Неорганическая химия. Программа

Основные учебные курсы
для студентов Химического факультета МГУ

Неорганическая химия

Программа

Неорганическая химия выстраивает логику изменения свойств элементов и их соединений в группах и периодах периодической системы Д.И. Менделеева. Современная трактовка периодического закона, основанная на достижениях квантово-механической теории, позволяет превратить изучение неорганической химии из запоминания фактов в познание основных периодических закономерностей. В первой физико-химической части программы рассмотрены основные положения термодинамики, теории растворов, строения атома, основ химической связи и теории комплексных соединений в том объеме, который необходим для изложения и понимания систематики свойств разнообразных классов соединений. Изложение химии элементов соответствует расположению групп в Периодической системе элементов Д.И. Менделеева. Нумерация групп соответствует длинной форме Периодической таблицы, рекомендованной Международным союзом теоретической и прикладной химии (ЮПАК). Также рекомендации ЮПАК учтены применительно к номенклатуре элементов и их соединений. Программа учитывает многолетний опыт и традиции коллектива кафедры неорганической химии, развитый академиком В.И. Спицыным и его последователями. В отличие от предыдущих, настоящая программа более структурирована и учитывает современное состояние неорганической химии. Программу следует рассматривать как примерную и ее реализация зависит от того, какой рабочий план лекционных, семинарских и практических занятий будет принят коллективом. Авторы программы благодарны доцентам А.Н. Григорьеву, М.Е. Тамм, Ф.М. Спиридонову и Е.И. Ардашниковой за сделанные ими полезные советы и замечания.

Введение

Химия как система знаний о веществах - их составе, строении и химической связи. Предмет и задачи химии. Теория и эксперимент в химии. Информационные системы. Основные задачи современной неорганической химии.

Теоретические основы

1. Основы химической термодинамики

Задачи химической термодинамики. Понятия: система (системы открытые, закрытые и изолированные), параметры состояния, энергия, работа, теплота, равновесие. Термодинамические процессы (обратимые, необратимые, самопроизвольные и несамопроизвольные). Уравнение состояния.

Первый закон термодинамики. Внутренняя энергия. Теплота и работа различного рода. Энтальпия. Тепловой эффект химической реакции. Закон Гесса и термохимические расчеты. Стандартное состояние и стандартные энтальпии химических реакций. Энтальпия образования. Теплоемкость (C_Vи C_P) и ее температурная зависимость. Формула Кирхгоффа. Энергия химической связи. Использование химических превращений для генерирования, хранения и транспортировки энергии.

Второй закон термодинамики. Энтропия. Статистическое толкование энтропии. Зависимость энтропии от температуры. Стандартная энтропия. Изменение энтропии при фазовых переходах и химических реакциях. Энергия Гиббса и энергия Гельмгольца. Химический потенциал. Его различные определения и способы вычисления. Активность. Критерии самопроизвольного протекания процессов в различных системах.

Условия химического равновесия. Константа химического равновесия как мера глубины протекания процессов. Факторы, влияющие на величину константы равновесия. Смещение химического равновесия. Принцип Ле Шателье.

Использование стандартных энтальпии и энтропии для расчета химических равновесий.

2. Растворы. Фазовые равновесия

Фазовые равновесия. Основные понятия:компонент, фаза, степень свободы. Правило фаз Гиббса. Фазовая диаграмма однокомпонентной системы: диаграмма воды. Фазовые диаграммы двухкомпонентных систем с неограниченной растворимостью в твердом и жидком состоянии. Азеотропы. Двухкомпонентная система с простой эвтектикой. Кристаллогидраты. Фазовая диаграмма двухкомпонентной системы, образующей химическое соединение. Выбор условий синтеза и очистки химических соединений с помощью фазовых диаграмм.

Представление об истинных и коллоидных растворах. Идеальные и неидеальные растворы. Процессы растворения. Способы выражения состава растворов. Факторы, влияющие на растворимость: энергия кристаллической решетки, энергия сольватации, температура. Гетерогенное равновесие "раствор-осадок": насыщенные, пересыщенные и ненасыщенные растворы. Осаждение малорастворимых солей. Произведение растворимости.

