04.06.01 - Неорганическая химия

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ
ИНСТИТУТ МЕТАЛЛУРГИИ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ
им. А.А. БАЙКОВА РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК
УТВЕРЖДАЮ
Зам. директора по научной работе
______________ В.Т. Заболотный
«____»_______________ 201_ г.
ПРОГРАММА
ВСТУПИТЕЛЬНОГО ЭКЗАМЕНА
по специальности
02.00.01 - «Неорганическая химия»
Программа рассмотрена и одобрена на
заседании секции
«Неорганическая
химия
керамические материалы»
и
Ученого совета ИМЕТ РАН
Протокол № __ от "___"_______201_ г.
Председатель секции
Член-корреспондент РАН
________________С.М. Баринов
МОСКВА 2013
ПРОГРАММА
вступительного экзамена по направлению подготовки
04.06.01 - Химические науки
профиль подготовки «Неорганическая химия»
Настоящая программа охватывает основополагающие разделы неорганической
химии, ее теоретические основы (строение вещества, термодинамика и кинетика),
химию элементов, свойства и методы синтеза основных классов неорганических
соединений, а также методы их исследования.
1. Фундаментальные основы неорганической химии
1.1. Периодический закон Д.И.Менделеева.
Периодический закон Д.И. Менделеева и его развитие. История открытия периодического
закона. Период и группа. Длинно- и короткопериодный вариант Периодической системы.
Периодический закон и основные представления о строении атома. Волновая функция и
уравнение Шредингера. Квантовые числа, радиальное и угловое распределение
электронной плотности. Атомные орбитали (s-, р-, d- и f-АО), их энергии и граничные
поверхности. Распределение электронов по АО. Принцип минимума энергии. Принцип
Паули. Атомные термы, правило Хунда. Современная формулировка периодического
закона, закон Мозли, структура периодической системы. Коротко- и длиннопериодный
варианты периодической таблицы. Периоды и группы. Закономерности изменения
фундаментальных характеристик атомов: атомных и ионных радиусов, потенциала
ионизации, энергии сродства к электрону и электроотрицательности. Границы
периодической системы. Виды периодичности. Периодическое изменение физикохимических свойств элементов: атомных и ионных радиусов, энергии ионизации, сродства
к электрону, электроотрицательности, степени окисления, физических свойств и др.
Изменение в группах и периодах химических свойств элементов и их соединений.
Закономерности изменения устойчивости степеней окисления элементов, окислительновосстановительных и кислотно-основных свойств соединений элементов в группах и
периодах Периодической системы. Развитие периодического закона. Синтез и поиск
сверхтяжелых элементов. Перспективы открытия новых элементов. Периодичности в
изменении свойств простых веществ и основных химических соединений — оксидов,
гидроксидов, гидридов, галогенидов, сульфидов, карбидов, нитридов и боридов.
1.2. Химическая связь и строение молекул.
Понятие о природе химической связи. Основные характеристики химической связи:
длина, энергия, направленность, полярность, кратность. Основные типы химической
связи. Основные положения метода валентных связей (МВС). Гибридизация орбиталей.
Направленность, насыщаемость и поляризуемость ковалентной связи. Влияние
неподеленных электронных пар на строение молекул, модель Гиллеспи. Основные
положения метода молекулярных орбиталей (ММО). Двухцентровые двухэлектронные
молекулярные орбитали. Энергетические диаграммы МО гомоядерных и гетероядерных
двухатомных молекул. Энергия ионизации, магнитные и оптические свойства молекул.
Многоцентровые МО, гипервалентные и электронодефицитные молекулы. Принцип
изолобального соответствия. Корреляционные диаграммы. Ковалентная связь. Природа и
механизм образования связей. Основные характеристики ковалентной связи. Длина и
кратность связи; s-, -, -связи. Валентность. Строение ковалентных соединений с точки
зрения метода валентных связей. Гибридные орбитали. Перекрывание орбиталей.
Валентный угол. Энергия химической связи. Полярная связь. Понятие об эффективном
заряде атомов. Дипольный момент связи. Дипольный момент сложной частицы.
2
Ионная связь. Цикл Борна-Габера. Энергия кристаллической решетки. Ионная модель
строения кристаллов, образование ионных кристаллов как результат ненаправленности и
ненасыщаемости ион-ионных взаимодействий. Ионный радиус. Основные типы
кристаллических структур, константа Маделунга, энергия ионной решетки. Теория
молекулярных орбиталей. Локализованные и эквивалентные молекулярные орбитали.
Объяснение стереохимии простейших гомо- и гетероядерных частиц с позиций метода
валентных связей и молекулярных орбиталей. Межмолекулярное взаимодействие. Энергия
Ван-дер-Ваальса и ее составляющие. Ориентационное, индукционное и дисперсионное
взаимодействие. Водородная связь Природа и типы водородной связи. Энергия
водородной связи, закономерности в ее изменении; влияние водородной связи на свойства
веществ. Влияние типа химической связи на свойства веществ. Межмолекулярное
взаимодействие – ориентационное, индукционное и дисперсионное. Водородная связь, ее
природа. Введение в зонную теорию. Образование зон – валентной и проводимости из
атомных и молекулярных орбиталей, запрещенная зона. Металлы и диэлектрики. Границы
применимости зонной теории.
1.3. Комплексные (координационные) соединения.
Основные понятия координационной теории. Типы комплексных соединений по
классификации лигандов, заряду координационной сферы, числу центральных атомов.
