Короткий курс з загальної хімії: навчальний посібник – луганськ: вид-во сну ім. В. Даля,. 2010. – 147 С.

ISBN

Короткий курс з загальної хімії включає 11 розділів із прикладами рішення типових задач і вказівкою літературних джерел з основних тем курсу: «Стехіометричні закони хімії», «Квантовомеханічні уявлення про будову атома. Правила та порядок заповнення атомних орбіталей», «Періодичний закон Д.І.Менделєєва. Закономірності періодичної системи», «Хімічна термодинаміка», «Хімічна кінетика», «Розчини електролітів, слабкі електроліти», «Комплексні сполуки», «Окислювально-відновні реакції», «Хімічні джерела струму», «Корозія металів і захист металів від корозії», «Електроліз». Окремо додатково наведені алгоритми решення задач та контрольні завдання згідно учбової програми.

  Для студентів нехімічних інженерно-технічних спеціальностей заочної форми навчання. Може бути корисним також для студентів нехімічних інженерно-технічних спеціальносте денної форми навчання.

 

                                                                                                       УДК544.1(075.8)

 

 

ISBN                                                                                                                       

                                                                   © Бугрім С.П., Хоружа І.А., Лосєв С.С.

 

                                      © Східноукраінський

                                                    національний університет

                                                імені Володимира Даля

 

 

                                          ЗМІСТ                                                          стор

 

Вступ                                                                                                                5

Розділ 1. Стехіометричні закони хімії                                                         8

§ 1.1. Закони збереження матерії, сталості сполук, Авогадро                    8

§ 1.2. Еквівалент. Закон еквівалентних відносин                                       10

Розділ 2. Квантовомеханічні уявлення про будову атома. Правила та порядок заповнення атомних орбіта лей                                                    16

§ 2.1. Теорії з будови атома                                                                          16

§ 2.2. Квантові числа                                                                                     20

§ 2.3. Принципи заповнення атомних орбіта лей                                       23

Розділ 3. Періодичний закон Д.І.Менделєєва. Закономірності періодичної системи                                                                                                           25

§ 3.1. Будова періодичної системи Д.І.Менделєєва                                   25

§ 3.2. Закономірності періодичної системи                                                26

Розділ 4. Хімічна термодинаміка. Перший та другий  закони термодинаміки                                                                                               33

§ 4.1. Основні поняття хімічної термодинаміки                                        33

§ 4.2. Перший закон термодинаміки                                                           35                                                         

§ 4.3. Закон Гесса                                                                                          36

§ 4.4. Другий закон термодинаміки. Енергія Гіббса                                 39

Розділ 5. Хімічна кінетика                                                                            46

§ 5.1. Визначення швидкості хімічної реакції                                            46

§ 5.2. Фактори, що впливають на швидкість хімічних реакцій                47

§ 5.3. Хімічна рівновага. Принцип Лє – Ательє                                         51

Розділ 6. Розчини електролітів. Слабкі електроліти                                54

§ 6.1.Характеристика розчинів та способи вираження їхнього складу   54

§ 6.2.Властивості розбавлених розчинів неелектролітів                           56

§ 6.3. Загальні уявлення з теорії електролітичної дисоціації                    57

§ 6.4. Електролітична дисоціація води. рН розчинів                                 60

§ 6.5. Гідроліз                                                                                                 64

Розділ 7. Комплексні сполуки                                                                        68 

§ 7.1. Будова комплексних сполук                                                               68

§ 7.2. Властивості комплексних сполук                                                      73

Розділ 8. Окислювально-відновні реакції                                                      75

§ 8.1. Перебіг окислювально-відновних реакцій                                        75

§ 8.2. Електродний потенціал                                                                       77

§ 8.3. Рівняння Нернста                                                                                80

Розділ 9. Хімічні джерела струму                                                               83

§ 9.1. Робота гальваничного елементу                                                        83                                                

§ 9.2. Акумулятори. Паливні елементи                                                       85

Розділ 10. Корозія металів і захист металів від корозії                          89

§ 10.1. Класифікація корозійних процесів                                                 89

§ 10.2. Хімічна та електрохімічна корозія                                                 90

§ 10.3. Захист металів від корозії                                                                94

Розділ 11. Електроліз                                                                                    97

§ 11.1. Електродні процеси при електролізі                                               97

§ 11.2. Закони Фарадея                                                                                101

Додаток 1. Методика рішення задач з застосуванням алгоритмів        105

Додаток 2. Контрольні завдання                                                               118

     

 

 

ВСТУП

Уже на початку XX сторічча у середині самої хімії чітко розрізняються загальна й неорганічна хімія, і органічна хімія. Предметом вивчення загальної й тісно пов'язаної з нею неорганічної хімії стали хімічні елементи, утворені ними найпростіші неорганічні сполуки і їхні загальні закони (насамперед Періодичний закон Д.І. Менделєєва).

Наукова хімія бере свій початок із другої половини XVII ст., коли Р. Бойль і його однодумці дали перше наукове визначення поняття «хімічний елемент». Важливою віхою на шляху створення наукової хімії стало відкриття завдяки роботам М.В. Ломоносова й А. Лавуазьє, закону збереження маси при хімічних реакціях. Важливу роль у становленні хімії як самостійної науки зіграло відкриття наприкінці XVII - початку XIX ст. стехіометричних законів.

