Всички изключения в химията. Часове по неорганична химия. Класификация на химичните реакции в неорганичната и органичната химия

РУКОВОДСТВО

По дисциплината "Обща и неорганична химия"

Сборник лекции по общи и не- органична химия

Обща и неорганична химия: учебник / автор Е. Н. Мозжухина;

GBPOU "Кургански основен медицински колеж". - Курган: KBMK, 2014. - 340 с.

Публикува се с решение на редакционно-издателския съвет на Държавната автономна образователна институция за допълнително професионално образование "Институт за развитие на образованието и социалните технологии"

Рецензент:НЕ. Горшкова - кандидат на биологичните науки, заместник-директор по IMR, Kurgan Basic Medical College

Обяснителна бележка

На модерен етапВ развитието на обществото първостепенна задача е грижата за човешкото здраве. Лечението на много заболявания стана възможно благодарение на напредъка на химията в създаването на нови вещества и материали.

Без задълбочени и изчерпателни познания в областта на химията, без да познават значението на положителното или отрицателното влияние на химичните фактори върху заобикаляща среданяма да можеш да си грамотен медицински работник. Студентите от медицинския колеж трябва да имат необходим минимумзнания по химия.

Този курс от лекционен материал е предназначен за студенти, изучаващи основите на общата и неорганичната химия.

Целта на този курс е да се изучат принципите на неорганичната химия, изложени в съвременно нивознания; разширяване на обхвата на знанията, като се вземе предвид професионалната ориентация. Важно направление е създаването на солидна база, върху която да се гради обучението по други специализирани химични дисциплини (органична и аналитична химия, фармакология, технология на лекарствата).

Предлаганият материал дава професионална ориентация на студентите за връзката между теоретичната неорганична химия и специалните и медицински дисциплини.

Основни цели курс на обучениетази дисциплина се състои в усвояване на основните принципи на общата химия; в усвояването от учениците на съдържанието на неорганичната химия като наука, която обяснява връзката между свойствата на неорганичните съединения и тяхната структура; във формирането на представи за неорганичната химия като фундаментална дисциплина, върху която се основават професионалните знания.

Лекционният курс по дисциплината „Обща и неорганична химия” е структуриран в съответствие с изискванията на Държавната образователен стандарт(FSES-4) към минималното ниво на подготовка на завършилите специалност 060301 „Фармация” и е разработена на осн. учебна програмана тази специалност.

Лекционният курс включва два раздела;

1. Теоретични основи на химията.

2. Химия на елементите и техните съединения: (p-елементи, s-елементи, d-елементи).

Презентация учебен материалпредставени в развитие: от най прости концепциидо сложни, холистични, обобщаващи.

Разделът „Теоретични основи на химията“ обхваща следните въпроси:

1. Периодичен закон и периодичната таблица на химичните елементи D.I. Менделеев и теорията за структурата на веществата.

2. Класовете не са органична материя, връзката между всички класове неорганични вещества.

3. Комплексни съединения, използването им при качествен анализ.

4. Решения.

5. Теория на електролитната дисоциация.

6. Химични реакции.

При изучаването на раздела „Химия на елементите и техните съединения“ се разглеждат следните въпроси:

1. Характеристика на групата и подгрупата, в която се намира този елемент.

2. Характеристики на елемент, базирани на позицията му в периодичната таблица, от гледна точка на теорията за структурата на атома.

3. Физични свойства и разпространение в природата.

4. Методи за получаване.

5. Химични свойства.

6. Важни връзки.

7. Биологична роля на елемента и приложението му в медицината.

Специално вниманиее посветен на лекарства от неорганична природа.

В резултат на изучаването на тази дисциплина студентът трябва да знае:

1. Периодичен закон и характеристики на елементите на периодичната система D.I. Менделеев.

2. Основи на теорията на химичните процеси.

3. Строеж и реакционна способност на вещества от неорганичен характер.

