Переходные металлы (d-элементы).
1. Металлы четвертой побочной подгруппы (титан, цирконий, гафний).
Получение титана, циркония, гафния из природного сырья. Их разделение и очистка. Свойства металлических титана, циркония и гафния. Устойчивость соединений с различными степенями окисления. Сравнение с элементами четвертой главной подгруппы. Соединения четырехвалентных элементов: гидроксиды, галогениды. Свойства гидроксидов титана в различных степенях окисления. Поведение ионов титана, циркония и гафния(IV) в водных растворах. Склонность гидроксо-ионов к полимеризации. Старение гидроокисей.
2. Металлы пятой побочной подгруппы (ванадий, ниобий, тантал)
2.1. Получение ванадия, ниобия и тантала из природного сырья. Методы разделения. Свойства металлических ванадия, ниобия и тантала.
2.2. Соединения элементов подгруппы ванадия со степенью окисления (V). Оксиды ванадия(V) и его аналогов, поведение в водных растворах. Изополисоединения. Влияние рН растворов на состояние оксоанионов в растворе. Безводные галогениды и оксогалдогениды. Тиосоединения, пероксокомплексы.
2.3. Изменение устойчивости соединений с высшей и низшей степенями окисления в ряду ванадий–ниобий–тантал. Получение соединений Э(IV), Э(III) и Э(II) в водных растворах и твердом состоянии.
2.4. Комплексообразующая способность ванадия, ниобия и тантала в различных степенях окисления. Координационные числа и координационные многогранники.
3. Металлы шестой побочной подгруппы (хром, молибден, вольфрам).
3.1. Получение хрома, молибдена и вольфрама из природного сырья. Методы разделения. Свойства хрома, молибдена и вольфрама.
3.2. Кислородные соединения элементов шестой побочной подгруппы со степенью окисления +6. Получение, строение и свойства. Изополи- и гетерополисоединения. Координационные числа и координационные многогранники. Галогениды. Соединения хрома, молибдена и вольфрама в низших состояниях окисления. Кислотно-основные и окислительно-восстановительные свойства соединений в различных степенях окисления (VI), (III) и (II). Бронзы, сини.
3.3. Серусодержащие производные хрома, молибдена и вольфрама. Тиокислоты и их соли. Пероксокомплексы.
3.4. Характеристика комплексообразующей способности элементов.
4. Металлы седьмой побочной подгруппы (марганец, технеций, рений).
4.1. Получение марганца и рения из природного сырья.
4.2. Сопоставление строения и свойств соединений марганца, технеция и рения в различных степенях окисления (VII), (VI), (V), (IV) и (III): оксоанионы, оксиды, галогениды, координационные соединения. Соединения с кратной связью металл–металл (кластеры), карбонилы, p-комплексы. Комплексообразующая способность металлов седьмой побочной подгруппы.
5. Металлы восьмой побочной подгруппы (железо, кобальт, никель, рутений, родий, палладий, осмий, иридий, платина).
5.1. Получение металлов восьмой подгруппы из природного сырья. Разделение металлов восьмой группы и получение их в индивидуальном состоянии.
5.2. Триада железа. Валентные состояния железа, кобальта и никеля. Изменение устойчивости соединений этих металлов с низшими (II) и высшими (VI) и (III) валентными состояниями в ряду указанных элементов. Изменение кислотно-основных и окислительно-восстановительных свойств соединений железа Fe(II), Fe(III) и Fe(VI). Стабилизация высших и низших состояний окисления металлов. Галогениды, нитраты, карбонаты, сульфаты. Их свойства, строение и методы получения. Комплексообразующая способность железа, кобальта и никеля.
5.3. Платиновые металлы. Степени окисления и координационные числа. Соединения рутения и осмия в степени окисления (VIII). Соли родия(III) и иридия(III). Соединения палладия и платины (II) и (IV). Перевод платиновых металлов в растворимое состояние. Платинохлористоводородная кислота и ее соли. Комплексные соединения платиновых металлов. Закономерность транс-влияния И.И.Черняева, регулирующая реакционную способность соединений платиновых металлов.
6. Металлы первой побочной подгруппы (медь, серебро, золото).
6.1. Получение меди, серебра и золота из природного сырья. Получение чистых металлов.
6.2. Сравнение строения и свойств однотипных соединений одновалентных элементов. Важнейшие соединения одно- и двухвалентной меди, серебра(I) и (III): гидроксиды, галогениды, цианиды, амминокомплексы, окислы.
