Строение атомов и систематика химических элементов

ПРОГРАММА

Содержание курса и объем требований, предъявляемых студенту при сдаче экзамена, определяет программа по химии для инженерно-технических (нехимических) специальностей высших учебных заведений, составленная в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования «Государственные требования к минимуму содержания и уровню подготовки, предъявляемыми к подготовке высококвалифицированных специалистов» соответствующих специальностей.

Программа состоит из введения и пяти разделов. Первые четыре раздела охватывают содержание общей части курса, необходимой для подготовки инженеров любой специальности. Содержание пятого раздела программы отражает специализацию будущих инженеров. Оно изменяется в зависимости от основных направлений (механическое, энергетическое, строительное и т.д.) профилирования подготовки будущих инженеров. Ниже приводится эта программа.

ВВЕДЕНИЕ

Значение химии в изучении природы и развитии техники. Химия как раздел естествознания – наука о веществах и их превращениях. Понятие о материи, веществе и поле. Предмет и задачи химии и связь ее с другими науками.

Развитие химии и химической промышленности в России. Специфическое значение химии в технологических и экономических вопросах отраслей народного хозяйства. Химия и охрана окружающей среды.

Основные химические понятия и законы химии. Законы сохранения и взаимосвязи массы и энергии.

Стехиометрические законы и атомно-молекулярные представления. Химический эквивалент. Молекулярные и атомные массы.

I. СТРОЕНИЕ ВЕЩЕСТВА

Строение атомов и систематика химических элементов

Основные сведения о строении атомов. Состав атомных ядер. Изотопы. Современное понятие о химическом элементе.

Электронные оболочки атомов. Постулаты Бора. Двойственная корпускулярно-волновая природа электрона. Характеристика поведения электронов в атомах. Размещение электронов в атомах. Электронные аналоги. Нормальное и возбужденное состояние атомов.

Периодическая система элементов и периодический закон Д. И. Менделеева. Экспериментальное обоснование периодической системы. Общенаучное значение периодического закона. Изменение свойств химических элементов в периодах и группах периодической системы. Электроотрицательность. Окисление и восстановление.

Химическая связь

Химическая связь и валентность элементов. Образование молекул из атомов. Основные виды и характеристики химической связи. Основные представления о ковалентной связи. Валентность химических элементов. Метод валентных связей. Насыщаемость и направленность ковалентных связей. Гибридизация электронных орбиталей.

Полярность связи. Метод молекулярных орбиталей, связывающие, разрыхляющие и несвязывающие МО. Ионная связь. Степень окисления. Координационное число.

Строение простейших молекул. Электрическая полярность молекул и ее количественная характеристика.

Типы взаимодействия молекул

 

Агрегация однородных молекул. Конденсация паров и полимеризация. Силы Ван-дер-Ваальса. Водородная связь.

Агрегация разнородных молекул. Комплексообразование. Донорно-акцепторный механизм образования ковалентной связи в комплексных соединениях.

Строение кристаллов. Особенности кристаллического состояния вещества. Кристаллические системы. Типы кристаллических решеток. Металлическая связь. Реальные кристаллы.

Свойства веществ в различных состояниях. Особенности свойств поверхности жидких и твердых тел.

 

II. ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

III. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ И ИХ СОЕДИНЕНИЙ

Комплексные соединения

Атомы и ионы как комплексообразователи. Различные типы лигандов и комплексных соединений. Соединения комплексных анионов. Соединения комплексных катионов и нейтральные комплексы.

Органические соединения

Строение и свойства органических соединений. Изомерия. Особенности свойств органических соединений.

Классификация органических соединений. Углеводороды и галогенпроизводные. Кислород и азотсодержащие органические соединения.

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

Твердые растворы

Образование твердых растворов. Виды твёрдых растворов. Свойства различных твердых растворов.

Электрохимические процессы

Окислительно-восстановительные реакции; составление уравнений окислительно-восстановительные реакций. Гетерогенные окислительно-восстановительные и электрохимические процессы. Законы Фарадея.

Понятие об электродных потенциалах. Гальванические элементы. Электродвижущая сила и ее измерение. Стандартный водородный электрод и водородная шкала потенциалов. Потенциалы металлических, газовых и окислительно-восстановительных электродов.

Кинетика электродных процессов. Поляризация и перенапряжение. Концентрационная и электрохимическая поляризация.

Первичные гальванические элементы, электродвижущая сила, напряжение и емкость элементов. Топливные элементы. Вторичные источники электрической энергии. Аккумуляторы.