Номенклатура комплексных соединений. Изомерия комплексных соединений.
Образование координационных соединений в рамках ионной модели и представлений
Льюиса. Теория мягких и жестких кислот и оснований Пирсона, уравнение ДрагоВейланда. Устойчивость комплексов в растворах и основные факторы, ее определяющие.
Константы устойчивости комплексов. Лабильность и инертность. Энтропийный вклад в
энергетическую устойчивость комплексов, сольватный эффект, хелатный эффект, правила
циклов Л.А.Чугаева. Природа химической связи в комплексных коединениях. Основные
положения теории кристаллического поля (ТКП). Расщепление d-орбиталей в
октаэдрическом и тетраэдрическом поле. Энергия расщепления, энергия спаривания и
энергия стабилизации кристаллическим полем. Спектрохимический ряд лигандов.
Понятие о теории Яна-Теллера, тетрагональное искажение октаэдрических комплексов.
Энергетическая диаграмма МО комплексных соединений. Построение групповых
орбиталей и их взаимодействие с орбиталями центрального атома, σ- и π-донорные и
акцепторные лиганды. Использование ТКП и ММО для объяснения оптических и
магнитных свойств комплексных соединений. Карбонилы, металлокарбены, металлоцены,
фуллериды. Комплексы с макроциклическими лигандами. Полиядерные комплексы. Изо- и
гетерополисоединения. Кластеры на основе переходных и непереходных элементов.
Кратные связи металл-металл. Механизмы реакций комплексных соединений. Реакции
замещения, отщепления и присоединения лиганда, окислительно-восстановительные
реакции. Взаимное влияние лигандов в координационной сфере. Транс-влияние И.И.
Черняева, цис-эффект А.А. Гринберга. Внутрисферные реакции лигандов. Применение
комплексных соединений в химической технологии, катализе, медицине и экологии.
1.4. Агрегатное состояние вещества.
Типы агрегатных состояний. Газовое, жидкое, жидкокристаллическое состояние вещества.
Кристаллические и стеклообразные твердые тела. Симметрия кристаллической решетки.
Аллотропия и полиморфизм. Влияние типа связи в кристаллической решетке на свойства
веществ. Типы структур ионных кристаллов. Нестехиометрические соединения. Атомные
и молекулярные кристаллы. Зонная теория твердого состояния. Проводники, изоляторы,
полупроводники.
1.5. Общие закономерности протекания химических реакций.
3
Основные понятия и задачи химической термодинамики как науки о превращениях
энергии при протекании химических реакций. Термодинамическая система, параметры и
функции состояния системы. Первый закон термодинамики. Внутренняя энергия и ее
изменение при химических и фазовых превращениях. Зависимость тепловых эффектов
реакции от температуры. Энтальпия. Стандартное состояние и стандартные теплоты
химических реакций. Теплота и энтальпия образования. Закон Гесса. Энергии химических
связей. Теплоемкость, уравнение Кирхгофа. Обратимые и необратимые процессы. Второй
закон термодинамики. Энтропия и ее физический смысл, уравнение Больцмана.
Стандартная энтропия. Зависимость энтропии от параметров состояния. Энергия Гиббса.
Взаимосвязь между изменением энергии Гиббса и Гельмгольца, тепловым эффектом и
изменением энтропии реакции. Химический потенциал. Направление протекания
химических процессов. Константы равновесия в гомогенных и гетерогенных системах.
Расчет константы равновесия из стандартных термодинамических величин. Направление
химических процессов, критерии самопроизвольного протекания реакций в
изолированных и открытых системах. Химический потенциал. Условие химического
равновесия, константа равновесия. Изотерма химической реакции. Фазовые равновесия,
число степеней свободы, правило фаз Гиббса. Закон действующих масс. Фазовые
диаграммы одно- и двухкомпонентных систем. Скорость химической реакции, ее
зависимости от природы и концентрации реагентов, температуры. Порядок реакции.
Константы скорости и ее зависимость от температуры. Уравнение Аррениуса. Энергия
активации и понятие об активированном комплексе. Обратимые реакции. Закон
действующих масс. Влияние катализатора на скорость реакции. Гомогенный и
гетерогенный катализ. Понятие о цепных и колебательных реакциях. Окислительновосстановительные реакции (ОВР). Степень окисления. Типичные окислители и
восстановители. Роль среды в ОВР.
1.6. Растворы и электролиты.
Современные представления о природе растворов. Основные понятия и термины.
Классификация дисперсных систем. Раствор как фаза переменного состава в бинарной и
более сложной системах. Классификация растворов в зависимости от агрегатного
состояния. Энергетика растворения. Растворы идеальные и реальные. Давление
насыщенного пара бинарных растворов. Коллоидные растворы. Особенности жидких
растворов. Порядок в жидкостях, структура воды и водных растворов. Неводные
растворители. Специфика реакций в водных и неводных растворах. Теория
электролитической диссоциации. Ионное произведение воды и его зависимость от
температуры. Водородный показатель рН, шкала рН. Кислоты и основания.
Протолитическая теория Бренстеда-Лоури. Сопряженные кислоты и основания. Гидролиз.
Современные взгляды на природу кислот и оснований. Сильные и слабые электролиты.
Зависимость степени электролитической диссоциации от концентрации, температуры,
природы растворителя, посторонних электролитов. Закон разбавления Оствальда.
