[ 1. Цели и задачи дисциплины
Дисциплина “Химия” является одной из фундаментальных, естественно – научных
дисциплин, изучает материальный мир, законы его развития, химическую форму движения
материи.
Опираясь на полученные в средней школе химические знания программа имеет своей целью
дальнейшее углубление представлений о веществе, как одном из видов движущейся материи,
механизме превращений химических соединений, свойствах технических материалов и
применении химических процессов в современной технике.
Задачи дисциплины:
- освоение студентами основных законов химии;
- овладение техникой химических расчётов;
- обретение навыков самостоятельного выполнения химического эксперимента;
- выработка навыков применения полученных знаний для анализа свойств; отдельных веществ и многокомплектных материалов, а также особенностей химических процессов.
2. Требования к уровню освоения содержания дисциплины При освоении дисциплины студенты должны в соответствии с современным уровнем химической науки получить знания о:
- строении вещества;
- направлении химических процессов;
- скорости химических процессов;
- периодическом изменении свойств элементов и их соединений.
Студенты также должны:
иметь навыки проведения химических экспериментов, уметь выделять конкретное химическое содержание в прикладных задачах будущей деятельности;
- пользуясь справочными данными уметь выполнять химические расчёты.
3. Объём дисциплины и виды учебной работы.
Вид учебной работы Всего Семестр Часов Общая трудоёмкость дисциплины 200 Аудиторные занятия 90 Лекции 36 Лабораторные работы (ЛР) 54 Самостоятельная работа 110 Вид итогового контроля (зачёт, Зачёт экзамен) 4. Содержание дисциплины.
4.1. Разделы дисциплины и виды занятий № Раздел дисциплины Лекции ЛР п/п 1 Основы строения и реакционная способность веществ 2 Взаимодействия веществ 6 3 Растворы и реакции в водных растворах 6 4 Окислительно-восстановительные 6 системы и электрохимические процессы 5 Дисперсные системы 4 6 Химия высокомолекулярных соединений 7 Химическая идентификация 4 4.2. Содержание разделов дисциплины ВВЕДЕНИЕ. Значение химических знаний в изучении природы и развитии техники.
Основные понятия и основные количественные законы химии.
1. Основы строения и реакционная способность веществ 1.1. Строение атома и периодическая система элементов Д. И. Менделеева.
Модель строения атома. Понятия: энергетический уровень, подуровень, электронный слой, электронная оболочка, атомная орбиталь (АО). Строение электронных оболочек атомов элементов.
Периодический закон. Особенности заполнения электронами атомных орбиталей и формирование периодов. Периодичность свойств элементов: ионизационного потенциала, сродства к электрону, электроотрицательности. Периодичность атомных и ионных радиусов.
Изменение химической активности металлов и неметаллов по периодам и группам.
1.2. Химическая связь и валентность. Основные особенности химического взаимодействия (химической связи) и механизм образования химической связи. Основные типы химической связи: ковалентная (неполярная и полярная), ионная, металлическая. Количественные характеристики химических связей: порядок, энергия, длина, валентный угол. Эффективные заряды химически связанных атомов и степень ионности связи как функция разности электроотрицательности взаимодействующих атомов. Гибридизация. Строение и свойства простейших молекул. Комплементарность.
1.3. Взаимодействие между частицами веществ. Химические системы. Три типа физического состояния вещества: газообразное, жидкое и твердое. Силы ван-дер-Ваальса. Ориентационное, индукционное и дисперсионное взаимодействия. Факторы, определяющие энергию межмолекулярного взаимодействия.
Природа водородной связи. Меж- и внутримолекулярная водородная связь.
Комплементарность.
1.4. Химия веществ в конденсированном состоянии. Агрегатное состояние вещества.
Химическое строение твёрдого тела. Аморфное состояние вещества. Кристаллы.
2. Взаимодействия веществ 2.1.Элементы химической термодинамики. Энергетика химических процессов. Внутренняя энергия системы. Изменение внутренней энергии в ходе химических превращений.
Понятие об энтальпии. Стандартная энтальпия образования вещества. Первое начало термодинамики. Закон Гесса. Вычисление изменения энтальпии и направление протекания реакции.
Понятие об энтропии. Стандартная энтропия вещества. Второе начало термодинамики.
Изменение энтропии и направление протекания реакции.
Понятие об реакции Гиббса. Стандартная энергия Гиббса образования вещества. Изменение энергии Гиббса химической реакции и оценка направления и полноты протекания реакции. Роль энтальпийного, энтропийного факторов и температуры в оценке возможности и полноты протекания реакций при разных температурах. Условие химического равновесия. Химический потенциал. Активность и коэффициент активности.
2.2. Химическое и фазовое равновесие. Закон действия масс. Константа равновесия и её связь с термодинамическими функциями. Принцип Ле-Шателье 2.3. Химическая кинетика. Скорость химических реакций и методы ее регулирования.
Основное химическое уравнение. Зависимость скорости химических реакций от температуры.
Энергия активации. Гомогенный катализ. Цепные реакции. Физические методы ускорения химических реакций. Колебательные реакции. Скорость гетерогенных химических реакций.
Гетерогенный катализ 3. Растворы и реакции в водных растворах.
