Электронный вариант лекций по "Химии"

        Электронный вариант лекций по Химии   для строительного и   электротехнического факультетов УО  БелГУТа.

Рекомендуемая литература

1. Глинка Н.Л.  Общая химия. Л.: -Химия, 1986г. И др. издания.
2. Глинка Н.Л.  Задачи и упражнения по общей химии. Л.: - 1988г. и др. издание.
3. Павлов Н.Н. Неорганическая химия. Учебник. М.: - Высш. школа, 1986,-336с.
4. Браун Т., Ленест Г.Ю. Химия- в центре наук: В 2-х частях. Перв. с         -М.: -Мир, 1983. – 448с.,  ил. – Ч 1; 1983. -  520c., ил. _ Часть 2:
5. Рэмсден Э.Н.  Начало современной химии :  Сирав. изд. : Перев. с англ./ Под ред. В.И.  Барановского , А.А. Б                   , А.И. Ефимова, А.А Потехина- Л.: Химия, 1989. – 784с., ил. –Пер. изд. Великобритания, 1985.
6. Крицман В.А.  Книга для чтения по неорганической химии. Ч.1. Пособие для учителей / сост. А.А Крицман. – 2-е изд., перераб. – М. Просвещение, 1983- 320с., ил.
7. Учебные пособия по химии кафедры химии БелГУТа за 1990-2012 годы.
8. Коттон Ф., Уилкенсон Дж. Основы неорганический химии. М., 1979,678с.
9. Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия. М.,680с.

      10. Каранетьянц М.Х, Дракин С.И Строение веществ. И., 1970,310с.

      11. Мессиа А. Квантовая механика. М.,1978,478с.

      12. Фрауэнфельдер Г., Хенги Э. Субатомная физика. М.,1979,736с.

      13. Байдаков  Л.А., Блинов Л.Н. Твёрдое тело: аморфное состояние вещества. Л.,1984,64с.

      14. Растворы  в неорганической химии. Л., 1984,160с.

      15. Алпатьев А.И. Развитие, преобразование и охрана природной среды. Л.,1983, 240с.

      16. Ягодин  Г.А., Третьякова Л.Г. Химическая  технология и охрана окружающей  среды. М.,1984, 64с.

      17.Бондарев  Л.Г. Микроэлементы – благо  и зло. М.,1984. 144с.

      18.Слейбо  У., Персонс Т. Общая химия. М.,1979. 550с.

      19. Миронович  И.М. Будущее за синтезом знаний: научно-методическое пособие/И.М. Миронович : УО”Белорусский государственный университет транспорта”,2012. 136с.

     20. Миронович И.М. Производственные технологии. Основы технологии производства продукции химического комплекса: Учебн. Пособие / И.М. Миронович. – Мн: ОДО “Равнодействие”, 2005. 375с.

 

   Предисловие    

Современная подготовка инженеров  существенно зависит от качества и уровня образования в области  фундаментальных наук : математики, физики и химии. Роль же и место  химии среди естественнонаучных дисциплин обусловлена тем, что  в области материального производства людям всегда приходится иметь дело с различными веществами. При этом следует отметить ввиду того, что  интенсивное развитие электроники, фотоники, сенсорики и спинторики в последние годы потребовало новых материалов со специальными свойствами, что в свою очередь привело к новому рененансу именно неорганической химии.

Общая и неорганическая химия  вообще-то сложнее органической химии, так как последняя- это по своей  сути химия одного элемента , а у  неорганики их около ста. Переход  же химических элементов к материалам исключительно сложен  и многообразен. Так, для элементов, имеющих стабильные изотопы (их 82), имеется более 7*10²³ сочетаний, приводящих к получению сложных веществ. Это число увеличивается на много порядков, если учесть, что большинство современных материалов производят используя метастабильные состояния, для которых более чем на 99% они характерны. Таких метастабильных состояний может быть очень много даже для одного вещества, имеющего фиксированный состав на фоне того, что свойства у этих состояний разные.

В связи с малым временем, отведённым на изучение этого курса. И не ставится вопрос  об охвате всех направлений современной химии. Поэтому предлагаемый курс  лекций направлен в основном на подготовку специалистов, которым предстоит  работать в нехимических отраслях промышленности, строительстве и транспорте, опирающихся  в своей работе не только на химические законы.