4. Класификация и номенклатура на неорганичните вещества.

5. Получаване и свойства на неорганичните вещества.

6. Приложение в медицината.

1. Не класифицирайте органични съединения.

2. Измислете имена на съединения.

3. Инсталирайте генетична връзкамежду неорганични съединения.

4. Със химична реакциядоказват химичните свойства на неорганични вещества, включително медицински.

Лекция №1

Тема: Въведение.

1. Предмет и задачи на химията

2. Методи на общата и неорганичната химия

3. Фундаментални теории и закони на химията:

а) атомно-молекулярна теория.

б) законът за запазване на масата и енергията;

в) периодичен закон;

г) теория химическа структура.

неорганична химия.

1. Предмет и задачи на химията

Съвременната химия е един от природни наукии представлява система от отделни дисциплини: обща и неорганична химия, аналитична химия, органична химия, физическа и колоидна химия, геохимия, космохимия и др.

Химията е наука, която изучава процесите на трансформация на веществата, придружени от промени в състава и структурата, както и взаимните преходи между тези процеси и други форми на движение на материята.

По този начин основният обект на химията като наука са веществата и техните трансформации.

На съвременния етап от развитието на нашето общество грижата за човешкото здраве е задача от първостепенна важност. Лечението на много заболявания стана възможно благодарение на напредъка на химията в създаването на нови вещества и материали: лекарства, кръвозаместители, полимери и полимерни материали.

Без задълбочени и всеобхватни познания в областта на химията, без разбиране на значението на положителното или отрицателното въздействие на различни химични фактори върху човешкото здраве и околната среда е невъзможно да станете компетентен медицински специалист.

Обща химия. Неорганична химия.

Неорганичната химия е наука за елементите на периодичната таблица и образуваните от тях прости и сложни вещества.

Неорганичната химия е неделима от общата химия. Исторически, когато се изучава химичното взаимодействие на елементите помежду си, са формулирани основните закони на химията, общите закономерности на химичните реакции, теорията на химичните връзки, учението за разтворите и много други, които съставляват предмета на общата химия.

По този начин, обща химияизучава теоретични идеи и концепции, които формират основата на цялата система от химически знания.

Неорганичната химия отдавна е надминала етапа на описателната наука и в момента преживява своето „прераждане“ в резултат на широкото използване на квантово-химичните методи, лентовия модел на енергийния спектър на електроните и откриването на валентността химични съединенияблагородни газове, целенасочен синтез на материали със специални физични и химични свойства. Въз основа на задълбочено изследване на връзката между химичната структура и свойства, той успешно решава основния проблем - създаването на нови неорганични вещества с определени свойства.

2. Методи на общата и неорганичната химия.

От експерименталните методи на химията най-важен е методът на химичните реакции. Химическата реакция е превръщането на едно вещество в друго чрез промяна на състава и химичната структура. Химичните реакции позволяват да се изследват химичните свойства на веществата. По химичните реакции на изследваното вещество може косвено да се прецени неговата химическа структура. Преките методи за определяне на химическата структура се основават най-вече на използването на физични явления.

Неорганичният синтез също се извършва на базата на химични реакции, които напоследъкпостигна голям успех, особено в получаването на много чисти съединения под формата на монокристали. Това беше улеснено от използването високи температурии налягания, висок вакуум, въвеждане на безконтейнерни методи за почистване и др.

При провеждане на химични реакции, както и при изолиране на вещества от смес в тяхната чиста форма важна роляПриготвящите методи играят роля: утаяване, кристализация, филтрация, сублимация, дестилация и др. Понастоящем много от тези класически препаративни методи са доразвити и са водещи в технологията за получаване на високочисти вещества и монокристали. Това са методи на насочена кристализация, зонова прекристализация, сублимация под вакуум и фракционна дестилация. Една от характеристиките на съвременната неорганична химия е синтезът и изследването на високочисти вещества върху монокристали.

