Основы общей химии: учебное пособие для СПО

Description

В доступной форме рассмотрены современные представления о строении атомов и молекул, о свойствах растворов неэлектролитов и электролитов, изложены основные разделы теории химических процессов (термохимия, химическое равновесие, кинетика). Подробнее, чем в учебниках по общей и неорганической химии, даны основы электрохимической термодинамики и их приложения к вопросам термодинамической устойчивости металлов в агрессивных средах и устойчивости водных растворов. Кратко, на современном научном уровне представлены основы физико-химического анализа и особенности гетерогенных равновесий в однокомпонентных и двухкомпонентных системах. Изложение многих вопросов дополнено решением задач разного уровня сложности. Пособие предназначено для студентов, обучающихся профессиям СПО, для получения которых необходима подготовка по общей и неорганической химии, например: «Химические технологии», «Промышленная экология и биотехнологии», «Технологии материалов», «Клиническая медицина», «Фармация», «Ветеринария и зоотехния» и др. Основные физические и физико-химические константы......Page 9 Предисловие......Page 10 1.1. Строение атома......Page 12 1.1.1. Теория атома водорода по Бору......Page 13 1.1.2. Волново-корпускулярный дуализм. Элементы квантовой механики......Page 16 1.1.3. Уравнение Шрёдингера. Понятие о волновой функции......Page 19 1.1.4. Уравнение Шрёдингера для атома водорода......Page 22 1.1.5. Энергетический спектр атома водорода......Page 24 1.1.6. Физический смысл квантовых чисел атома водорода......Page 27 1.1.7. Орбитали атома водорода......Page 28 1.1.8. Знаки атомных орбиталей водорода......Page 38 1.1.9. Спин электрона......Page 40 1.1.10. Многоэлектронные атомы......Page 42 1.2. Периодический закон......Page 48 1.3.1. Эффективные атомные радиусы......Page 51 1.3.2. Энергия ионизации. Электронное сродство......Page 54 Упражнения......Page 57 2.1. Основные понятия......Page 60 2.2. Методы квантовой химии......Page 65 2.3. Метод валентных связей......Page 66 2.3.1. Основные положения метода......Page 67 2.3.2. Электронное строение двухатомных молекул. Принцип максимального перекрывания......Page 69 2.3.3. Направленность ковалентной связи. Концепция гибридизации в методе ВС......Page 72 2.3.4. Теория отталкивания электронных пар валентных орбиталей Гиллеспи......Page 78 2.3.5. Насыщаемость ковалентной связи. Валентность атомов......Page 81 2.3.6. Поляризация ковалентной связи......Page 83 2.4. Метод молекулярных орбиталей......Page 86 2.4.1. Основные положения метода......Page 87 2.4.2. Орбитали молекулярного иона водорода......Page 89 2.4.3. Орбитали двухатомных гомоядерных молекул, образованных атомами s-элементов I–II периодов......Page 93 2.4.4. Орбитали двухатомных гомоядерных молекул, образованных атомами р-элементов II периода......Page 95 2.4.5. Орбитали гетероядерных двухатомных молекул......Page 99 2.4.6. Орбитали многоатомных молекул......Page 102 2.5. Ионная связь......Page 105 2.5.1. Модель ионной связи......Page 106 2.5.2. Распределение электронной плотности в ионной молекуле. Ненаправленность и ненасыщаемость ионной связи......Page 108 2.5.3. Поляризация ионов......Page 110 2.5.4. Степень ионности связи и электроотрицательность атомов......Page 111 2.5.5. Ионные радиусы......Page 112 2.5.6. Типы структур ионных кристаллов......Page 113 2.5.7. Энергия ионной связи. Энергия кристаллической ионной решетки......Page 116 2.6. Металлическая связь......Page 120 2.7. Элементы зонной теории твердого тела......Page 123 2.8. Электронный газ в металлах......Page 128 2.9.1. Силы Ван-дер-Ваальса......Page 129 2.9.2. Водородная связь......Page 136 Упражнения......Page 141 3.1. Основные представления о комплексных соединениях......Page 145 3.2. Номенклатура