Общие представления об общей химии

2020/2021

Лучший по критерию «Полезность курса для расширения кругозора и разностороннего развития»

Статус: Майнор

Кто читает: Факультет химии

Где читается: Факультет химии

Когда читается: 1, 2 модуль

Преподаватели: Котов Виталий Юрьевич, Шлапаков Никита Сергеевич

Язык: русский

Кредиты: 5

Контактные часы: 60

Полная версия программы учебной дисциплины

Аннотация

Данный раздел познакомит вас с наиболее глобальными понятиями и теориями, на которых базируется химическая наука. Вы познакомитесь со строением атома и элементарными представлениями о квантовой химии и обнаружите, что наш аналоговый мир есть лишь приближение истинных дискретных законов бытия, которым подчиняются элементарные частицы. Также, вы сможете понаблюдать за тем, как честно и логично устроен аппарат химической термодинамики, предсказывающий выгоду или убытки для Вселенной в случае протекания того или иного процесса. Затем, будет введена новая переменная в рассмотрение химических процессов - время, что позволит нам рассмотреть основы химической кинетики и обратить внимание на то, как природа умеет не только предсказывать возможность осуществления того или иного процесса, но и выбирать наиболее рациональные и быстрые пути его осуществления. В качестве приятного бонуса, вы сможете понять, к примеру, почему всё вокруг имеет определённую окраску, зачем зимой посыпают снег солью и как работают батарейки

Цель освоения дисциплины

Изучить логику и возможности химической науки, особенности химического подхода к изучению окружающего мира.
Сформировать представление о языке и законах химии. Научить понимать язык химических формул и уравнений.
Понять движущие силы химических реакций, особенности их протекания и способы управления ими.
Показать области применения химии в окружающем мире.

Планируемые результаты обучения

Знаком с базовыми понятиями общей химии.
Имеет представление об основных законах химической термодинамики.
Имеет понятие об основах химической кинетики
Умеет предсказывать направление протекания химических реакций.
Умеет определять порядок реакции на основании экспериментальных данных, выбирать методы ускорения и замедления реакций, объяснять основные закономерности протекания каталитических процессов.