Розробка хімічних поглядів в XIX ст. почалася зі створення Д. Дальтоном основ хімічної атомістики. Незабаром А. Авогадро ввів поняття «молекула». Однак атомно-молекулярні уявлення затвердилися в науці лише в 60-х роках XIX ст. У той же період у пізнавальному прицілі хімії зайняла основне місце, поряд зі складом, також структура речовин. Цьому у вирішальному ступені сприяло створення О.М. Бутлєровим теорії хімічної будови. До числа найбільш значних віх розвитку наукової хімії й усього природознавства належить відкриття Д.І. Менделєєвим Періодичного закону хімічних елементів. Наприкінці XIX - початку XX ст. до провідних напрямків розвитку хімії стало відноситься вивчення закономірностей хімічного процесу. Із другої половини XX ст. у хімії плідно розвивається концепція, націлена на вивчення можливостей використання в процесах одержання цільових продуктів таких умов, які приводять до самовдосконалення каталізаторів хімічних реакцій, тобто до самоорганізації хімічних систем. Еволюційна хімія звернулася до оволодіння шляхів одержання найбільш високоорганізованих хімічних систем, які тільки можливі в цей час.

У хімії історично склалися, таким чином, чотири рівні вивчення речовин: з позицій їхнього складу, будови, хімічної дії й самоорганізації. Проте, специфіка хімії не може бути зведена тільки до дослідження речовин з позицій цього багаторівневого підходу. Найбільш специфічним для неї є розуміння хімізму взаємодії речовин.

У хімії добре використовується підхід індуктивний, набагато менш продуктивним тут виявився дедуктивний підхід. При дедуктивному підході вся сукупність відомих природничо-наукових фактів (не тільки хімічних, але й фізичних, біологічних) представляється, що випливає з ряду основних законів. Такий підхід, як правило, виявляється досить ефективним у фізиці й там, де можуть бути використані фізичні ідеї (у хімії). Індуктивний підхід - це рух у зворотному напрямку, коли на основі хімічної фактології виявляються більш-менш загальні закономірності (правила, закони), а потім уже створюються узагальнені моделі, що становлять основу сучасної теоретичної хімії.

Сучасна хімія вивчає перетворення, при яких молекули однієї сполуки обмінюються атомами з молекулами інших сполук, розпадаються на молекули з меншим числом атомів, а також вступають у хімічні реакції, у результаті яких утворяться нові речовини. Атоми перетерплюють у хімічних процесах деякі зміни лише в зовнішніх електронних оболонках, атомне ядро й внутрішні електронні оболонки при цьому не змінюються.

Сучасна хімія представлена безліччю різних напрямків розвитку знань про природу речовини й способи його перетворення. У той же час хімія є не просто сумою знань про речовини, а високо впорядкованою, що постійно розвивається системою знань, що має своє місце в ряді інших природних наук.

Хімія вивчає якісне різноманіття матеріальних носіїв хімічних явищ, хімічної форми руху матерії. Хоча структурно вона перетинається в певних областях і з фізикою, і з біологією, і з іншими природничими науками, але зберігає при цьому свою специфіку.

Одним з найбільш істотних об'єктивних підстав виділення хімії в якості самостійної природознавчої дисципліни є визнання специфічності хімізму взаємодії речовин, що проявляється, насамперед, у комплексі сил і різних типів взаємодій, що обумовлюють існування двох- і багатоатомних сполук. Цей комплекс прийнятий характеризувати як хімічний зв'язок, що виникає або розривається в ході взаємодії часток атомного рівня організації матерії. Для виникнення хімічного зв'язку характерно значний перерозподіл електронної щільності в порівнянні із простим положенням електронної щільності незв'язаних атомів або атомних фрагментів, зближених на відстань зв'язку. Ця особливість найбільше точно відокремлює хімічний зв'язок від різного роду проявів міжмолекулярних взаємодій.

Нині неухильне зростання, що відбувається, у рамках природознавства ролі хімії як науки супроводжується швидким розвитком фундаментальних, комплексних і прикладних досліджень, прискореною розробкою нових матеріалів із заданими властивостями й новими процесами в області технології виробництва й переробки речовин.

На закінчення можна сказати, що роль хімічної науки у формуванні, становленні природознавства, його наукових основ, є однією з основних. Досягнення хімії, хімічні закони виступають як одна з найважливіших складових частин концепції сучасного природознавства.

У багатьох вузах загальна хімія як навчальна дисципліна є базою загальнотеоретичної й спеціальної підготовки майбутніх інженерів, біологів, фізиків, геологів, медиків, аграріїв і багатьох інших професіоналів. Завдання повноцінного навчання основам сучасної хімії нездійсненно без створення нових навчальних посібників, у тому числі орієнтованих на технічні спеціальності. Це актуально також і тому, що в цей час грань між хімічною наукою й виробництвом практично відсутня.

Список назв навчальних посібників для технічних вузів дуже невеликий, незважаючи на зрослу потребу в них, і, зокрема, для майбутніх інженерів, які навчаються на заочних відділеннях. Для них актуальним є виклад матеріалу курсу загальної хімії в короткій, доступній для розуміння формі, але в той же час у повному обсязі курсу.

Це спонукало нас до створення пропонованого «Короткого курсу з загальної хімії».

 

 

Р о з д і л 1

СТЕХІОМЕТРИЧНІ ЗАКОНИ ХІМІЇ

§1.1. ЗАКОНИ ЗБЕРЕЖЕННЯ МАТЕРІЇ, СТАЛОСТІ СПОЛУК, АВОГАДРО, КРАТНИХ СПІВВІДНОШЕНЬ, ОБ’ЄМНИХ ВІДНОСИН

 

Стехіометрією називається розділ хімічної науки, що вивчає кількісні відносини між речовинами в хімічних процесах. Стехіометрія є основою хімічного аналізу і  фундаментом у розвитку теоретичної хімії.

Основні стехіометричні закони: