Общая и неорганическая химия. Введение

1. Курс Общая и неорганическая химия

Преподаватель
К.х.н. Зябликова Екатерина Сергеевна

2. Лекция №1 Введение.

3. ВВЕДЕНИЕ

ЦЕЛИ КУРСА
создать основу для дальнейшего изучения химических
дисциплин, сформировать элементарные навыки работы в
химической лаборатории
СОДЕРЖАНИЕ КУРСА
основные понятия и законы химии;
теория строения атома и образования химических связей в
молекулах;
классы неорганических соединений;
общие закономерности протекания химических реакций, в
том числе элементы химической термодинамики и
химической кинетики;
основы теории растворов электролитов и неэлектролитов,
закономерности окислительно-восстановительных и
электрохимических процессов
типовые расчетные задачи
элементарные лабораторные навыки
3

4. План лекции:

• История химии. Роль отечественных и
зарубежных ученых в развитии химии.
• Предмет и задачи химии.
• Основные законы и понятия химии
• Значение неорганической химии в подготовке
будущего фармацевта.
• Химия и охрана окружающей среды.
4

5. Происхождение термина “химия”

Есть несколько версий:
- от египетского слова "Хем" - арабского
названия этой страны - "египетская наука".
- из греческого χυμος ("хюмос"), которое
можно перевести как "сок растения".
- от другого греческого слова - χυμα
("хюма"), означающего "литье", "сплав это искусство литья выплавки металлов, то
есть металлургии.
5

6. Периодизация истории химии

Выделялют 2 основных основных периода:
а) эмпирический (с древности до XVIIIв);
процесс познания через эксперимент.
б) теоретический. (XVIII – по н.в.)
В XVIII столетии все большее внимание
ученые стали уделять осмыслению
полученных опытных данных,
попыткам объяснить их при помощи
единой умозрительной концепции.
6

7. Основные периоды в истории химии

1. Период алхимии - с древности до XVI в. нашей
эры. (создание основ рациональной фармации,
обучение правилам приготовления целебных
препаратов, а также составление списка лекарств).
2. Период зарождения научной химии (XVI - XVIII
век).
3. Период открытия основных законов химии конец XVIII - первая половина XIX века
4. Современный период с 60-х годов XIX века до
наших дней.
Разработаны периодическая классификация
элементов, теория химического строения и
стереохимия, теория электролитической
диссоциации Аррениуса и т.д.
7

8.

Античная атомистика V-IV в до н.э.
Основателями
первой
древнегреческой
атомистической теориеи считают Левкиппа и
Демокрита. В системе Демокрита атом ( ζ)
являлся мельчайшей однородной и неделимой
частицей мироздания.
Демокрит.
Левкипп
8

9.

АЛХИМИЯ ЗАПАДНОЙ ЕВРОПЫ XVI в
Алхимическая лаборатория. Из
Оборудование алхимической
книги: «Amphitheatrum Sapientiae
лаборатории. Рисунки из книги
А. Либавия «Алхимия». Франкфурт. Aeternae» by Heinrich Khunrath, 1595
1606 г.
9

10.

Благодаря исследованиям великого английского ученого
Роберта Бойля в XVII вв. химия сформировалась как
самостоятельная наука.
Он положили начало рождению
новой
химической
науки,
отдельной от медицины.
Систематизируя многочисленные
цветные реакции и реакции
осаждения,
Бойль
положил
начало аналитической химии.
Он же стал автором одного из
первых законов рождающейся
физико-химической науки.
Роберт Бойль
10

11.

Период открытия основных законов химии
(с 90-х г. XVIII в. до середины XIX в.)
К концу XVIII в. в химии был накоплен большой объем
экспериментальных
данных,
которые
необходимо
было
систематизировать в рамках единой теории. Создателем такой теории
стал французский химик Антуан-Лоран Лавуазье.
Он открыл закон сохранения веществ.
Лавуазье был автором первой
классификации химических веществ
Лабораторное оборудование, которое использовал А.Л. Лавуазье
11
в восьмидесятых годах XVIII столетия.

12. Период научной химии XIX—XX вв

За открытым Лавуазье законом сохранения массы
последовал целый ряд новых количественных
закономерностей — стехиометрические законы:
Закон эквивалентов (И. В. Рихтер, 1791—1798)
Закон постоянства состава (Ж. Л. Пруст, 1799—1806)
Закон кратных отношений (Дж. Дальтон, 1803)
Закон объёмных отношений, или закон соединения
газов (Ж. Л. Гей-Люссак, 1808)
Закон Авогадро (А. Авогадро, 1811)
Закон удельных теплоёмкостей (П. Л. Дюлонг и
А. Т. Пти, 1819)
Законы электролиза (М. Фарадей, 1830-е гг.)
Закон постоянства количества теплоты (Г. Гесс,
1840)
12

13.

М. В. ЛОМОНОСОВ - ОСНОВОПОЛОЖНИК
НАУЧНОЙ ХИМИИ В РОССИИ
М.В. Ломоносов - создатель школы российских
химиков.
Ему принадлежит идея разделения химии на
теоретическую (“физическая химия”) и
практическую части (“техническая химия”).
Самыми
выдающимися
заслугами
М.В.
Ломоносова в области химии являются создание
основ
атомно-молекулярного
учения
и
открытие закона сохранения массы вещества.
Также им был разработан, создан и внедрен в методику лабораторных
исследований целый ряд приборов: вискозиметр, прибор для
фильтрования под вакуумом, прибор для определения твердости,
газовый барометр, пирометр и другие.
13

14.

Й. Я. БЕРЦЕЛИУС вычислил
относительные атомные
массы всех известных к
тому времени элементов
(45).
Берцелиус ввел в
употребление буквенные
символы для обозначения
элементов (1818 - 1819 гг.).
Йенс Якоб Берцелиус.
14

15.

МОЛЕКУЛЯРНАЯ ТЕОРИЯ АВОГАДРО
В 1814 г. итальянский физик и химик А. Авогадро
сформулировал закон, который носит его имя:
закон Афогадро
Центральным местом в теории
А. Авогадро было разъяснение
различий между понятиями атом
и молекула.
А. Авогадро впервые показал,
что газообразные простые вещества
состоят из двухатомных молекул.
15

16.

МЕЖДУНАРОДНЫЙ СЪЕЗД ХИМИКОВ В КАРЛСРУЭ.
РЕФОРМА АТОМНО-МОЛЕКУЛЯРНОЙ ТЕОРИИ
В середине XIX в. у различных школ и групп
ученых не было единых критериев определения
связанных с химической номенклатурой,
обозначениями и атомной массой.
В 1860 г первая международная конференция,
посвященная химии (конгрессе в Карлсруэ).
Среди участников российской делегации были Н.Н.
Зинин и Д.И. Менделеев.
Результатом съезда химиков в Карлсруэ стало
утверждение атомного-мголекулярного учения,
были определены понятия атомного веса, а также
молекулы и атома.
16

17.

На рубеже XVIII - XIX вв. в России существовал по сути лишь
единственный Московский университет. В последующие годы были
открыты университеты в Казани (1804 г.), Харькове (1805 г.) и СанктПетербурге (1819 г.).
Петербургская Академия наук на рубеже XVIII – XIX вв.
17

18.

КАЗАНСКАЯ ХИМИЧЕСКАЯ
ШКОЛА
Н.Н. Зинин – химик-органик.
Открыл метод получения
ароматических аминов (реакция
Зинина). Впервые синтезировал
этим методом анилин (1842).
Эта работа заложила научную
основу для развития
промышленного производства
синтетических красителей,
новых фармацевтических
Николай Николаевич Зинин. препаратов, душистых веществ и
др.
18

19. Герман Иванович Гесс

Герман Иванович Гесс
занимался разработаткой
русской химической
номенклатуры.
Которая затем была
дополнена Д.И. Менделеевым
и во многом сохранилась до
наших дней.
19

20. Дмитрий Иванович Менделеев

Менделеев оставил свыше 500
печатных трудов, среди которых
классические «Основы химии» —
первое стройное изложение
неорганической химии.
Открытый в 1869
Периодический
закон химических элементов —
получил всеобщее признание,
позволил ученым предвидеть
новые открытия и
систематизировать
накапливающийся
экспериментальный материал.
20

21.

Итак , какие же основные понятия и
законы химии мы имеем на сегодняшний
день благодаря замечательным русским и
зарубежным ученым
21

22. Основные понятия и законы химии.

22

23.

Химия – это наука о составе, строении,
свойствах и превращениях веществ.
Вещество – один из видов материи,
который характеризуется массой покоя.
Вещество состоит из частиц, например,
атомов, молекул, ионов.
23

24. Задачи химии.

Изучение веществ, их физических и
химических свойств
Изучение превращений веществ и
процессов, сопровождающих эти
превращения
Превращения веществ,
сопровождающиеся изменением состава,
называются химическими реакциями.
24

25. Основные понятия химии

Атом – наименьшая частичка химического
элемента, являющийся носителем его свойств
(предел химической делимости материи).
Атом – это электронейтральная частица,
состоящего из положительно заряженного ядра и
отрицательно заряженных электронов.
25

26. Основные понятия химии

Химический элемент – это совокупность
атомов с одинаковым зарядом ядра.
Объектом изучения в химии являются
химические элементы и их соединения
26

27. Основные понятия химии

Элементы принято обозначать первой
или первой и одной из последующих
букв латинских названий элементов.
27

28. Химический знак (символ)

– обозначает название элемента,
один его атом, один моль атомов
этого элемента.
По символу химического элемента
можно определить его атомный
номер и относительную атомную
массу.
28

29. Основные понятия химии

Химические элементы существуют в виде
простых веществ, состоящих из атомов
одного химического элемента
сложных веществ (химических
соединений), состоящих из атомов разных
элементов.
29

30. Примеры простых и сложных веществ:

Н2 - простое вещество водород
NH3 – сложное вещество аммиак, соединение азота и
водорода.
СH4 – сложное вещество, соединение углерода и
водорода.
Н2О - сложное вещество вода, соединение водорода и
кислорода
30

31. Основные понятия химии

Аллотропия – способность
химического элемента образовывать
несколько простых веществ,
называемых аллотропными
модификациями

32. Основные понятия химии

Аллотропные модификации
углерода (С): алмаз, графит,
фуллерен, графен, нанотрубки
32

33. Аллотропия

Аллотропные модификации фосфора Р:
белый (желтый), красный и
черный
33

34. Основные понятия химии

Молекула – это электронейтральная
частица, образующаяся при возникновении
ковалентных связей между атомами одного
или нескольких элементов, которая
определяет химические свойства вещества.
NH3
34

35. Химическая формула -

Химическая формула -
это условная запись качественного и
количественного состава вещества при помощи
химических знаков и индексов.
Индекс - это цифра в химической формуле,
которая ставится внизу после химического знака
и обозначает число атомов данного вида.
35

36. Основные понятия химии

Широко
используются
несколько
видов
химических формул:
1. Простейшая (эмпирическая) формула показывает
качественный состав и соотношения, в которых
находятся частицы, образующие данное вещество.
2. Молекулярная (истинная) формула показывает
качественный состав и число составляющих
вещество частиц, но не показывает порядок связей
частиц в веществе, т. е. его структуру.
3. Графическая формула отражает порядок соединения
атомов, т. е. связи между ними.
36

37. Что обозначают записи?

H2- это одна молекула водорода, в её состав
входят два атома водорода.
5O2 - это пять молекул кислорода, в состав
одной молекулы входят два атома кислорода.
6Fe - это шесть атомов железа.
3H2SO4 - это три молекулы серной кислоты, в
состав одной молекулы серной кислоты входят
два атома водорода, один атом серы, четыре
атома кислорода.
37

38. Атомная масса элемента

Масса атомов, молекул и ионов очень
мала, 10-24 – 10-23 г
Например,
масса атома водорода
m(H) = 1,67·10-24 г или 1,67·10-27 кг,
масса атома урана (самого тяжелого
элемента)
m(U) = 3,95·10-25 кг
38

39.

Атомная единица массы (а.е.м.) -
внесистемная единица массы.
Атомная единица массы – это
единица массы, равная 1/12
массы атома изотопа углерода
12С
m(С) = 1,99·10-26 кг
1/12 m(C) = 1/12 x 1,99·10-26 кг = 1,66·10-27 кг = 1,66·1024 г
1 а.е.м. = 1,66·10-27 кг = 1,66·10-24 г
1 а.е.м. ≈ массе протона или нейтрона
39

40.

Относительная атомная масса
элемента Ar
Относительная атомная масса элемента
показывает во сколько раз масса его
атома больше 1/12 массы атома
углерода.
Например:
Аr(S) = 32, т.е. атом серы в 32 раза тяжелее
1/12 массы атома углерода.
40

41.

Атомные массы элементов приведены в
периодической системе элементов.
41

42.

Найдите в ПСХЭ Д.И. Менделеева
Относительную атомную массу
элемента Ar
Водорода
Натрия
Алюминия
Кислорода
Серы
Хлора
42

43. Масса молекулы

Относительная молекулярная
масса Мr (молекулярная масса)
Мr равна сумме относительных
атомных масс всех атомов,
образующих молекулу вещества.
Например:
Мr(О2) = 2Ar(О) = 2•16 = 32;
Mr(NO2) = Ar(N)+2Ar(O) = 14+2•16 = 46;
Мr (Н2О) = 2·1,01 + 16 = 18,01
43

44. Количество вещества

В Международной системе СИ за единицу количества
вещества принят моль.
МОЛЬ - это количество вещества (n), которое
содержит 6,02.1023 структурных единиц (атомов,
молекул, ионов) данного вещества (6,02·1023
частиц, число Авогадро NA )
1 моль атомов Н, 1 моль молекул Н2
44

45.

В задачах :
Р2O5 + 3H2O = 2H3РO4
1 моль
3 моль
2 моль
45

46. Основные понятия химии

Постоянная Авогадро ( N A ) – число атомов или
молекул
(или
других
структурных
единиц),
содержащихся в одном моле вещества
N A 6,022 *10 моль
23
1
При решении химических задач нужно знать,
сколько структурных частиц (N) вещества
содержится в определённом количестве вещества.
N = NA · n
46

47. Основные понятия химии

Моль – единица количества вещества
47

48. Молярная масса (М)

– масса 1 моля вещества в граммах
[М] = [г/моль]
Молярная масса численно равна относительной
молекулярной массе
М = Мr
Мr (Н2О) = 18,0152 а.е.м.
М(Н2О) = 18,0152 г/моль
Молярная масса равна произведению массы m0 одной
молекулы данного вещества на постоянную Авогадро
М = NA · m0
mв-ва = n · M
48

49.

