Учебные материалы по химии для нехимических факультетов

ВОПРОСЫ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К ЗАЧЕТУ ПО КУРСУ “ОБЩАЯ ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ФИЗИКА"
для студентов 2-го курса (4-й семестр) физического факультета МГУ

  ОБЩАЯ ЧАСТЬ. Предмет химии. Названия химических соединений: систематические, тривиальные, коммерческие. Основы химической термодинамики: свободная энергия Гиббса (Гельмгольца), условие самопроизвольного протекания химического процесса, условие химического равновесия, константа равновесия.

Литература:
Дж.Э.Бенкс . Названия органических соединений.
Общая химия по ред. Е.М. Соколовской, Л.С. Гузея . М.:1989.
гл. 8. Элементы химической термодинамики. пп . 6, 7.
гл. 9. Химическое равновесие. пп . 1, 2.

  1. СТЕРЕОХИМИЯ И МОЛЕКУЛЯРНАЯ СТРУКТУРА. Геометрическая (структурная) изомерия. Таутомерия. Оптическая изомерия. ( R , S )-Номенклатура Кана-Ингольда-Прелога . ( D , L )-Номенклатура для углеводов и аминокислот. Проекционные формулы Фишера. Диастереомеры . Примеры стереоспецифичности физиологической активности. Рацематы и их разделение. Асимметрический синтез. Конформации ациклических и циклических алканов , их относительная устойчивость. Проекции Ньюмена . Конформеры и изомеры углеводов – на примере глюкозы.  

Задачи современной квантовой химии. Молекулярные орбитали . Атомные орбитали и наборы базисных функций. Метод Хартри-Фока-Рутана . Проблема корреляции электронов. Метод функционала плотности. Полуэмпирические методы квантовой химии. Молекулярная механика. Качественные модели: гибридизация, модель отталкивания электронных пар валентной оболочки, правило 4 n +2 Хюккеля.  

Литература:
В.М. Потапов . Стереохимия. М.: 1988.
гл. 1. Основные положения стереохимии
гл. 2, п. 5. Асимметрический синтез
гл. 4. Стереохимия алканов и их производных. пп . 4.1.1, 4.1.2, 4.2.1
гл. 5. Стереохимия циклоалканов и их производных. пп . 5.1, 5.2, 5.3 (до стр.213), 5.4, 5.5
гл. 11. Стереохимия природных соединений. п. 11.2 (Углеводы – только моносахариды ),
п. 11.5 (Специфичность биохимических процессов)
Дж. Робертс , М. Касерио . Основы органической химии, т.2. М: 1978.
гл. 18. Углеводы. п. 18-7
В.И. Минкин, Б.Я. Симкин , Р.М. Миняев . Теория строения молекул. Ростов-на Дону, 1997.
п. 4.3 Метод молекулярных орбиталей
п. 4.4 Электронная корреляция
п. 7.2 Неэмпирические методы
п. 7.3 Полуэмпирические методы
п. 8.1.4 Бензол. Правило Хюккеля (4 n +2)
п. 8.2. Правило 4 n +2 и электронное строение сопряженных циклических соединений. Антиароматичность .
п. 10.2 Теория гибридизации
п. 10.3 Теория ОЭПВО

  Дополнительная литература :

Химическая энциклопедия.
Статьи

• Изомерия
• Конформационный анализ
• Молекулярная механика
• Молекулярных орбиталей методы
• Полуэмпирические методы
• Моносахариды

2. РАСТВОРЫ. Структура воды. Растворы неэлектролитов . Законы Рауля и Генри. Идеальные и реальные растворы. Активность, коэффициент активности. Перегонка и азеотропные смеси. Эбулио - и криоскопия. Осмос. Растворы электролитов. Электролитическая диссоциация. Сольватация ионов и термодинамика диссоциации. Константа и степень диссоциации. Ионная сила раствора. Активность ионов. Электропроводность. Подвижность ионов. Ионное произведение воды. Водородный показатель ( pH) и его измерение. Гидролиз солей. Буферные растворы. Произведение растворимости. Неводные растворы. Теории кислот и оснований Аррениуса, Бренстеда-Лоури , Льюиса. Жесткие и мягкие кислоты и основания Льюиса (теория Пирсона). Электродные потенциалы, равновесие на границе металл-раствор. Классификация растворителей, шкалы полярности. Сольватохромия – теоретический и эмпирический подходы. Ионные жидкости. Экстракция. Адсорбция, адсорбенты. Хроматография . Сверхкритические жидкости как растворители.

