Н.Л. ГЛИНКА

ОБЩАЯ

ХИМИЯ

Учебное пособие

Издание стереотипное

КНОРУС • МОСКВА • 2014

УДК 54(075.8)

ББК 24.1я73

Г54

Глинка Н.Л.

Г54 Общая химия : учебное пособие / Н.Л. Глинка. — Изд. стер. —

М. : КНОРУС, 2014. — 752 с.

ISBN 978-5-406-03623-5

Учебное пособие предназначено для студентов нехимических специальностей

высших учебных заведений.

Оно может служить пособием для лиц, самостоятельно изучающих основы химии, для учащихся химических средних профессиональных образовательных учреждений и старших классов средних школ.

УДК 54(075.8) ББК 24.1я Глинка Николай Леонидович

ОБЩАЯ ХИМИЯ

Сертификат соответствия № РОСС RU. АЕ51. Н 16509 от 18.06.2013.

Изд. № 7319. Подписано в печать 29.11.2013. Формат 6090/16. Гарнитура «PetersburgC». Печать офсетная. Усл. печ. л. 47,0. Уч.изд. л. 50,95. Тираж 3000 экз. Заказ № ООО «КноРус». 127015, Москва, ул. Новодмитровская, д. 5а, стр. 1. Тел.: 8-495-741-46-28. E-mail: [email protected] http://www.knorus.ru Отпечатано в филиале «Чеховский Печатный Двор» ОАО «Первая Образцовая типография». 142300, Московская область, г. Чехов, ул. Полиграфистов, д. 1.

© Глинка Н.Л., ISBN 978-5-406-03623-5 © ООО «КноРус»,

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие к тридцатому изданию

Предисловие к двадцать третьему изданию

Из предисловия к шестнадцатому изданию

Введение

1. Материя и ее движение

2. Вещества и их изменения. Предмет химии

3. Значение химии

Глава I. АТОМНО МОЛЕКУЛЯРНОЕ УЧЕНИЕ

4. Закон сохранения массы

5. Основное содержание атомно молекулярного учения

6. Простое вещество и химический элемент

7. Закон постоянства состава. Закон кратных отношений

8. Закон объемных отношений. Закон Авогадро

9. Атомные и молекулярные массы. Моль

10. Определение молекулярных масс веществ, находящихся в газообраз ном состоянии

11. Парциальное давление газа

12. Эквивалент. Закон эквивалентов

13. Определение атомных масс. Валентность

14. Химическая символика

15. Важнейшие классы и номенклатура неорганических веществ............... 16. Химические расчеты

Глава II. ПЕРИОДИЧЕСКИЙ ЗАКОН Д.И. МЕНДЕЛЕЕВА

17. Периодический закон Д.И. Менделеева

18. Периодическая система элементов

19. Значение периодической системы

Глава III. СТРОЕНИЕ АТОМА. РАЗВИТИЕ ПЕРИОДИЧЕСКОГО

ЗАКОНА

20. Радиоактивность

21. Ядерная модель атома

22. Атомные спектры

23. Квантовая теория света

24. Строение электронной оболочки атома по Бору

25. Исходные представления квантовой механики

26. Волновая функция

27. Энергетическое состояние электрона в атоме

28. Главное квантовое число

29. Орбитальное квантовое число. Формы электронных облаков............... 30. Магнитное и спиновое квантовые числа

31. Многоэлектронные атомы

32. Принцип Паули. Электронная структура атомов и периодическая си стема элементов

33. Размеры атомов и ионов

34. Энергия ионизации и сродство к электрону

35. Строение атомных ядер. Изотопы

36. Радиоактивные элементы и их распад

Глава IV. ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ И СТРОЕНИЕ МОЛЕКУЛ................ 38. Теория химического строения

39. Ковалентная связь. Метод валентных связей

40. Неполярная и полярная ковалентная связь

41. Способы образования ковалентной связи

42. Направленность ковалентной связи

44. Многоцентровые связи

45. Метод молекулярных орбиталей

46. Ионная связь

47. Водородная связь

Глава V. СТРОЕНИЕ ТВЕРДОГО ТЕЛА И ЖИДКОСТИ

48. Межмолекулярное взаимодействие

49. Кристаллическое состояние вещества

50. Внутреннее строение кристаллов

51. Реальные кристаллы

52. Аморфное состояние вещества

53. Жидкости

Глава VI. ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПРОТЕКАНИЯ

ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ

55. Термохимия

56. Термохимические расчеты

57. Скорость химической реакции

59. Зависимость скорости реакции от температуры и от природы реагиру ющих веществ