Построение курса, по мнению автора, должно способствовать использованию  его в самостоятельной работе студентов, в том числе и в  УИРС. В этой связи основное внимание в лекциях уделяется тем понятиям и закономерностям, которые составляют  “азбуку и ядро химических знаний”, а также проблемным и нерешенным вопросам в естествознании. Кроме  этого в курсе рассматриваются  и вопросы, отражающие  характер конкретных специальностей. Частично же предлагаются и материалы, которым  мало внимания уделено в учебниках  по химии. Это касается таких вопросов, как вода в природе и технике, о флюидном состоянии веществ, экологических  проблем   и  т.д.

Курс лекций по соответствующим  темам и утверждён на заседании  кафедры химии БелГУТа, протокол №        от            2013г. И рекомендован к внедрению в учебном процессе……..

 

 

 

 

Тема 1. Общие представления. Химический мир.

Введение в химию.

1. Происхождение химии.
2. Научный подход
3. Измерение и метрическая система единиц.
4. Состояние вещества
5. Классификация веществ
6. Разделение смесей
7. Чистые вещества и соединения
8. Атомистическая теория и общее представление о строении атома
9. Общее ознакомление с таблицей химических элементов Д.И Менделеева
10. Молекулы и ионы
11. Названия неорганических соединений.

 

Введение  в химию

Можно сразу отметить, что  происхождении слова “химия”  нет единой точки зрения. В самостоятельную дисциплину она начала формироваться только в 17-18 веках. Возникновение же научной химии обычно связывают с именем Роберта Бойля(1627-1691). Пожалуй он первым пытался дать определение понятия химического элемента в своей книге “Химик-скептик” (1661) и тем самым определил её центральный объект исследования. Элементы же по Бойлю составляли  предел разложения вещества на составные части.

В результате трудов Р.Бойля  возникла новая концепция химического  элемента. Его эксперименты наметили путь к созданию первых общехимических теорий ,касающихся важнейшего процесса – горения. По оценке Ф. Энгельса, сделанной им в “Диалектике природы”,- “Бойль делает из химии науку”. Эта была справедливая оценка, но полностью превращение химии в науку, как систему достоверных фактов, полученных экспериментальным путём , завершилось усилиями многих учёных, последователей Р.Бойля, разрешивших первую важнейшую тайну химии – тайну горения и дыхания.

Интересное высказывание о химии, как зарождающейся науке, имеется у М.В Ломоносова (1711-1765) : “Так как внутреннее строение тел  вызывает главным образом химия, то без неё труден, даже невозможен доступ к их глубинам и тем самым  к раскрытию истинной причины  электричества…….” И можно добавить : “а также глобального загрязнения  окружающей среды, которое может  стать основной причиной самоуничтожения  современной цивилизации без  внешних (космических) катаклизмов” Но это ещё не говорит о том, что  химия, как наука, способна привести мировую экономику к безопасному  существованию и устойчивому  развитию. Сложившаяся ситуация в  мире намного сложнее и тревожнее, что иллюстрирует в какой- то степени рис.1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1. Путь человечества к экологической экономике – устойчивому развитию.

 

Сегодняшнее население Земли  находится в самом критическом  состоянии за всю историю своего развития, которого она никогда не испытывало. Главная суть этой проблемы состоит ещё и в том , что  сохранение равновесия и контроль за численностью людей в мире потребует  такой высочайшей социальной ответственности, которая человечеством ещё не достигалась. Она же и не появится до тех пор , пока не будут глубоко  осознаны те ограничения, которые минеральные  ресурсы накладывают на численность  народонаселения, на темпы разработки  ресурсов и жизненный уровень  людей. И вот что интересно, об этом напоминал ещё веке англ. экономист  Р. Мальтус (1766-1834),  но его не поняли и даже “доказали” несостоятельность  подобной концепции. Но как предотвратить  надвигающуюся катастрофу?... Заслон этим бедам  видится в первую очередь  в повышении уровня образования, культуры и квалификации, в укреплении дисциплины во всех сферах экономики.

Важнейшая же задача по обеспечению  устойчивого развития, в основе которого лежит сохранение сложившегося круговорота  веществ на Земле, будет возложена  в определённой степени на химию  и её прикладные области знаний. Поэтому уже сегодня она должна занимать доминирующее положение среду  всех наук естествознание, что и  наблюдается в настоящее время  в высокоразвитых государствах. До этого и понятно, так как в  любой области человеческой деятельности, связанной с какими – либо проявлениями материального мира, неизбежно приходится сталкиваться с фундаментальными свойствами различных веществ – их прочностью, способностью взаимодействовать с  другими веществами, а также с  их изменениями в соответствующих  условиях. В то же время, будучи фундаментальной  наукой, тесно связанной с любым  проявлением наших контактов  с материальным миром, химия представляет собой ещё и неотъемлемую часть  общечеловеческой культуры.