Методите за физикохимичен анализ се използват широко при изследване на разтвори и сплави, когато образуваните в тях съединения е трудно или практически невъзможно да се изолират в индивидуално състояние. След това се изследват физичните свойства на системите в зависимост от промяната в състава. В резултат на това се изгражда диаграма състав-свойства, анализът на която позволява да се направи заключение за естеството на химичното взаимодействие на компонентите, образуването на съединения и техните свойства.

За да се разбере същността на едно явление, само експерименталните методи не са достатъчни, затова Ломоносов каза, че истинският химик трябва да бъде теоретик. Само чрез мислене, научна абстракция и обобщение се научават законите на природата и се създават хипотези и теории.

Теоретичното разбиране на експерименталния материал и създаването на последователна система от химически знания в съвременната обща и неорганична химия се основава на: 1) квантово-механичната теория за структурата на атомите и периодичната система от елементи от D.I. Менделеев; 2) квантово-химична теория за химическата структура и учението за зависимостта на свойствата на веществото от „неговата химическа структура; 3) учението за химическото равновесие, основано на понятията на химическата термодинамика.

3. Фундаментални теории и закони на химията.

Основните обобщения на химията и естествените науки включват атомно-молекулярната теория, закона за запазване на масата и енергията,

Периодична таблица и теория на химичната структура.

а) Атомно-молекулярна теория.

Създателят на атомно-молекулярните изследвания и откривателят на закона за запазване на масата на веществата М.В. Ломоносов с право се смята за основател на научната химия. Ломоносов ясно разграничава два етапа в структурата на материята: елементи (в нашето разбиране - атоми) и корпускули (молекули). Според Ломоносов молекулите на простите вещества се състоят от еднакви атоми, а молекулите на сложните вещества се състоят от различни атоми. Атомно-молекулярната теория получи общо признание през началото на XIXвекове след установяването на атомизма на Далтон в химията. Оттогава молекулите се превърнаха в основен обект на изследване на химията.

б) Закон за запазване на масата и енергията.

През 1760 г. Ломоносов формулира единен закон за масата и енергията. Но преди началото на 20в. тези закони се разглеждат независимо един от друг. Химията се занимава основно със закона за запазване на масата на веществото (масата на веществата, влезли в химическа реакция, е равна на масата на веществата, образувани в резултат на реакцията).

Например: 2KlO 3 = 2 KCl + 3O 2

Вляво: 2 калиеви атома Вдясно: 2 калиеви атома

2 хлорни атома 2 хлорни атома

6 кислородни атома 6 кислородни атома

Физиката се занимава със закона за запазване на енергията. През 1905 г. основателят на съвременната физика А. Айнщайн показва, че съществува връзка между масата и енергията, изразена чрез уравнението E = mс 2, където E е енергия, m е маса; c е скоростта на светлината във вакуум.

в) Периодичен закон.

Най-важната задача на неорганичната химия е да изучава свойствата на елементите и да идентифицира общите модели на тяхното химично взаимодействие помежду си. Най-голямото научно обобщение при решаването на този проблем е направено от D.I. Менделеев, който открива Периодичния закон и неговия графичен израз – Периодичната система. Само в резултат на това откритие стана възможно химическото предвиждане, предсказанието на нови факти. Следователно Менделеев е основателят на съвременната химия.

Периодичният закон на Менделеев е в основата на естествения
таксономия на химичните елементи. Химичен елемент – сборник
атоми с еднакъв ядрен заряд. Модели на промени в собствеността
химичните елементи се определят от периодичния закон. Учение за
обясни структурата на атомите физически смисълПериодичен закон.
Оказа се, че честотата на промените в свойствата на елементите и техните съединения
зависи от периодично повтаряща се подобна електронна структура
обвивки на техните атоми. Химическите и някои физични свойства зависят от
структурата на електронната обвивка, особено нейните външни слоеве. Ето защо
Периодичният закон е научна основаизучаване на най-важните свойства на елементите и техните съединения: киселинно-основни, редокс, каталитични, комплексообразуващи, полупроводникови, металохимични, кристалохимични, радиохимични и др.