60. Катализ

61. Скорость реакции в гетерогенных системах

62. Цепные реакции

68. Стандартные термодинамические величины. Химико термодинами ческие расчеты

Глава VII. ВОДА. РАСТВОРЫ

Вода

69. Вода в природе

70. Физические свойства воды

71. Диаграмма состояния воды

72. Химические свойства воды

Растворы

74. Способы выражения состава растворов

75. Гидраты и кристаллогидраты

76. Растворимость

77. Пересыщенные растворы

78. Осмос

79. Давление пара растворов

80. Замерзание и кипение растворов

Глава VIII. РАСТВОРЫ ЭЛЕКТРОЛИТОВ

82. Теория электролитической диссоциации

83. Процесс диссоциации

85. Константа диссоциации

86. Сильные электролиты

87. Свойства кислот, оснований и солей с точки зрения теории электро литической диссоциации

88. Ионно молекулярные уравнения

89. Произведение растворимости

91. Смещение ионных равновесий

92. Гидролиз солей

Глава IX. ОКИСЛИТЕЛЬНО ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ РЕАКЦИИ.

ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОХИМИИ

93. Окисленность элементов

97. Окислительно восстановительная двойственность. Внутримолекуляр ное окисление восстановление

99. Электродные потенциалы

100. Ряд напряжений металлов

101. Электролиз

102. Законы электролиза

103. Электролиз в промышленности

Глава X. ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ. КОЛЛОИДЫ

107. Коллоиды и коллоидные растворы

108. Дисперсионный анализ. Оптические и молекулярно кинетические свойства дисперсных систем

110. Ионообменная адсорбция

111. Хроматография

112. Электрокинетические явления

114. Структурообразование в дисперсных системах. Физико химическая Глава XI. ВОДОРОД

115. Водород в природе. Получение водорода

116. Свойства и применение водорода

117. Пероксид водорода H2O2

Глава XII. ГАЛОГЕНЫ

119. Химические свойства галогенов

120. Получение и применение галогенов

121. Соединения галогенов с водородом

Глава XIII. ГЛАВНАЯ ПОДГРУППА ШЕСТОЙ ГРУППЫ

Кислород

123. Кислород в природе. Воздух

124. Получение и свойства кислорода

125. Озон

Сера, селен, теллур

126. Сера в природе. Получение серы

127. Свойства и применение серы

128. Сероводород. Сульфиды

129. Диоксид серы. Сернистая кислота

130. Триоксид серы. Серная кислота

131. Получение и применение серной кислоты

132. Пероксодвусерная кислота

133. Тиосерная кислота

134. Соединения серы с галогенами

135. Селен. Теллур

Глава XIV. ГЛАВНАЯ ПОДГРУППА ПЯТОЙ ГРУППЫ

Азот

136. Азот в природе. Получение и свойства азота

137. Аммиак. Соли аммония

139. Гидразин. Гидроксиламин. Азидоводород

140. Оксиды азота

141. Азотистая кислота

142. Азотная кислота

144. Круговорот азота в природе

Фосфор

147. Оксиды и кислоты фосфора

148. Минеральные удобрения

Мышьяк, сурьма, висмут

149. Мышьяк

150. Сурьма

151. Висмут

Глава XV. ГЛАВНАЯ ПОДГРУППА ЧЕТВЕРТОЙ ГРУППЫ.................. Углерод

152. Углерод в природе

153. Аллотропия углерода

154. Химические свойства углерода. Карбиды

155. Диоксид углерода. Угольная кислота

156. Оксид углерода (II)

157. Соединения углерода с серой и азотом

158. Топливо и его виды

159. Газообразное топливо

Органические соединения

163. Классификация органических соединений

164. Предельные (насыщенные) углеводороды

166. Предельные циклические углеводороды

167. Ароматические углеводороды

168. Галогенпроизводные углеводородов

169. Спирты и фенолы

170. Простые эфиры

171. Альдегиды и кетоны

172. Карбоновые кислоты

174. Углеводы

175. Амины

176. Аминокислоты и белки

177. Природные и синтетические высокомолекулярные соединения (поли меры)

Кремний

180. Диоксид кремния

181. Кремниевые кислоты и их соли

182. Стекло

183. Керамика

184. Цемент

185. Кремнийорганические соединения

Германий, олово, свинец

186. Германий

187. Олово

188. Свинец

189. Свинцовый аккумулятор

Глава XVI. ОБЩИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ. СПЛАВЫ

190. Физические и химические свойства металлов. Электронное строение 191. Кристаллическое строение металлов