Коллигативные свойства растворов неэлектролитов и электролитов: давление насыщенного пара, понижение температуры замерзания (криоскопия), повышение температуры кипения (эбулиоскопия), осмос и осмотическое давление в неорганических и биологических системах.

Сильные и слабые электролиты. Изотонический коэффициент, степень и константа диссоциации.

Кислотно-основное равновесие. Классическая теория Аррениуса и ее ограничения. Современные представления о кислотах и основаниях. Теория Льюса. Теория Бренстеда- Лоури. Гидролиз как частный случай протолитического равновесия. Константы кислотности и основности. Кислотные и основные свойства растворителей. Константа автопротолиза. Влияние природы растворителя на силу кислот и оснований.

Окислительно-восстановительные реакции. Основные понятия. Электродный потенциал. Стандартный электродный потенциал. Уравнение Нернста. Связь константы равновесия со стандартными потенциалами. Факторы, влияющие на направление окислительно-восстановительных реакций. Формы представления стандартных электродных потенциалов: диаграммы Латимера, диаграммы Фроста (диаграммы окислительных состояний или диаграммы "вольт-эквивалент - степень окисления" (ВЭ-СО), диаграммы Пурбе (диаграммы еН-pH). Электролиз. Электрохимические источники энергии. Коррозия как электрохимический процесс.

3. Кинетика и механизм химических реакций

Скорость химической реакции, ее зависимость от природы и концентрации реагентов, температуры. Порядок и молекулярность реакции. Константа скорости и ее зависимость от температуры. Уравнение Аррениуса. Энергия активации. Понятия о механизме и кинетике реакций в гомогенных и гетерогенных системах. Понятие о цепных и колебательных реакциях, гомогенном и гетерогенном катализе. Автокатализ.

4. Строение атома

Развитие представлений о строении атома. Атомное ядро. Радиоактивность. Волновая природа электрона. Волновая функция. Понятие о квантовых числах. Уравнение Шредингера. Радиальная и угловая составляющие волновой функции: s-, p-, d- и f-орбитали. Атомные орбитали, их энергии и граничные поверхности. Порядок заполнения электронами атомных орбиталей. Принцип Паули. Правила Хунда. Понятия: радиус и энергия ионизации атома, сродство к электрону. Энергетические диаграммы многоэлектронных атомов. Экранирование ядра электронами и эффективный заряд ядра атома. Релятивистский эффект и энергия связи 6s² электронов с ядром.

5. Периодический закон Д.И. Менделеева. Периодическая система элементов

Химический элемент. Современная формулировка Периодического закона. Структура Периодической системы и ее связь с электронной структурой атомов, закон Мозли. Периодичность в изменении электронной конфигурации атомов. Периоды и группы. Коротко- и длиннопериодный варианты Периодической таблицы. Периодичность в изменении величин радиусов, энергии ионизации, сродства к электрону, электроотрицательности атомов. Периодичность в изменении свойств простых веществ и основных химических соединений (оксиды, гидроксиды, галогениды). Вертикальные, горизонтальные и диагональные аналогии в Периодической системе.Переходные и непереходные элементы. Элементы-металлы и элементы-неметаллы. Распространенность элементов. Законы геохимии.

6. Химическая связь

Основные типы химической связи. Характеристики химической связи в молекулах: энергия, длина, валентный угол, порядок (кратность) и полярность.

Метод валентных связей (МВС), s-, p- и d-связывание. Представление о гибридизации атомных орбиталей. Геометрия многоатомных молекул: модель Гиллепси.

Метод молекулярных орбиталей (ММО). Основные понятия. Двухцентровые двухэлектронные молекулярные орбитали. Энергетические диаграммы двухатомных гомоядерных молекул, образованных элементами 1-го и 2-го периодов. Магнитные свойства. Корреляции между порядком связи и энергией ионизации. Энергетические диаграммы простейших гетероядерных молекул (СО, HF, LiH, H₂O). Понятие об изоэлектронных аналогах. Понятие о трехцентровых электрондефицитных и электронизбыточных МО на примере H-Be-H и F-Xe-F.

Ионная связь, водороднаясвязь. Силы Ван-дер-Ваальса. Металлическая связь.

7. Комплексные соединения

Основные понятия химиикомплексных соединений: центральный атом и его координационное число; лиганды, дентатность, донорный атом, внутренняя и внешняя координационные сферы. Понятие о классификации комплексных соединений. Номенклатура и изомерия комплексных соединений.