3.1. Общие свойства растворов. Растворы как дисперсные системы. Растворение как физикохимический процесс. Сольватация, сольваты. Гидраты. Кристаллизаторы. Ионизация и диссоциация веществ в растворе.
3.2. Растворимость веществ. Способы выражения состава растворов: массовая доля, молярная концентрация эквивалента, титр раствора, моляльность раствора.
3.3. Сильные и слабые электролиты. Истинная и кажущаяся степень диссоциации. Константа диссоциации слабых электролитов. Закон разбавления. Кислотно-основные свойства веществ.
Трудно растворимые электролиты. Произведение растворимости. Условие образования и растворения осадков.
3.4. Диссоциация комплексных ионов в растворе. Константа нестойкости. Разрушение комплексных ионов.
3.5. Ионное произведение воды. Водородный показатель. Понятие о буферных растворах.
Гидролиз солей. Гидролиз солей по катиону и аниону. Три типа солей по признаку гидролизуемости составляющих их ионов. Степень и константа гидролиза. Влияние концентрации раствора, температуры, рН среды на степень гидролиза. Особые случаи гидролиза: совместный гидролиз, подавление гидролиза, гидролиз трудно растворимых солей, полный гидролиз.
4. Окислительно-восстановительные системы и электрохимические процессы 4.1 Степень окисления. Окислительно-восстановительные свойства веществ.
Составление уравнений окислительно-восстановительных реакций ионно-электронным методом.
4.2 Окислительно–восстановительный потенциал. Уравнение Нернста. Водородный электрод. Ряд напряжений металлов. Подбор окислителей и восстановителей с учетом стандартных окислительно-восстановительных потенциалов.
4.3 Окислительно-восстановительные процессы с участием электрического тока.
Электролиз. Последовательность электродных процессов. Законы Фарадея.
4.4 Химические источники тока: гальванические первичные элементы, топливные элементы и электрохимические электроустановки.
5. Дисперсные системы 5.1. Адсорбция как самопроизвольное сгущение на границе раздела фаз.
Особенности адсорбции молекул и ионов из растворов на твердой поверхности. Понятие об абсорбционной хроматографии. Молекулярно-кинетические и электрические свойства дисперсных систем. Строение частицы гидрофобного золя- мицеллы. Ионный обмен; роль обменной адсорбции в почвоведении, при химических способах водоочистки.
5.2. Очистка воды от поверхностно-активных загрязнений. Применение пенной сепарации.
Очистка воды от токсичных загрязнений, растворимых в воде. Использование адсорбции и ионного обмена. Управление выпадением осадков загрязнений введением зародышей кристаллизации. Комплексные способы очистки воды, включающие микробиологическую очистку, гетерокоагуляцию и т.д.
6. Химия высокомолекулярных соединений 6.1. Химические превращения полимеров. Деструкция растворов. Основные виды деструкции. Стабилизация полимеров. Строение полимеров, их агрегатное и фазовое состояния.
Кристаллические и аморфные полимеры. Олигомеры. Надмолекулярная структура кристаллических и аморфных полимеров.
6.2. Растворы полимеров и их свойства. Дисперсии полимеров. Пластификация полимеров.
7. Химическая идентификация Вещество и его частота. Аналитический сигнал и его виды. Качественный и количественный анализ. Химическая идентификация. Химический, физико-химический и физический методы анализа.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Краткий обзор изложенного материала на теоретическом основании химии; наиболее важных положения курса. Взаимосвязь разделов курса. Успехи современной химии. Перспективы развития теоретических основ химии.
5. Лабораторный практикум п/п дисциплины 6. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
ОСНОВНАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Коровин Н.В. Общая химия. – М.: Высшая школа, 2. Гельфман М.И., Юстратов В.П. Химия. – СПб.: Издательство «Лань», 3. Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия. – М.: Высшая школа, 4. Павлов Н.Н. Неорганическая химия. – М.: Высшая школа, 5. Шиманович И.Е. и др. Общая химия в формулах, определениях, схемах. – Минск; 6. Химия. Методические указания, программа, решение типовых задач и контрольные задачи для студентов-заочников инженерно-технических (нехимических) специальностей высших учебных заведений. / Под. ред. И.Л. Шимановича. – М.: Высшая школа, 1986.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Лидин Р.А. Неорганическая химия в вопросах: Учебное пособие / Р.А. Лидин, Л.Ю.Алинберов, Г.П. Логинов; Под ред. Р.А. Лидина. – М.: Химия, 1991. – 256 с.
2. Артеменко А.И. и др. Справочное руководство по химии. – М.: Высшая школа, 2003. – 3. Павлов Н.Н. Неорганическая химия. – М.: Высшая школа, 1986. – 336 с.
7. Материально-техническое обеспечение дисциплины 7.1. Средства обеспечения освоения курса химии: лекционные химические демонстрации, средства ИКТ (ноутбук, проектор), компьютерная база данных.
7.2. Материально-техническое обеспечение дисциплины:
Специализированная лаборатория, оснащенная комплектом химической посуды и оборудования, реактивами, а также ионометрами, электродами сравнения и ионноселективными электродами, спектрофотометром, поляриметром, электроизмерительными приборами, аналитическими весами, сушильными шкафами.
«