6.3. Характеристика комплексообразующей способности.
7. Металлы второй побочной подгруппы (цинк, кадмий, ртуть).
7.1. Получение металлов из природного сырья. Валентные состояния металлов.
7.2. Изменение кислотно-основных свойств гидроксидов и оксидов в ряду: цинк(II)–кадмий(II)–ртуть(II). Гидролиз солей этих элементов. Изменение природы связи, кислотно-основных, окислительно-восстановительных свойств и способностик комплексообразованию в приведенном ряду. Важнейшие соединения цинка, кадмия и ртути. Амидокомплексы ртути.
8. Металлы третьей побочной подгруппы (скандий, иттрий, лантан, лантаноиды, актиноиды).
8.1. Получение металлов из природного сырья, методы разделения. Изменение свойств важнейших соединений элементов по подгруппе. Дробная кристаллизация, дробное осаждение. Характерные степени окисления, изменение их устойчивости. Лантаноидное сжатие.
8.2. Окиси, гидроокиси, двойные соли, координационные соединения. Комплексы с полидентатными лигандами. Их применение при разделении. Характеристика комплексообразующей способности элементов третьей побочной подгруппы (координационные числа, координационные многогранники, устойчивость соединений, тип связи).
8.3. Валентные состояния актиноидов. Изменение кислотно-основных и окислительно-восстановительных свойств актиноидов в различных степенях окисления. Оксокатионы актиноидов. Комплексообразующая способность актиноидов.
9. Инертные газы.
9.1. Положение в периодической системе, особенности электронной конфигурации. Основные типы соединений: фториды, оксиды криптона и ксенона. Описание строения соединения в рамках теорий Гиллеспи и молекулярных орбиталей (ТМО). Окислительно-восстановительные и кислотно-основные свойства.
Класс
ОБЩАЯ ХИМИЯ
1. Введение в химическую термодинамику.
1.1. Основные задачи химической термодинамики. Термодинамические параметры. Открытая, замкнутая и изолированная системы. Экстенсивные и интенсивные термодинамические параметры. Внутренняя энергия. Первый закон термодинамики. Функция энтальпии. Тепловой эффект химической реакции при постоянном давлении, постоянном объеме и постоянной температуре. Термохимические уравнения. Теплоты образования и сгорания. Закон Гесса и термохимия. Теплоемкость. Теплоемкость идеального газа. Зависимость теплоемкости и энтальпии вещества от температуры. Закон Кирхгоффа.
1.2. Второй закон термодинамики. Обратимые и необратимые процессы. Направление самопроизвольного процесса в изолированной системе. Статистическая природа второго закона термодинамики. Энтропия. Энтропия идеального кристалла. Энтропия идеального газа. Изменения энтропии при постоянном объеме и постоянном давлении. Изменение энтропии в необратимых процессах.
1.3. Термодинамические функции. Свободная энергия и максимальная работа. Свободная энергия Гиббса и Гельмгольца. Условия самопроизвольного протекания процесса при постоянных p,V и p,T. Химический потенциал. Стандартные состояния. Активность. Термодинамические расчеты.
2. Химическое и фазовое равновесия.
2.1. Обратимость химических реакций. Химическое равновесие. Условия химического равновесия в гомо- и гетерогенных системах. Глубина протекания процессов. Степень превращения. Константа равновесия. Факторы, влияющие на величину константы равновесия. Смещение положения равновесия. Принцип подвижного равновесия Ле Шателье–Брауна. Стандартная свободная энергия.
2.2. Фазовые равновесия. Теплоты кипения и плавления. Термический анализ. Правило фаз Гиббса. Степень свободы, вариантность системы. Фазовые диаграммы однокомпонентных систем. Фазовые равновесия на РТ-диаграмме. Аналитическое описание кривых на РТ-диаграмме. РТ-диаграмма воды. Фазовые поля. Тройная точка. Метастабильные состояния. Фазовые переходы первого рода. РТ-диаграмма серы.
2.3. Фазовые диаграммы двухкомпонентных систем. РТ-, ТХ- и РХ-проекции. ТХ- и РХ-сечения. Конденсированные системы. Основные типы диаграмм двухкомпонентных систем. (Эвтектика, конгруэнтно и инконгруэнтно плавящиеся соединения, ограниченные и неограниченные твердые растворы). Применение правила фаз к двухкомпонентным системам. Состав и относительные количества равновесных фаз.
3. Растворы.