Химическая связь в комплексных соединениях. Теории строения комплексных соединений. Метод валентных связей (МВС).

Теория кристаллического поля (ТКП). Симметрия d-орбиталей. Изменение энергии d-орбиталей в сферическом, октаэдрическом и тетраэдрическом поле лигандов. Энергия расщепления, энергия спаривания. Энергия стабилизации кристаллическим полем (ЭСКП). Влияние на величину энергии расщепления природы центрального атома (заряда, радиуса, электронной конфигурации), природы, числа и расположения лигандов. Спектрохимический ряд. Окраска и магнитные свойства комплексов. Эффект Яна-Теллера, тетрагональноеискажение октаэдрических комплексов. Плоскоквадратные комплексы.

Метод молекулярных орбиталей (ММО). Взаимодействие орбиталей центрального атома и лигандов. Энергетическая диаграмма молекулярных орбиталей октаэдрического комплекса без и с p-связыванием: p-донорные и p-акцепторные лиганды.

Термодинамическая и кинетическая устойчивость комплексных соединений. Константы устойчивости. Типы реакций комплексных соединений: лигандный обмен; перенос протона и электрона; влияние центрального атома на химическое поведение лигандов. Хелатный эффект. Эффект трансвлияния.

8. Конденсированное состояние вещества

Основные понятия кристаллохимии. Основные типы кристаллических структур простых веществ (меди, a-железа, магния, алмаза и графита). Простейшие структуры бинарных соединений (NaCl, CsCl, CaF₂, ZnS). Модель плотнейших шаровых упаковок. Ионные радиусы. Энергия кристаллической решетки, константа Маделунга. Закономерностив изменении свойств твердых веществ с ионным типом связи.

Введение в электронное строение кристаллов (зонная модель). Понятия о зонах: валентной, проводимости и запрещенной. Электропроводность. Металлы, полупроводники, диэлектрики. Молекулярные кристаллы. Кластеры. Ультрадисперсные системы, наночастицы. Стеклообразное состояние.

Химия элементов

Непереходные элементы

9. Водород-первый элемент Периодической системы

Особое положение водорода в Периодической системе. Нахождение водорода в природе. Получение, физические и химические свойства и применение водорода. Изотопы водорода. Строение и свойства иона гидрооксония H₃O⁺. Ион H^- и основные типы гидридов. Строение и свойства твердой, жидкой и газообразной воды. Биологическая роль водорода.

10. Элементы 1-й группы: литий, натрий, калий, рубидий, цезий и франций

Закономерности в изменении электронных конфигураций, величин радиусов, энергии ионизации атомов. Природные соединения, получение и применение щелочных металлов. Энергия кристаллической решетки, физические и химические свойства простых веществ. Взаимодействие щелочных металлов с водой. Закономерности в строении и свойствах (термодинамическая устойчивость, кислотно-основные свойства) основных типов соединений: оксидов, пероксидов, озонидов, гидроксидов, карбонатов, галогенидов. Малорастворимые и комплексные соединения щелочных элементов. Применение и биологическая роль соединений щелочных металлов.

11. Элементы 2-й группы: бериллий, магний, кальций, стронций, барий

Закономерности в изменении электронных конфигураций, величин радиусов, энергии ионизации атомов. Природные соединения, основные методы вскрытия руд. Получение и применение простых веществ.

Гидроксиды бериллия и магния: строение, кислотно-основные свойства, реакции протолиза и конденсации ионов Be (II) и Mg (II). Карбонаты бериллия и магния. Оксоацетат бериллия.

Закономерности изменения строения и свойств основных соединений: оксидов, гидроксидов, карбонатов, галогенидов. Комплексные соединения элементов 2-ой группы. Диагональное сходство литий - магний. Применение бериллия, магния и биологическая роль щелочноземельных элементов и их соединений.

12. Элементы 13-й группы: бор, алюминий, галлий, индий, таллий

Характерные степени окисления, координационные числа, кристаллическая структура, физические и химические свойства бора.

