Ядерная
энергетика. Радиоактивное загрязнение окружающей среды.
Раздел 8. Методы идентификации, разделения и очистки химических веществ
Тема 8.1. Чистое химическое вещество
8.1.1. Стандарты чистоты химических веществ. Понятие чистого химического вещества. Стандарты чистоты.
Характеристики разделения вещества: коэффициент распределения, коэффициент разделения, степень извлечения.
8.1.2. Основные методы разделения и очистки веществ.
Физические методы разделения и очистки. Основные методы препаративного анализа. Экстракционные методы. Термические методы. Зонная очистка. Хроматографические методы.
Тема 8.2. Направления развития химической науки и практики
Перспективы и ведущие тенденции развитии химии и связанных с ней отраслей техники. Проблемы охраны окружающей среды.
|
1
|
2
|
1,2/2
1-3/1,2
|
|
Итого
|
17
|
6
|
| |