Электролиз. Последовательность электродных процессов. Выход по току. Электролиз с нерастворимыми и растворимыми анодами. Практическое применение электролиза: получение и рафинирование металлов, нанесение гальванических покрытий. Получение водорода, кислорода и других продуктов.

Коррозия и защита металлов

Основные виды коррозии. Вред, наносимый коррозией народному хозяйству. Классификация коррозионных процессов. Химическая коррозия металлов. Электрохимическая коррозия металлов.

Борьба с коррозией металлов. Изыскание коррозионно-стойких материалов. Методы защиты металлов от коррозии. Изоляция металлов от агрессивной среды; защитные покрытия. Электрохимические методы защиты (протекторная, катодная и анодная защита). Изменение свойств коррозионной среды; ингибиторы коррозии. Экономическое значение защиты металлов от коррозии.

V. СПЕЦИАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ХИМИИ

А. ДЛЯ ИНЖЕНЕРОВ-МЕХАНИКОВ

Получение металлов

Распространение и формы нахождения металлических элементов в природе. Извлечение металлов из руд. Основные методы восстановления металлов. Получение чистых и сверхчистых металлов. Вопросы экономики, связанные с получением металлов.

Химия воды и топлива

Строение молекул и свойства воды. Природные воды. Основные методы очистки воды.

Состав и свойства органического топлива. Теплота сгорания и теплотворная спо­собность топлива. Твердое топливо и продукты его переработки. Жидкое и газообразное топливо. Области применения топлива.

 

 

Химия воды и топлива

Строение молекул и свойства воды. Природные воды. Основные методы очистки воды.

Состав и свойства органического топлива. Теплота сгорания и теплотворная спо­собность топлива. Твердое топливо и продукты его переработки. Жидкое и газообразное топливо. Области применения топлива.

Ядерная химия. Радиохимия

Состав атомных ядер; изотопы. Радиоактивность. Радиоактивные ряды. Использование радиоактивных изотопов. Искусственная радиоактивность. Ядерные реакции. Ядерная энергетика. Торий, уран, плутоний и другие радиоактивные элементы и материалы.

 

Химия металлов

Зависимость свойств металлов от их положения в периодической системе Д.И. Менделеева. Сталь, цветные металлы, титан, цирконий. Коррозионная устойчивость автомобильных конструкционных металлов. Внешние и внутренние факторы, влияющие на скорость коррозии.

2. Химия воды. Водоподготовка

Строение молекулы и свойств воды. Диаграмма плавкости систем вода-соль. Химические свойства воды. Природные воды и их состав. Сточные воды и их состав. Жесткость воды. Умягчение и обессоливание воды. Механизм ионообменных процессов на ионитах. Классификация ионообменных смол. Деаэрация воды.

Элементы органической химии

Строение, классификация и свойства органических соединений. Углеводороды и их производство. Химия органического топлива. Нефть, групповой состав. Методы нефтепереработки. Крекинг. Жидкое и газообразное топливо. Понятие о физико-химических процессах горения топлива. Смазочные масла. Механизм окисления и полимеризации непредельных составляющих смазочных масел. Нагарообразование. Химия присадок к маслам.

Д. ДЛЯ ИНЖЕНЕРОВ-СТРОИТЕЛЕЙ

Химия воды

Строение молекул воды. Внутреннее строение и свойства воды в жидком состоянии. Строение кристаллов и свойства льда. Различные формы связанной воды. Химически связанная вода. Термическая диссоциация гидроксидов. Аквасоединения.

Гидрогели. Процессы гидратации и дегидратации гидрогелей. Тиксотропные явления в строительной технике. Сорбция водяных паров. Адсорбированная вода. Хемосорбция воды. Капиллярная конденсация. Абсорбция. Гидрофильность и гидрофобность.

Диаграммы состояния двойных систем типа вода – соль. Кристаллизация воды и водных растворов в различных условиях. Химические свойства воды. Взаимодействие воды с элементарными веществами и химическими соединениями. Процессы гидратации и гидролиза.

Переходные металлы

Хром. Свойства соединений хрома (III) и хрома (VI). Природные соединения хрома. Применение хрома и его соединений.

Марганец. Свойства соединений марганца. Природные соединения марганца. Применение марганца и его соединений.

Железо, свойства и соединения. Железные руды. Чугун, сталь, специальные стали. Применение соединений железа.

Никель, медь; свойства и соединения. Применение никеля, меди, их сплавов и соединений.

Цинк, свойства и соединения. Применение цинка и его соединений.

Элементы группы углерода.