3.1. Насыщенный раствор и растворимость. Диаграмма системы соль–вода (на примере Na2SO4×H2O). Зависимость растворимости от температуры. Факторы, влияющие на растворимость. Криогидратная точка.
Давление насыщенных паров над раствором. РХ- и ТХ-диграммы для растворов типа жидкость-жидкость. Закон Рауля. Идеальный раствор. РТ-диаграммы воды и растворов. Правило фаз для растворов.
Коллигативные свойства растворов. Крио- и эбулиоскопия. Осмос и осмотическое давление. Термодинамическое обоснование закона Вант-Гоффа. Определение молекулярных масс органических соединений на основании свойств растворов.
3.2. Взаимодействие растворителя с веществом. Сольватация катиона и аниона. Коллигативные свойства растворов электролитов. Изотонический коэффициент. Активности и коэффициенты активности. Степень электролитической диссоциации. Сильные и слабые электролиты. Константа диссоциации слабых электролитов. Способы смещения равновесия. Растворы сильных электролитов. Ионные пары, активность, ионная сила раствора. Малорастворимые соли. Произведение растворимости. Способы понижения и повышения растворимости.
3.3. Теории кислот и оснований. Автопротолиз. Ионное произведение воды. Сильные и слабые кислоты. Факторы, определяющие силу кислот. Концентрация ионов водорода. рН. Гидратированные катионы, как пример слабых кислот. Гидролиз солей, образованных сильной кислотой и слабым основанием. Константа и степень гидролиза. Факторы, влияющие на степень гидролиза. Гидролиз солей, образованных слабой кислотой и сильным основанием. Гидролиз солей слабых кислот и оснований. Образование кластеров при гидролизе. Буферные растворы.
4. Методы очистки веществ.
4.1. Термодинамические аспекты получения “абсолютно чистых веществ”. Методы очистки твердых и жидких веществ. Перекристаллизация из раствора (связь с ТХ-диаграммой системы соль–вода). Коэффициент распределения примесей. Соосаждение, адсорбция, окклюзия. Кристаллизация из расплава. (ТХ-диаграммы). Зонная плавка. ТХ-диаграмма системы жидкость–пар. Дистилляция. Коэффициент распределения. Возгонка. РТ-диаграммы перегоняемых веществ. Транспортные реакции. Хроматография и адсорбция. Экстракция. Ионный обмен. Коэффициент распределения.
5. Введение в электрохимию.
5.1. Окислительно-восстановительные процессы и степень окисления. Сопряженные окислительно-восстановительные пары в растворах. Электродвижущие силы и электродные потенциалы. Обратимые элементы, химическая и электрическая энергия. Концентрационный элемент. Окислительно-восстановительный потенциал. Стандартный потенциал. Электродные потенциалы. Водородный, каломельный и хлор-серебряный электроды.
5.2. Стандартные электродные потенциалы. Определение направления окислительно-восстановительных реакций. ЭДС, DG, константа равновесия. Диаграммы Латимера и Фроста. Уравнение Нернста (термодинамический вывод). Расчет потенциалов химических реакций: влияние рН, комплексообразования, образования малорастворимых соединений. Диаграмма “Е–рН”. Электролиз растворов и расплавов. Источники тока. Гальванические элементы. Аккумуляторы. Топливные элементы.
6. Введение в химическую кинетику.
6.1. Предмет химической кинетики. Соотношение кинетики и термодинамики. Средняя и истинная скорость реакции. Закон действующих масс. Порядок и молекулярность реакции. Кинетические уравнения. Методы определения порядка реакции. Константа скорости. Кинетический вывод константы равновесия.
6.2. Зависимость скорости реакции от температуры. Распределение Максвелла–Больцмана. Уравнение Аррениуса. Теория активных соударений. Активированный комплекс. Понятие о поверхности потенциальной энергии, координате и профиле пути реакции. Соотношение Еа и DН. Стерический фактор. Энтропия активации. Сложные и элементарные реакции, лимитирующая стадия. Скорость процесса и природа реагирующих частиц.
6.3. Параллельные процессы. Метод конкурирующих реакций. Последовательные реакции. Промежуточный продукт. Метод квазистационарных концентраций. Цепные реакции. Катализ. Гомогенный катализ в газовой и жидкой фазах. Механизм кислотно-основного катализа. Гетерогенный катализ. Катализаторы и ингибиторы химических реакций. Механизм и кинетика реакций в гомо- и гетерогенных системах. Общие сведения о кинетике твердофазных процессов. Диффузионно лимитирующиеся процессы. Зародышеобразование.
Класс