комплексных соединений......Page 147 3.4. Трансвлияние......Page 148 3.5. Классическая теория химической связи в комплексных соединениях......Page 150 3.6.1. Теория валентных связей......Page 152 3.6.2. Теория кристаллического поля......Page 155 3.6.3. Окраска комплексных соединений в растворах......Page 160 3.6.4. Теория поля лигандов......Page 163 Упражнения......Page 168 Глава 4. Химическая термодинамика. Химическое равновесие......Page 169 4.1. Основные понятия термодинамики......Page 170 4.2. Первое начало термодинамики......Page 172 4.3. Изохорные и изобарные процессы. Внутренняя энергия и энтальпия процесса......Page 174 4.4. Закон Гесса и следствия из него......Page 178 4.5. Самопроизвольные, равновесные и обратимые процессы......Page 181 4.6. Второе начало термодинамики. Энтропия......Page 183 4.7. Статистическая интерпретация энтропии......Page 187 4.8. Расчет изменения энтропии в различных процессах......Page 190 4.9. Второе начало термодинамики и критерии самопроизвольного протекания процессов......Page 192 4.10. Влияние температуры на направление процесса......Page 197 4.11. Энергия Гиббса и полезная работа процесса......Page 198 4.12. Изменение энергии Гиббса в стандартных условиях......Page 200 4.13. Константа химического равновесия......Page 202 4.14. Константа равновесия для гетерогенных реакций......Page 208 4.15. Химическое сродство......Page 209 4.16. Влияние на равновесие внешних воздействий. Принцип Ле Шателье......Page 211 Упражнения......Page 217 Глава 5. Растворы неэлектролитов......Page 222 5.1. Основные понятия......Page 223 5.2. Способы выражения концентрации растворов......Page 224 5.3. Задачи на расчет концентраций......Page 227 5.4. Термодинамика образования раствора с неограниченной и ограниченной растворимостью компонентов......Page 230 5.5. Парциальные мольные величины. Химический потенциал......Page 233 5.6.1. Идеальные газовые смеси......Page 238 5.6.2. Идеальные жидкие и твердые растворы......Page 239 5.7. Реальные жидкие и твердые растворы......Page 240 5.8. Давление пара над раствором. Закон Рауля......Page 242 5.9. Эбулиоскопия......Page 246 5.10. Криоскопия......Page 247 5.11. Ocмoc. Осмотическое давление......Page 250 5.12. Коллигативные свойства растворов......Page 252 Упражнения......Page 253 Глава 6. Растворы электролитов. Реакции ионного обмена......Page 255 6.1. Экспериментальные факты, свидетельствующие об электролитической диссоциации......Page 256 6.2. Основные положения классической теории электролитической диссоциации Аррениуса......Page 257 6.3.1. Диссоциация кислот и оснований......Page 259 6.3.2. Типы кислотно-основной диссоциации гидроксидов. Диссоциация амфотерных электролитов......Page 263 6.3.3. Диссоциация солей......Page 266 6.3.4. Диссоциация воды......Page 268 6.3.5. Реакции нейтрализации......Page 269 6.3.6. Гидролиз солей......Page 271 6.3.7. Ступенчатый гидролиз......Page 276 6.3.8. Произведение растворимости малорастворимых веществ......Page 278 6.3.9. Произведение растворимости и комплексообразование в растворе......Page 280 6.4. Недостатки теории электролитической диссоциации Аррениуса......Page 282 6.5. Теория кислот и оснований Брёнстеда–Лоури......Page 284 6.5.1. Особые свойства протона......Page 285 6.5.2. Основные положения теории Брёнстеда–Лоури......Page 286 6.5.3. Сила кислот и оснований......Page 288 6.5.4. Сродство к протону растворителя......Page 291 6.5.5. Кислотно-основные буферные растворы......Page 293 6.5.6. Значение теории Брёнстеда–Лоури......Page 296 6.6. Термодинамика злектролитической диссоциации......Page 297 6.7. Сольватация (гидратация) ионов......Page 299 6.8. Сильные электролиты. Межионные взаимодействия......Page 301 Упражнения......Page 304 7.1. Скорость химической реакции......Page 309 7.2. Основные понятия химической