Углерод. Аллотропные формы углерода. Углерод в природе. Виды топлива. Природный газ. Монооксид углерода, свойства, получение и применение. Диоксид углерода, свойства и применение. Угольная кислота и карбонаты.

Кремний. Полупроводниковые свойства кремния. Диоксид кремния, его полиморфные видоизменения. Кремниевые кислоты. Силикаты, их гидролиз и гидратация. Взаимодействие диоксида кремния с оксидом кальция; силикаты и гидросиликаты кальция; алюмосиликаты. Стекло и стекломатериалы. Ситаллы. Фторосиликаты и их применение.

Германий, олово, свинец.

Органические полимеры

Получение полимеров. Реакции полимеризации. Полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид, полистирол. Реакции поликонденсации. Фенолформальдегидные смолы, карбамидоформальдегидные смолы, эпоксидные смолы, фурановые смолы. Кремнийорганические полимеры. Битумы и дегти.

Физико-химические свойства полимеров. Особенности внутреннего строения полимеров. Пластические массы и полимербетоны, заполненные полимеры, наполнители, добавки к бетонам. Полимерные покрытия и клеи. Способы переработки пластических масс и получения элементов строительных конструкций.

Стойкость и старение различных полимерных материалов в условиях длительной эксплуатации. Физиологическая активность полимерных материалов.

Е. ДЛЯ БИОЭКОЛОГОВ

Химия биогенных элементов

Химические элементы биосферы. Распространенность химических элементов в природе. Макро- и микроэлементы в среде и в организме человека. Биологическая роли химических элементов в живом организме. Закономерности распределения биогенных элементов по s-, p-, d-, f - блокам периодической системы элементов Д.М. Менделеева. s - Элементы и их соединения. Общая характеристика s - элементов. Водород. Щелочные металлы. Щелочно-земельные металлы. Свойства простых веществ и их соединений. Закономерности изменения свойств в группах. p - Элементы и их соединения. Общая характеристика p - элементов. Элементы IIIА, IVА, VА, VIА, VIIА групп. Свойства простых веществ и их соединений. Закономерности изменения свойств в группах. d – Элементы и их соединения. Общая характеристика d- элементов. Свойства простых веществ и их соединений. Закономерности изменения свойств в подгруппах.

Строение вещества

Строение кристаллов. Особенности кристаллического состояния вещества. Кристаллические системы. Типы кристаллических решеток. Металлическая связь. Реальные кристаллы. Методы исследования строения кристаллов.

Химия металлов

Зависимость свойств металлов от их положения в Периодической системе элементов Д.И. Менделеева. Основные свойства и методы получения металлов. Их биологическая роль.

Химия неметаллов

Зависимость свойств неметаллов от их положения в Периодической системе элементов Д.И. Менделеева. Основные свойства и методы получения неметаллов.

Химия воды

Строение молекулы. Физические и химические свойства воды. Диаграмма состояния воды. Диаграмма плавкости системы вода - соль. Сточные воды и их состав. Основные очистки сточных вод. Охрана водного бассейна.

Поверхностные явления

Природа адсорбционных сил. Адсорбция на границе твердое тело - газ, твердое тело - раствор, раствор - газ. Понятие о поверхностно-активных веществах. Ионообменная адсорбция.

З. ИНЖЕНЕРОВ РАДИОТЕХНИКОВ

Типы взаимодействий молекул. Конденсированное состояние вещества

Взаимодействие между молекулами. Строение кристаллов. Химическая связь в твердых телах. Металлы, полупроводники, диэлектрики.

Органические полимеры

Получение полимеров. Реакции полимеризации. Полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид, полистирол. Реакции поликонденсации. Фенолформальдегидные смолы, карбамидоформальдегидные смолы, эпоксидные смолы, фурановые смолы. Кремнийорганические полимеры.

Физико-химические свойства полимеров. Особенности внутреннего строения полимеров. Пластические массы и полимербетоны, заполненные полимеры, наполнители, добавки к бетонам. Полимерные покрытия и клеи. Способы переработки пластических масс и получения элементов строительных конструкций.

Стойкость и старение различных полимерных материалов в условиях длительной эксплуатации. Физиологическая активность полимерных материалов.

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

Основная

1. Коровин Н.В. Общая химия: Учеб. для технических направл. и спец. вузов. – М.: Высш. шк., 1998. – 559 с., ил.

2. Cеменов А.В., Перфилова И.Л. Химия: Учебник для вузов. – СПб: Химиздат. 2000. – 656 с.: ил.

3. Горбунов А.И., Гуров А.А., Филиппов Г.Г., Шаповал В.Н. Теоретические основы общей химии: Учебник для студентов технических университетов и вузов. /Под ред. А.И. Горбунова. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2001. – 720 с.