  Литература:
Общая химия по ред. Е.М. Соколовской, Л.С. Гузея . М.:1989.
гл. 11. Растворы.
гл. 15. Окислительно-восстановительные реакции. Основы электрохимии. пп . 4, 5, 6, 7.
К. Дей , Д. Селбин . Теоретическая неорганическая химия. М.: 1976
гл. 9. Кислоты и основания.
гл. 12. Неводные растворы.
Ю.В. Филиппов, М.П. Попович. Физическая химия. М.: 1980.
гл. XIII , п. 1. Скачки потенциалов на границах фаз.
п. 3. Типы электродов.
п. 8. Электродные процессы.
В.А. Киреев. Курс физической химии. М.: 1975
п. 133. Третий компонент в двухслойной жидкой системе. Закон распределения.
п. 136. Экстракция из растворов.
п. 175. Адсорбция на поверхности твердых тел.
п. 177. Природа адсорбционных явлений.
п. 178. Хроматографическая адсорбция.

  Дополнительная литература :

1. Химическая энциклопедия.
Статьи

• Растворители
• Растворы
• Растворы неэлектролитов
• Растворы электролитов
• Растворимость
• Произведение активностей
• Кислоты и основания
• Электродный потенциал
• Электродные процессы
• Экстракция жидкостная
• Экстракция сверхкритическая
• Хроматография

2. В.А. Киреев. Курс физической химии. М.: 1975
гл. V . Жидкости,
п. 73 Вода
гл. IX . Растворы. пп . 108, 110, 111, 113-115, 118-120, 122-125, 130
гл. XIV . Растворы электролитов. пп . 180-191

3. КОМПЛЕКСНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ. Химическая связь в комплексных соединениях переходных и непереходных элементов. Лиганды . Строение и изомерия комплексов. Магнитные и спектральные свойства комплексов переходных металлов. Спектрохимический ряд. Устойчивость координационных соединений. Хелаты и хелатный эффект. Комплексонаты . Макроциклические лиганды : краун-эфиры , криптанды . Макроциклический эффект: энтальпийный и энтропийный вклады. Селективность макроциклических лигандов . Комплексы с ?-акцепторными лигандами . ?-Комплексы. Соединения со связью металл-металл. Типы реакций комплексных соединений. Лабильные и инертные комплексы. Взаимное влияние лигандов . Реакции с участием лигандов . Темплатный синтез. Роль комплексных соединений в катализе. Комплексные соединения в биологических системах.

  Литература:

Ю.Н. Кукушкин. Химия координационных соединений. М.: 1985.
гл. 1, п. 1.5 Номенклатура комплексных соединений
гл. 2. Типы комплексных соединений.
п. 2.1 Внутренние координационные соединения
п. 2.2 Комплексонаты
п. 2.3 Комплексы с макроциклическими лигандами
п. 2.5 Комплексы со связью металл-металл
п. 2.6 -Комплексы
гл. 3. Изомерия комплексных соединений.
гл. 5, п. 5.2 Хелатный эффект
гл. 6. Химическая связь в координационных соединениях.
п. 6.2 Теория валентной связи
п. 6.5 Теория кристаллического поля
гл. 8, п. 8.3.1 Экспериментальное обоснование и качественное изучение явления трансвлияния
п. 8.3.3 Количественные характеристики трансвлияния (до стр. 197)
гл. 9, п. 9.2 Лабильные и инертные координационные соединения
гл. 10, п. 10.2 Факторы, влияющие на кислотные свойства координационных соединений
гл. 13, п. 13.16 Реакции на матрице, или темплатный синтез

  Дополнительная литература :

1. Химическая энциклопедия.
Статьи

• Координационные соединения
• Кристаллического поля теория
• Молекулярных орбиталей методы
• Лигандов взаимное влияние
• Хелаты
• Металлорганические соединения
• Комплексоны
• Краун-эфиры
• Криптанды
• Кластеры
• Матричный синтез

