Теоретическая неорганическая химия
ПРОГРАММА УГЛУБЛЕННОГО КУРСА ХИМИИ
ДЛЯ IX – XI КЛАССОВ
Миссюль Борис Викторович
Санкт-Петербург
УЧЕБНО-ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН
Класс
| № | Наименование разделов и тем | Количество учебных часов |
| Теоретическая неорганическая химия | ||
| Электронное строение вещества. | ||
| Ионная связь. | ||
| Природа ковалентности | ||
| Ковалентные соединения неметаллов с кратными связями элемент–элемент. | ||
| Ковалентные соединения непереходных металлов (Hg, Tl, Ge–Sn–Pb, Sb, Bi). | ||
| Соединения с промежуточным типом химической связи. | ||
| Химия водных и неводных растворов. | ||
| Теория химической связи в соединениях переходных металлов. | ||
| “Несвязывающие электроны”, их влияние на свойства молекул. | ||
| Устойчивость ковалентных соединений переходных металлов. | ||
| Представления о каркасных и кластерных соединениях. | ||
| Соединения ранних переходных металлов III, IV и V групп. | ||
| Соединения металлов середины переходных рядов (VI и VII групп и подгруппы железа). | ||
| Соединения поздних переходных металлов (подгруппы кобальта, никеля и меди). | ||
| Лантаноиды и актиноиды (f-элементы). | ||
| Невалентные взаимодействия. | ||
| Химия элементов | ||
| Периодический закон элементов Д.И.Менделеева. | ||
| Водород. | ||
| Элементы седьмой главной подгруппы (галогены). | ||
| Элементы шестой главной подгруппы (кислород,халькогены). | ||
| Элементы пятой главной подгруппы (азот, фосфор, мышьяк, сурьма, висмут). | ||
| Элементы четвертой главной подгруппы (углерод, кремний, германий, олово, свинец). | ||
| Элементы третьей главной подгруппы (бор, алюминий, галлий, индий, таллий). | ||
| Элементы второй главной подгруппы (бериллий, магний, кальций, стронций, барий, радий). | ||
| Элементы первой главной подгруппы (щелочные металлы) | ||
| Металлы четвертой побочной подгруппы (титан, цирконий, гафний). | ||
| Металлы пятой побочной подгруппы (ванадий, ниобий, тантал) | ||
| Металлы шестой побочной подгруппы (хром, молибден, вольфрам). | ||
| Металлы седьмой побочной подгруппы (марганец, технеций, рений). | ||
| Металлы восьмой побочной подгруппы (железо, кобальт, никель, рутений, родий, палладий, осмий, иридий, платина). | ||
| Металлы первой побочной подгруппы (медь, серебро, золото). | ||
| Металлы второй побочной подгруппы (цинк, кадмий, ртуть). | ||
| Металлы третьей побочной подгруппы (скандий, иттрий, лантан, лантаноиды, актиноиды). | ||
| Инертные газы. |
Класс
| № | Наименование разделов и тем | Количество учебных часов |
| Введение в химическую термодинамику | ||
| Основные понятия химической термодинамики. | ||
| Первый закон термодинамики. | ||
| Второй закон термодинамики. | ||
| Термодинамические функции. | ||
| Химическое и фазовое равновесия | ||
| Условия химического равновесия | ||
| Фазовые равновесия. | ||
| Фазовые диаграммы двухкомпонентных систем. | ||
| Растворы. | ||
| Насыщенный раствор и растворимость | ||
| Давление насыщенных паров над раствором. | ||
| Коллигативные свойства растворов. | ||
| Взаимодействие растворителя с веществом. | ||
| Теории кислот и оснований. | ||
| Методы очистки веществ. | ||
| Термодинамические аспекты получения “абсолютно чистых веществ” | ||
| Введение в электрохимию. | ||
| Окислительно-восстановительные процессы и степень окисления. | ||
| Стандартные электродные потенциалы. | ||
| Введение в химическую кинетику. | ||
| Кинетические уравнения. | ||
| Зависимость скорости реакции от температуры. | ||
| Параллельные процессы. |
Класс
| № | Наименование разделов и тем | Количество учебных часов |
| Теоретическая органическая химия | ||
| Строение органических соединений | ||
| Основы стереохимии органических соединений | ||
| Физические свойства органических соединений как функция структуры | ||
| Классификация органических реакций | ||
| Природа и характер влияния структурных и внешних факторов на реакционную способность органических соединений | ||
| Делокализация заряда как фактор стабилизации заряженных частиц. | ||
| Пространственные эффекты. | ||
| Внутримолекулярное взаимодействие функциональных групп как фактор, влияющий на реакционную способность. | ||
| Нуклеофильное замещение у насыщенного атома углерода. | ||
| Элиминирование. | ||
| Гетеролитическое присоединение. | ||
