Общая и бионеорганическая химия - Страница 1

Дисциплина «Общая и бионеорганическая химия» является первой дисциплиной образовательного модуля «Физико-химические основы жизни», входящего в базовую часть учебного плана студентов, обучающихся по направлению «Биология» в Институте естественных наук УрФУ.

В начальных разделах дисциплины, посвященных изучению общей химии, излагаются основные понятия, теории и законы химии, основу которых составляют учение о строении атома и периодический закон Д. И. Менделеева. В последующих разделах детально рассматриваются строение и свойства химических элементов и их важнейших соединений. Особое внимание уделяется изучению неорганической химии именно биологически значимых элементов.

Таким образом, в основе дисциплины «Общая и бионеорганическая химия» лежат базовые компоненты содержания химической науки:

– индивидуальность химических объектов, проявляющаяся через качественные особенности их свойств и превращений;

– внутренняя активность и реакционная способность веществ, объяснение их на основе структурной, энергетической и кинетической теорий;

– взаимосвязь свойств веществ, их состава и строения;

– качественное и количественное описание химических объектов в их единстве как отражение этой взаимосвязи;

– качественные скачки, происходящие под влиянием количественных изменений;

– дискретность и непрерывность организации вещества.

В программу дисциплины включены также элементы бионеорганической химии, которая является междисциплинарной областью знания, развивается на стыке биологии, химии, медицины, биохимии, молекулярной биологии и является своеобразным мостом между неорганической химией и биохимией.

Занятия по дисциплине «Общая и бионеорганическая химия» проводятся в виде лекций и лабораторных работ.

Настоящее учебно-методическое пособие включает программу дисциплины и перечень вопросов для самостоятельной подготовки студентов по ряду разделов общей химии. Приводятся описания лабораторных работ, направленных на закрепление знаний по химии биогенных элементов, а также на формирование умений проведения лабораторного эксперимента. В описание каждой лабораторной работы включены домашние задания по подготовке к занятию. В заключительной части пособия представлен раздел, содержащий краткое описание биологической роли химических элементов и применения их соединений в медицине. В приложение включена справочная информация (таблицы произведений растворимости, степеней диссоциации электролитов, констант комплексных соединений).

Основные положения атомно-молекулярного учения. Основные понятия химии: атом, молекула, химический элемент, простое и сложное вещество, химическое соединение. Основные стехиометрические законы.

История развития представлений о строении атома. Модели строения атома. Двойственная природа электрона. Принцип неопределенности Гейзенберга. Уравнение Шредингера.

Понятие об электронном облаке. Квантовые числа как характеристики состояния электрона в атоме. s-, p-, d-, f-Элементы. Электронная конфигурация атома. Правила заполнения электронных оболочек атомов. Электронные и энергетические формулы атомов и ионов.

Периодический закон Д. И. Менделеева. Физический смысл порядкового номера, номера группы и периода. Периодичность свойств атомов элементов. Изменение атомных и ионных радиусов по периодам и группам. Энергия ионизации и сродство к электрону. Закономерности их изменения по периодам и группам. Понятие об электроотрицательности элементов.

Природа химической связи и механизм образования химической связи. Валентные и невалентные силы сцепления. Основные типы химической связи.

Ковалентная связь. Обменный и донорно-акцепторный механизмы образования связи. σ- и π-Связи.

Количественные характеристики химических связей. Энергия связи. Длина связи. Кратность связи. Валентный угол. Полярность связи.

Ионная связь. Межмолекулярное взаимодействие. Водородная связь. Металлическая связь.

Скорость химических реакций и факторы, ее определяющие. Константа скорости химической реакции. Катализ и катализаторы.

Химическое равновесие, константа равновесия.

Растворение как физико-химический процесс. Растворимость веществ. Способы выражения состава растворов.

Электролитическая диссоциация. Сильные и слабые электролиты. Степень диссоциации электролитов. Факторы, определяющие степень диссоциации. Основные представления теории сильных электролитов. Константа диссоциации. Ионное произведение воды.

Водородный показатель, шкала рН.

Труднорастворимые электролиты. Произведение растворимости.

Перевод труднорастворимых осадков в растворимое состояние.

Гидролиз солей. Молекулярные и ионные уравнения гидролиза солей. Константа гидролиза. Влияние концентрации раствора, температуры, рН среды на степень гидролиза. Случаи полного гидролиза.

Обменные реакции между ионами в растворе. Ионные уравнения. Реакции обмена, осложненные реакциями гидролиза.

Общая характеристика элементов. Строение атомов. Изменение атомных радиусов, ионизационных потенциалов, электроотрицательности по подгруппе. Изменение металлических свойств в подгруппе. Природные соединения и способы получения простых веществ из них.

Строение и физические свойства простых веществ: изменение плотности, температур плавления с увеличением атомного номера по подгруппе.

Химические свойства простых веществ. Изменение восстановительных свойств. Отношение металлов к водороду, кислороду, галогенам, азоту, углероду, сере, металлам, воде. Кислородные соединения металлов. Соединения с неметаллами: получение, строение и свойства. Гидроксиды: получение, свойства, строение, применение. Соли. Галогениды.

Области применения, вытекающие из физических и химических свойств простых и сложных веществ. Биогенная роль элементов.

Токсичность соединений.

Переходные металлы первого переходного ряда (3d-элементы). Изменение физических и химических свойств простых веществ и соединений 3d-металлов (кислотно-основные и оксилительновосстановительные свойства, склонность к комплексообразованию).

Биогенная роль элементов.

Комплексообразующая способность ионов металлов. Номенклатура комплексных соединений. Классификация комплексных соединений. Диссоциация комплексных ионов в растворе, константы нестойкости и устойчивости комплексных соединений.

Участие соединений 3d-элементов в окислительно-восстановительных реакциях. Типы окислительно-восстановительных реакций. Составление уравнений окислительно-восстановительных реакций.

Бор. Углерод. Кремний. Азот. Фосфор. Общая характеристика элементов. Строение атомов и возможные степени окисления. Нахождение в природе и получение. Строение, физические и химические свойства простых веществ.

Углерод, его аллотропные модификации. Химические свойства углерода. Карбиды. Оксиды углерода (II) и (IV), строение молекул, химические свойства. Угольная кислота и ее соли.

Кремний. Диоксид кремния и кремниевые кислоты. Силикаты и их полимерная структура.

Азот, строение молекулы, химические свойства. Реакции, приводящие к фиксации атмосферного азота. Аммиак, физические и химические свойства. Соли аммония, их поведение при нагревании. Участие соединений азота в кислотно-основных и окислительновосстановительных реакциях. Оксиды азота. Азотная и азотистая кислоты, строение молекул, устойчивость, кислотные и окислительно-восстановительные свойства. Термическое разложение нитратов. Фосфор, аллотропные модификации. Оксокислоты фосфора, строение молекул, кислотные и окислительно-восстановительные свойства.