Получение, строение, свойства диборана В₂Н₆: восстановительные свойства, взаимо-действие с водой, гидридом лития (LiH), оксидом углерода (H₃BCO - карбонил борана). Гомологические ряды гидридов бора: клозо [В_nН_n ]^2-, нидо [ В_nН_n+4] и архно [В_nН_n+4] бораны. Закономерности в строении и свойствах, правило Уэйда.

Получение, особенности строения и свойства В₂О₃ и борных кислот. Зависимость состава продуктов полимеризации оксоборатов от рН среды и концентрации. Аналогия в строении и свойствах соединений: бензол - боразол, алмаз - боразон. Получение бора из природных соединений. Применение бора и его соединений.

Получение, физические и химические свойства алюминия, галлия, индия и таллия. Закономерности в строении, термической устойчивости, кислотно-основных и окислитель-но-восстановительных свойств соединений элементов в степени окисления +3: оксиды, гидроксиды, галогениды. Диагональное сходство бериллий - алюминий.

Комплексные соединения алюминия, галлия, индия и таллия. Гидрид алюминия и алюмогидриды щелочных элементов. Изменение устойчивости соединений элементов 13-й группы в низких степенях окисления, особенности химии таллия (I). Биологическая роль соединений элементов 13- ой группы.

13. Элементы 14-й группы: углерод, кремний, германий, олово, свинец

Прочность связей. Э-Э, Э-Н, Э-Г (Г - галоген) и Э-O. Особенности катенации, характерные степени окисления и координационные числа в ряду C-Si-Ge-Sn-Pb. Фазовая диаграмма углерода. Алмаз, графит, карбин, фуллерены - полиморфные формы углерода. Соединения включения графита.

Физические и химические свойствапростых веществ: взаимодействие с разбавленными и концентрированными растворами НСl, HNO₃, H₂SO₄, NaOH, металлами и неметаллами. Полупроводниковые свойства кремния и германия.

Водородные соединения кремния, германия, олово, свинца. Различие в реакционной способности углеводородов и силанов.

Кислородные соединения. Молекулы СО и СО₂: получение, сопоставление строения (МО ЛКАО, МВС), физических (энергия диссоциации, дипольный момент, температура фазовых переходов) и химических свойств (взаимодействие с Н₂О, металлами, восстановительные свойства СО, СО и СО₂ как лиганды). Карбонилы металлов. Сопоставление строения и свойств НСООН и H₂CO₃. Термодинамическая устойчивость карбонатов. Строение и свойства SiO₂. Сопоставление строения и свойств СО₂ и SiO₂, карбонатов и силикатов. Основные типы структур силикатов.

Галогениды: строение и свойства P Г₃ , PГ₅и POГ₃ (Г = галоген).

Азотсодержащие соединения: псевдогалогены (дициан (CN)₂, диродан (SCN)₂ ) и псевдогалогениды (цианид CN^- , цианат OCN^-, тиоционат (SCN^-).

Закономерности в изменении строения и химических свойств оксидов, гидроксидов и сульфидов Ge, Sn и Pb в степенях окисления (II) и (IV) j(термодинамическая устойчивость,кислотно-основныеи окислительно-восстановительные свойства). Диаграммы ВЭ-СО.

Диагональное сходство бора и кремния на примере гидридов, галогенидов, оксидов и оксокислот.

Применение и биологическая роль основных химических соединений: оксидов, оксокислот и гидроксидов, гидридов, халькогенидов, карбидов, силицидов, карбонатов, силикатов.

14. Элементы 15-й группы: азот, фосфор, мышьяк, сурьма, висмут

Закономерности в изменении электроннойконфигурации, размеров атомов, энергииионизации, сродства к электрону, характерных степеней окисления и координационных чисел атомов. Сопоставление прочности одинарных (Э-Э), двойных (Э=Э) и тройных (Э≡Э) связей. Основные природные соединения, принципы получения из них азота, фосфора, мышьяка, сурьмы, висмута. Роль соединений азота и фосфора в экологии и в биологических процессах. Применение простых веществ.

Cтроение (ММО) и свойства N₂, N₂⁺. Строение белого, красного и черного фосфора, мышьяка, сурьмы и висмута. Закономерности в изменении физических и химических свойств простых веществ. Методы связывания молекулярного азота.