Основные понятия теории сильных электролитов Дебая и Хюккеля. Произведение
растворимости. Динамическое равновесие в насыщенных растворах малорастворимых
сильных электролитов и факторы, его смещающие. Электрохимические свойства
растворов. Сопряженные окислительно-восстановительные пары. Электродный
потенциал. Уравнение Нернста. Диаграммы Латимера и Фроста. Электролиз.
Коллигативные свойства растворов электролитов и неэлектролитов. Изотонический
коэффициент. Закон Рауля. Криоскопия и эбулиоскопия, осмос. Гидратация,
кристаллогидраты. Сильные и слабые электролиты. Малорастворимые сильные
электролиты и произведение растворимости. Условия осаждения и растворения осадков.
Сдвиг фазовых равновесий в насыщенных растворах малорастворимых сильных
электролитов. Современные теории кислот и оснований. Основные понятия протонной
4
теории кислот и оснований. Протонные растворители и их ионное произведение. Кислота
и основание в протонной теории. Константы кислотности и основности. Амфолиты. Сдвиг
протолитических равновесий. Степень протолиза и рН в растворах, близких к
бесконечному разбавлению. Ионное произведение растворителя, ионное произведение
воды. Водородный и гидроксидный показатели кислотности среды. Шкала рН. Сольволиз
и гидролиз. Необратимый гидролиз бинарных соединений. Обратимый гидролиз солей.
Сдвиг равновесий гидролиза. Электрохимические свойства растворов. Уравнение Нернста.
Стандартные электродные и окислительно-восстановительные потенциалы. Стабилизация
неустойчивых степеней окисления соединений в растворах. Гальванические элементы.
Электролиз в неорганическом синтезе и технологии.
1.7. Основы и методы неорганического синтеза.
Прямой синтез соединений из простых веществ. Реакции в газовой фазе, водных и
неводных растворах, расплавах. Метод химического осаждения из газовой фазы,
использования надкритического состояния. Золь-гель метод. Гидротермальный синтез.
Твердофазный синтез и его особенности; использование механохимической активации.
Химические транспортные реакции для синтеза и очистки веществ. Фотохимические и
электрохимические методы синтеза. Применение вакуума и высоких давлений в синтезе.
Основные методы разделения и очистки веществ. Методы выращивания монокристаллов и
их классификация.
1.8. Координационные соединения.
Определение понятия “координационное соединение”. Координационная теория Вернера.
Современный взгляд на строение координационных соединений. Ковалентный и
электростатический взгляд на связь “металл-лиганд”. Строение комплексных соединений
с позиции метода валентных связей. Гибридизация атомных орбиталей и стереохимия
комплексных соединений. Внутри- и внешнеорбитальные комплексы. Представления
теории кристаллического поля. Расщепление d-орбиталей в октаэдрическом поле. Энергия
стабилизации кристаллическим полем. Случай слабого и сильного поля,
спектрохимический ряд. Координационное число центрального атома в комплексных
соединениях, типичное и “редкое”, постоянное и переменное. Стереохимия комплексов.
Изомерия комплексных соединений. Типы изомерии. Типы комплексных соединений
(катионные, анионные, нейтральные
комплексы, хелаты, комплексонаты). Правило циклов А.А. Чугаева. Полиядерные
комплексы, аддукты, кластеры. Комплексы, образованные моно- и полидентатными
лигандами. Комплексы с макроциклическими лигандами. Карбонилы. Пи-комплексы.
Биологически активные комплексы Физико-химические методы исследования
комплексных соединений. Комплексообразование в растворах. Константы устойчивости,
зависимость их от лиганда и заряда центрального иона, хелатного эффекта.
Экспериментальные и расчетные методы определения констант устойчивости.
Применение комплексных соединений в технологии и неорганической химии.
2. Химия элементов
2.1. Химия s-элементов
Положение s-элементов в Периодической системе. Электронное строение атомов,
характерные степени окисления. Простые вещества, положение в электрохимическом ряду
напряжений, взаимодействие с водой, кислородом, водородом, азотом, серой и галогенами,
5
получение. Гидриды щелочных и щелочноземельных металлов, тип химической связи,
взаимодействие с водой и растворами кислот. Оксиды, пероксиды и надпероксиды.
Гидроксиды щелочных и щелочноземельных металлов, основные свойства, растворимость
в воде, получение. Карбонаты и гидрокарбонаты щелочных металлов. Малорастворимые
соли щелочноземельных металлов.
Водород. Особое положение водорода в Периодической системе. Изотопы водорода. Ортои пара-водород. Методы получения водорода. Физико-химические свойства водорода.
Гидриды и их классификация. Окислительно-восстановительные свойства водорода. Вода
– строение молекулы и структура жидкого состояния. Структура льда, клатраты. Пероксид
водорода, его получение, строение и окислительно-восстановительные свойства.
Элементы группы IA. Общая характеристика группы
соединений – получение и свойства. Особенности химии лития. Малорастворимые соли
лития, их получение. Применение щелочных металлов и их соединений.
Элементы группы IIA. Общая характеристика группы.* Основные классы химических
соединений – получение и свойства. Особенности комплексообразования s-металлов.
Особенности химии бериллия, магния. Сходство химии бериллия и лития. Отношение
бериллия и магния к воде, растворам кислот и щелочей. Получение и свойства
гидроксидов. Соли. Применение бериллия, щелочно-земельных металлов и их
соединений.