Содержание учебной дисциплины

«Пиксели мироздания»: строение атома, поведение элементарных частиц, введение в квантовую механику и спектроскопию
Базовые качественные понятия химии. Вещество, атом, молекула. Смесь. Понятие элемента. Формула. Химическая реакция. Уравнение химической реакции. Строение атома. Строение материи. Протоны, нейтроны, электроны и их открытие. Элементы и их образование. Базовые количественные понятия химии. Моль и количество вещества. Число Авогадро. Атомная масса. Молекулярная масса. Дефект массы. Изотоп. Электронное строение атома. Квантовый мир и его отличие от классического. Дискретность. Электронные уровни и подуровни. Орбитали. Квантовые числа.
«Узы материи»: теория химической связи, виды химической связи, электроотрицательность, поляризация связей.
Периодический закон Д.И.Менделеева и его обоснование с точки зрения электронного строения атомов. Периоды и группы. Металлы, неметаллы, полуметаллы. Периодичность свойств элементов и атомов. Химическая связь. Типы химических связей: ковалентная, ионная, металлическая. Кратные связи. Механизмы образования ковалентной связи: обменный и донорно-акцепторный.Электронная конфигурация атомов и ионов, изоэлектронные ионы и молекулы. Конструирование химических формул. Валентность и степень окисления. Правило октета. Бинарные соединения. Сложные соединения. Структура молекул. Модель гибридизации орбиталей. Связь электронной структуры молекул с их геометрическим строением. Правила Гиллеспи. Предсказание структур по правилу Гиллеспи. Влияние структуры молекул на физические свойства. Энергия связи. Потенциал ионизации, сродство к электрону, электроотрицательность. Дипольный момент, полярность связи. Межмолекулярные взаимодействия. Типы кристаллических решёток.
«Живительный свет»: как свет запускает химические процессы, фотохимические реакции.
Виды движения материи. Вращательные, колебательные и электронные свободы молекул. Введение понятия внутренней энергии. Основы спектроскопии. Взаимодействие материи со светом.
"Валюта вселенной": Первый закон термодинамики, понятие внутренней энергии и энтальпии, тепловой эффект химических реакций
Основные понятия термодинамики. Теплота и работа. Внутренняя энергия и энтальпия. Первый закон термодинамики. Тепловые эффекты химических реакций. Термохимические уравнения. Теплота образования химических соединений. Закон Гесса и его следствия. Решение задач на уравнение Менделеева-Клайперона, работу расширения газа и закон Гесса.
«Хаос и Порядок»: Второй Закон Термодинамики, понятие энтропии, объяснение самопроизвольности процессов.
Второй закон термодинамики. Энтропия. Термодинамическая обусловленность химических процессов. Энергия Гиббса. Уравнение Гиббса. Связь энергии Гиббса с этальпией и энтропией процессов. Константа равновесия. Химическое равновесие. Решение задач по определению энергии Гиббса и константы равновесия.
«Баланс сил»: применение законов термодинамики к химическому равновесию, принцип Ле-Шателье
Концентрация, количество вещества, избыток и недостаток. Равновесия в газовой фазе. Расчет равновесного состава смесей. Обратимые реакции. Константа равновесия, степень превращения. Смещение химического равновесия под действием температуры и давления (концентрации). Принцип Ле Шателье.
«Разделяй и властвуй»: создание электрического тока посредством химических реакций, гальванический элемент, электрохимическая ячейка.
Кислотно-основные реакции в растворах. Электролиты. Растворы электролитов. Электролитическая диссоциация кислот, оснований и солей. Кислотно-основные взаимодействия в растворах. Протонные кислоты. Амфотерность. Решение задач на закон разбавления Освальда. Электрохимия. Электрохимическая ячейка: гальванический элемент и электролитическая ячейка. Закон Нернста. Расчёты по уравнению Нернста. Электродный потенциал. Уравнивание реакций методом электронно-ионного баланса.
«Ипостаси материи»: агрегатные состояния вещества, фазовые равновесия.
Кислотно-основные равновесия в растворе. Расчёты. Константа диссоциации. Степень диссоциации. Ионное произведение воды. Водородный показатель pH. Автопротолиз воды. Сильные/слабые кислоты/основания. Равновесия осадок-раствор. Гидролиз солей. Равновесие между ионами в растворе и твердой фазой. Произведение растворимости. Решение задач на рН и произведение растворимости Коллигативные свойства растворов. Влияние примесей на физические свойства индивидуальных соединений. Криоскопия, эбулиоскопия. Осмотическое давление. Решение задач на коллигативные свойства растворов Фазовые равновесия индивидуальных соединений. Фазовые переходы. Уравнение Клапейрона-Клаузиуса и расчёты по нему. Фазовые диаграммы. Фазовые равновесия двухкомпонентных систем. Диаграммы T-x и P-x. Законы Рауля и Генри. Диаграммы плавления и кипения. Эвтектическая точка. Азеотроп. Перегонка. Построение фазовых диаграмм, кривых охлаждения и пр.
«Время – деньги»: понятие о скорости химической реакции, константа скорости, порядок реакции.
Основные понятия химической кинетики. Скорость химической реакции. Представление о механизмах химических реакций. Элементарная стадия реакции. Гомогенные и гетерогенные реакции. Зависимость скорости гомогенных реакций от концентрации (закон действующих масс). Константа скорости химической реакции. Порядок и молекулярность реакции. Прямая задача химической кинетики. Решение кинетических уравнений для реакций первого, второго порядков. Период полураспада. Радиоактивный распад. Радиоуглеродный анализ. Обратная задача химической кинетики. Определение порядка реакций. Установление эффективной константы химической реакции. Сложные реакции. Рассмотрение схем равновесных, параллельных и последовательных реакций. Формальная кинетика. Квазистационарный и квазиравновесный режимы. Механизм химической реакции. Решение задач на определение порядка реакций и констант скорости реакций Явление катализа. Катализаторы. Примеры каталитических процессов. Представление о механизмах гомогенного и гетерогенного катализа.
«Хребты и долины»: энергетический барьер реакции, зависимость скорости реакции от температуры, механизм реакции.
Влияние температуры на скорость химической реакции. Уравнение Вант-Гоффа. Энергия активации. Уравнение Аррениуса. Физический смысл параметров уравнения Аррениуса. Решение задач на уравнение Аррениуса

Элементы контроля

Контрольная работа 1-2
В течении курса проводится ДВЕ контрольные работы с равным весом 0,2
Экзамен
В диплом выставляется результирующая оценка по учебной дисциплине. По результатам текущего контроля (работы на занятиях и написания контрольных работ) преподавателем может быть предусмотрено выставление "автоматов".

Промежуточная аттестация

Промежуточная аттестация (2 модуль)
0.4 * Контрольная работа 1-2 + 0.6 * Экзамен

Программа дисциплины