2. К. Дей , Д. Селбин . Теоретическая неорганическая химия. М.: 1976
гл. 10. Химия координационных соединений I .
гл. 11. Химия координационных соединений II .
3. Ф. Коттон , Дж. Уилкинсон . Основы неорганической химии. М.: 1979.
гл. 6. Координационная химия.
гл. 23. Введение в химию переходных элементов, теория поля лигандов .
гл. 28. Комплексы -акцепторных лигандов .
гл. 29. Металлорганические соединения.
гл. 31. Металлы в биологических системах.

4. КОЛЛОИДНАЯ ХИМИЯ. Поверхностная энергия. Формулировка основных законов термодинамики с учетом поверхностной энергии. Поверхностно-активные вещества (ПАВ), строение молекул ПАВ, механизм их действия. Явление избирательного смачивания. Модификация свойств поверхности. Различие свойств коллоидных и истинных растворов. Дисперсная фаза и дисперсионная среда. Основные типы дисперсных систем. Обращение эмульсий. Лиофильные и лиофобные системы. Мицеллы. Причины устойчивости дисперсных систем. Двойной электрический слой. Структурно-механический барьер. Коагуляция, седиментация. Коллоидные системы в технике. Пленки Ленгмюра-Блоджет . Коллоидные системы в биологии. Гидрофобные взаимодействия и их роль в стабилизации третичной структуры белка.

  Литература:

Е.Д. Щукин, А.В. Перцов, Е.А. Амелина . Коллоидная химия. М.: 1992.
I .1. Некоторые соотношения термодинамики поверхности разрыва в однокомпонентной системе.
II .1. Основы термодинамики адсорбции.
II .3. Классификация ПАВ и современный ассортимент синтетических ПАВ.
III .1. Граница раздела между конденсированными фазами в двухкомпонентных системах.
III .2. Адсорбция на границах раздела конденсированных фаз.
III .3. Смачивание и растекание.
III .4. Применение ПАВ для управления процессами смачивания и избирательного смачивания.
IV .1. Основы термодинамики дисперсных систем.
IV .5. Конденсационное образование дисперсных систем.
V .3. Седиментация в дисперсных системах.
VII .2. Основы теории двойного электрического слоя.
VII .4. Электрические свойства дисперсных систем.
VII .6. Влияние электролитов на строение двойного электрического слоя и электрокинетические явления.
VIII .1. Условия образования и термодинамическая стабильность лиофильных коллоидных систем.
VIII .3. Мицеллообразование в растворах ПАВ.
VIII .4. Солюбилизация в растворах мицеллообразующих ПАВ.
IX .3. Факторы стабилизации дисперсных систем.
IX .4. Электростатическая составляющая расклинивающего давления.
IX .5. Структурно-механический барьер.
X .3. Эмульсии и эмульсионные пленки.
X .4. Суспензии и золи.
X .5. Коагуляция гидрофобных золей электролитами.
X .6. Моющее действие. Микрокапсулирование .

  Дополнительная литература :

Химическая энциклопедия.
Статьи

• Дисперсные системы
• Коллоидная химия
• Поверхностные явления
• Поверхностная активность
• Поверхностная энергия
• Поверхностно-активные вещества
• Мономолекулярный слой
• Золи
• Двойной электрический слой
• Гели

5. ХИМИЧЕСКАЯ КИНЕТИКА. Простые и сложные (последовательные, параллельные). реакции. Скорость химической реакции, закон действия масс. Порядок и молекулярность реакции. Кинетические уравнения. Простейшие кинетические модели (реакции нулевого, первого, второго порядка, последовательные реакции первого порядка, метод стационарных концентраций). Обратная задача кинетики. Реакции молекулярные, радикальные, ионные. Теория активированного комплекса. Переходные и промежуточные состояния. Лимитирующая стадия сложной реакции. Энергия активации (истинная и кажущаяся). Моделирование переходных состояний. Катализ и его разновидности (кислотно-основной, гетерогенный, ферментативный, автокатализ и т.д., примеры). Кинетика Михаэлиса-Ментен . Промоторы . Ингибирование реакций. Электрофильное и нуклеофильное замещение при атоме углерода в реакциях органических соединений, влияние растворителя на их скорость и механизм. Цепные реакции. Фотохимические реакции.