2.2. Химия р-элементов
Положение р-элементов в Периодической системе. Особенности электронной
конфигурации. Характерные степени окисления. Металлы, неметаллы, металлоиды среди
р-элементов. Закономерности в изменении свойств во 2 и 3 периодах.
Элементы группы IIIA.
Общая характеристика группы. Электронное строение атомов, степени окисления,
акцепторная способность. Оксиды и гидроксиды: сравнение кислотно-основных свойств.
Гидриды и гидридные комплексы. Простые вещества, физические свойства, положение в
электрохимическом ряду напряжений, отношение к воде, растворам кислот и щелочей.
Особенности химии бора. Бор - строение и реакционная способность, взаимодействие с
кислородом, галогенами, серой, азотом, фосфором, азотной кислотой, гидроксидом натрия
в присутствии кислорода. Бороводороды, комплексные гидробораты, кластерные
соединения бора, боразол, боразен, нитрид бора: особенности их строения и свойств.
Оксид и гидроксид бора(III) - строение, кислотные свойства, получение. Этерификация
гидроксида бора. Трифторид и трихлорид бора - строение и физические свойства, их
гидролиз.
Особенности химии алюминия. Алюминий, получение в промышленности,
взаимодействие с кислородом, серой, азотом, галогенами, отношение к воде, растворам
кислот и щелочей очень разбавленной азотной кислоте; пассивация. Оксид алюминия,
реакционная способность, способы перевода в растворимые соединения. Алюминаты и
гидроксоалюминаты. Соли алюминия, их гидролиз. Галогениды алюминия. Комплексные
соединения алюминия. Квасцы. Гидроксокомплексы. Сплавы алюминия. Алюмотермия.
Амфотерность оксидов галлия, индия и таллия. Особенности химии Tl(I). Применение
бора, алюминия, галлия, индия и таллия и их соединений.
Элементы группы IVA.
Общая характеристика группы. Электронное строение атомов, важнейшие степени
окисления. Простые вещества, отношение к концентрированной и разбавленной азотной
кислоте. Водородные соединения, их устойчивость. Оксиды гидроксиды, их кислотноосновные и окислительно-восстановительные свойства.
6
Углерод. Аллотропные модификации - алмаз, графит, карбин, фуллерены: строение и
свойства. Особенности химии аллотропных модификаций углерода. Диаграмма состояния
углерода и проблема получения искусственных алмазов. Фуллерены и их производные.
Нанотрубки. Карбиды - классификация, свойства. Дициан, циановодород, карбамид,
cинильная кислота, цианиды. Кислородные соединения углерода. Монооксид углерода,
строение молекулы и реакционная способность, восстановительные свойства, получение.
Способы обнаружения в воздухе. Диоксид углерода, строение молекулы, получение,
отношение к воде и растворам щелочей. Угольная кислота: строение молекулы и аниона,
карбонаты и гидрокарбонаты. Роданостоводородная кислота и роданиды. Сероуглерод.
Фреоны и их применение. Оксиды углерода. Карбонилы. Карбонаты.
Кремний. Особенности химии кремния. Кремний, получение, взаимодействие с
растворами щелочей, фтороводородом. Отношение к азотной и фтороводородной кислоте
и смесей этих кислот. Получение. Силициды металлов. Силаны, строение и устойчивость,
получение, отношение к кислороду. Монооксид кремния - получение, устойчивость,
отношение к кислороду, галогенам, воде. Диоксид кремния - строение и реакционная
способность, физические свойства, взаимодействие со щелочами, фтороводородной
кислотой. Кремниевые кислоты, строение и свойства, получение; силикагель. Силикаты,
их растворимость в воде, гидролиз ортосиликата натрия. Галогениды кремния, строение,
гидролиз. Кварц и его полиморфные модификации. Кремниевая кислота и силикаты.
Галогениды. Кремнефтористоводородная кислота. Карбид кремния.
Олово, свинец, германий. Особенности химии олова, свинца и германия. Олово и свинец,
физические свойства, получение, применение; отношение растворам кислот и щелочей,
азотной и концентрированной серной кислоте. Оксиды и гидроксиды германия, олова и
свинца, получение, амфотерность. Восстановительные свойства соединений олова(II).
Соли олова и свинца(II) - растворимость, гидролиз. Окислительные свойства оксида
свинца(IV)- свинца(II). Хлориды олова и свинца (II и IV), их строение и устойчивость,
отношение к воде. Сульфиды и тиостаннаты. Комплексные соединения олова и свинца.
Применение простых веществ и соединений элементов группы IVA. Понятие о
полупроводниках.
Элементы группы VA.
Общая характеристика группы. Электронное строение атомов, важнейшие степени
окисления. Закономерности образования и прочность простых и кратных связей в группе.
Простые вещества - физические свойства, отношение к воде, растворам кислот и щелочей,
взаимодействие с азотной кислотой. Водородные соединения элементов(-III), способность
к присоединению катиона водорода. Оксиды и гидроксиды элементов(III) и (V), сравнение
устойчивости и кислотно-основных свойств.
Азот. Особенности химии азота. Проблема связывания молекулярного азота. Гидриды
элементов группы VA: получение, строение молекул, свойства. Соли аммония. Жидкий
аммиак как растворитель. Гидразин, гидроксиламин, азотистоводородная кислота.