Периодичната таблица също изигра колосална роля в изследването на естествената и изкуствената радиоактивност и освобождаването на вътрешноядрена енергия.

Периодичният закон и периодичната система непрекъснато се развиват и усъвършенстват. Доказателство за това е съвременната формулировка на периодичния закон: свойствата на елементите, както и формите и свойствата на техните съединения, периодично зависят от големината на заряда на ядрото на техните атоми. Така положителният заряд на ядрото, а не атомната маса, се оказа по-точен аргумент, от който зависят свойствата на елементите и техните съединения.

г) Теория на химичната структура.

Основната задача на химията е да изучава връзката между химичната структура на веществото и неговите свойства. Свойствата на дадено вещество са функция на неговата химична структура. Преди сутринта Бутлеров смята, че свойствата на веществото се определят от неговия качествен и количествен състав. Той е първият, който формулира основните принципи на своята теория за химическата структура. Така: химическата природа на сложната частица се определя от природата на елементарните съставни частици, тяхното количество и химична структура. Преведено на модерен езиктова означава, че свойствата на една молекула се определят от природата на съставните й атоми, техния брой и химическата структура на молекулата. Първоначално теорията за химическата структура се отнася до химични съединения, които имат молекулярна структура. Понастоящем теорията, създадена от Бутлеров, се счита за обща химическа теория за структурата на химичните съединения и зависимостта на техните свойства от тяхната химическа структура. Тази теория е продължение и развитие на атомно-молекулярното учение на Ломоносов.

4. Ролята на местни и чуждестранни учени в развитието на общите и

неорганична химия.

Въпроси за самоконтрол:

1. Основните задачи на общата и неорганичната химия.

2. Методи на химичните реакции.

3. Препаративни методи.

4. Методи за физико-химичен анализ.

5. Основни закони.

6. Основни теории.

Лекция №2

Тема: „Структура на атома и периодичният закон на Д.И. Менделеев"

Планирайте

1. Атомен строеж и изотопи.

2. Квантови числа. Принципът на Паули.

3. Периодичната таблица на химичните елементи в светлината на теорията за структурата на атома.

4. Зависимост на свойствата на елементите от структурата на техните атоми.

Периодичен закон D.I. Менделеев открива взаимната връзка на химичните елементи. Изследването на периодичния закон повдигна редица въпроси:

1. На какво се дължат приликите и разликите между елементите?

2. Какво обяснява периодичната промяна в свойствата на елементите?

3. Защо съседните елементи от един и същи период се различават значително по свойства, въпреки че техните атомни маси се различават малко, и обратно, в подгрупите разликата в атомните маси на съседните елементи е голяма, но свойствата са сходни?

4. Защо подреждането на елементите по реда на увеличаване на атомните маси е нарушено от елементите аргон и калий; кобалт и никел; телур и йод?

Повечето учени признаха реалното съществуване на атомите, но се придържаха към метафизичните възгледи (атомът е най-малката неделима частица материя).

IN края на XIXустановена е сложната структура на атома и възможността за превръщане на едни атоми в други при определени условия. Първите открити частици в атома са били електрони.

Известно е, че при силно нажежаване и ултравиолетово лъчение от повърхността на металите, отрицателните електрони и металите стават положително заредени. За изясняване природата на това електричество голямо значение има работата на руския учен А.Г. Столетов и английският учен У. Крукс. През 1879 г. Крукс изследва явленията на електронните лъчи в магнитни и електрически полетаПод влиянието електрически токвисоко напрежение. Свойството на катодните лъчи да привеждат тела в движение и да изпитват отклонения в магнитните и електрическите полета позволи да се заключи, че това са материални частици, които носят най-малкия отрицателен заряд.