192. Добывание металлов из руд

193. Получение металлов высокой чистоты

194. Сплавы

196. Коррозия металлов

Глава XVII. ПЕРВАЯ ГРУППА ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ......... Щелочные металлы

197. Щелочные металлы в природе. Получение и свойства щелочных ме таллов

198. Натрий

199. Калий

Подгруппа меди

200. Медь

201. Серебро

202. Золото

Глава XVIII. КОМПЛЕКСНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

208. Влияние координации на свойства лигандов и центрального атома.

Взаимное влияние лигандов

Глава XIX. ВТОРАЯ ГРУППА ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ.......... Главная подгруппа второй группы

209. Бериллий

210. Магний

211. Кальций

213. Стронций. Барий

Побочная подгруппа второй группы

214. Цинк

215. Кадмий

216. Ртуть

Глава XX. ТРЕТЬЯ ГРУППА ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ............. Главная подгруппа третьей группы

217. Бор

218. Алюминий

219. Галлий. Индий. Таллий

220. Подгруппа скандия

221. Лантаноиды

222. Актиноиды

Глава XXI. ПОБОЧНЫЕ ПОДГРУППЫ ЧЕТВЕРТОЙ, ПЯТОЙ, ШЕСТОЙ И СЕДЬМОЙ ГРУПП

Подгруппа титана

224. Титан

225. Цирконий. Гафний

Подгруппа ванадия

226. Ванадий

227. Ниобий. Тантал

Подгруппа хрома

228. Хром

229. Молибден

230. Вольфрам

Подгруппа марганца

231. Марганец

232. Рений

Глава XXII. ВОСЬМАЯ ГРУППА ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ.... Благородные газы

233. Общая характеристика благородных газов

234. Гелий

235. Неон. Аргон

Побочная подгруппа восьмой группы

Семейство железа

236. Железо. Нахождение в природе

237. Физические свойства железа. Диаграмма состояния системы железо — углерод

238. Производство чугуна и стали

239. Термическая обработка стали

240. Сплавы железа

242. Кобальт

243. Никель

Платиновые металлы

244. Общая характеристика платиновых металлов

245. Платина

246. Палладий. Иридий

Приложение

Литература для углубленного изучения общей и неорганической химии... Именной указатель

Предметный указатель

ПРЕДИСЛОВИЕ

К ТРИДЦАТОМУ ИЗДАНИЮ

Учебник «Общая химия» Н.Л. Глинки является одним из основ ных и наиболее известных учебных пособий для начального изучения общей и неорганической химии, а также основ органической химии.

Книга выдержала многочисленные переиздания, что свидетельствует о высоком уровне ее востребованности студенческим сообществом в течение длительного времени. Успех этой книги обусловлен охватом большого объема материала, его логическим построением и доступно стью изложения. И в настоящее время этот учебник, выдержавший уже двадцать девять изданий, ни в коей мере не теряет своей актуаль ности и остается одним из наиболее широко используемых пособий для начального изучения химии. В настоящее тридцатое переиздание книги внесен ряд поправок, касающихся в том числе уточнения неко торых хронологических дат; кроме того, сделаны добавления, связан ные с недавними научными открытиями (например, в области сверх тяжелых элементов), а также проведено незначительное общее редактирование текста.

Книга, безусловно, будет полезна всем тем, кто только начинает изучение и кому необходима первичная информация по химии. Это школьники старших классов, студенты первых курсов нехимических специальностей и лица, приступающие к самостоятельному знакомст ву с химией.

ИЗ ПРЕДИСЛОВИЯ

К ДВАДЦАТЬ ТРЕТЬЕМУ ИЗДАНИЮ

В продолжение частичной переработки книги Н.Л. Глинки «Об щая химия», связанной с переходом к единицам физических величин СИ, в настоящем издании уточнен ряд понятий и определений; в част ности, более строго изложены § 9 и 10, а также § 74, посвященный спо собам выражения состава растворов. Для удобства читателей в прило жении приведены краткие сведения о единицах СИ, таблицы для пересчета некоторых внесистемных единиц, а также значения важней ших физических постоянных. Номенклатура неорганических соедине ний (§ 15) рассмотрена с учетом рекомендаций Международного сою за теоретической и прикладной химии (ИЮПАК). Материал § 72 и дополнен кратким описанием некоторых перспективных методов опреснения воды.