Галогениды элементов группы VA, получение и гидролиз. Аммиак, гидразин,
гидроксиламин строение молекул, связь со свойствами, физические свойства, получение,
растворение в воде, отношение к кислороду; гидраты - отношение к воде, взаимодействие
с кислотами Соли - строение катионов, гидролиз, термическая устойчивость,
растворимость, гидролиз. Окислительно-восстановительная способность соединений
азота в отрицательных степенях окисления. Азидоводород и азиды металлов - строение и
устойчивость, поведение в водном растворе. Кислородные соединения азота. Общая
характеристика оксидов, устойчивость, физические свойства. Оксид диазота, строение
7
молекулы, получение, свойства. Монооксид азота, строение молекулы, получение в
промышленности и лаборатории, отношение к кислороду; нитрозил и его соединения.
Азотноватистая кислота, гипонитриты. Триоксид диазота, строение молекулы,
термическая неустойчивость, отношение к воде и растворам щелочей, получение в
лаборатории.
Азотистая
кислота,
строение;
устойчивость,
окислительновосстановительные свойства нитритов металлов в кислотной среде, их гидролиз. Диоксид
азота, строение молекулы, димеризация, получение в лаборатории и промышленности,
отношение к воде и растворам щелочей. Пентаоксид диазота, строение молекулы,
получение, кислотные свойства. Азотная, азотистая кислоты и их соли: получение,
свойства и окислительно-восстановительная способность. Диаграмма Фроста для
соединений азота. Азотная кислота, строение, получение в промышленности,
окислительные свойства в зависимости от разбавления, понятие о “царской водке”.
Нитраты металлов, их термическое разложение, восстановление в растворе с помощью
атомарного водорода в кислотной и щелочной среде.
Фосфор. Особенности химии фосфора. Фосфор, аллотропия, химическая активность,
отношение к и растворам щелочей, взаимодействие с простыми веществами. Фосфин и
дифосфин, строение молекулы, отношение к кислороду, концентрированной азотной
кислоте. Кислородные соединения фосфора: оксиды, кислоты и их соли. Сравнение
свойств кислот фосфора в разных степенях окисления. Конденсированные фосфорные
кислоты и полифосфаты. Фосфиновая и фосфоновая кислоты, строение физические
свойства, устойчивость, поведение при нагревании, отношение к воде, получение; соли.
Восстановительные свойства соединений фосфора (+I и +III). Мета-, ди- и ортофосфорная
кислоты - строение и физические свойства, получение, поведение при нагревании,
отношение к воде. Ортофосфаты, гидро- и дигидроортофосфаты, их растворимость в воде
и гидролиз. Метафосфаты и полифосфаты. Галогениды фосфора(III) и (V), строение
молекул и физические свойства, взаимодействие с водой, применение.
Мышьяк, сурьма, висмут. Получение и свойства оксидов, кислот, солей. Оксиды мышьяка,
сурьмы и висмута, кислородсодержащие кислоты мышьяка и сурьмы и их соли. Сравнение
силы кислот в группе. Сульфиды и тиосоли. Окислительно-восстановительные свойства
кислородных соединений. Окислительные свойства висмутата натрия. Галогениды,
сульфиды.Применение простых веществ и соединений элементов VA группы. Удобрения.
Элементы группы VIA. Общая характеристика группы. Электронное строение атомов,
важнейшие степени окисления. Простые вещества, водородные соединения, оксиды и
кислородсодержащие кислоты, строение молекул, окислительно-восстановительная
способность. Получение в промышленности и в лаборатории. Особенности химии
кислорода. Строение молекулы кислорода, объяснение ее парамагнетизма. Кислород, озон,
строение молекулы, химические свойства, получение. Особенности химии кислорода.
Пероксид водорода, строение и физические свойства, отношение к воде, окислительновосстановительные свойства, получение. Простые вещества - строение, физические
свойства, получение. Отношение к простым веществам, воде, растворам кислот и
щелочей, взаимодействие с кислотами-окислителями. Классификация оксидов. Простые и
сложные оксиды, нестехиометрия оксидов. Гидроксиды и кислоты. Пероксиды,
супероксиды. Аллотропные модификации серы и их строение. Особенности химии серы,
селена и теллура. Политионовые кислоты и политионаты. Кислородные соединения
селена и теллура. Галогениды серы, селена и теллура. Сульфаны; сероводород,
селеноводород, теллуроводород - строение, физические свойства, устойчивость,
получение. Отношение к воде, растворам кислот и щелочей, аммиака, кислотамокислителям.
Соли
получение,
растворимость,
гидролиз.
Полисульфиды.
Восстановительные свойства. Диоксиды серы, селена, теллура, строение, физические
8
свойства, получение, отношение к воде. Сульфиты и гидросульфиты металлов, получение,
гидролиз. Окислительно-восстановительные свойства соединений +IV. Триоксид серы строение и физические свойства, взаимодействие с водой, растворами щелочей и
безводной серной кислотой, получение. Сравнение силы, устойчивости и окислительновосстановительных свойств кислородных кислот в группе. Серная кислота - строение и
физические свойства, взаимодействие с водой, получение в промышленности.
Окислительные свойства в разбавленном и концентрированном растворе. Дисерная
кислота, олеум, дисульфаты. Тиосерная кислота; тиосульфаты металлов - получение,
строение аниона, отношение к кислотам, йоду и хлору. Пероксокислоты серы и их соли получение и свойства. Кислородные соединение селена и теллура(VI). Галогениды серы,
селена и теллура. Применение простых веществ и соединений элементов VIА группы.
Элементы группы VIIA. Общая характеристика группы. Общая характеристика.