Рассчитайте относительную
молекулярную массу для
следующих соединений:
CaO,
56 г/моль
CO2,
44 г/моль
Н2SO4
98 г/моль
49

50. Основные законы химии

Закон сохранения массы.
Масса веществ, вступивших в
реакцию, равна массе веществ,
образовавшихся
в
результате
реакции.
50

51. S2 + 2O2 = 2SO2

Основные законы химии
S2 + 2O2 = 2SO2
число атомов до и после реакции не
изменяется
51

52. Основные законы химии

Закон объемных отношений
Объемы газов, вступающих в
химическую реакцию, и объемы
газов, образующихся в результате
реакции, относятся между собой
как небольшие целые числа.
52

53. Основные законы химии

Закон объемных отношений
Следствие.
Стехиометрические коэффициенты
в уравнениях химических реакций для
газообразных веществ показывают, в
каких объемных отношениях реагируют
или получаются газообразные вещества.
2CO + O2 = 2CO2
2 объема CO реагируют с 1 объемом O2 и получается 2
объема CO2
53

54. Основные законы химии

II. Закон постоянства состава вещества.
Сформулирован Ж.-Л. Прустом в 1799 г..
Всякое чистое вещество независимо от
способа
его
получения
всегда
имеет
постоянный качественный и количественный
состав.
Однако уже в начале XIX в. К. Бертолле показал,
что элементы могут соединятся друг с другом в
разных соотношениях в зависимости от массы
реагирующих веществ.
54

55. Основные законы химии

Современная
формулировка
постоянства состава вещества таков:
закона
Состав соединений молекулярной структуры
является постоянным независимо от способа их
получения.
Состав соединений немолекулярной структуры
(с атомной, ионной или металлической
кристаллической
решеткой)
не
является
постоянным и зависит от способа их получения.
55

56. Основные законы химии

Соединения постоянного состава дальтониды (в память английского химика и физика
Дальтона).
Состав выражается простыми формулами с целочисленными
стехиометрическими индексами, например:
Н2О, НCl, ССl4, СO2
Соединения переменного состава -
бертоллиды (в память французского химика Бертолле).
Состав бертоллидов изменяется и не отвечает стехиометрическим
отношениям, например
FeSx, где
1,02 < x < 1,10
56

57. Закон постоянства состава вещества

Так,
СО2
можно получить по любой из следующих
реакций:
С + О2 = СО2
2СО + О2 = 2СО2
СаСО3 = СО2 + СаО
В химически чистом СО2 всегда содержится 27,29%
С и 72,71% О.
57

58. Основные законы химии

Закон Авогадро.
В равных объемах различных газов
при одинаковых условиях
(температура, давление и т.д.)
содержится одинаковое число молекул
58

59. Закон Авогадро.

Один моль любого газа при одинаковых
условиях занимает один и тот же объем.
59

60. Следствия из закона Авогадро :

1. Молярный объем газа VM –
объем 1 моля газа при нормальных
условиях (н.у.)
VM = 22,4 л/моль (дм3/моль)
н.у.: Т = 0 °С ; р = 760 мм
Vгаза= n · Vm
60

61. Основные законы химии

2. Массы двух разных газов, занимающих
одинаковый объем при одинаковых
условиях, относятся между собой как их
молярные массы.
D – относительная плотность одного
газа по другому.
m1 M 1
D
m2 M 2
61

62. Количественные величины в химии

Наименование Обозначение
Масса
Объём
Количество
вещества
Число
Авогадро
Молярная
масса
Молярный
объём
Кол-во
структурных
единиц
Единицы
измерения
Формула
г
л
моль
m
V
v
n
Na
моль-1
m=n· M
Vгаза= n · Vm
n = m/M
n =N/Na
6,02 · 10²³
M
г/моль
M=m/n
Vm
л/моль
Vm=Vгаза /n
N = NA · n
N
62

63. Примеры задач:

1.Какое количество вещества ( моль) содержит
12,04·10²³ атомов натрия?
n = N/ Na = 12, 04 ·10²³ / 6,02 · 10²³ = 2 моль
2.Какова масса 2 моль азота?
m = n · M(N₂) = 2 моль · 28 г/ моль = 56 г.
3.Какой объем занимают 1,5 моль кислорода?
V= n · Vm = 1,5 моль · 22,4 л/моль = 33,6 л.
4.Какова масса 3 литров гелия?
m= n· M = V/Vm · M(He)= 3л/22,4л/моль · 4г/моль =
0,54 г.
63

64. Роль химии

в жизни современного общества очень
велика. Она проникла во все сферы деятельности
человека.
Фундаментальные законы химии применяются в
науке, технике и медицине, а также во всех
отраслях промышленности. В их числе
металлургия, целлюлозно-бумажная, строительная,
нефтеперерабатывающая.
Химическая промышленность развивается в
настоящее время гораздо быстрее, чем любая другая,
и в наибольшей степени определяет научнотехнический прогресс.

