ChemNet
 
Химический факультет МГУ

Книги сотрудников факультета

Обложка М.Е.Тамм, Ю.Д.Третьяков

Неорганическая химия: В 3-х т. Т. 1: Физико-химические основы неорганической химии: Учебник для студ. высш. учеб. заведений

Под ред. Ю.Д.Третьякова
Издательский центр "Академия", 2004. - 240 с. ISBN 5-7695-1446-9

     Изложены физико-химические основы неорганической химии в соответствии с программой для химических факультетов университетов. Подробно рассмотрены основы химической термодинамики и кинетики, строение атома и строение вещества.

     Учебник предназначен для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению 510500 "Химия" и специальности 011000 "Химия".


СОДЕРЖАНИЕ

Предисловие 3
Обращение академика Ю.Д.Третьякова к молодежи 5
Предисловие к первому тому 7
Список обозначений 8
Глава 1. Начала химической термодинамики 9
1.1. Энергетика химических и фазовых превращений 9
1.1.1. Основные понятия химической термодинамики. Первый законтермодинамики 9
1.1.2. Тепловые эффекты и термохимические уравнения. Закон Гесса 13
1.1.3. Температурная зависимость энтальпии 17
1.2. Направление процессов в физико-химических системах 21
1.2.1. Энтропия и второе начало термодинамики 21
1.2.2. Энергии Гиббса и Гельмгольца. Критерий самопроизвольногопротекания процессов 26
1.2.3. Расчет изменения энергии Гиббса в результате химическихреакций. Диаграммы Эллингема 29
1.2.4. Зависимость изменения энергии Гиббса от реальных условийосуществления химической реакции 32
1.2.5. Условие химического и межфазового равновесия, константаравновесия 35
1.3. Фазовые равновесия и фазовые диаграммы 40
1.3.1. Правило фаз Гиббса 41
1.3.2. Фазовые равновесия в однокомпонентных системах 44
1.3.3. Фазовые равновесия в двухкомпонентных системах 47
1.4. Равновесия в окислительно-восстановительных реакциях 59
1.4.1. Основные понятия. Стандартный окислительно-восстановительныйпотенциал 60
1.4.2. Формы представления стандартных электродных потенциалов.Диаграммы Латимера. Диаграммы Фроста 62
1.4.3. Зависимость стандартного электродного потенциала от реальныхусловий. Уравнение Нернста. Диаграммы Е- рН 67
1.4.4. Химические источники тока. Электролиз. Коррозия 71
1.5. Равновесия в растворах 77
1.5.1. Основные понятия 77
1.5.2. Коллигативные свойства растворов 81
1.5.3. Электролитическая диссоциация 85
1.5.4. Кислотно-основные равновесия. Теории кислот и оснований 89
Глава 2. Основы химической кинетики и механизмы химических реакций 101
2.1. Основные положения химической кинетики 101
2.2. Зависимость скорости реакции от температуры 106
2.3. Гомогенный и гетерогенный катализ 109
2.4. Механизмы химических реакций 111
2.5. Кинетика твердофазных реакций 115
Глава 3. Строение атома и периодический закон 119
3.1. Строение атома 119
3.1.1. Современное представление о строении атома 119
3.1.2. Электронное строение атома 120
3.1.3. Основные характеристики атомов 128
3.1.4. Строение атомного ядра 133
3.2. Периодический закон и Периодическая система элементов 140
3.2.1. Периодический закон 140
3.2.2. Структура Периодической таблицы 141
3.2.3. Периодичность изменения свойств элементов 143
3.2.4. Распространенность элементов. Законы геохимии 146
Глава 4. Химическая связь и строение вещества 149
4.1. Природа химической связи 149
4.2. Ковалентная связь 151
4.2.1. Метод валентных связей 152
4.2.2. Теория взаимного отталкивания электронных пар (модель Гиллеспи) 158
4.2.3. Метод молекулярных орбиталей 159
4.3. Ионная связь 166
4.4. Металлическая связь 170
4.5. Основные представления о строении твердого тела 173
4.6. Межмолекулярные взаимодействия 186
4.7. Координационные соединения 189
4.7.1. Основные понятия 189
4.7.2. Строение комплексных соединений 192
4.7.3. Термодинамическая и кинетическая устойчивостькоординационных соединений 203
Приложения 210
Список литературы 232