| Нуклеофильное присоединение к кратным связям углерод–гетероатом | ||
| Электрофильное присоединение. | ||
| Электрофильное замещение в алифатическом ряду. | ||
| Теория ароматичности. | ||
| Ароматическое электрофильное замещение | ||
| Ароматическое нуклеофильное замещение | ||
| Гомолитические реакции. | ||
| Перициклические реакции. | ||
| Реакции, идущие через карбены. | ||
| Ион-радикальные реакции. | ||
| Органическая химия | ||
| Принципы классификации органических соединений | ||
| Алканы и циклоалканы | ||
| Алкены и алкины. | ||
| Спирты и простые эфиры. | ||
| Органические пероксиды и озониды | ||
| Органогалогениды | ||
| Металлорганические соединения | ||
| Альдегиды и кетоны | ||
| Карбоновые кислоты и их производные | ||
| Амины. | ||
| Алифатические диазосоединения | ||
| Органические нитро- и нитрозосоединения, нитриты и нитраты | ||
| Органические производные серы | ||
| Фосфорорганические соединения | ||
| Кремнийорганические соединения | ||
| Ароматические углеводороды | ||
| Ароматические нитросоединения | ||
| Ароматические амины и диазосоединения | ||
| Ароматические сульфокислоты | ||
| Фенолы | ||
| Ароматические гетероциклы | ||
| Терпены. | ||
| Стероиды | ||
| Углеводы | ||
| Белки и пептиды | ||
| Нуклеиновые кислоты | ||
| Липиды. | ||
| Принципы установления строения и анализа органических соединений | ||
| Принципы органического синтеза |
СОДЕРЖАНИЕ ПРОГРАММЫ
Класс
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
1. Электронное строение вещества.
Разделение ядерного и электронного движения. Волновые функции, электронные состояния. Правила Хунда для атомов и молекул. Представление об орбиталях, симметрия орбиталей. Размеры атомов и ионов. Энергия ионизации и сродство к электрону. Периодическая система элементов.
2. Ионная связь.
Типы ионных решеток. Проблемы существования “обособленных молекул с ионными связями внутри молекул”. Константа Маделунга. Энергия кристаллической решетки. Цикл Борна–Габера. Термодинамика ионных решеток. Область существования ионных соединений. Стехиометрия и стереохимия соединений с ионным типом связей. Модель жестких сфер. Влияние поляризуемости электронных оболочек на строение и свойства ионных решеток. Термодинамические и кинетические закономерности поведения соединений с ионным типом связей. Водные растворы, растворы в аммиаке, электриды, расплавы. Представление о ионных парах. Соединения со сложными катионами и анионами.
3. Природа ковалентности
Соединения с типичными ковалентными связями. Геометрические структуры ковалентных соединений. Направление валентных связей. Простейшие теоретические модели, описывающие строение ковалентных соединений. Метод молекулярных орбиталей. Диамагнитные и парамагнитные молекулы. Бирадикалы и триплетные состояния. Двухцентровые и многоцентровые молекулярные орбитали. Закономерности геометрического строения многоатомных нелинейных молекул. Модель отталкивания электронных пар валентной оболочки. Представления Гиллеспи ОЭПВО. Представление о s- и p-связях. Гибридизационные представления. Теория резонанса. Распределение электронов в молекулах; степени окисления атомов. Размеры атомов в молекулах. Химическая связь в простейших электроноизбыточных и электронодефицитных молекулах (B, Al, P, S). Закономерности строения и поведения соединений с одинарными ковалентными связями.
4. Ковалентные соединения неметаллов с кратными связями элемент–элемент.
Углеводороды с кратными связями С–С. Кислородные соединения неметаллов. Молекулы азота и ее аналоги С=О и ацетилен. Соединения элементов с азотом. Диамагнитные и парамагнитные соединения неметаллов.
5. Ковалентные соединения непереходных металлов (Hg, Tl, Ge–Sn–Pb, Sb, Bi).
Методы синтеза, строение свойства, Соединения с простыми и кратными связями металл–элемент и металл–металл. Стехиометрия и стереохимия соединений; энергия связей. Закономерности изменения энергии связей внутри периодов и групп. Внутримолекулярные динамические превращения соединений.
6. Соединения с промежуточным типом химической связи.
Ковалентная сильнополярная связь. Соединения бора и алюминия. Простейшие представители. Структура в зависимости от присоединенных групп. Самоассоциация соединений. Энергия связей и энергия ассоциации. Динамические превращения соединений в растворах и твердой фазе.
