МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени ШАКАРИМА города СЕМЕЙ Документ СМК 3 уровня УМКД УМКД 042-18-10.1.86 /01-2014 УМКД Редакция № 1 программа дисциплины от 11.09.2014 г. «Теоретические аспекты неорганической и координационной химии» для преподавателя УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДИСЦИПЛИНЫ «Теоретические аспекты неорганической и координационной химии» для специальности 6М060600 – «Химия» ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ ДЛЯ ПРЕПОДАВАТЕЛЯ Семей 2014 УМКД 042-18-10.1.86/01-2014 Ред. № 1 от 11.09.2014 г. Страница 2 из 13 Предисловие 1 РАЗРАБОТАНО Составитель ________ « 29 » д.х.н., профессор кафедры «Химия» 08 2014 г. С.Е. Кудайбергенов, 2 ОБСУЖДЕНО 2.1 На заседании кафедры «Химия» Протокол от « 29 » 08 2014 года, № 1 Заведующий кафедрой ________ Б.Х. Мусабаева 2.2 На заседании технологического факультета Протокол от « 05 » учебно-методического 09 бюро инженерно- 2014 года, № 1 Председатель ________ С.С. Толеубекова 3 УТВЕРЖДЕНО Одобрено и рекомендовано к методического совета университета Протокол от « 11 » 09 изданию 2014 года, № 1 Председатель УМС ________ Г.К. Искакова 4 ВВЕДЕНО ВПЕРВЫЕ на заседании Учебно- УМКД 042-18-10.1.86/01-2014 Ред. № 1 от 11.09.2014 г. Страница 3 из 13 Содержание 1 2 3 4 5 6 7 Область применения Нормативные ссылки Общие положения Содержание учебной дисциплины (модуля) Перечень тем для самостоятельной работы обучающихся Карта обеспеченности учебно-методической литературой Литература 4 4 4 6 10 10 12 УМКД 042-18-10.1.86/01-2014 Ред. № 1 от 11.09.2014 г. Страница 4 из 13 1 ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ Программа дисциплины для преподавателя, входящая в состав учебнометодического комплекса, по дисциплине «Теоретические аспекты неорганической и координационной химии», предназначена для обучающихся специальности «6М060600» – «Химия». 2 НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ Настоящая программа дисциплины для преподавателя устанавливает порядок организации учебного процесса по дисциплине «Теоретические аспекты неорганической и координационной химии» в соответствии с требованиями и рекомендациями следующих документов: - Государственный общеобязательный стандарт послевузовского образования РК, постановление № 1080 от 23 августа 2012 года; - Каталог элективных дисциплин специальности «6М0606000» – «Химия» от 13.04.2014 г.; - СТУ 042-ГУ-4-2014 Стандарт университета «Общие требования к разработке и оформлению учебно-методических комплексов дисциплин»; - ДП 042-1.01-2014 Документированная процедура «Структура и содержание учебно-методических комплексов дисциплин». 3 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ 3.1 Краткое содержание дисциплины: Дисциплина «Теоретические аспекты неорганической и координационной химии» является одним из основных курсов по выбору, входящих в цикл дисциплин и изучается во 2 семестре на 1 курсе обучения. Химия координационных соединений, развившаяся на базе неорганической химии и представляющая собой важнейшее направление химической науки, успешно использует важнейшие концепции строения и реакционной способности вещества. Теоретические аспекты химии координационных соединений и сами координационные соединения широко используются практически во всех отраслях химической науки: аналитической и органической химии, биохимии, катализе, электрохимии, фотохимии, теории растворов и т.д. Ее результаты и достижения оказывают существенное влияние на развитие и решение как фундаментальных, так и практических задач общества и используются во многих сферах жизнедеятельности человечества: в промышленном и сельскохозяйственном производствах, в решении экологических задач, в медицине, в пищевой промышленности. В связи с этим развитие теоретических и экспериментальных основ химии координационных соединений как междисциплинарной науки имеет общехимическое и, в целом, общенаучное значение. УМКД 042-18-10.1.86/01-2014 Ред. № 1 от 11.09.2014 г. Страница 5 из 13 Данный курс предусматривает изучение терминологии, номенклатуры и изомерии координационных соединений, теории строения координационных соединений; рассматривает устойчивость, реакционную способность, термодинамику координационных соединений, классы координационных соединений и синтез; излагает методические особенности исследования координационных соединений. 