ПРЕДИСЛОВИЕ

В классических университетах России химическое образование традиционно начинается с курса неорганической химии, содержание которого существенно отличается от одноименного в большинстве зарубежных университетов. Там, как правило, неорганической химии, преподаваемой на старших курсах, предшествует изучение физической, аналитической и органической химии, которые формируют фундамент химических знаний. Несомненно, что отечественный опыт химического образования более соответствует исторической логике развития химии, но одновременно создает немало трудностей, обусловленных отсутствием у студентов-первокурсников физико-химической подготовки, необходимой для изучения основ неорганической химии на уровне современных теорий и представлений.

Образовательный стандарт по специальности 011000 "Химия", принятый в 1999 г., но пока не обеспеченный в полной мере учебной литературой, призван в определенной мере устранить эти недостатки.

Многие учебники по неорганической химии несомненно заслуживают внимания. К ним относятся, в частности, книги, написанные Н.С.Ахметовым, Я.А.Угаем, М.Х.Карапетьянцем, С.И.Дракиным, А.В.Суворовым, А.Б.Никольским. Предлагаемый вашему вниманию учебник создан коллективом преподавателей кафедры неорганической химии химического факультета Московского государственного университета им. М. В.Ломоносова на основе их многолетнего опыта и полностью соответствует государственному образовательному стандарту по специальности 011000 "Химия" и программе подготовки бакалавров по направлению 510500 "Химия". Учебник издается в трех томах. В первом томе изложены физико-химические основы неорганической химии. Во втором томе будет рассмотрена химия элементов главных групп Периодической системы элементов Д. И. Менделеева. Наконец, в третьем томе предполагается рассмотреть химию d- и /-элементов. Основное внимание уделено установлению взаимосвязей между строением веществ и их превращениями в неорганических системах для различных элементов Периодической системы. Понимание этих взаимосвязей открывает путь к созданию неорганических веществ и материалов с принципиально новыми функциональными и конструкционными свойствами. Ярким подтверждением плодотворности такого подхода является появление новых поколений сверхпроводящих купратов, манганитов с колоссальным магнитным сопротивлением и нанокомпозитов с полупроводниковыми квантовыми точками, в создание которых значительный вклад внесли сотрудники химического факультета и факультета наук о материалах МГУ. Освоение теоретического материала по неорганической химии немыслимо без экспериментальной работы в лаборатории. В единый методический комплект вместе с данным учебником входит "Практикум по неорганической химии", написанный коллективом авторов под редакцией академика Ю.Д.Третьякова.

При написании учебника помимо широко известных книг Н.С.Ахметова, Б.В.Некрасова и других, давно ставших классическими, авторы активно использовали опыт последних изданий учебников П.Эткинса, Н.Гринвуда, Дж.Хьюи, К.Хаускрофт, часть из которых практически неизвестна российской студенческой аудитории по причине отсутствия переводов на русский язык.

Учебник предназначен для студентов химических факультетов университетов и технических вузов, будет полезен аспирантам, научным работникам и учащимся старших классов, интересующимся химией.

Авторы старались учесть богатый опыт и традиции преподавания неорганической химии на химическом факультете МГУ, материалы методических пособий, написанных преподавателями кафедры - И.Э.Грабоем, Н.А.Добрыниной, И.А.Пресняковым, В.И.Путляевым, М.Г.Розовой, Г.В.Шпанченко, А. В .Шевельковым. Ценные советы и критические замечания были получены от многих преподавателей и сотрудников кафедры неорганической химии - А.И.Жирова, Е.А.Лавут, И.В.Морозова, Н.Н.Олейникова, В.И.Путляева, М. Г. Розовой, А. М. Гаськова и др. Авторы особенно благодарны А. В. Шевель-кову, ознакомившемуся с текстом рукописи и сделавшему много полезных и ценных замечаний. При подборе иллюстраций и технической подготовке рукописи неоценимую помощь оказали А.В.Лукашин, С.Я.Истомин, Р.В.Панин, С.И.Липник, И.Г.Тимохин, М.П.Никифоров, К.С.Напольский, С.Н.Саввин, Л. В. Боровских, В. А. Вертлиб, П. М. Столяров, К. М. Трофимов, П. С. Бер-доносов, С.Н.Семенов.

