Курс «Неорганическая химия» Лектор: Третьяков Юрий Дмитриевич Расписание лекций: вторник – 10:50 – 12:25 пятница – 10:50 – 12:25 Электронная версия лекций. - презентация

1

2 Курс «Неорганическая химия» Лектор: Третьяков Юрий Дмитриевич Расписание лекций: вторник – 10:50 – 12:25 пятница – 10:50 – 12:25 Электронная версия лекций находится на сайте в разделе библиотека – учебные материалы

3 Воспитательное стихотворение Воспитательное стихотворение (Эдуард Успенский – создатель брэнда «Чебурашка») Когда гуляю пешком по поселку И вижу розарий, альпийскую ёлку, Дом, фонари, провода, Летнюю мебель, столы для пинг-понга, Сенокосилку, цветы из Гонконга, Я рассуждаю тогда: - Сколько же, сколько же надо учиться, Рано вставать Или поздно ложиться, Над книгами сколько корпеть, Чтоб все это тоже иметь. Когда я на лыжах с собакой катаюсь И на высокий забор натыкаюсь, А за забором прием – Музыка, свет, королевы и дамы… Корреспонденты, огни для рекламы, Столики с разным питьем… Я понимаю, чтоб это иметь, Чтоб наслаждаться подобным забором, Музыкой, дамами и разговором… Надо все время корпеть, Нужно учиться и очень серьезно, Рано вставать, Засыпать очень поздно И никогда не болеть. Когда я катаюсь на велосипеде, О, юноша мой дорогой, Мне часто встречаются юные леди И каждая лучше другой. Смотрю я на них продолжительным взглядом, Дивлюсь их походке Уму и нарядам… И знаю, чтоб с ними дружить, Надо всегда на пятерки учиться, Надо к вершинам науки стремиться, Жизнь к их ногам положить. Эх, почему же я так не учился, С книгами вместе в кровать не ложился, С лекций в кино убегал? Я бы сейчас не стоял у заборов, Был бы участником тех разговоров И этих стихов не слагал.

4 Правила поведения Не опаздывать на лекцию Отключить сотовые телефоны в аудитории Поздороваться с лектором Не шуметь и не разговаривать во время лекции

5 Советы Регулярно посещать лекции самое главное Записать в тетради лишь самое главное понять Стремиться понять лектора Учиться не только по лекциям, использовать также учебники и Internet 1.Неорганическая химия, под редакцией академика Ю.Д. Третьякова том I, Физико-химические основы неорганической химии, Ю.Д. Третьяков, Л.И. Мартыненко, А.Г. Григорьев, Неорганическая химия, т. I и II, 2006 г.

6 Признаки химической реакции изменение цвета (J 2 и крахмал, Fe 3+ и роданиды, «лисий хвост», KMnO 4 ) появление запаха (бром, H 2 S, SO 2, меркаптаны) изменение вкуса («инвертированный сахар») выпадение осадка (PbJ 2, BaSO 4, AgJ, «берлинская лазурь») свечение (люминол, «синглетный кислород») увеличение объема (фараонова змея, сахар + олеум) выделение тепла, разогревание, взрыв (H 2 SO 4 + H 2 O или H 2 O+H 2 SO 4, алюмотермия, фосфор и бертолетова соль, H 2 + O 2 : «комарик», «трехйодистый азот», «оксиликвиты» ) поглощение тепла, охлаждение (растворение роданида, нитрата аммония, тиосульфата натрия – сольватация?) возникновение э.д.с. …

7 «…Широко простирает химия руки свои в дела человеческие…» «…Широко простирает химия руки свои в дела человеческие…» Выделение газа, изменение окраски, образование осадка, изменение массы реагентов и продуктов Химические реакции – участие «электронных оболочек» Ядерные реакции (физика) – участие ядерных оболочек

8 Необычные химические воздействия и превращения Механохимия SnO 2 + C = Sn + CO 2 4Al + 3CO 2 = 2Al 2 O 3 + 3C СВС SrO 2 + WO 2 = SrWO 4 CaO 2 + MoO 2 = CaMoO 4 Ультразвук CO + H 2 HCOH (формальдегид) В воде Плазмохимия 2Ti + N 2 = 2TiN (зубы, собор) Лазерная химия 2NH 3 + CO 2 = H 2 NCOONH 4 (мочевина) CO 2 – лазер (10.6 мкм) Радиационная химия

9 Криохимия – «матричный» синтез +BF 3 +BF 3 77 K 77 K 220 K +PCl 3 77 K HCHC 77 K, 243 K 343 K B2F4B2F4 B3F5B3F5 B 8 F 12 (BF 2 ) 3 · B · PCl 3 BF CH = CH(BF 2 ) F B CH = CH(BF 2 ) CH=CH F B B F CH=CH