3.2 Цель изучения дисциплины: - приобретение знаний о современных концепциях, теориях и практических направлениях неорганической и координационной химии; получение представлений о современных прикладных проблемах и тенденциях в развитии неорганической и координационной химии. 3.3 Основная задача изучения дисциплины: - углубление теоретической и п р ак ти ч е с ко й подготовки в области неорганической и координационной химии (рассмотрение основных понятий неорганической и координационной химии; изучение номенклатуры, строения и свойств координационных соединений; ознакомление с методиками их синтеза, очистки и идентификации; освоение и углубление знаний по термодинамическому и кинетическому описанию реакций комплексных частиц; формирование представлений об использовании координационных соединений в различных областях человеческой жизни, современной науки и техники). 3.4 Результаты обучения: В результате изучения дисциплины обучающийся должен: - знать основные концепции, теории и направления неорганической и координационной химии; - владеть навыками синтеза и идентификации неорганических соединений с заранее заданными свойствами, навыками свободного ориентирования в проблемах координационной химии при решении практических задач; - усвоить способы описания химической связи в неорганических и координационных соединениях, способы расчета устойчивости координационных соединений; - уметь проводить описание и расчеты энергетических уровней простых и многоатомных молекул; - понимать современное состояние химии координационных соединений, практическое применение координационных соединений и процессов комплексообразования; - иметь представление о важнейших классах координационных соединений, их реакционной способности, их состоянии в растворе, их роли в науке и технике; - приобрести систематизированное представление об образовании химической связи, методах синтеза, исследования состава, структуры и физикохимических свойств веществ координационной природы. 3.5 Пререквизиты курса: УМКД 042-18-10.1.86/01-2014 Ред. № 1 от 11.09.2014 г. Страница 6 из 13 Неорганическая химия, Физическая химия, Органическая химия. 3.6 Постреквизиты курса: Медико-биологические полимеры, Механизм образования макромолекул, Методы получения и исследования полимеров, Физико-механические свойства полимеров. 3.7 Выписка из рабочего учебного плана: Курс Семестр 1 2 Креди ты ЛК час. СПЗ час. ЛБ час. СРОП час. СРО час. 3 30 15 - 23 67 Таблица 1 Все Форма го итогового час. контроля 135 экзамен 4 СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ (МОДУЛЯ) Таблица 2 Наименование тем и их содержание Количество часов 1 2 МИКРОМОДУЛЬ 1 «ОБЩИЕ ВОПРОСЫ НЕОРГАНИЧЕСКОЙ И КООРДИНАЦИОННОЙ ХИМИИ» 1 2 Лекционные занятия Введение. 2 Понятие о неорганических и координационных соединениях. Терминология неорганической и координационной химии. Номенклатура неорганических и координационных соединений. Теории неорганической и координационной химии. Координационная теория Вернера. Методы неорганической и координационной химии. Классификация неорганических и комплексных соединений. 