4. Нечаев А.П., Еременко Т.В. Органическая химия: Учебник для пищ.ин-тов.-М.: Высш.шк., 1985. – 465 с.

5. Семчиков Ю.Д. Высокомолекулярные соединения: Учебн. Для вузов. – М.: Издательский центр «Академия», 2003. – 368 с.

 

Дополнительная:

1. Суворов А.В., Никольский А.Б. Общая химия: Учебник для вузов. – СПб: Химия, 1997. – 624 с., ил.

2. Глинка Н.Л. Задачи и упражнения по общей химии. — Л.: Химия, с 1985 г.

3. Кудрявцев А.А. Составление химических уравнений: Учеб. Пособие для втузов. – 6-е изд., перераб. И доп. – М.: Высш.шк., 1991. – 320 с.: ил.

4. Деркач С.Р., Дякина Т.А., Зотова К.В., Гусева Л.А. Практикум по химии: Учебн. Пособие. – Мурманск: Изд-во МГТУ, 2000. – 156 с.: ил.

5. Деркач С.Р., Дякина Т.А. Приготовление растворов. Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисц. «Химия». – Мурманск: Изд-во МГТУ, 1997. – 50 с.: ил.

 

 

ПРОГРАММА

Содержание курса и объем требований, предъявляемых студенту при сдаче экзамена, определяет программа по химии для инженерно-технических (нехимических) специальностей высших учебных заведений, составленная в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования «Государственные требования к минимуму содержания и уровню подготовки, предъявляемыми к подготовке высококвалифицированных специалистов» соответствующих специальностей.

Программа состоит из введения и пяти разделов. Первые четыре раздела охватывают содержание общей части курса, необходимой для подготовки инженеров любой специальности. Содержание пятого раздела программы отражает специализацию будущих инженеров. Оно изменяется в зависимости от основных направлений (механическое, энергетическое, строительное и т.д.) профилирования подготовки будущих инженеров. Ниже приводится эта программа.

ВВЕДЕНИЕ

Значение химии в изучении природы и развитии техники. Химия как раздел естествознания – наука о веществах и их превращениях. Понятие о материи, веществе и поле. Предмет и задачи химии и связь ее с другими науками.

Развитие химии и химической промышленности в России. Специфическое значение химии в технологических и экономических вопросах отраслей народного хозяйства. Химия и охрана окружающей среды.

Основные химические понятия и законы химии. Законы сохранения и взаимосвязи массы и энергии.

Стехиометрические законы и атомно-молекулярные представления. Химический эквивалент. Молекулярные и атомные массы.

I. СТРОЕНИЕ ВЕЩЕСТВА

Строение атомов и систематика химических элементов

Основные сведения о строении атомов. Состав атомных ядер. Изотопы. Современное понятие о химическом элементе.

Электронные оболочки атомов. Постулаты Бора. Двойственная корпускулярно-волновая природа электрона. Характеристика поведения электронов в атомах. Размещение электронов в атомах. Электронные аналоги. Нормальное и возбужденное состояние атомов.

Периодическая система элементов и периодический закон Д. И. Менделеева. Экспериментальное обоснование периодической системы. Общенаучное значение периодического закона. Изменение свойств химических элементов в периодах и группах периодической системы. Электроотрицательность. Окисление и восстановление.

Химическая связь

Химическая связь и валентность элементов. Образование молекул из атомов. Основные виды и характеристики химической связи. Основные представления о ковалентной связи. Валентность химических элементов. Метод валентных связей. Насыщаемость и направленность ковалентных связей. Гибридизация электронных орбиталей.

Полярность связи. Метод молекулярных орбиталей, связывающие, разрыхляющие и несвязывающие МО. Ионная связь. Степень окисления. Координационное число.

Строение простейших молекул. Электрическая полярность молекул и ее количественная характеристика.

Типы взаимодействия молекул

 

Агрегация однородных молекул. Конденсация паров и полимеризация. Силы Ван-дер-Ваальса. Водородная связь.

Агрегация разнородных молекул. Комплексообразование. Донорно-акцепторный механизм образования ковалентной связи в комплексных соединениях.

Строение кристаллов. Особенности кристаллического состояния вещества. Кристаллические системы. Типы кристаллических решеток. Металлическая связь. Реальные кристаллы.

Свойства веществ в различных состояниях. Особенности свойств поверхности жидких и твердых тел.

 

II. ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