10 Особенности химического творчества Манхэттенский проект атомная бомба Проект Апполон человек на луне Результат деятельности крупных коллективов «Гамлет» результат индивидуального «Мона Лиза»творчества Химическое творчество непредсказуемый поиск, архитектура химических факультетов. «Химия сама создает предмет своего исследования» - Бертло. Откуда берет начало химия? Первобытный человек – огонь 2Fe 2 O 3 + 3C = 4Fe + 3CO 2

11 химия медицина биология геология механика физика

12 Диалектика ПрофессионализмМеждисциплинарность Химический факультет Факультет Наук о материалах Физико- химический факультет

13 Пикосекунды - фемтохимия 2Fe 2 O 3 + 3C 4Fe + 3CO 2 Нанометр – нанохимия Нанотехнология АСМ, ЭМ Интернет–олимпиада по нанотехнологиям Наноазбука Наноматериалы

14 Лекция 1: Энергетика химических превращений

15 Е энергия Е энергия Е m вещество m вещество m (NH 4 ) 2 Cr 2 O 7 Cr 2 O Fe 2 O 3 + Al Fe + Al 2 O 3 H 2 O 2 + K 4 [Fe(CN) 6 ] + люминол окружающая среда физ. хим. система открытая система закрытая система открытая система изолированная система

16 Внутренняя энергия энергия межмолекулярного взаимодействия энергия химической связи энергия взаимодействия электронов и ядер внутриядерная энергия кинетическая энергия системы как целого энергия положения системы в пространстве ракета в околоземном пространстве

17 Изменение внутренней энергии ΔU = U 2 – U 1 Теплота, получаемая системой извне или отдаваемая окружающей среде Работа системы против внешних сил или внешних сил над системой

18 Первое начало термодинамики U=U 2 – U 1 = Q – A (1.1) A = p V= p (V 2 – V 1 ) (1.2) при V = const ( изохорный процесс ) U = U 2 – U 1 = Q v (1.3) изохорный тепловой эффект

19 при р = const ( изобарный процесс ) U = U 2 – U 1 = Q р – p (V 2 – V 1 ) (1.4) или Q р = (U 2 – U 1 ) + р (V 2 – V 1 ) = (U 2 + рV 2 ) – (U 1 + рV 1 ) (1.5) (1.6) Н – энтальпия, функция состояния теплосодержание Н = f (p,V,U) U + рV Н

20 Из (1.5) и (1.6) (1.7) Из (1.3) и (1.4) Q р – Q v = p·V = (p·V) (1.8) Согласно уравнению Клайперона – Менделеева (1.9) где R = 8.31 Дж/моль·К, n г – число молей газа Из (1.8) и (1.9) (1.10) Q р = Н 2 – Н 1 = Н = Σ Н пр. – Σ Н реаг. pV = n г · RT Q р – Q v = n г ·RT

21 Для реакций: H 2 + Cl 2 = 2HCl n г = 0, Q р = Q v 2H 2 + O 2 = 2H 2 O n г = –1 Q р – Q v = – RT = –2.5кДж/моль Калориметрия, т/краски, скамейка CH 4 (г) + 2О 2 = СО 2 (г) + 2Н 2 О (ж) + 890кДж (1.11) Термохимическое уравнение +Q и –Q

22 С + 2S = CS 2 – 88кДж (1.12) С + 2S + 88кДж = CS 2 (1.12 ׀ ) H 2 + ½O 2 = H 2 O (г) кДж 2H 2 + O 2 = 2H 2 O (г) кДж кДж жид. He хим. реакция космич. излучение 1 т С 1 г Ra

23 H 2 O(г) + С(тв) = СО(г) + Н 2 (г) (1.13) Н = (Н(СО)+ Н(Н 2 )) – (Н(H 2 O)+ Н(С)) >0 H 2 O(г) + С(т) = СО(г) + Н 2 (г) – 136 кДж- изменение в системе (теплоподвод) H 2 O(г) + С(т) = СО(г) + Н 2 (г) Н = 136 кДж – изменение в окружающей среде (отбор тепла)

24 С алм С граф ΔH пр С алм + О 2 С гр + О 2 ΔH пр С гр + О 2 = СО 2 ΔH 1 = - 393,5 (1.14) H ΔH 2 С ал + О 2 = СО 2 ΔH 2 = - 395,3 (1.15) кДж/моль ΔH 1 ΔH пр = ΔH 2 – ΔH 1 = -1,8 кДж/моль (1.16) Энтальпий. диаграмма

25 Энтальпия (теплота) образования станд. условия ΔHº обр, 298 или ΔHº f, атм. = Па 25ºС = К Fe 2 O 3 + 3CO = 2Fe + 3CO 2 (1.17) ΔHº (1.17) = 3ΔHº(CO 2 ) - ΔHº(Fe 2 O 3 ) - 3ΔHº(CO) Из термических таблиц ΔHº(CO 2 ) = кДж/моль, ΔHº(CO) = кДж/моль ΔHº(Fe 2 O 3 ) = -820 кДж/моль ΔHº (1.17) = 3(-393.5) – (820) – (-110.5) = -29 кДж/моль