1 Классификация комплексных соединений по типу центрального атома, по устойчивости комплексов, по типу координируемых лигандов, по специфике строения, по характеру связывания. Практические занятия Понятия и теории неорганической и координационной химии 2 МИКРОМОДУЛЬ 2 «МОДЕЛИ ХИМИЧЕСКОЙ СВЯЗИ В НЕОРГАНИЧЕСКИХ И КООРДИНАЦИОННЫХ СОЕДИНЕНИЯХ» УМКД 042-18-10.1.86/01-2014 Ред. № 1 от 11.09.2014 г. Страница 7 из 13 1 Лекционные занятия Ионно-ковалентные и электростатические представления. Ионная связь. Ковалентная связь. Размер ионов. Ионные и кристаллические радиусы. Концепция эффективного атомного номера. Энергии кристаллической решетки. Теория отталкивания электронных пар валентной оболочки. Алгоритм расчета по теории Гиллеспи. Ограничения модели Гиллеспи. Достоинства и недостатки электростатических теорий. Классическая теория химического строения. Постулаты классической теории. Критерий существования молекулы. Валентность. Квантово-механические модели. Метод валентных схем (валентных связей). Теория кристаллического поля. «Кристаллические» поля. Энергии стабилизации кристаллическим полем. Теория поля лигандов. Практические занятия Химическая связь в неорганических и координационных соединениях МВС. Теория кристаллического поля ММО. Теория поля лигандов МИКРОМОДУЛЬ 3 «ОБЩИЕ СВОЙСТВА КООРДИНАЦИОННЫХ СОЕДИНЕНИЙ» Лекционные занятия Геометрия неорганических и координационных соединений. Изомерия неорганических и координационных соединений. Типы изомерии координационных соединений: гидратная, ионизационная, координационная (в т.ч. координационная полимерия), структурная, изомерия связи, геометрическая, оптическая и конформационная. Влияние типа изомерии координационного соединения на его физико-химические свойства. Стереохимия комплексных соединений. Эффекты Яна - Теллера. Геометрия координационных полиэдров и их форма. Факторы, влияющие на строение координационных полиэдров. Стерические эффекты. Природа центрального атома и лигандов. Структура координационных соединений непереходных элементов. Щелочные и щелочноземельные металлы как комплексообразователи. Типы образуемых комплексов и их устойчивость. Координационные соединения p-элементов. Устойчивость координационных соединений. Комплексные соединения в растворах. Прямая и обратная 2 2 2 1 1 1 3 2 3 УМКД 042-18-10.1.86/01-2014 Ред. № 1 от 11.09.2014 г. Страница 8 из 13 1 задачи теории химических равновесий в растворе. Константы устойчивости: математическое моделирование. Энтальпийный и энтропийный вклады в константы устойчивости. Закономерности в устойчивости координационных соединений. Особенности комплексообразования редкоземельных элементов (РЗЭ). Закономерности изменения устойчивости и строения координационных соединений в ряду РЗЭ, роль "лантаноидного" сжатия. Внешнесферные катионы и устойчивость твердых комплексных соединений. Модель «взаимного влияния». Термическая устойчивость комплексных соединений. Реакционная способность координационных соединений. Описание реакционной способности. Общее теоретическое описание химического взаимодействия. Свойства потенциальных поверхностей. Симметрия и направление реакций. Теория взаимного влияния. Кислотно-основные превращения координационных соединений. Кислотно-основные свойства комплексных соединений. Концепция кислот и оснований Льюиса. Теория жестких и мягких кислот и оснований. Льюисовская кислотность в реакциях фторидов ксенона. Окислительно-восстановительные реакции координационных соединений. Классификация окислительно-восстановительных реакций. Внешнесферный механизм. Теория Маркуса - Хаша. Перекрестное соотношение Маркуса. Внутрисферный механизм. Специальные окислительно-восстановительные реакции. Влияние среды на скорость химических реакций. Классификация растворителей. Координационные свойства растворителей. Донорная сила растворителя. Образование комплексов в растворах. Описание редокс-реакций в растворителе. Взаимодействие ионов с растворителем. Перенос электрона. Реакции «перезарядки». Реакции с изменением координационной сферы комплекса. Гетерогенные реакции. Реакции окислительного фторирования. Практические занятия Изомерия координационных соединений Классы комплексообразователей Лиганды координационных