Водородные соединения: строение (валентные углы Н-Э-Н, длина и энергия связи Э-Н, дипольныймомент), закономерности в изменении физических и химических свойств ЭН₃: (температура фазовых переходов, термодинамическая устойчивость, кислотно-основные и восстановительные свойства). Получение и свойства аммиака: автоионизация, реакции замещения, взаимодействие с водой; образование аммиакатов, восстановительные свойства. Термодинамическая устойчивость солей аммония - фосфатов, хлоридов, сульфатов, нитратов, нитритов. Сопоставление строения и свойств аммиака NH₃, гидразина N₂Н₄ и гидроксиламина NH₂OH (кислотно-основных и окислительно-восстановительных). Строение и свойства азотистоводородной кислоты.

Оксиды азота. Получение, состав, строение и закономерности в изменении свойств: N₂O, NO, N₂O₃, NO₂, N₂O₄ и N₂O₅ (дипольный момент, межмолекулярное взаимодействие, взаимодействие с водой, температура фазовых переходов, термодинамическая устойчивость, кислотно-основные свойства).

Схема МО и сопоставление свойств NO и NO⁺. Анионные (NO₂^-, NO₃^-) и катионные (NO⁺, NO₂⁺) формы оксидов азота (III) и (V). Диспропорционирование оксидов азота (III), (IV). Синтез безводных нитратов металлов. Разложение нитратов металлов.

Азотистая HNO₂ и азотная HNO₃ кислоты: получение, сопоставление строения и свойств: термодинамическая устойчивость, кислотные и окислительно-восстановительные свойства водных растворов. Таутомерия HNO₂. Зависимость состава продуктов взаимодействия азотной кислоты с металлами от концентрации HNO₃и природы металла. Гипоазотистая (HON)₂ кислота.

Оксокислоты фосфора. Получение, сопоставление кислотно-основных, восстановительных свойств и термодинамической устойчивости Н₃РО₂, Н₃РО₃, Н₃РО₄. Взаимодействие фосфорного ангидрида с водой. Полифосфорные кислоты. Орто-, пиро-, линейные и циклические мета- и полифосфаты. Взаимодействие растворимых солей Н₃РО₂, Н₃РО₃, Н₃РО₄ с AgNO₃.

Гидроксиды, оксо- , сульфокислоты кислоты и их соли для Э (III) и Э(V), где Э = As, Sb, Bi. Кислотно-основные, окислительно-восстановительные свойства и термодинамическая стабильность оксосоединений мышьяка, сурьмы и висмута.

Строение и свойства галогенидов (РГ₃, РГ₅) и оксохлорида (РОСl₃) фосфора. Соединения фосфора с азотом.

Диаграммы ВЭ-СО соединенийазота, фосфора,мышьяка, сурьмы и висмута.

Общие тенденции в изменении строения и свойств оксидов и оксокислот элементов 15-ой группы Периодической системы.

15. Элементы 16-й группы: кислород, сера, селен, теллур, полоний

Халькогены. Закономерности в изменении электронной конфигурации, величин радиусов, энергии ионизации, сродства к электрону, характерных степеней окисления, электро- отрицательности и координационных чисел атомов. Отличительные свойства кислорода, кратность связи и особенности катенации (образования гомоядерных цепей) в рядах O-S-Se-Te. Озон. Озониды.

Основные природные соединения, принципы получения из них простых веществ.

Схема энергетических уровней МО, особенности свойств молекулы О_2, ионов O₂^-, O₂^2- и O₂⁺. Изменение состава молекул, внутри- и межмолекулярного взаимодействия в ряду кислород-сера-селен-теллур. Закономерности в изменении физических свойств простых веществ (энергия кристаллической решетки, температура фазовых превращений), температурная зависимость вязкости серы. Фазовые диаграммы кислорода и серы. Химические свойства простых веществ: аналогия в процессах взаимодействия галогенов и халькогенов с водой, взаимодействие халькогенов с неметаллами и металлами. Халькогениды. Кислород, сера, селен, теллур в гео- и биосфере. Природные соединения и получение из них простых веществ. Применение и биологическая роль халькогенови ихсоединений.