26 Тепловой эффект растворения ΔHº раств. KOH (кр) = K + (р) + OH - (р) (1.19) ΔHº f, – – ΔHº раст. = [(-251.2) + (-230.2)] – (-425.8) = 55.6 кДж/моль Теплота (энтальпия) фаз. перехода SO 3(ж) = SO 3(г) (1.20) ΔHº f,298 –439.0 – ΔHº исп = (-396.1) – (-439.0) = 42.9 кДж/моль

27 Энергия ионизации атомов H (г) = H + (г) + e - (1.21) ΔHº f, ΔHº ион = J ион = – = кДж/моль Сl (г) + e - = Cl - (г) (1.22) ΔHº f, ΔH эл. ср = (-233.6) – = кДж/моль

28 Закон Лавуазье – Лапласа ΔH пр = - ΔH обр (Cl 2 O, ClO 2, Cl 2 O 7 )

29 Закон Гесса ΔH 2 ΔH 1 = ΔH 2 + ΔH 3 ΔH 3 ΔH 1 2 1

30 По определению, для вещества (1.25) ΔH = C p · ΔT (1.26) (1.27) C р Т ф.п. Т (1.28)

31 Для реакции (ур. Кирхгофа) (1.29) (1.30) (1.31) для твердых веществ с = 0, газов d = 0

32 Энергия химической связи E HCl = ? (E HCl = - ΔH H-Cl ) ΔH f,HCl = - 92,8 (ΔH дисс )H 2 = 435,0 кДж/м; (ΔH дисс )Cl 2 = 242,6 кДж/м ½Cl 2(г) = Cl (г) ½ (ΔH дисс )Cl 2 ½H 2(г) = H (г) ½ (ΔH дисс )H 2 H (г) + Cl (г) = HCl (г) ΔH H-Cl ½H 2(г) + ½Cl 2(г) = HCl (г) ΔHº f,HCl ½ ΔH дисс (Cl 2 ) + ½ ΔH дисс (H 2 ) + ΔH H-Cl = ΔHº f,HCl ΔH H-Cl = - 92,8 - ½(435, ,6) = -431,6 кДж/м E HCl = кДж/моль

33 Энтальпия (теплота) гидратации ΔH гидр теплота перехода 1 моль ионов из вакуума в водный раствор H раств = ΔH реш + ΔH гидр (1.33) реш р-р > 0 (ΔHº гидр,K + ΔHº гидр,NO 3 ) эндо Из (1.33) ΔH гидр = ΔH раств – ΔH реш (1.34) ΔH гидр, ан ΔH гидр, кат

34 Генерация, хранение, транспорт энергии ТЭЦ, ЭС, АС, генер. схема экоэнергетики Альтернативы? Водород, энергетика Генерация H 2 из H 2 O электролиз радиолиз т/хим. циклы М + Н 2 О = МО + Н 2, у М ср-во к О выше, чем у Н 2МО = 2М + О 2,МО легко диссоциирует 2CuBr ºС 2Cu(OH) 2 + 4HBr 4HBr + Cu 2 O 100 ºС 2CuBr 2 + H 2 O + 2CuBr 2 + 2Cu(OH) ºС 2CuO + 2CuBr 2 + 2H 2 O 2CuO 1000 ºС Cu 2 O + 2H 2 O = H 2 + ½O 2 H2OH2O H2H2 ½O 2

35 FeCl 3 · 6H 2 O Т пл = 310 К Η = 336 кДж/моль LiF + LiOH Т пл = 703 К Η = 734 кДж/моль MgH 2 Η обр = 3 · 10 3 кДж/м n {C 6 H 7 O 5 (NO 2 ) 3 } тринитроцеллюлоза 1.5 n CO CO +3.5 n H 2 O n N 2 C 3 H 5 O 3 (NO 2 ) 3 нитроглицерин 3CO H 2 O + 1.5N O 2 Нобелевские премии: Н.Н.Семенов

36 Академик H. H. Семенов - один из наиболее ярких представителей советской науки, внесший неоценимый вклад в её становление и расцвет своими личными научными достижениями и неутомимой научно- организационной, педагогической и общественной деятельностью.

37 Лектор - академик РАН, проф., д.х.н., зав. каф. неорг. химии, декан ФНМ ЮРИЙ ДМИТРИЕВИЧ ТРЕТЬЯКОВ Владимир Павлович ЗЛОМАНОВ проф., д.х.н. к.452 Андрей Владимирович ШЕВЕЛЬКОВ проф., д.х.н., к.358 Евгений Алексеевич ГУДИЛИН д.х.н., к.548