соединений 2 2 2 2 3 1 1 1 УМКД 042-18-10.1.86/01-2014 Ред. № 1 от 11.09.2014 г. Страница 9 из 13 1 Образование комплексов: термодинамический аспект Реакционная способность координационных соединений Комплексообразование в растворе МИКРОМОДУЛЬ 4 «СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ КООРДИНАЦИОННОЙ ХИМИИ» Лекционные занятия Методические особенности исследования координационных соединений. Теоретическое и экспериментальное использование физических методов исследования. Методические особенности исследования химической индивидуальности твердых комплексов и растворных систем. Химические и физические методы состояний окисления центрального иона. Основы синтеза координационных соединений. Стратегия синтеза координационных соединений. Прямые и косвенные пути синтеза. Термодинамически и кинетически контролируемые реакции синтеза. Примеры синтеза координационных соединений с монодентатными, хелатными и макроциклическими лигандами. Особенности синтеза полиядерных соединений. Темплатный синтез комплексных частиц. Методы синтеза, связанные с замораживанием равновесий комплексообразования. Окисление или восстановление доминирующего комплекса в системе комплексных частиц. Прикладные аспекты координационной химии. Координационные соединения в живых организмах. Биометаллы, их краткая характеристика. Понятие о биокоординационной химии. Бикомплексы и биокластеры. Биокомплексы с анионами неорганических кислот. Биокомплексы с аминокислотами и белками. Биокомплексы с порфиринами. Токсичность металлов: роль комплексообразования. Основные аспекты применения координационных соединений. Комплексные соединения платины как противоопухолевые препараты. Проблемы разработки лекарственных форм на их основе. Применение летучих координационных соединений в технологии получения материалов из газовой фазы (MOCVD). Основные разновидности материалов, получаемых по технологии CVD. Перспективы применения гетероядерных соединений при синтезе многокомпонентных материалов. Особенности различных способов перевода комплексных соединений в пар, 2 1 2 1 2 2 2 УМКД 042-18-10.1.86/01-2014 Ред. № 1 от 11.09.2014 г. Страница 10 из 13 1 выбор оптимального способа в соответствии с природой комплекса. Комплексы в гальванотехнике, аналитической химии и др. областях. Практические занятия Методы исследования в координационной химии Основы синтеза координационных соединений Прикладное значение координационной химии 2 1 1 1 5 ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ ОБУЧАЮЩИХСЯ 5.1 Решение расчетных задач по теме «Номенклатура и изомерия комплексов». 5.2 Решение расчетных задач по теме «Химическая связь в координационных соединениях». 5.3 Решение расчетных задач по теме «Устойчивость и реакционная способность комплексных соединений». 5.4 Решение экспериментальных задач по теме «Синтез координационных соединений, очистка, анализ, изучение состава и свойств синтезированных координационных соединений». Буков Н.Н. Координационная химия d- и f-элементов с полидентатными лигандами: синтез, строение и свойства: автореферат дис. ... доктора химических наук: 02.00.01. – 31 с. [Электрон. ресурс]. – 2014. – URL: https://dvs.rsl.ru 6 КАРТА ЛИТЕРАТУРОЙ ОБЕСПЕЧЕННОСТИ УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЙ Таблица 3 Процент обеспеченности 4 Наименование учебников, учебнометодических пособий Количество экземпляров Количество обучающихся 1 Киселев Ю.М. Химия координационных соединений/ Учебник и задачник для бакалавриата и магистратуры М.: Издательство Юрайт, 2014. - 657 с. [Электрон. ресурс]. – 2014. – URL: https:// biblio-online.ru Киселев Ю.М., Добрынина Н.А. Химия координационных соединений/ Учебное пособие. - М.: Академия, 2007. - 352 с. 1 2 3 1 1 100 2 3 4 УМКД 042-18-10.1.86/01-2014 Ред. № 1 от 11.09.2014 г. Скопенко В.В., Цивадзе А.Ю., Савранский Л.И., Гарновский А.Д. Координационная химия. – М.: ИКЦ Академкнига.