Водородные соединения халькогенов. Параметры молекул Н₂Э (длина и энергия связи, валентный угол), закономерности в изменении физических свойств (дипольный момент, энергия диссоциации, температура фазовых переходов). Автопротолиз соединенийН₂Э. Кислотные, восстановительные свойства и термодинамическая устойчивость халькогеноводородов. Особенности H₂О в ряду соединений Н₂Э (Э = O, S, Se, Te). Строение, свойства и получение пероксида водорода. Пероксиды и гидропероксиды М-О-О-Н. Полисульфаны H-(S)_n-H.

Оксиды халькогенов. Сопоставление строения и свойств оксидов ЭО₂ и ЭО₃. Условия окисления SO₂ в SO₃.

Оксокислоты H₂SO₄ и Н₂SО₃, корреляция в строении анионов и химических свойствах. Таутомерия гидросульфит-иона. Строение, получение, окислительные и водо-отнимающие свойства H₂SO₄. Система H₂O - H₂SO₄. Термодинамическая устойчивость сульфатов. Сопоставление строения и свойств оксокислот Н₂ЭО₃ и Н₂ЭО₄ ( Э = S, Se, Te) (кислотных свойств, термодинамической устойчивости и окислительной активности) Диаграммы ВЭ-СО в ряду халькогенов. Особенности строения и свойств ортотеллуровой кислоты H₆TeO₆.

Изоэлектронные замещения в Н₂SО₄ атома кислорода на серу. Строение, получение и свойства тиосульфата натрия; политионатов [O₃S-(S)_n-SO₃], где n = 1-22. пероксогруппу -O-O- (H₂SO₅); гидроксильной группы -ОН на мостиковый кислород в полисульфатах [SО₄-(SO₃)_n]^2-, где n = 1,2,3; на галоген в оксогалогенидах ЭО₂Г₂ и на пероксогруппу -O-O- в пероксосульфатах H-О-О-SO₂-O-H. Строение и свойства галогенидов серы, селена, теллура.

16. Элементы 17-й группы: фтор, хлор, бром, иод, астат

Закономерности в изменении электронной конфигурации, величин радиусов, энергии ионизации, сродства к электрону, характерных степеней окисления атомов. Различие энергии 3s-3p, 4s-4p и 5s-5p атомных орбиталей. Особенности фтора. Строение молекул простых веществ (МО ЛКАО). Межмолекулярные взаимодействия и физические свойства. Природные соединения, принципы получения простых веществ из природных соединений. Применение и биологическая роль галогенов и их соединений.

Гомо- и гетеролитические пути разрыва связи в молекулах галогенов. Химические свойства простых веществ: взаимодействие с неметаллами и металлами, углеводородами.

Галогеноводороды. Строение молекул (МО ЛКАО) и физические свойства (энергия диссоциации, дипольный момент, температура плавления, кипения). Способы получения. Система НСl - Н₂О. Закономерности в изменении кислотных, термодинамической устойчивости и восстановительных свойств. АвтопротолизHF.

Взаимодействие галогенов с водой: растворение, сольватация и клатратообразование, гетеролитическое разложение, термодинамические и кинетические факторы, определяющие состав продуктов взаимодействия галогенов с водой.

Кислородные соединения галогенов. Закономерности в строении и свойствах оксидов. Способы получения. Строение и свойства (термодинамическая устойчивость, окислительные, кислотно-основные свойства) оксокислот и их солей. Строение и свойства ортоиодной кислоты H₅IO₆.

Оксокислоты галогенов. Получение, строение, сопоставление термодинамической устойчивости и окислительных свойств с помощью диаграмм ВЭ-СО. Порядок взаимного вытеснения галогенов из галогеноводородных, кислород содержащих кислоти их солей.

Межгалогенные соединения (МГС). Строение молекул в приближении метода валентных связей (МВС). Катионные и анионные формы гомоатомных МГС. Энергия связи, строение (модель Гиллеспи) и термодинамическая устойчивость гетероатомных МГС. Аналогия в химических свойствах МГС и галогенов: взаимодействие с водой, окисление металлов, автоионизация. Катионные и анионные формы гетероатомных МГС. Применение МГС.

17. Элементы 18-й группы: благородные газы

Электронная конфигурация, величины радиусов и энергии ионизации атомов благородных газов. Получение, строение, свойства благородных газов: температура фазовых переходов, растворимость в воде, клатраты. Взаимодействие с фтором, синтез соединений благородных газов (Бартлетт). Строение, свойства фторидов ксенона XeF₂, XeF₄, XeF₆(взаимодействие с водой, окислительно-восстановительные и кислотно-основные свойства). Кислородные соединения ксенона. Диаграммы Фроста. Трехцентровая, четырех оэлектронная связь во фторидах благородных газов. Применение благородных газов.