През 1897 г. Дж. Томсън (Англия) изследва тези частици и ги нарича електрони. Тъй като електроните могат да бъдат получени независимо от веществото, от което са съставени електродите, това доказва, че електроните са част от атомите на всеки елемент.

През 1896 г. А. Бекерел (Франция) открива явлението радиоактивност. Той откри, че съединенията на урана имат способността да излъчват невидими лъчи, които действат върху фотографска плака, увита в черна хартия.

През 1898 г., продължавайки изследванията на Бекерел, М. Кюри-Складовская и П. Кюри откриват два нови елемента в урановата руда - радий и полоний, които имат много висока радиационна активност.

радиоактивен елемент

Свойството на атомите на различни елементи спонтанно да се превръщат в атоми на други елементи, съпроводено с излъчване на невидими с просто око алфа, бета и гама лъчи, се нарича радиоактивност.

Следователно явлението радиоактивност е пряко доказателство за сложната структура на атомите.

Електроните са компонент на атомите на всички елементи. Но електроните са отрицателно заредени, а атомът като цяло е електрически неутрален, тогава, очевидно, вътре в атома има положително заредена част, която със своя заряд компенсира отрицателния заряд на електроните.

Експериментални данни за наличието на положително заредено ядро ​​и неговото местоположение в атома са получени през 1911 г. от Е. Ръдърфорд (Англия), който предлага планетарен моделструктура на атома. Според този модел атомът се състои от положително заредено ядро, много малко по размер. Почти цялата маса на атома е концентрирана в ядрото. Атомът като цяло е електрически неутрален, следователно общият заряд на електроните трябва да бъде равен на зарядаядки.

Изследванията на G. Moseley (Англия, 1913) показват, че положителният заряд на атома е числено равен на атомния номер на елемента в периодичната таблица на D.I. Менделеев.

И така, атомният номер на елемент показва броя на положителните заряди на атомното ядро, както и броя на електроните, движещи се в полето на ядрото. Това е физическото значение на серийния номер на елемента.

Според ядрен моделВодородният атом има най-простата структура: ядрото носи един елементарен положителен заряд и маса, близка до единица. Нарича се протон („най-простият“).

През 1932 г. физикът Д.Н. Чадуик (Англия) установи, че лъчите, излъчвани при бомбардиране на атом с алфа-частици, имат огромна проникваща способност и представляват поток от електрически неутрални частици - неутрони.

Въз основа на изследването на ядрените реакции от D.D. Иваненко (физик, СССР, 1932 г.) и в същото време В. Хайзенберг (Германия) формулират протонно-неутронната теория за структурата на атомните ядра, според която атомните ядра се състоят от положително заредени частици-протони и неутрални частици-неутрони ( 1 P) - протонът има относителна маса 1 и относителен заряд + 1. 1

(1 n) – неутронът има относителна маса 1 и заряд 0.

Така положителният заряд на ядрото се определя от броя на протоните в него и е равен на атомния номер на елемента в ПС; масово число – А (относителна маса на ядрото) е равно на сумата от протони (Z) неутрони (N):

A = Z + N; N=A-Z

Изотопи

Атомите на същия елемент, които имат същата таксаядра и различни масови числа са изотопи. Изотопите на един и същи елемент имат еднакъв брой протони, но различен номернеутрони.

Водородни изотопи:

1 H 2 H 3 H 3 – масово число

1 - ядрен заряд

протий деутерий тритий

Z = 1 Z = 1 Z =1

N=0 N=1 N=2

1 протон 1 протон 1 протон

0 неутрона 1 неутрон 2 неутрона

Изотопите на един и същ елемент имат еднакви химични свойства и се обозначават с един и същ химичен символ и заемат едно място в P.S. Тъй като масата на атома е практически равна на масата на ядрото (масата на електроните е незначителна), всеки изотоп на даден елемент се характеризира, подобно на ядрото, с масово число, а елементът с атомна маса. Атомната маса на даден елемент е средноаритметичното между масовите числа на изотопите на даден елемент, като се вземе предвид процентното съдържание на всеки изотоп в природата.

