microbik.ru
1

Программа учебной дисциплины



«Химия элементов»


1. Предмет неорганической химии. Основные этапы развития неорганической химии и ее место среди других разделов химии. Роль неорганической химии в природных процессах, процессах жизнедеятельности, в народном хозяйстве. Периодический закон как основа химической систематики.
2. Химия элементов главных подгрупп.

2.1. Водород. Валентные возможности атома и характерные степени окисления. Молекула Н2. Получение водорода. Физические и химические свойства простого вещества. Атомарный водород, его получение и устойчивость. Ковалентные соединения водорода. Ионы Н+ и Н- , их взаимодействие с водой. Водородная связь, причины ее образования, способ описания..

2.2. Кислород. Валентные возможности атома и характерные степени окисления. Моле-кула О2. Получение кислорода. Физические и химические свойства простого вещества. Аллотропия кислорода, озон. Озон в атмосфере. Соединения кислорода с водородом. Вода. Пероксид водорода: получение и свойства. Состояния кислорода в его соединениях. Оксиды и их классификация. Пероксиды, супероксиды, озониды, их взаимодействие с водой.

2.3. Галогены. Общая характеристика. Строение электронных оболочек атомов, потен-циалы ионизации, сродство к электрону. Валентные возможности атомов и характерные степени окисления. Простые вещества, характеристики молекул Х2. Соединения с водородом. Особенности HF. Кислотные и окислительно-восстановительные свойства, реакционная способность. Галогениды металлов. Оксиды и оксокислоты. Строение моле-кул, характер связи, энергетика. Получение и химические свойства оксидов. Реакции оксидов с водой. Оксокислоты галогенов: строение молекул, химические свойства, мето-ды получения. Соединения галогенов друг с другом. Полигалогенидные ионы. Трехцен-тровые связи в молекулах интергалогенидов. Химические свойства и методы получения. Окислительно-восстановительные реакции галогенов и их соединений в водных раство-рах. Взаимодействие простых веществ с водой, кислыми и щелочными растворами. Окислительно-восстановительные свойства соединений.

2.4. Халькогены. Общая характеристика. Строение электронных оболочек атомов, потенциалы ионизации, сродство к электрону. Валентные возможности атомов и харак-терные степени окисления. Простые вещества, цепочечные структуры, аллотропия. Соединения с водородом. Энергетические характеристики, характер связи и строение молекул Н2Х. Методы получения и основные химические свойства. Халькогенидные ионы и их состояние в водных растворах. Халькогениды металлов. Оксиды и оксокислоты. Общая характеристика оксидов: строение молекул, характер связи, энергетика. Получение и химические свойства оксидов ХО2 и ХО3. Кислоты Н2ХО3 и Н2ХО4: строение молекул, химические свойства, методы получения. Сульфаты в природе. Особенности селеновой и теллуровой кислот. Оксокислоты серы: причины их многообразия, классификация, строе-ние и химические свойства. Галогениды. Формы существования, строение молекул, полу-чение и химические свойства. Уникальная инертность SF6 Окислительно-восстановитель-ные реакции халькогенов и их соединений в водных растворах. Взаимодействие простых веществ с водой, кислыми и щелочными растворами. Окислительно-восстановительные свойства соединений.

2.5. Элементы V группы. Общая характеристика. Строение электронных оболочек атомов, потенциалы ионизации, сродство к электрону. Простые вещества, аллотропия. Особенности азота. Соединения с водородом. Характер связи, энергетические характерис-тики и строение молекул ХН3 . Методы получения и основные свойства соединений ХН3 . Соли аммония. Аммиакаты. Амиды, имиды, нитриды. Азотистоводородная кислота и азиды. Фосфин, дифосфин. Фосфиды. Оксиды и оксокислоты элементов V группы. Общая характеристика оксидов. Оксиды азота. Формы существования, строение и энергетика молекул. Методы получения оксидов азота. Оксиды фосфора и других элементов группы: Х4О6 и Х4О10, их получение , строение и свойства. Оксокислоты азота. Азотистая и азот-ная кислоты, их строение, свойства и методы получения, нитриты и нитраты. Оксокисло-ты фосфора и его аналогов. Строение и свойства кислот фосфора. Конденсированные фос-фаты. Галогениды. Общая характеристика, формы и строение молекул. Галогениды азота. Три- и пентагалогениды фосфора и его аналогов. Оксогалогениды. Суль-фиды. Формы и строение молекул. Получение и химические свойства. Тиокислоты. Окис-лительно-восстановительные реакции в растворах. Взаимодействие простых веществ с водой, кислыми и щелочными растворами. Восстановление нитратного иона в различных средах. Окислительные и восстановительные свойства соединений фосфора и его аналогов.