ИЗ ПРЕДИСЛОВИЯ

К ШЕСТНАДЦАТОМУ ИЗДАНИЮ

Учебник профессора Н.Л. Глинки «Общая химия» выдержал при жизни автора двенадцать изданий и три после его смерти. По этому учебнику знакомились с химией многие поколения студентов, им пользовались школьники при углубленном изучении химии, к нему часто прибегали специалисты нехимических профессий. Все издания этой книги неизменно пользовались большой популярностью. Это не удивительно, ибо учебник обладал важными достоинствами. Автор умел ясно, последовательно и логично излагать учебный материал.

Кроме того, книга была своего рода краткой энциклопедией общей хи мии — в ней нашли отражение многие вопросы химии, в том числе и такие, которые выходили за рамки программы нехимических вузов.

Однако к настоящему времени назрела потребность в существенной переработке учебника Н.Л. Глинки. Необходимость этого связана, в пер вую очередь, с тем, что на протяжении последних десятилетий химичес кая промышленность СССР бурно развивалась, в результате чего резко усилилось проникновение химии в другие отрасли народного хозяйства и возросла ее роль в подготовке специалистов многих профессий. Этот период времени характеризовался также колоссальным ростом объема фактического материала химии, что заставляет по новому подойти к его отбору для учебника. Наконец, интенсивно продолжался процесс пре вращения химии из эмпирической науки в область естествознания, по коящуюся на строгих научных основах — прежде всего на современных представлениях о строении вещества и на идеях термодинамики. Все эти обстоятельства привели к существенному изменению школьной про граммы по химии, в которой теперь предусмотрено изучение ряда вопро сов, рассматривавшихся ранее лишь в высшей школе.

В настоящем издании расширены разделы, посвященные строению вещества и учению о растворах; кратко рассмотрены основные идеи химической термодинамики и методы простейших химико термоди намических расчетов; подробнее, чем в предыдущих изданиях, изло жены вопросы, связанные с окислительно восстановительными про цессами и со свойствами металлов и сплавов. При этом общий план построения учебника сохранен в основном прежним.

Заново или почти заново написаны главы III, IV (канд. хим. наук В.А. Рабинович), V (канд. хим. наук П.Н. Соколов), VI, IX (В.А. Раби нович и П.Н. Соколов), X (д р. хим. наук А.В. Маркович), XVIII (д р.

хим. наук А.И. Стеценко). Главы I, VII, XI, XV, XVII, XXII перерабо таны и дополнены П.Н. Соколовым, II — В.А. Рабиновичем, VIII, XIII, XIV, XIX, XX, XXI — В.А. Рабиновичем и П.Н. Соколовым, XII — канд. хим. наук К.В. Котеговым, раздел «Органические соединения»

(глава XV) — канд. хим. наук З.Я. Хавиным.

ВВЕДЕНИЕ

1. Материя и ее движение. Химия относится к числу естественных наук, изучающих окружающий нас мир со всем богатством его форм и многообразием происходящих в нем явлений.

Вся природа, весь мир объективно существуют вне и независимо от сознания человека. Мир материален; все существующее представляет собой различные виды движущейся материи, которая всегда находит ся в состоянии непрерывного движения, изменения, развития. Движе ние, как постоянное изменение, присуще материи в целом и каждой мельчайшей ее частице.

Формы движения материи разнообразны. Нагревание и охлажде ние тел, излучение света, электрический ток, химические превращения, жизненные процессы — все это различные формы движения материи.

Одни формы движения материи могут переходить в другие. Так, меха ническое движение переходит в тепловое, тепловое в химическое, хи мическое в электрическое и т.д. Эти переходы свидетельствуют о един стве и непрерывной связи качественно различных форм движения.

При всех разнообразных переходах одних форм движения в другие точно соблюдается основной закон природы — закон вечности мате рии и ее движения. Этот закон распространяется на все виды материи и все формы ее движения; ни один вид материи и ни одна форма дви жения не могут быть получены из ничего и превращены в ничто. Это положение подтверждено всем многовековым опытом науки.

Отдельные формы движения материи изучаются различными на уками: физикой, химией, биологией и др. Общие же законы развития природы рассматриваются материалистической диалектикой.