Электронное строение атомов галогенов, важнейшие степени окисления. Простые
вещества - строение молекул и физические свойства, окислительные свойства,
взаимодействие с водой, отношение к растворам кислот и щелочей, азотной кислоте.
Особенности химии фтора, астата, брома и йода. Окислительные свойства галогенов.
Соли. Взаимодействие галогенов с водой. Галогеноводороды, физические свойства,
получение, кислотные свойства в водном растворе, комплексообразование. Получение,
свойства. Фтороводород, строение молекулы, ассоциация в жидком состоянии, отношение
к воде, взаимодействие с диоксидом кремния. Закономерность изменения свойств
галогеноводородных кислот в группе. Классификация галогенидов. Восстановительные
свойства галогеноводородов и галогенидов металлов. Получение и свойства ионных и
ковалентных галогенидов. Оксиды и кислородсодержащие кислоты галогенов, строение,
устойчивость и физические свойства, окислительная способность, отношение к воде.
Соли, окислительные свойства, получение, термическое разложение. Межгалогенные
соединения: строение и свойства. Особенности оксидов хлора. Кислородсодержащие
кислоты галогенов и их соли. Сопоставление силы, устойчивости и окислительновосстановительных свойств кислородных кислот галогенов, диаграмма Фроста для
галогенов. Применение галогенов и их соединений. Получение галогенов в
промышленности и в лаборатории.
Элементы группы VIIIA.
Общая характеристика группы. Электронное строение атомов и реакционная способность,
физико-химические свойства простых веществ. Соединения благородных газов и природа
химической связи в них. Соединения аргона и ксенона. Гидраты благородных газов.
Фториды и кислородные соединения благородных газов. Применение благородных газов.
2.3. Химия d-элементов
Положение d-элементов в Периодической системе. Электронное строение и основные
степени окисления. Способность d-элементов к комплексообразованию. Закономерности
изменения свойств d-металлов в 4, 5 и 6 периодах. Природа d-сжатия и ее следствия.
Элементы IБ группы.
Общая характеристика. Электронное строение атомов, степени окисления, сравнение
устойчивости;
характеристика
оксидов
и
гидроксидов;
склонность
к
комплексообразованию. Простые вещества - физические свойства, отношение к
неметаллам, воде, растворам кислот и щелочей, концентрированным кислотам, царской
водке, перевод в раствор с комплексообразованием. Оксиды, гидроксиды и галогениды.
Изменение в устойчивости степеней окисления элементов в группе. Комплексные
соединения. Сопоставление элементов IА и IБ групп. Применение меди, серебра и золота.
9
Элементы IIБ группы.
Общая характеристика. Особенности подгруппы цинка в качестве промежуточной между
переходными и непереходными металлами. Оксиды, гидроксиды, галогениды и сульфиды.
Электронное строение атомов, степени окисления, сравнение устойчивости, реализация
степени окисления +1 у ртути; характеристика оксидов и гидроксидов; склонность к
комплексообразованию. Простые вещества - физические и токсикологические свойства,
отношение к неметаллам, воде, растворам кислот и щелочей, концентрированным
кислотам, перевод в раствор с комплексообразованием, получение. Химия соединений.
Оксиды и гидроксиды - получение, устойчивость, кислотно-основные свойства.
Амальгамы. Особенности соединений ртути в степени окисления. Способность к
комплексообразованию и основные типы комплексов цинка, кадмия и ртути. Соли;
основные комплексные соединения. Особенности химии Hg(I). Окислительновосстановительные свойства соединений Hg. Сопоставление элементов IIА и IIБ групп.
Применение цинка, кадмия и ртути.
Элементы группы IIIБ.
Общая характеристика группы. Электронное строение атомов, степени окисления.
Физико-химические свойства простых веществ, отношение к неметаллам, воде, кислотам.
Оксиды, гидроксиды, соли и галогениды металлов IIIБ группы – получение и свойства.
Типичные комплексные соединения. Сопоставление химии элементов IIIА и IIIБ групп.
Применение металлов и их соединений.
Элементы группы IVБ.
Общая характеристика группы. Электронное строение атомов, степени окисления,
сравнение устойчивости; характеристика оксидов и гидроксидов; склонность к
комплексообразованию. Простые вещества -физические свойства, отношение к
неметаллам, воде, растворам кислот и щелочей, концентрированным кислотам, получение.
Химия соединений. Оксиды и гидроксиды - получение, устойчивость, кислотно-основные
и окислительно-восстановительные свойства. Соли; основные комплексные соединения.
Оксиды и гидроксиды титана и циркония. Титанаты и цирконаты. Соли титанила и
цирконила. Галогениды. Способность к комплексообразованию. Закономерности в
стабильности различных степеней окисления. Влияние лантаноидного сжатия на свойства
гафния. Сопоставление металлов IVА и IVБ групп. Применение титана и циркония и их
соединений.
Элементы группы VБ.
Общая характеристика группы. Электронное строение атомов, степени окисления,
сравнение устойчивости; характеристика оксидов, гидроксидов и галогенидов; склонность
к комплексообразованию. Простые вещества - физические свойства, отношение к
неметаллам, воде, растворам кислот и щелочей, концентрированным кислотам, царской
водке, расплавам щелочей, получение. Химия соединений. Ванадаты, ниобаты и
танталаты. Способность к комплексообразованию и образованию кластеров.
Закономерности в стабильности различных степеней окисления. Диаграмма Фроста для
соединений ванадия. Сопоставление свойств соединений ванадия (V) и фосфора (V).