В последние годы мы стали  осознавать, что принижение роли химии  и почти полное отсутствие знаний по ней в нехимических отраслях промышленности, транспорта, энергетики и в других сферах привело к ускоренному  загрязнению окружающей среды и  учащению крупных катастроф с  человеческими жертвами. Многие учёные даже убеждены, что из-за глобального  загрязнения всей планеты судьбы нашей цивилизации якобы предрешена. Действительно ли это так, покажет  будущее… Однако? Что? Сидеть и ждать?......

Нельзя не отметить и трудности, с какими встречаются студенты дневной  и безотрывной формы обучения при изучении химии. Подобное часть  вызвано неправильным изложением и  путанными объяснениями в современных  учебниках и пособиях по химии. В  настоящем же курсе все темы изложены с максимальной доходчивостью, а  в конце тем даются контрольные  вопросы для закрепления изучаемого материала.

Мы надеемся, что, прежде чем  материал по той или иной теме будет  изложен на лекции, студенты ознакомятся  с ним заранее самостоятельно по рекомендуемой литературе  и  электронному варианту лекций данного  курса. Это необходимо для усвоения основных понятий и терминов до обсуждения их на лекции, что будет способствовать лучшему пониманию химии в  целом, как важнейшей науки естествознания, необходимой при получении инженерного, экономического и экологического образования.

В целях более эффективного закрепления знаний по химии будет  продолжена апробированная на кафедре  форма допуска студента к выполнению лабораторных работ с использованием нового образца лабораторного журнала. Согласно этой формы студент должен заранее изучить теоретический  материал по тебе лабораторного занятия  и занести в первые две ( из трёх) колонки журнала названия опытов, порядок их  выполнения с записью  уравнений химических реакций, касающихся существа экспериментов (по каждому  опыту). Третья колонка журнала должна заполняться уже на занятии с  результатами опытов, расчетами, выводами и защитой в конце занятия.

Студент  будет допущен  к выполнению лабораторной работы в  том случае, если, изучив предварительно (самостоятельно) теоретический материал по работе, он заполнит две указанные  выше колонки лабораторного журнала  и ответит на 1-2 вопроса по существу темы занятия. Без выполнения такой  предварительной подготовки студент  к выполнению лабораторной работы не допускается с соответствующими последствиями (отстранение от занятий  до устранения допущенных ошибок).

Не допускается к занятию  студент и тогда, когда, после  выполнения лабораторной работы он не успел её защитить.  В этом случае студент обязан в течении недели (до следующей лабораторной работы) защитить её у преподавателя, чтобы  получить допуск к последующему занятию  с выполнением выше изложенных требований.

При такой форме проведения лабораторных занятий не нужны будут  домашние задания, так как предлагаемый вариант при подготовке к выполнению лабораторных работ перекрывает  объём времени студента, затрачиваемого на выполнение домашних заданий и  высвобождает преподавателя от рутинной работы на их проверку (а это и  переписывание при неудовлетворительных оценках, лишняя трата бумаги, времени  и др.).Это же будет способствовать ещё и укреплению дисциплины и  ответственности студентов за учёбу  перед Государством, не будет больше ссылок на то, что их плохо научила  средняя школа и т.п…

Так как практические занятия  по химии проводятся один раз в  две недели, то в этом случае можно  дать индивидуальное задание каждому  студенту, но только по одной комплексной  задаче среднего уровня сложности, охватывающей одну-две темы или несколько законов химии…..

Такая форма обучения химии  позволяет индивидуально работать с более подготовленными студентами к занятиям, что в свою очередь  даст возможность объективно оценивать  текущую успеваемость студентов  при непомерно  большой нагрузке на преподавателя….

Лет 25-30 назад перед экзаменом  по химии студенты сдавали ещё  по ней официальный зачёт и  не в виде  “автоматов”, … а  направленный на проверку знаний выполнения экспериментальных работ по всему  изучаемому курсу … с зачётной ведомостью… и т.п. У государства  тогда было больше ответственности  за качество подготовки специалистов для Народного хозяйства….

Скорее всего люди пытались понять превращение материи ещё  до того, как они начали использовать их в своих целях.

Так, древнегреческие философы считали, что природа состоит  из четырёх элементов –начал : огня, земли, воздуха и воды. Позже было расширено уточнение основных свойств  этих элементов. К ним они отнесли  холодное, горячее, сухое и влажное; при этом, по их мнению, каждый элемент  обладал двумя связанными с ним  свойствами, что иллюстрирует рис. 1.1.