Введение. 
Химия

Химия — наука о превращениях веществ. Химия прочно связана со всеми другими науками. Все процессы, происходящие в окружающем нас мире и внутри нас, сопровождаются превращениями веществ.

Биологические и геологические процессы, жизнь в любых ее проявлениях (мышление и поведение человека, действие лекарств, питание), климат и погода, производство любых материалов — все это обусловлено химической природой мироздания.

Предложено несколько классификаций химических знаний. Одна из них — по составляющим химию учениям. Химия состоит из трех главных учений: о направлении химических реакций {химическая термодинамика), о скорости химических реакций {химическая кинетика) и о строении вещества. Для облегчения изучения огромного числа неорганических веществ вводится еще одно учение — о периодическом изменении свойств элементов (рис. В1).

Эти учения теснейшим образом связаны между собой, поэтому, изучая материал одного учения, мы будем по возможности чаще и больше привлекать положения других учений. Такой подход называется многосторонним рассмотрением изучаемого объекта. Постарайтесь и вы в будущем не только в химии, но во всех изучаемых вами науках пользоваться многосторонним рассмотрением, привлекая к решению какого-либо вопроса максимальное количество имеющихся у вас знаний.

Каждая наука имеет свои цели. Цель химии — получение нужных человеку веществ и энергии для поддержания температуры в помещении и передвижения транспорта. К сожалению, большинство реакций сопровождается образованием ненужных и часто вред;

Рис. В1. Система курса химии — алгоритм для описания химических реакций и свойств элементов.

ных веществ. Уменьшение их количества или поиск путей получения из них других полезных нам веществ — одна из задач современной химии.

Данный учебник предназначен для студентов, обучающихся по естественно-научным направлениям и специальностям. Им могут пользоваться также учащиеся старших классов.

В учебнике особое внимание уделено вопросам термодинамики и кинетики химических реакций. В этом курсе химии впервые представлены вопросы новой области химических знаний, крайне важной для специалистов естественных наук, — открытые и неравновесные системы (образование упорядоченных структур при неравновесном состоянии системы, химическая и биологическая эволюция, флуктуации и бифуркации и т. п.). Химия элементов рассматривается во всех темах учебника.

В данном учебнике не повторяется школьный курс химии. Предполагается, что студенты, изучающие данный учебник, обладают основными знаниями по химии в рамках названий классов веществ (оксиды, основания, кислоты, гидроксиды, соли), составления уравнений реакций и подбора стехиометрических коэффициентов.

В учебнике не используются некоторые понятия, которые можно встретить в других учебниках химии, — степень окисления, электроотрицателыюсть, экзотермические и эндотермические реакции, метод электронного баланса, молекулыюе написание уравнений реакций электролитов в водных растворах. Валентность рассматривается стехиометрическая и спиновая. Зависимость скорости химических реакций от концентрации дается не в степени стехиометрических коэффициентов. В учебнике нет подробного изложения органической химии, но в качестве иллюстрации отдельных моментов используются примеры органических соединений.

При чтении учебника вы встретите много вопросов по излагаемому материалу, которые задаются, чтобы читатель мог недолго подумать над ответом и тем самым развить свое творческое мышление. Все вопросы в главах прнумерованы.

В начале каждой главы учебника приводятся знания, которые приобретает студент в результате ее изучения.

Знания — э го представление о чем-либо, необходимое для усвоения содержания курса химии: законы, правила, принципы, теоретические положения. Знания и умения обязательно выражаются студентом устной и письменной речью. В знания включены теоретические представления курса и умения как составная часть знаний, заключающаяся в способности произвести расчет по уравнению, поставить химический эксперимент, составить таблицу данных, нарисовать график и т. п.

В результате изучения материалов данного учебника студенты должны:

знать

• • основные законы химии;
• • электронное строение атома;
• • виды, свойства и механизмы образования химической связи;
• • закономерности изменения свойств химических элементов по периодам и группам периодической системы;
• • основы химической термодинамики и кинетики химических процессов;
• • особенности строения и свойства дисперсных систем;
• • особенности электрохимических процессов в растворах;
• • особенности строения и свойства комплексных соединений;
• • особенности строения и свойства кристаллов;

уметь

• • составлять химические формулы веществ, уравнения химических реакций и производить расчеты по ним;
• • характеризовать свойства веществ в газообразном, жидком и твердом состоянии;
• • пользоваться периодической таблицей химических элементов при расчетах;
• • составлять электронные и графические формулы атомов и определять значения квантовых чисел электронов атома элемента;
• • определять тепловой эффект процессов, возможность протекания химических реакций;
• • рассчитывать константу равновесия для обратимых процессов;
• • решать задачи на способы выражения состава растворов;
• • определять направленность реакций в растворах электролитов;
• • определять строение коллоидной частицы и объяснять механизм возникновения и строение двойного электрического слоя на поверхности коллоидных частиц;
• • расставлять коэффициенты в оксилительно-восстановительных реакциях;
• • вычислять электродный потенциал металла в растворе соли разной концентрации, рассчитывать ЭДС гальванического элемента;
• • определять заряды комплексообразователя, лигандов и комплексного иона, координационное число комплексообразователя;

владеть

• • теоретическими основами химической науки;
• • способами проведения расчетов по химическим формулам и уравнениям химических реакций с применением знаний основных законов химии;
• • основными представлениями о периодических и непериодических зависимостях свойств химических элементов и их соединений;
• • методами анализа химической связи;
• • способами решения задач по химической термодинамике и химической кинетике;
• • представлениями о природе и свойствах молекулярных и ионных растворов;
• • способами составления уравнений гидролиза солей;
• • представлениями о процессах окисления и восстановления;
• • методами расстановки коэффициентов в уравнении реакции;
• • навыками составления структурных формул изомеров предложенного вещества.

Данный учебник следует изучать совместно с книгой практикума, который соответствует главам данного учебника и содержит практические задания и описание лабораторных работ. Также в практикуме приведены основные термодинамические характеристики многих веществ, константы и другие параметры, требующиеся для решения задач по химии.

Автор сердечно благодарен своей жене Ольге Мартыновне, создавшей исключительно благоприятную домашнюю обстановку для работы над этим учебником, и своим сыновьям Илюше и Косте, помогавшим в этой работе.

Автор будет рад получить замечания и пожелания по адресу: 119 992, Москва, МГУ, химический факультет, кафедра общей химии, лаборатория научных основ обучения химии.