Применение ванадия, ниобия и тантала и их соединений. Оксиды и гидроксиды получение, устойчивость, закономерности в изменении кислотно-основных и
окислительно-восстановительных свойств по группе и по степеням окисления. Состояние
в растворе и в твердой фазе в зависимости от РН. V2O5 - получение, окислительные
свойства. Основные комплексные соединения, изополи- и пероксокомплексы. Галогениды.
Элементы группы VIБ.
10
Общая характеристика группы. Электронное строение атомов, степени окисления,
сравнение устойчивости; характеристика оксидов и гидроксидов, закономерности в
изменении кислотно-основных и окислительно-восстановительных свойств по группе и по
степеням окисления; склонность к комплексообразованию, изополи- и пероксокомплексы.
Простые вещества - физические свойства, отношение к неметаллам, воде, растворам
кислот и щелочей, концентрированным кислотам, расплавам щелочей с окислителем,
получение. Галогениды и сульфиды. Соединения хрома. Оксид и гидроксид хрома (II) получение и свойства Оксид и гидроксиды хрома(III)- получение, устойчивость, кислотноосновные и окислительно-восстановительные свойства. Соли; основные комплексные
соединения. Соединения хрома (IV). Соединения хрома(VI) - оксид- строение, физические
свойства, получение, устойчивость, отношение к воде. Изополикислоты, хромовая и
дихромовая кислота. Хроматы и дихроматы - растворимость, равновесие хромат дихромат, окислительные свойства. Кислородные соединения молибдена и вольфрама.
Сравнение свойств хромовой, молибденовой и вольфрамовой кислот и их солей.
Особенности комплексообразования. Кластеры. Бронзы. Поликислоты и их соли.
Пероксиды и пероксокомплексы. Окислительно-восстановительные свойства соединений
хрома, закономерности в стабильности различных степеней окисления. Сопоставление
химии элементов VIА и VIБ групп. Применение хрома, молибдена и вольфрама и их
соединений.
Элементы группы VIIБ.
Общая характеристика. Электронное строение атомов, степени окисления, сравнение
устойчивости; характеристика оксидов и гидроксидов, закономерности в изменении
кислотно-основных и окислительно-восстановительных свойств по группе и по степеням
окисления; склонность к комплексообразованию, изополи- и пероксокомплексы.
Диаграмма Фроста для соединений марганца. Марганец и рений - физические свойства,
отношение к неметаллам, воде, растворам кислот и щелочей, концентрированным
кислотам, расплавам щелочей с окислителем, получение. Химия соединений марганца.
Оксид и гидроксид Mn(II) - получение, устойчивость, кислотно-основные свойства, соли.
Зависимость устойчивости соединений от среды. Оксид и гидроксид Mn(III) -получение,
устойчивость, окислительные свойства. MnO2 - получение и свойства. Mn(VI), манганаты.
Mn2O7 - строение, физические свойства, получение устойчивость, отношение к воде.
Марганцевая кислота, перманганаты. Соединения рения. Стабильность соединений
марганца в различных степенях окисления. Особенности химии технеция и рения.
Рениевая кислота и перренаты. Сопоставление химии элементов VIIА и VIIБ групп.
Применение марганца и рения.
Элементы группы VIIIБ.
Общая характеристика группы. Электронное строение атомов, степени окисления,
сравнение устойчивости; семейство железа и платиновых металлов; характеристика
оксидов и гидроксидов, закономерности в изменении устойчивости, кислотно-основных и
окислительно-восстановительных свойств по группе и по степеням окисления; склонность
к комплексообразованию. Обоснование разделения элементов на семейства железа и
платиновые металлы. Элементы семейства железа получение и физико-химические
свойства железа, кобальта и никеля. Простые вещества, физико-химические свойства,
взаимодействие с кислородом и галогенами, отношение к воде, растворам кислот и
щелочей, кислотам-окислителям, пассивация. Оксиды и гидроксиды, галогениды и
сульфиды. Химия соединений. Общая характеристика кислородных соединений. Оксиды и
гидроксиды элементов в степенях окисления II и III - получение, устойчивость;
растворимость, кислотно-основные и окислительно-восстановительные свойства
гидроксидов. Соединения железа, кобальта и никеля в высших степенях окисления.
Комплексные соединения, особенности комплексов с d6-конфигурацией центрального
11
атома. Соли - растворимость, протолитические и окислительно-восстановительные
свойства катионов. Ферраты - получение и свойства. Комплексные соединения железа,
кобальта и никеля получение и свойства (аква-, ацидо-, амминкомплексы, карбонильные
комплексы, ферроцен). Коррозия железа и борьба с ней. Применение железа, кобальта и
никеля. Платиновые металлы: основные классы комплексных соединений платиновых
металлов. Оксиды и галогениды платиновых соединений. Применение платиновых
металлов.
2.4. Химия f-элементов
Общая характеристика f-элементов. Особенности строения электронных оболочек атомов.
Лантанидное и актинидное сжатие. Сходство и различие лантаноидов и актиноидов.
Внутренняя периодичность в семействах лантаноидов и актиноидов. Семейство
лантаноидов. Методы получения, разделения и физико-химические свойства металлов.
Степени окисления элементов и закономерности их изменения в ряду. Основные классы
химических соединений – получение и свойства. Комплексные соединения лантаноидов.