Ядрената теория за структурата на атома, предложена от Ръдърфорд, стана широко разпространена, но по-късно изследователите се натъкнаха на редица фундаментални трудности. Според класическата електродинамика електронът трябва да излъчва енергия и да се движи не в кръг, а по спирална крива и в крайна сметка да падне върху ядрото.

През 20-те години на ХХ век. Учените са установили, че електронът има двойствена природа, притежаващ свойствата на вълна и частица.

Масата на електрона е 1 ___ маса на водорода, относителен заряд

е равно на (-1) . Броят на електроните в един атом е равен на атомния номер на елемента. Електронът се движи през целия обем на атома, създавайки електронен облак с неравномерна отрицателна плътност на заряда.

Идеята за двойствената природа на електрона доведе до създаването на квантово-механичната теория за структурата на атома (1913 г., датски учен Н. Бор). Основната теза на квантовата механика е, че микрочастиците имат вълнова природа, а вълните имат свойствата на частиците. Квантовата механика разглежда вероятността електрон да бъде в пространството около ядрото. Областта, където е най-вероятно да се намери електрон в атом (≈ 90%), се нарича атомна орбитала.

Всеки електрон в атома заема определена орбитала и образува електронен облак, който е колекция от различни позиции на бързо движещ се електрон.

Химичните свойства на елементите се определят от структурата на електронните обвивки на техните атоми.

Свързана информация.

Неорганична химия- клон на химията, свързан с изучаването на структурата, реактивността и свойствата на всички химични елементи и техните неорганични съединения. Тази област обхваща всички химични съединения с изключение на органичните вещества (клас съединения, който включва въглерод, с изключение на няколко прости съединения, обикновено класифицирани като неорганични). Разграничението между органични и неорганични съединения, съдържащи въглерод, според някои идеи е произволно. Неорганичната химия изучава химичните елементи и образуваните от тях прости и сложни вещества (с изключение на органичните съединения). Осигурява създаване на материали най-новите технологии. Броят на известните неорганични вещества през 2013 г. наближава 400 хиляди.

Теоретичната основа на неорганичната химия е периодичният закон и базираната на него периодична система на Д. И. Менделеев. Най-важната задача на неорганичната химия е да развие и научна основаначини за създаване на нови материали с необходимите за модерна технологияИмоти.

В Русия изследванията в областта на неорганичната химия се извършват от Института по неорганична химия на името на. А. В. Николаев SB RAS (Институт по химия SB RAS, Новосибирск), Институт по обща и неорганична химия на името на. Н. С. Курнакова (IGNKh RAS, Москва), Институт по физико-химични проблеми на керамичните материали (IFKhPKM, Москва), Научно-технически център „Свръхтвърди материали“ (STC SM, Троицк) и редица други институции. Резултатите от изследванията се публикуват в списания (Journal of Inorganic Chemistry и др.).

История на дефиницията

Исторически името неорганична химия идва от идеята за частта от химията, която се занимава с изучаването на елементи, съединения и реакции на вещества, които не са образувани от живи същества. Въпреки това, след синтеза на урея от неорганичното съединение амониев цианат (NH 4 OCN), което е извършено през 1828 г. от изключителния немски химик Фридрих Вьолер, границите между веществата от неживата и живата природа са изтрити. Така живите същества произвеждат много неорганични вещества. От друга страна, почти всички органични съединения могат да бъдат синтезирани в лаборатория. Въпреки това, разделяне на различни областихимията е актуална и необходима както преди, тъй като механизмите на реакцията и структурата на веществата в неорганичната и органичната химия се различават. Това улеснява систематизирането на изследователските методи и методи във всяка индустрия.