2.6. Элементы IV группы. Общая характеристика. Особенности строения электронных оболочек атомов, потенциалы ионизации, сродство к электрону. Простые вещества, алло-тропия. Полупроводниковые свойства кремния с позиций зонной теории проводимости. Неорганическая химия углерода. Алмаз, графит, карбины, фуллерены. Метан и углеводо-роды. Соединения графита. гетерофуллерены. экзо- и эндоэдральные соединения фуллере-нов. Карбиды металлов. Оксиды углерода, энергетика, строение молекул и свойства. Угольная кислота. Карбонаты. Галогениды углерода. Сероуглерод. Соединения с азотом: циан, дициан, синильная кислота. Понятие о псевдогалогенах. Циановая, изоциановая, гремучая кислоты. Соединения элементов подгруппы кремния с водородом. Характер связи, энергетика и строение молекул ХН4 . Методы получения и химические свойства. Причины и проявление различий между алканами и силанами. Силициды. Кремний-органические соединения. Оксиды и гидроксопроизводные элементов IV группы. Общая характеристика оксидов ХО и ХО2. Кремниевые кислоты и силикаты. Оксо- и гидрок-соионы аналогов кремния. Соли олова и свинца, их растворимость и гидролиз. Галогени-ды. Общая характеристика, форма и строение молекул. Ди- и тетрагалогениды, их устой-чивость, методы получения и химические свойства. Взаимодействие с водой. Оксогалоге-ниды. Халькогениды. Формы и строение. Получение и химические свойства. Тиокислоты германия и олова. Окислительно-восстановительные реакции в растворах. Взаимодейст-вие простых веществ с водой. Окислительно-восстановительные свойства соединений.

2.7. Элементы III группы. Общая характеристика. Строение электронных оболочек атомов, потенциалы ионизации, сродство к электрону. Простые вещества. Соединения с водородом. Боран и диборан. Формы и строение молекул. Трехцентровые электронноде-фицитные связи в молекулах боранов. Гидриды алюминия и его аналогов. Взаимодейст-вие с водой. Боронаты и аланаты, их строение и свойства. Оксиды и гидроксопроизводные элементов III группы. Общая характеристика оксидов. Формы существования и свойства. Корунд. Кубическая и гексагональная плотнейшие упаковки ионов. Сложные оксиды, важнейшие типы структуры сложных оксидов. Стеклование В2О3. Кислоты бора. Мета-, тетра-, ортобораты. Пербораты. Гидратные формы оксидов алюминия и его аналогов. Амфотерность гидроксоформ. Алюминаты. Оксиды и гидроксиды таллия. Устойчивость Tl (I). Галогениды. Общая характеристика, формы существования и строение молекул. Димеризация тригалогенидов. Гидролиз галогенидов. Халькогениды. Формы существо-вания и строение. Гидролиз халькогенидов.Соединения АIIIBV . Полупроводниковые свой-ства. Особенности строения. Химические свойства.

2.8. Элементы I-й и II-й групп. Общая характеристика s-элементов. Природные соедине-ния. Миграция натрия и калия в природе. Щелочные и щелочноземельные металлы. Строение электронных оболочек атомов, потенциалы ионизации, сродство к электрону. Простые вещества. Взаимодействие с водой.Водородные соединения элементов I-ой и II-ой групп. Ионные гидриды. Взаимодействие ионных гидридов с водой. Оксиды щелочных металлов, формы, устойчивость, химические свойства оксидов. Пероксиды, супероксиды, озониды щелочных металлов. Оксиды и пероксиды щелочноземельных металлов. Гидроксиды щелочных и щелочноземельных металлов. Щелочи. Особенности гидроксида бериллия. Диагональное сходство бериллия и алюминия, лития и магния. Соли щелочных и щелочноземельных металлов, их растворимость и гидролиз. Интерметаллические соединения.