65. Что дала людям химия

1
Пластмассы, ткани, резину
2
Лаки, краски, клеи
3
Строительные материалы
4
Минеральные удобрения
5
Лекарственные препараты
6
Ядохимикаты
65

66. Проблемы экологии

Хозяйственная деятельность человека оказывает значительное, а часто
катастрофическое воздействие на окружающую среду
Загрязнение
воздуха
Загрязнение
воды
Загрязнение
почвы
66

67. 1. Загрязнение атмосферы

Естественное
Искусственное
1) газы ,выделяющиеся в
1) твердые частицы
(резиновая
автомобильная пыль)
2) газообразные вещества
(углекислый газ)
3) Свинец и другие
тяжелые металлы
4) Радиоактивные
вещества
результате горения
лесов, извержения
вулканов,
биохимических
реакций
2) атмосферная пыль,
которая образуется
при выветривании
горных пород, эрозии
почв, лесных и
торфяных пожарах.
67

68. 2. Основные источники загрязнения воды

Утечка бензина на
автозаправочных
станциях
Соли, которыми
посыпают тротуар в
гололед
Протекающие
подземные резервуары
или трубопроводы для
нефтепродукт
ов
Пестициды и
удобрения,
которые применяют
на полях, газонах,
садах
Отходы химических
предприятий, которые
проливают или
захоранивают в земле
Неправильно
устроенные
свалки и
хранилища
ядовитых
веществ 68

69. 3. Проблема земельных ресурсов

Эрозия почвы -процесс
захватывания и выноса частиц
плодородного слоя ветром и
водой
Орошение
почвы
Распашка
земель
Выпас
скота
Вырубка
лесов
Внесение в почву
удобрений и
пестицидов
69

70. Истинное положение дел

Природную среду загрязняют разные отрасли хозяйства,
помимо химической промышленности:
1
Автомобильный транспорт
2
Тепловые электростанции
3
Металлургия
4
Коммунальное хозяйство
5
Нефтепереработка
6
Химические отрасли
70

71. Выводы :

Опасна не сама ХИМИЯ, а пренебрежение
её законами или их неумелое
использование
Без ХИМИИ (в широком смысле этого
слова) невозможно существование
современного мира
Современный человек должен быть
образованным в химическом отношении.
71

72. Значение общей и неорганической химии

В подготовке провизоров общая и
неорганическая химия являются
теоретической базой для изучения
химических и прикладных дисциплин, в
частности биохимии, фармацевтической
химии, технологии лекарств, физикохимических методов анализа и др.
72

73. Примеры заданий:

Рассчитайте молярную массу:
1 моль
Fe2(SO3)3
2 моль Al(OH)3
3 моль CaO
73

74.

Вещество
Mr
M
n, моль
m,г
C
60
O2
64
H2
20
CO2
88
NH3
34
N
74

75. Список используемой литературы

О.С. Габриелян, И.Г. Остроумов, Е.Е. Остроумова,
С.А. Сладков. Химия для профессий и
специальностей естественнонаучного профиля.
Учебник. 3-е издание. М:. издательский центр
«Академия», 2014г.
Бабков Александр Васильевич. Общая и
неорганическая химия: учебник / А. В. Бабков, Т. И.
Барабанова, В. А. Попков. - М. : ГЭОТАР-Медиа,
2013. - 384 с. : ил.
75

76. СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!

76