Переходные элементы

18. Элементы 3-й группы: скандий, иттрий, лантан и лантаниды, актиний и актиниды

Закономерности в изменении электронных конфигураций, радиусов, энергии ионизации, характерных степеней окисления и координационных чисел атомов. Редкоземельные элементы (РЗЭ). Лантанидное сжатие. Цериевая и иттриевая подгруппы. Физические свойства простых веществ: энергия атомизации, температуры фазовых переходов, магнитные свойства.

Химические свойства РЗЭ. Закономерности строения и свойств оксидов, гидроксидов. Комплексные соединения РЗЭ: координационные числа, координационные полиэдры, устойчивость. Химия редкоземельных элементов с переменной степенью окисления. Разделение, применение и биологическая роль РЗЭ.

Актиний и актиниды. Закономерности в изменении электронной конфигурации, радиусов, величин энергии ионизации, характерных степеней окисления, координационных чисел актиния и актинидов. Подгруппы тория и берклия. Получение, физические и химические (взаимодействие с кислотами, щелочами, неметаллами) свойства простых веществ. Строение и свойства соединений актинил-ионов: МО²⁺ (М = U, Np, Pu). Особенности химии тория и урана. Использование актинидов в ядерной энергетике. Синтез трансурановых элементов.

19. Элементы 4-й группы: титан, цирконий, гафний

Закономерности в изменении электронных конфигураций, величин радиусов, энергии ионизации, характерных степеней окисления, координационных чисел атомов. Природные соединения, получение и сопоставление физических и химических свойств простых веществ. Сопоставление строения и свойств однотипных соединений в ряду Э(IV) - Э(III) - Э(II) (оксиды, гидроксиды, галогениды, сульфаты, пероксиды). Комплексные соединения. Разделение смесей соединений циркония и гафния. Диаграмма ВЭ-СО для соединений титана. Пероксидные соединения титана. Применение и биологическая роль титана, циркония, гафния и их соединений.

20. Элементы 5-й группы: ванадий, ниобий, тантал

Закономерности в изменении электронных конфигураций, величин радиусов, энергии ионизации, степеней окисления, координационных чисел атомов Природные оединения, получение, применение, физические и химические свойства простых веществ. Строение и химические свойства катионных и анионных форм соединений ванадия (V). Изополисоединения: строение, зависимость состава от рН и концентрации. Диаграммы ВЭ-СО Получение и сопоставление окислительно-восстановительных и кислотно-основных свойств соединений V(II) - V (III) - V (IV) - V (V). Сульфосоли (сульфидные анионные комплексы) и пероксидные соединения ванадия (V). Соединения ниобия и тантала в низких степенях окисления. Кластеры. Биологическая роль соединений ванадия, циркония и гафния.

21. Элементы 6-й группы: хром, молибден, вольфрам

Сопоставление строения и свойств высших оксидов ЭО₃ и кислот Н₂ЭО₄. Конденсация оксоанионов: изо- и гетерополи-соединения. Диаграммы ВЭ-СО для соединений хрома, молибдена и вольфрама. Кислотно-основные, окислительно-восстановительные свойства соединений хрома в ряду Cr (VI)-Cr (III)-Cr (II). Равновесие хромат - дихромат в водных растворах. Сопоставление процесса взаимодействия с водой солей Ti(III), V (III) и Cr(III). Галогениды и оксогалогениды Cr, Mo и W. Пероксидные соединения хрома. Сульфосоли (сульфидные анионные комплексы). Комплексные соединения, гидратная изомерия. Особенности соединений молибдена и вольфрама в низших степенях окисления: "синей", "бронз". Ацетат Cr (II). Кратные связи металл-металл в соединениях хрома, молибдена, вольфрама. Биологическая роль соединений хрома, молибдена, вольфрама.