  Литература:

В.И. Горшков, И.А. Кузнецов. Основы физической химии. М.: 1993.
гл. 6. Кинетика химических реакций.
Ю.В. Филиппов, М.П. Попович. Физическая химия. М.: 1980.
гл. XIV . Катализ.
Дж. Робертс , М. Касерио . Основы органической химии, т. 1. M: 1978.
гл. 11, п. 11-9. Механизмы реакций замещения типа S N
п. 11-10. Стереохимия S N 2- замещения
п. 11-11. Стереохимия S N 1- замещения
гл. 12,
п. 12-8. Реакции электрофильного замещения при атоме углерода. А. Стереохимия замещения S E 2.

  Дополнительная литература :

Химическая энциклопедия.
Статьи

• Кинетика химическая
• Кинетическое уравнение
• Механизм реакции
• Активированного комплекса теория
• Катализ
• Ингибиторы
• Фотохимические реакции
• Цепные реакции
• Автокатализ

6. ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ. Моно-, олиго - и полимеры. Полимеризация (катионная, анионная и радикальная) и поликонденсация . Молекулярно-массовое распределение. Специфические физико-химические свойства полимеров и их связь со структурой макромолекул. Термомеханические свойства полимерных материалов. Температуры стеклования и текучести. Аморфные и кристаллические полимеры. Химическая и техническая классификация полимерных материалов. Применение полимеров. Координационные полимеры. Жидкие кристаллы. Стереорегулярные полимеры. Трехмерные полимеры. Ориентированные полимеры, волокна и пленки. Электропроводящие полимеры. Растворы полимеров, их свойства. Полиэлектролиты. Изоэлектрическая точка. Электрофорез. Химическая модификация полимеров. Деструкция полимеров. Стабилизация полимеров. Природные полимеры: полисахариды , белки, нуклеиновые кислоты.

  Литература:
А.А. Стрепихеев , В.А. Деревицкая . Основы химии высокомолекулярных соединений. М.: 1976.
гл. V . Цепная полимеризация.
гл. VI. Поликонденсация .
гл. VII. Превращение циклов в линейные полимеры.
гл. XI. Реакции функциональных групп полимеров.
гл. XII. Деструкция полимеров.
А.М. Шур. Высокомолекулярные соединения. М.: 1981.
гл. I . Общие сведения о высокомолекулярных соединениях.
гл. IX. Наиболее важные синтетичекие и природные полимеры.
гл. X. Физико-механические свойства полимеров. Фазовое состояние полимеров.
гл. XI. Растворы высокомолекулярных соединений.
гл. XIII. Электрические свойства полимеров.

  Дополнительная литература :

1. Химическая энциклопедия.
Статьи

• Высокомолекулярные соединения
• Полимеризация
• Поликонденсация
• Координационные полимеры
• Стереорегулярные полимеры
• Ориентированное состояние
• Стеклообразное состояние полимеров
• Растворы полимеров
• Деструкция полимеров
• Сетчатые полимеры
• Белки
• Нуклеиновые кислоты
• Полисахариды

2. Н.А. Платэ , В.П. Шибаев . Гребнеобразные полимеры и жидкие кристаллы. М.:1980  

7. ТЕОРИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ СТРУКТУР В ХИМИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ, НАХОДЯЩИХСЯ ВДАЛИ ОТ СОСТОЯНИЯ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОГО РАВНОВЕСИЯ. Термодинамические переменные. Функции состояния. Второе начало термодинамики. Диссипативные системы. Неравновесные системы вблизи состояния термодинамического равновесия – линейная неравновесная термодинамика. Неравновесные системы в нелинейной области. Диссипативные структуры. Множественные стационарные состояния. Временные и постранственные структуры. 1-я и 2-я модели Шлёгля , модель Лотка-Вольтерра . Кинетика реакции Белоусова-Жаботинского в системе с перемешиванием.

  Литература:
И.К. Кудрявцев . Химические нестабильности. М.: 1987.