2. Вещества и их изменения. Предмет химии. Каждый отдельный вид материи, обладающий при данных условиях определенными физи ческими свойствами, например вода, железо, сера, известь, кислород, в химии называют веществом. Так, сера — это хрупкие кристаллы светло желтого цвета, нерастворимые в воде; плотность серы 2,07 г/см3, плавится она при 112,8 °С. Все это — характерные физические свойст ва серы.

Для установления свойств вещества необходимо иметь его возмож но более чистым. Иногда даже очень малое содержание примеси может привести к сильному изменению некоторых свойств вещества. Напри мер, содержание в цинке лишь сотых долей процента железа или меди ускоряет его взаимодействие с соляной кислотой в сотни раз.

Вещества в чистом виде в природе не встречаются. Природные ве щества представляют собой смеси, состоящие иногда из очень большо го числа различных веществ. Так, природная вода всегда содержит растворенные соли и газы. Когда одно из веществ содержится в смеси в преобладающем количестве, то обычно вся смесь носит его название.

Вещества, выпускаемые химической промышленностью, — хими ческие продукты — также содержат какое то количество примесей.

Для указания степени их чистоты существуют специальные обозначе ния (квалификации): технический (техн.), чистый (ч.), чистый для анализа (ч. д. а), химически чистый (х. ч.) и особо чистый (о. ч.). Про дукт квалификации «технический» обычно содержит значительное количество примесей, ч. — меньше, ч. д. а. — еще меньше, х. ч. — мень ше всего. С маркой о. ч. выпускаются лишь некоторые продукты. До пустимое содержание примесей в химическом продукте той или иной квалификации устанавливается специальными государственными стандартами (ГОСТами).

Чистое вещество всегда однородно, смеси же могут быть однород ными или неоднородными. Однородными называют смеси, в кото рых ни непосредственно, ни при помощи микроскопа нельзя обнару жить частиц этих веществ вследствие ничтожно малой их величины.

Такими смесями являются смеси газов, многие жидкости, некоторые сплавы.

Примерами неоднородных смесей могут служить различные гор ные породы, почва, мутная вода, пыльный воздух. Не всегда неодно родность смеси сразу заметна, в некоторых случаях ее можно обнару жить только при помощи микроскопа. Например, кровь с первого взгляда кажется однородной красной жидкостью, но при рассматрива нии ее в микроскоп видно, что она состоит из бесцветной жидкости, в которой плавают красные и белые тельца.

Повседневно можно наблюдать, что вещества подвергаются раз личным изменениям: свинцовая пуля, вылетевшая из ствола винтов ки, ударяясь о камень, нагревается так сильно, что свинец плавится, превращаясь в жидкость; стальной предмет во влажном воздухе по крывается ржавчиной; дрова в печи сгорают, оставляя лишь неболь шую кучку золы, опавшие листья деревьев постепенно истлевают, пре вращаясь в перегной, и т.д.

При плавлении свинцовой пули ее механическое движение перехо дит в тепловое движение, но этот переход не сопровождается химиче ским изменением свинца — твердый и жидкий свинец представляют собой одно и то же вещество.

Иначе обстоит дело, когда свинец в результате продолжительного нагревания на воздухе превращается в оксид свинца (глёт). В этом случае вместо свинца получается новое вещество с другими свойства ми. Точно так же при ржавлении стали, горении дров, гниении листь ев образуются новые вещества.

Явления, при которых из одних веществ образуются другие, новые вещества, называются химическими. Изучением таких явлений зани мается химия. Химия — это наука о превращениях веществ. Она изуча ет состав и строение веществ, зависимость свойств веществ от их со става и строения, условия и пути превращения одних веществ в другие.

Химические изменения всегда сопровождаются изменениями физическими. Поэтому химия тесно связана с физикой. Химия также связана и с биологией, поскольку биологические процессы сопровож даются непрерывными химическими превращениями. Однако хими ческие явления не сводятся к физическим процессам, а биологиче ские — к химическим и физическим: каждая форма движения материи имеет свои особенности.

3. Значение химии. В современной жизни, особенно в производст венной деятельности человека, химия играет исключительно важную роль. Нет почти ни одной отрасли производства, не связанной с при менением химии. Природа дает нам лишь исходное сырье — дерево, руду, нефть и др. Подвергая природные материалы химической пере работке, получают разнообразные вещества, необходимые для сель ского хозяйства, для изготовления промышленных изделий и для до машнего обихода — удобрения, металлы, пластические массы, краски, лекарственные вещества, мыло, соду и т.д. Для химической переработ ки природного сырья необходимо знать общие законы превращения веществ, а эти знания дает химия.