7. Химия водных и неводных растворов.
Кислоты и основания; частные и обобщенные представления. Сильные, слабые и чрезвычайно слабые кислоты и основания. Методы оценки силы кислот и оснований. Принцип ЖМКО; кинетические и термодинамические проявления. Необычные свойства воды; водородная связь. Соединения с водородной связью. Протонные и апротонные растворители. Неполярные растворители. Сольватация ионов и нейтральных молекул; энергия сольватации. Термодинамика процесса растворения; энтропийный взгляд.
8. Теория химической связи в соединениях переходных металлов.
Природа связи и энергия связи; вклад ковалентной составляющей. Теория кристаллического поля. Сильное и слабое поле. Октаэдрические, тетраэдрические и плоскоквадратные комплексы. Спектрохимический ряд. Магнитные и спектральные свойства. Причина “бесполезности” ТКП для непереходных элементов. Метод МО; модель углового перекрывания.
9. “Несвязывающие электроны”, их влияние на свойства молекул.
Сэндвичевые комплексы; карбонильные производные–органические соединения.
10. Устойчивость ковалентных соединений переходных металлов.
Устойчивость молекул в газовой и конденсированной фазах. Квантово-химическая устойчивость. Термодинамическая и кинетическая устойчивость. Хелат-эффект. Изомерия комплексов.
11. Представления о каркасных и кластерных соединениях.
Роль симметрии молекул. Модели электронного строения. Сходство и различие в строении соединений переходных и непереходных элементов. Бесконечные решетки и их отличие от кластерных соединений. Решетки пониженной размерности; одно- и двумерные соединения.
12. Соединения ранних переходных металлов III, IV и V групп.
13. Соединения металлов середины переходных рядов (VI и VII групп и подгруппы железа).
14. Соединения поздних переходных металлов (подгруппы кобальта, никеля и меди).
Общая для пп. 12, 13, 14 схема:
Монометаллические галогениды и халькогениды.
Получение, строение и свойства.
Производные с кислород- и азотсодержащими лигандами.
Полиядерные кластерные соединения: условия возникновения, строение, свойства.
Органические комплексные соединения, типы соединений, синтез, строение и свойства.
Полиядерные соединения.
15. Лантаноиды и актиноиды (f-элементы).
Свойства атомов и ионов. Комплексные и металлорганические соединения. Электронное строение, природа связи, спектральные и магнитные характеристики.
16. Невалентные взаимодействия.
Межмолекулярные силы. Кулоновские взаимодействия. Ион-дипольные, ион-ионные взаимодействия. Дисперсионные силы. Ионные, ковалентные и ван-дер-ваальсовы радиусы. Типы и энергии межмолекулярных и внутримолекулярных невалентных взаимодействий. Влияние внутримолекулярных невалентных взаимодействий на геометрию молекул; конформации и конфигурации молекул. Проявление невалентных взаимодействий в свойствах веществ.
ХИМИЯ ЭЛЕМЕНТОВ
1. Периодический закон элементов Д.И.Менделеева.
1.1. Периодический закон, как основа развития неорганической химии. Современное состояние, перспективы развития. Границы периодической системы.
1.2. Периодическое изменение свойств элементов и их соединений. Связь с электронной конфигурацией атома. Радиусы атомов и ионов, закономерности их изменения. Потенциалы ионизации, сродство к электрону. Сопоставление свойств соединений элементов главных и побочных подгрупп.
2. Водород.
2.1. Электронные конфигурации атома и молекулы водорода (ТМО). Размеры атома и иона. Изотопный состав, химические и физические свойства. Прочность молекулы.
2.2. Гидриды. Классификация в зависимости от типа связи. Гидриды с трехцентровой связью (электронно-дефицитные молекулы). Растворимость водорода в металлах. Химические и физические свойства гидридов. Применение.
2.3. Вода, строение молекулы. Водородная связь. Лед и жидкая вода. Физические и химические свойства. Свойства воды как растворителя. Очистка воды.
3. Элементы седьмой главной подгруппы (галогены).
3.1. Общая характеристика подгруппы. Электронная конфигурация атомов. Изменение ковалентных радиусов, значений потенциалов ионизации и энергий сродства к электрону.
3.2. Сравнение свойств элементов, простых веществ и ионов. Проявляемые степени окисления, изотопы, получение свободных галогенов, изменение свойств в подгруппе. Межгалогенные соединения.
3.3. Галогеноводороды, кислородсодержащие кислоты галогенов, кислородные соединения. Строение, свойства и методы получения.
4. Элементы шестой главной подгруппы (кислород,халькогены).
4.1. Кислород, электронные конфигурации атома и молекулы (ММО).