кинетики......Page 313 7.3. Классификация сложных реакций......Page 315 7.4. Закон действующих масс......Page 317 7.5. Кинетика гомогенных реакций разного порядка......Page 319 7.6. Экспериментальное определение порядка реакции......Page 323 7.7. Влияние температуры на скорость реакции......Page 326 7.8. Активированный комплекс......Page 329 7.9. Уравнение Аррениуса......Page 331 7.10. Стерический фактор и скорость реакции......Page 333 7.11. Элементы теории катализа......Page 335 7.11.1. Гомогенный катализ......Page 336 7.11.2. Гетерогенный катализ......Page 338 Упражнения......Page 340 Глава 8. Окислительно-восстановительные реакции. Элементы электрохимии......Page 343 8.1. Степень окисления атомов и окислительно-восстановительные реакции......Page 344 8.2. Типичные восстановители и окислители......Page 346 8.3. Типы окислительно-восстановительных реакций......Page 348 8.4. Методы составления уравнений окислительно-восстановительных реакций......Page 349 8.4.2. Метод полуреакций......Page 350 8.5. Гетерогенные окислительно-восстановительные процессы. Равновесие на границе металла и раствора......Page 353 8.5.1. Гальвани-потенциал и направление электродного процесса......Page 354 8.5.2. Электродный потенциал......Page 357 8.5.3. Знаки электродных потенциалов......Page 359 8.6. Основное уравнение электрохимической термодинамики......Page 360 8.6.1. Анод и катод электрохимической цепи. Электродные полуреакции......Page 361 8.6.3. Связь ЭДС с энергией Гиббса химической реакции......Page 363 8.7. Уравнение Нернста......Page 365 8.8. Ряд напряжений металлов......Page 367 8.9. Электролиз. Законы Фарадея......Page 370 8.9.2. Электролиз водных растворов электролитов......Page 371 8.9.3. Законы Фарадея......Page 375 8.10. Химические источники тока......Page 377 8.11. Коррозия металлов......Page 379 8.11.1. Химическая коррозия......Page 380 8.11.2. Электрохимическая коррозия......Page 381 Упражнения......Page 387 9.1. Метод физико-химического анализа. Правило фаз......Page 391 9.2. Вывод правила фаз......Page 395 9.3. Фазовые диаграммы однокомпонентных систем......Page 396 9.4. Фазовые диаграммы двухкомпонентных (бинарных) систем......Page 402 9.4.1. Фазовая диаграмма бинарной системы с полной взаимной растворимостью компонентов в жидком и твердом состоянии......Page 403 9.4.2. Равновесная и неравновесная кристаллизация твердого раствора......Page 406 9.4.3. Диаграммы состав — свойство неограниченных твердых растворов......Page 407 9.4.4. Фазовая диаграмма бинарной системы с эвтектическим типом плавления ограниченных твердых растворов......Page 408 9.4.5 Фазовая диаграмма бинарной системы с перитектическим превращением ограниченных твердых растворов......Page 411 9.4.6. Фазовые диаграммы бинарных систем с образованием химических соединений......Page 412 9.5. Термодинамическое обоснование фазовых равновесий......Page 414 Упражнения......Page 418 10.1. Кристаллическое состояние вещества......Page 423 10.1.1. Точечные дефекты в кристаллах......Page 424 10.1.2. Концентрация точечных дефектов......Page 427 10.2. Метод квазихимических реакций......Page 428 10.3. Область гомогенности химических соединений......Page 430 Приложение I. Короткопериодный вариант Периодической системы элементов Д. И. Менделеева......Page 432 Приложение II. Полудлинный вариант Периодической системы элементов Д. И. Менделеева......Page 433 Приложение III. Уравнение состояния идеальных газов......Page 434 IV.1. Понятие теплоемкости......Page 436 IV.2. Зависимость теплоемкости вещества от температуры......Page 437 IV.4. Зависимость энтальпии реакции от температуры. Уравнение Кирхгофа......Page 438 Приложение V. Диаграммы равновесия жидкость — пар в двухкомпонентной системе......Page 441 Библиографический список......Page 447 Предметный указатель......Page 449