Авторы благодарят рецензентов книги - заведующего кафедрой неорганической и аналитической химии Тверского государственного университета профессора И.П.Горелова и профессора Высшего химического колледжа РАН А. Б.Ярославцева.

Свои критические замечания и предложения по улучшению рукописи авторы просят направлять по адресу: 119899 Москва, Воробьевы Горы, МГУ, химический факультет, кафедра неорганической химии.

Авторы

ОБРАЩЕНИЕ АКАДЕМИКА Ю.Д.ТРЕТЬЯКОВА К МОЛОДЕЖИ

Трудно сказать, откуда берет начало неорганическая химия, но несомненно, что к ее истокам можно отнести деятельность первобытного человека, бросившего в костер куски природного гематита Fe2O3и, тем самым, впервые осуществившего восстановление его углеродом в соответствии с уравнением химической реакции

2Fe2O3+ ЗС = 4Fe + ЗСО2

Освоение человечеством основ металлургии ознаменовало революционный перелом в истории цивилизации - переход от бронзового века к железному. И хотя с того момента прошло несколько тысячелетий, эту реакцию исследуют и по сей день. Во-первых, из-за ее исключительной важности в современной металлургии и металловедении, а, во-вторых, из-за появления новых физико-химических методов исследования состава, структуры и спектров продуктов восстановления как в объеме системы (до нанометровых размеров - порядка 10~9 м), так и во времени (до пикосекундных промежутков - порядка 10~12 с).

Но железо - лишь один из химических продуктов, полученных человеком. Общее же число химических соединений, синтезированных искусственно или выделенных из природного сырья, составляет около 20 млн с возможным периодом удвоения их числа, равным 8 годам.

Если же принять во внимание, что химикам приходится иметь дело не только с чистыми химическими веществами, но и с разнообразными растворами и механическими смесями, то число объектов химического исследования становится неопределенно большим и, несомненно, требует системного подхода, основанного на грамотном использовании фундаментальных химических законов, установленных в результате обобщения многочисленных экспериментальных данных. В их число входят основные законы химической термодинамики и кинетики, периодический закон Д. И. Менделеева и его графическое изображение в виде Периодической системы химических элементов, квантовые законы, описывающие поведение микрообъектов, включая электроны, атомы и молекулы, модели химической связи в молекулах, кристаллах, координационных соединениях и т.д.

Все они в той или иной мере рассматриваются в настоящем учебнике, хотя ограниченная подготовка студентов-первокурсников по математике, физике и механике, естественно, заставила авторов ограничить изложение теоретических концепций достаточно элементарным уровнем.

При всех условиях следует иметь в виду, что химия - не математика и помимо логических построений требует обширных эмпирических знаний и интуиции, роль которой исключительно важна. В химии по-прежнему существуют такие области исследования, успех в которых определяется творческими способностями отдельных личностей, и в этом отношении химическое творчество оказывается сродни художественному. В этой связи уместен вопрос, сколько надо поэтов или художников, способных создать творение, соизмеримое с трагедиями У. Шекспира или Тициана. Этот же вопрос можно адресовать и по отношению к открытиям М.Ломоносова и А.Лавуазье, А.Авогадро и И.Берцелиуса, Ж.Пруста и Н.Курнакова, Д.Гиббса и С.Аррениуса, Д.Менделеева и Р.Хоффмана, А.Ле Шателье и М. Кюри-Складовской, Л.Полинга и И.При-гожина и многих других химиков-исследователей.

В заключение следует отметить, что в условиях дефицита энергии, минерального сырья, воды и экологически чистой окружающей среды человечество не в силах справиться с социальными проблемами без интенсивного развития химии и применения ее достижений. Достаточно сказать, что свыше 90 % потребляемой энергии общество получает, используя химические превращения. И если современная энергетика создает множество экологических проблем, то виновата в этом отнюдь не химическая наука, а неграмотное или недобросовестное использование того, что является продуктом ее деятельности, будь то химические процессы, продукты или материалы.