4.2. Изотопы, парамагнетизм и устойчивость молекулы и молекулярных ионов кислорода.
4.3. Оксиды металлов и неметаллов. Строение, характер связи, свойства. Нестехиометрические оксиды, координационные числа кислорода в его соединениях. Перекиси, надперекиси, субнадперекиси.
4.4. Озон, его строение, свойства, получение, применение. Озониды. Перекись водорода. Термическая устойчивость, кислотная диссоциация. Окислительно-восстановительные свойства. Надсерная кислота, надугольная кислота.
4.5. Электронные конфигурации атомов серы, селена и теллура. Закономерности изменения ковалентных радиусов, энергий ионизации и сродства к электрону. Особенности строения простых веществ, полиморфизм.
4.6. Водородные соединения халькогенов и их получение. Изменение восстановительных свойств, прочности и кислотного характера в ряду водородных соединений халькогенов.
4.7. Халькогениды металлов. Условия соосаждения и растворения сульфидов металлов.
4.8. Кислородные кислоты халькогенов. Получение, строение и свойства. Термическая устойчивость, кислотный характер, окислительно-восстановительные свойства. Сравнение свойств соединений со степенями окисления +4 и +6. Промышленное получение серной кислоты. Олеум. Пиросерная кислота, пиросульфаты. Хлорсульфоновая, нитрозилсерная кислоты. Свойства, получение. Термическая устойчивость сульфатов и бисульфатов. Хлористый тионил, хлористый сульфурил, гидросернистая, тиосерная, политионовые кислоты и их соли. Соединения халькогенов с галогенами.
5. Элементы пятой главной подгруппы (азот, фосфор, мышьяк, сурьма, висмут).
5.1. Закономерности изменения ковалентных радиусов, потенциалов ионизации, сродства к электрону. Проявляемые степени окисления и изменение их устойчивости по подгруппе. Устойчивость молекулы азота. Физические и химические свойства азота. Методы связывания азота. Полиморфизм фосфора.
5.2. Гидриды элементов пятой группы. Строение, донорные свойства, дипольный момент, прочность молекулы, восстановительный характер, изменение температур плавления и кипения. Гидрат окиси аммония, соли аммония, термическая устойчивость, гидролиз. Гидразин, гидроксиламин, азотистоводородная кислота. Особенности соединений азота.
5.3. Кислородные кислоты элементов пятой главной подгруппы. Сравнение свойств кислородных кислот. Геометрия молекул. Координационные числа. Сульфиды, тиосоли.
5.4. Оксиды элементов пятой группы. Получение, свойства, строение.
6. Элементы четвертой главной подгруппы (углерод, кремний, германий, олово, свинец).
6.1. Степени окисления, изменение устойчивости соединений с высшей и низшей степенями окисления. Строение и свойства простых веществ.
6.2. Строение и свойства гидридов, галогенидов, оксидов. Изменение устойчивости, окислительно-восстановительных свойств, кислотно-основного характера. Строение и свойства карбонатов и силикатов. Типы силикатов. Алюмосиликаты. Особенности соединений олова(II) и свинца (II). Сульфаты и тиосоли германия, олова и свинца.
7. Элементы третьей главной подгруппы (бор, алюминий, галлий, индий, таллий).
7.1. Устойчивость валентных состояний. Кислотно-основные и окислительно-восстановительные свойства гидроксосоединений и геометрия по подгруппе. Координационные Числа. Бинарные соединения: галогениды, оксиды, гидриды. Электроннодефицитные молекулы с трехцентровой связью. Методы получения, свойства.
8. Элементы второй главной подгруппы (бериллий, магний, кальций, стронций, барий, радий).
8.1. Свойства, строение и получение металлов второй главной подгруппы. Выделение из природного сырья.
8.2. Свойства гидроокисей. Соли бериллия и беррилаты. Их гидролиз. Основные и комплексные карбонаты бериллия. Оксиацетат бериллия. Галогениды бериллия.
8.3. Соединения магния и щелочноземельных элементов. Окислы, гидроокиси, галогениды. Магнезиальный цемент. Сульфаты. Гидриды кальция, стронция, бария. Малорастворимые соли бериллия, магния и щелочноземельных металлов. Получение безводных нитратов, галогенидов, сульфатов. Изменение термической устойчивости.
9. Элементы первой главной подгруппы (щелочные металлы)
Изменение в подгруппе радиусов и энергий ионизации. Получение щелочных металлов из природного сырья. Основные соединения щелочных металлов: оксиды, пероксиды, гидриды, гидроксиды, галогениды, сульфаты, нитраты, карбонаты. Фосфаты. Их получение. Синтез соды, поташа. Малорастворимые соли щелочных металлов.