Особенности химии церия и европия. Сопоставление d- и f-элементов III группы.
Применение лантаноидов. Семейство актиноидов. Обоснование актиноидной теории.
Методы получения и физико-химические свойства актиноидов. Особенности разделения
актиноидов. Степени окисления актиноидов и закономерности их изменения в ряду.
Основные классы химических соединений актиноидов – получение и свойства.
Комплексные соединения актиноидов. Особенности химии тория и урана. Сопоставление
актиноидов с d-элементами 6-го периода. Применение актиноидов и их соединений.
Перспективы синтеза трансактиноидов.
2.5. Общие представления о физических методах исследования в
неорганической химии
Дифракционные методы исследования: рентгенофазовый и рентгеноструктурный анализы,
нейтронография, электронография. Спектральные методы исследования: электронные
спектры в видимой и УФ-области. Колебательная спектроскопия – ИК- и комбинационного
рассеяния. Спектроскопия ЭПР, ЯМР, ЯКР и резонансные. EXAFS-спектроскопия.
Спектроскопия циркулярного дихроизма. Исследования электропроводности и магнитной
восприимчивости. Исследования дипольных моментов. Импеданс-спектроскопия.
Мессбауровская спектроскопия. Оптическая и электронная микроскопия. Локальный
рентгено-спектральный анализ. Термогравиметрия и масс-спектрометрия. Исследование
поверхности методами рентгено- и фотоэлектронной спектроскопии, оже-спектроскопии.
Термический анализ. Масс-спектрометрия. Хроматография.
Основная литература
1.Третьяков Ю.Д., Мартыненко Л.И., Григорьев А.Н., Цивадзе А.Ю.
Неорганическая химия. Часть 1. М.: Химия.2001.
2.Третьяков Ю.Д., Мартыненко Л.И., Григорьев А.Н., Цивадзе А.Ю.
Неорганическая химия. Часть 2. М.: Химия.2001.
3. Б.Д.Степин, А.А.Цветков. Неорганическая химия. М. Высш. Школа, 1991.
4. Р.А.Лидин, В.А.Молочко, Л.Л. Андреева. Химические свойства неорганических
веществ. М., Химия, 1996; 1997 (2-е изд.)
12
5. Реми. Курс неорганической химии. М., Мир, 1969, Т 1 и 2.
6. Ф.Коттон, Дж. Уилкинсон. Современная неорганическая химия, М., Мир, 1969,
тт.1-3.
7. Соединения переменного состава, под ред. Б.В.Ормонта, М.-Л., Химия, 1969.
8. И.Б.Берсукер, Строение и свойства координационных соединений, Л., Химия,
1976.
9. К.Б.Яцимирский, В.К.Яцимирский, Химическая связь, Киев, Вища школа, 1975.
10.Р.Гилеспи. Геометрия молекул, М., Мир, 1975.
11.М.Х.Карапетьянц. Химическая термодинамика, М., Высшая школа, 1976.
12.Н.Хенней. Химия твердого тела, М., Мир, 1971.
13.Р.Драго. Физические методы в неорганической химии, М., Мир, 1967.
14.Химия и технология редких и рассеянных элементов. В 3 томах. Под ред. К.А.
Большакова. М., Мет-я, 1969-1972.
Дополнительная литература
Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия. 3-е изд. М.: Высш. шк., 1998.
Карапетьянц М.Х., Дракин С.И. Общая и неорганическая химия. М.: Химия, 2001. Коттон
Ф., Уилкинсон Дж. Современная неорганическая химия. Т. 1—3. М.: Мир, 1969.
Суворов А.В., Никольский А.Б. Общая химия. М.: Мир, 1997.
Неорганическая химия / Ю.Д. Третьяков, Л.И. Мартыненко, А.Н. Григорьев, А.Ю.
Цивадзе. Т. 1, 2. М.: Химия, 2001.
Хьюи Дж. Неорганическая химия: строение вещества и реакционная способность. М.:
Химия, 1987.
Гиллеспи Р, Харгиттаи И. Модель отталкивания электронных пар валентной оболочки и
строение молекул. М.: Мир, 1992.
Джонсон Д. Термодинамические аспекты неорганической химии. М.: Мир, 1985. Драго А.
Физические методы в химии. Т. 1, 2. М.: Мир, 1981.
Карапетьянц М.Х., Дракин С.И. Строение вещества. М.: Высш. шк., 1978.
Костромина Н.А., Кумок В.Н., Скорик Н.А. Химия координационных соединений. М.:
Высш. шк., 1990.
Кукушкин Ю.Н. Химия координационных соединений. М.: Высш. шк., 2001. Некрасов
Б.В. Основы общей химии. Т. 1, 2. М.: Химия, 1972—1973.
Пиментел Дж., Кунрод Дж. Возможности химии сегодня и завтра. М.: Мир, 1992.
Полторак О.И., Ковба Л.М. Физико-химические основы неорганической химии. М.: Изд-во
МГУ, 1984.
Спицын В.И., Мартыненко Л.И. Неорганическая химия. Т. 1, 2. М.: Изд-во МГУ, 1991,
1994. Турова Н.Я. Неорганическая химия в таблицах. М.: ВХК РАН, 1999.
Угай Я.А. Общая и неорганическая химия. М.: Высш. шк., 2001. Уэллс А. Структурная
неорганическая химия. Т. 1–3. М.: Мир, 1987.
Фримантл М. Химия в действии. Т. 1, 2. М.: Мир, 1991.
13