- 2007.488 с. Соколов М.Н., Гущин А.Л., Самсоненко Д.Г. Координационная химия. Часть 1. Электронное строение, устойчивость, механизмы реакций, неводные растворители/ Учебное пособие. - Изд-во НГУ, 2013. - 161 с. Соколов М.Н., Самсоненко Д.Г. Координационная химия. Часть II: Металлоорганические соединения, катализ с участием комплексов переходных металлов, кластерные соединения/ Учебное пособие. - Изд-во НГУ, 2011. - 194 с. Гельфман М.И., Юстратов В.П. Неорганическая химия. Комплексные соединения: Учебное пособие. Кемеровский технологический институт пищевой промышленности. Кемерово, 2004. – 112 с. Ашуйко В.А. Курс лекций по химии комплексных соединений. - Минск: БГТУ, 2011. - 130 с. Луцкий Д.Л., Николаев А.А. Координационные соединения. - М.: «Академия естествознания», 2005. – 76 с. Сафронова Е., Решетников С. Номенклатура комплексных соединений. Методическая разработка по курсу «Современные проблемы химии». – Ижевск: «УдГУ», 2011. – 26 с. Березин Б.Д., Ломова Т.Н. Реакции диссоциации комплексных соединений. Институт химии растворов РАН. - М.: Наука, 2007. - 278 с. Буков Н.Н. Координационная химия dи f-элементов с полидентатными лигандами: синтез, строение и свойства: автореферат дис....доктора 1 Страница 11 из 13 1 1 100 1 1 100 1 1 100 1 1 100 1 1 100 1 1 100 1 1 100 1 1 100 2 3 4 УМКД 042-18-10.1.86/01-2014 Ред. № 1 от 11.09.2014 г. химических наук: 02.00.01. – 31 с. [Электрон. ресурс]. – 2014. – URL: https://dvs.rsl.ru Дроздов А.А., Зломанов В.П. Неорганическая химия. В 3т. Т.2. Химия непереходных элементов. - 2011. – 368 c. Дроздов А.А., Зломанов В.П. Неорганическая химия. В 3т. Т.3. Химия непереходных элементов. - 2008. - 400 c. Страница 12 из 13 1 1 100 1 1 100 7 ЛИТЕРАТУРА 7.1 Основная литература 7.1.1 Киселев Ю.М. Химия координационных соединений/ Учебник и задачник для бакалавриата и магистратуры М.: Издательство Юрайт, 2014. - 657 с. [Электрон. ресурс]. – 2014. – URL: https:// biblio-online.ru 7.1.2 Киселев Ю.М., Добрынина Н.А. Химия координационных соединений/ Учебное пособие. - М.: Академия, 2007. - 352 с. 7.1.3 Скопенко В.В., Цивадзе А.Ю., Савранский Л.И., Гарновский А.Д. Координационная химия. – М.: ИКЦ Академкнига.- 2007.- 488 с. 7.1.4 Соколов М.Н., Гущин А.Л., Самсоненко Д.Г. Координационная химия. Часть 1. Электронное строение, устойчивость, механизмы реакций, неводные растворители/ Учебное пособие. - Изд-во НГУ, 2013. - 161 с. 7.1.5 Соколов М.Н., Самсоненко Д.Г. Координационная химия. Часть II: Металлоорганические соединения, катализ с участием комплексов переходных металлов, кластерные соединения/ Учебное пособие. - Изд-во НГУ, 2011. - 194 с. 7.1.6 Гельфман М.И., Юстратов В.П. Неорганическая химия. Комплексные соединения: Учебное пособие. Кемеровский технологический институт пищевой промышленности. Кемерово, 2004. – 112 с. 7.2 Дополнительная литература 7.2.1 Ашуйко В.А. Курс лекций по химии комплексных соединений. - Минск: БГТУ, 2011. - 130 с. 7.2.2 Луцкий Д.Л., Николаев А.А. Координационные соединения. - М.: «Академия естествознания», 2005. – 76 с. 7.2.3 Сафронова Е., Решетников С. Номенклатура комплексных соединений. - Методическая разработка по курсу «Современные проблемы химии». – Ижевск: «УдГУ», 2011. – 26 с. 7.2.4 Березин Б.Д., Ломова Т.Н. Реакции диссоциации комплексных соединений. - Институт химии растворов РАН. - М.: Наука, 2007. - 278 с. 7.2.5 Буков Н.Н. Координационная химия d- и f-элементов с полидентатными лигандами: синтез, строение и свойства: автореферат УМКД 042-18-10.1.86/01-2014 Ред. № 1 от 11.09.2014 г. Страница 13 из 13 дис. ... доктора химических наук: 02.00.01. – 31 с. [Электрон. ресурс]. – 2014. – URL: https://dvs.rsl.ru. 7.2.6 Дроздов А.А., Зломанов В.П. Неорганическая химия. В 3т. Т.2. Химия непереходных элементов. - 2011. – 368 c. 7.2.7 Дроздов А.А., Зломанов В.П. Неорганическая химия. В 3т. Т.3. Химия непереходных элементов. - 2008. - 400 c.