Академик Ю.Д.Третьяков

ПРЕДИСЛОВИЕ К ПЕРВОМУ ТОМУ

В первом томе (авторы М.Е.Тамм, Ю.Д.Третьяков) рассмотрены физико-химические основы неорганической химии, необходимые для последующего изложения химии элементов, простых веществ и соединений.

В первой главе книги изложены основы химической термодинамики и описано их применение к разнообразным физико-химическим системами и превращениям, включая фазовые равновесия, окислительно-восстановительные и кислотно-основные реакции. Впервые в учебнике по неорганической химии введен раздел, посвященный начальным представлениям о неравновесной термодинамике. Далее рассмотрены наиболее общие положения химической кинетики, в том числе и для твердофазных реакций. Лишь затем следуют разделы, посвященные современным представлениям о строении атома и химической связи. В этой части достаточно подробно для учебника по неорганической химии для студентов младших курсов изложены вопросы строения твердого тела и комплексных соединений. В книге также рассмотрены некоторые отдельные аспекты радиохимии, происхождения химических элементов и геохимии. Принятая последовательность изложения материала соответствует многолетней практике преподавания неорганической химии на первом курсе химического факультета МГУ.

Каждый раздел книги сопровождается подробным разбором задач, а в конце всех глав помещены вопросы и задания. В Приложениях приведены таблицы термодинамических величин и другие вспомогательные материалы.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Ахметов Н. С. Общая и неорганическая химия. - М.: Высш. шк.; Академия, 2001. - 743с.

Гиллеспи Р., Харгиттари И. Модель отталкивания электронных пар валентной оболочки и строение молекул. - М.: Мир, 1992. - 296 с.

Горшков В. И., Кузнецов И. А. Физическая химия. - М.: Изд-во МГУ, 1993. - 330 с.

Вест А. Химия твердого тела. Теория и приложения: В 2 т. - М.: Мир, 1988. - Т. 1. - С. 556.

Вест А. Химия твердого тела. Теория и приложения: В 2 т. - М.: Мир, 1988. - Т. 2. - С. 334.

Дей К., СедбинД. Теоретическая неорганическая химия. - М.: Химия, 1967. - 432 с.

Джонсон Д. Термодинамические аспекты неорганической химии. - М.: Мир, 1985. - 326с.

Дикерсон Р., Грей Г., Хейт Дж. Основные законы химии: В 2 т. - М.: Мир, 1987. - Т. 1.-652 с.

Коттон Ф., Уилкинсон Дж. Основы неорганической химии. - М.: - Мир, 1979. - 678с.

Полторак О.М., Ковба Л.М. Физико-химические основы неорганической химии. - М.: Изд-во МГУ, 1984. - 288 с.

Пригожий И., Кондепуди Д. Современная термодинамика. - М.: Мир, 2002. - 462 с.

СтромбергА.Г., СемченкоД.П. Физическая химия. - М.: Высш. шк., 1999. - 528 с.

Тоуб М. Механизмы неорганических реакций. - М.: Мир, 1975. - 276 с.

Третьяков Ю.Д. Точечные дефекты и свойства неорганических материалов. - М.: Знание, 1974. - 62 с.

Третьяков Ю.Д. Химия нестехиометрических оксидов. - М.: Изд-во МГУ, 1972. - 348с.

Фримантл М. Химия в действии: В 2 т. - М.: Мир, 1998. - Т. 1. - 528 с.

Химия и периодическая таблица / Под ред. К.Сайто - М.: Мир, 1982. - 319 с.

Хьюи Дж. Неорганическая химия. Строение вещества и реакционная способность. - М.: Химия, 1987. - 696 с.

Ярославцев А. Б. Основы физической химии. - М.: Научный мир, 1998. - 230 с.

Angew. Chem. Int. Ed. Engl, 1978, 17, 1 - 15.


Сервер создается при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований
Не разрешается  копирование материалов и размещение на других Web-сайтах
Вебдизайн: Copyright (C) И. Миняйлова и В. Миняйлов
Copyright (C) Химический факультет МГУ
Написать письмо редактору