2.9. Химия благородных газов. Особенности химического поведения благородных газов. Строение электронных оболочек атомов, их валентные возможности. Фториды ксенона, пути их получения и химические свойства. Природа химических связей в соединениях благородных газов. Гипервалентные связи. Взаимодействие фторидов ксенона с водой и щелочами. Оксофториды, оксиды и оксокислоты ксенона. Соединения ксенона с кисло-родсодержащими радикалами, закономерность изменения их устойчивости. Химические соединения других благородных газов.

2.10. Особенности химии элементов главных подгрупп. Типические элементы II периода. Строение электронных оболочек атомов, валентные и координационные возможности. - и -связи. Диагональное сходство кислорода и хлора, бора и кремния, бериллия и алюми-ния. Вторичная периодичность. Основные проявления и причины возникновения. Особен-ности химии элементов IV периода. Эффект инертной пары. Основные проявления эффекта и его влияние на свойства элементов VI периода.
3. Введение в координационную химию

3.1. Основы координационной теории Вернера и современные представления о строе-нии комплексных соединений. Экспериментальные основы координационной теории. Внутренняя и внешняя сфера комплексного соединения. Координационное число. Типы лигандов, дентатность. Хелаты. Изомерия комплексных соединений. Номеклатура ком-плексных соединений. Описание электронного строения комплексных соединений. Метод валентных связей. Понятие о теории кристаллического поля, приближения, лежащие в ее основе. Расщепление энергетических уровней d-электронов в полях различной симметрии: октаэдрическом, тетраэдрическом, тетрагональном, квадратном. Энергия стабилизации полем лигандов. Спектрохимический ряд лигандов. Комплексы слабого и сильного полей, их электронные конфигурации и магнитные свойства.Природа связей металл - лиганд.

Необходимость учета особенностей электронного строения лигандов. Теория поля лиган-дов. Диаграммы энергетических уровней молекулярных орбиталей комплексных соединений.

3.2. Комплексы переходных металлов с -донорными и -акцепторными лигандами. Карбонилы. Структура и электронное строение карбонилов. Правило 18 электронов. Получение, физические и химические свойства. Моно- и полиядерные карбонилы.

-Циклопентадиенилы. Ферроцен и его аналоги. Сэндвичевы соединения, их электронное строение. Комплексы с олефинами. Получение и свойства -комплексов.

3.3. Устойчивость комплексных соединений в растворе. Равновесия в растворах комплексных соединений. Общие и ступенчатые константы устойчивости и нестойкости. Основные факторы, определяющие устойчивость комплексных соединений, энтальпию и энтропию комплексообразования. Хелатный эффект. Правило циклов Чугаева.

3.4. Реакции комплексных соединений. Реакции замещения лигандов, их механизмы. Инертные и лабильные комплексы. Влияние энергии стабилизации полем лигандов на кинетику реакций замещения лигандов. Взаимное влияние лигандов. Эффект транс-влияния. Статическая и динамическая теории транс-влияния. Цис-эффект в октаэдри-ческих комплексах. Кислотно-основные свойства комплексных соединений: роль заряда комплекса, степени окисления центрального иона и других факторов. Окислительно-восстановительные свойства комплексных соединений. Связь между устойчивостью комплексов в растворах и их восстановительными потенциалами. Стабилизация высших и низших состояний окисления переходных металлов лигандами различных типов. Метал-локомплексный катализ. Ключевые реакции: окислительное присоединение и восстанови-тельное элиминирование, бета-перенос атомов водорода. Реакции внедрения. Использова-ние комплексообразования в органическом синтезе. Темплатный синтез. Координацион-ные соединения в биологических системах. Порфириновые комплексы металлов. Хлорофилл, гемоглобин. Ферменты.
2.4. Химия переходных элементов.

4.1. Общая характеристика переходных элементов. Оcобенности строения атомов d- и f-элементов. Многообразие состояний окисления. Отличия от элементов главных подгрупп. Высокие степени окисления и молекулярные соединения. Низкие степени окисления и соединения переменного состава. Металлическое состояние простых веществ. Соединения со связью “металл-металл”. Стратегия синтеза. Реакции присоединения и реакции, сопровождающиеся разрывом интерметаллической связи.