22. Элементы 7-й группы: марганец, технеций, рений

Закономерности в изменении электронных конфигураций, радиусов, величин энергии ионизации, характерных степеней окисления и координационных чисел атомов. Природные соединения, получение, физические, химические свойства и применение простых веществ. Использование соединений технеция в медицине. Диаграммы ВЭ-СО для соединений марганца, технеция и рения. Сопоставление свойств соединений марганца с различными степенями окисления. Сравнение строения и свойств (термодинамической устойчивости, кислотно-основных, окислительно-восстановительных) соединений Mn(VII) - Те(VII) - Re(VII). Карбонильные соединения. Кратные связи металл-металл в соединениях марганца, технеция и рения. Биологическая роль соединений марганца, технеция и рения.

23. Элементы 8-й, 9-й и 10-й групп

3d элементы - железо, кобальт, никель. Закономерности в изменении электронной конфигурации, радиусов, энергии ионизации, характерных степеней окисления и координационных чисел атомов. Природные соединения, получение, применение и свойства простых веществ. Ферромагнетизм. Коррозия железа и пути ее предотвращения. Получение, строение и химические свойства соединений Fe, Cо, Ni со степенью окисления II и III. Строение и свойства комплексных соединений железа, кобальта, никеля. Термодинамическая и кинетическая устойчивость гексацианоферратов калия. Получение и сопоставление свойств соединений Fe (III) и Fe (VI). Карбонилы переходных элементов. Роль железа в биологических процессах.

4d- и 5d-элементы: рутений, родий, палладий, осмий, иридий, платина. Природные соединения, получение, применение, физические и химические свойства простых веществ. Сопоставление свойств соединений элементов 8-10 групп в различных степенях окисления. Особенности строения и свойств соединений элементов с высшей степенью окисления. Комплексные соединения 4d- и 5d-элементов: строение, изомерия, трансвлияние, свойства и их направленный синтез.

24. Элементы 11-й группы: медь, серебро, золото

Закономерности в изменении электронных конфигураций, радиусов, величин энергии ионизации, характерных степеней окисления и координационных чисел атомов. Природные соединения, получение, применение, физические и химические свойства, простых веществ. Сопоставление строения и свойств однотипных соединений (оксиды, гидроксиды, галогениды) M(I) (М = Cu, Ag, Au ). Соединения меди (II). Комплексные соединения элементов: координационные числа, зависимость формы координационного полиэдра от электронной конфигурации центрального атома и природы лиганда. Строение и свойства соединений Cu, Ag, Au в высших степенях окисления. Высокотемпературные сверхпроводники на основе сложных оксидов меди. Биологическая роль соединениймеди, серебра и золота.

25. Элементы 12-й группы: цинк, кадмий, ртуть

Закономерности в изменении электронных конфигураций, радиусов, величин энергии ионизации, характерных степеней окисления, координационных чисел атомов. Природные соединения, получение, применение, физические и химические свойства цинка, кадмия, ртути. Строение и свойства оксидов, гидроксидов и галогенидов. Строение и диспропорционирование соединений Hg₂²⁺. Комплексные соединения ртути. Применение и биологическая роль соединенийсоединений цинка, кадмия, ртути.

26. Современные проблемы неорганической химии

Неорганическая химия и создание современных функциональных материалов. Сонохимия. Экстремальные воздействия в неорганическом синтезе.

Понятия химии твердого тела. Нестехиометрические соединения. Квазихимическое описание равновесий дефектов. Основные типы реакций с участием твердого тела. Зависимость дефектного состава кристаллов от условий синтеза. Влияние дефектов на свойства кристаллов и кинетику твердофазных превращений.

Современные неорганические материалы. Материалы для водородной энергетики Супрамолекулярная химия. Наноматериалы и нанотехнология.

Биологическая неорганическая химия. Организация биологической клетки. Неорганические вещества в биологической клетке. Понятие о процессах переноса неорганических частиц (кислород, калий, натрий, кальций, железо, цинк). Каталитические процессы (связывание азота в аммиак). Сенсоры.

27. Основные методы исследования неорганических веществ

Основные группы методов исследования неорганических веществ. Информация, получаемая из различных методов исследования.Рентгеновский, нейтронографический, электронографический дифракционные методы. Спектральные методы исследования: оптическая, рентгеновская и мессбауэровская спектроскопия; радиоспектроскопические методы. Методы исследования с использованием синхротронного излучения. Магнетохимия. Термические методы исследования. Понятие о физико-химическом анализе.