4.2. Элементы первого переходного ряда. Характеристики атомов: орбитальные радиу-сы, энергии ионизации, сродство к электрону. Закономерности изменения свойств в ряду. Физические и химические свойства простых веществ. Химические основы металлургии. Черные и цветные металлы. Оксиды. Состояния окисления элементов в оксидах. Способы получения, физические свойства, реакционная способность, кислотно-основные и окисли-тельно-восстановительные свойства оксидов. Характеристики твердых фаз. Химия водных растворов. Характерные состояния окисления 3d-элементов в водных растворах. Катион-ные и анионные формы. Окислительные и восстановительные свойства катионов и анионов элементов в различных состояниях окисления. Гидролиз солей. Полиядерные гидроксокатионы. Гидриды элементов 1-го переходного ряда. Фазы внедрения. Галогени-ды и другие бинарные соединения. Комплексные соединения.

4.3. Элементы второго и третьего переходных рядов. Характеристики атомов: орби-тальные радиусы, энергии ионизации, сродство к электрону. Лантаноидное сжатие. Повышенное сходство элементов – электронных аналогов. Физические и химические свойства простых веществ, сравнение с первым переходным рядом. Особенности плати-новых металлов. Характерные степени окисления элементов и причины устойчивости высших форм. Оксиды элементов разных состояний окисления. Способы получения, физические свойства, реакционная способность, кислотно-основные и окислительно-восстанови-тельные свойства. Сравнение с оксидами элементов первого переходного ряда. Химия водных растворов. Характерные состояния окисления элементов. Катионные и анионные формы. Сравнение с катионами элементов первого переходного ряда. Сравнение окислительных и восстановительных свойств катионов и анионов элементов 1-го, 2-го и 3-го рядов в одинаковых состояниях окисления. Гидролиз солей. Изо- и гетерополисоединения молибена, вольфрама и других элементов. Галогениды и оксо-галогениды. Другие бинарные соединения. Металл-кластеры, устойчивость и строение в зависимости от природы металлов и лигандов. Комплексные соединения.

4.4. Лантаноиды. Особенности строения атомов, причины сходства элементов, возмож-ные состояния окисления. Содержание в природе. Разделение элементов. Физические и химические свойства простых веществ. Химические свойства соединений лантаноидов. Оксиды и гидроксопроизводные. Галогениды и другие бинарные соединения. Химия вод-ных растворов. Особенности церия и европия.

4.5. Актиноиды. Особенности строения атомов, сравнение с лантаноидами. Разнообра-зие состояний окисления. Содержание в природе. Ядерные реакции и синтез элементов. Трансамерициевые элементы. Важнейшие практические применения. Проблема разделе-ния изотопов. Физические и химические свойства простых веществ. Периодичность в изменении химических свойств, сходство с другими элементами, деление на подсемей-ства. Состояния соединений в водных растворах. Соединения высших степеней окисления урана, нептуния, плутония. Комплексные соединения актиноидов.


Рекомендуемая литература (основная).

    1. А.В.Суворов, А.Б.Никольский. Общая химия. Учебник для вузов. СПб: Химия, 1997.

1.2. Неорганическая химия в 3-х томах. Под ред. Ю.Д.Третьякова. М., Академия, 2004

    1. Ф.Коттон, Дж. Уилкинсон. Т. 1, 2, 3. Современная неорганическая химия. Ч. М.: Мир, 1969.

    2. Ф.Коттон, Дж. Уилкинсон. Основы неорганической химиию М.: Мир, 1979.

    3. Б.В.Некрасов. Т. 1, 2, 3. Основы общей химии. М., 1981.

    4. Г.Реми. Курс неорганической химии. Т. 1, 2. М.: Мир, 1966.




  1. Дополнительная литература.

    1. Н.С.Ахметов. Общая и неорганическая химия. М.: Высш. школа,1988.

    2. Ю.Н.Кукушкин. Химия координационных соединений. М.: Высшая школа, 1985.

    3. Л.С.Лилич, М.К.Хрипун. Растворы как химические системы. Учебн. пособие.—СПб .: Изд-во СПбГУ, 1994.

    4. Дж.Эмсли. Элементы. М.: Мир, 1993. 256 с.