Общая химия. Теория и задачи под ред. Н. В. Коровина и Н. В. Кулешова

•САНКТПЕТЕРБУРГ••МОСКВА••КРАСНОДАР•2014ОБЩАЯ ХИМИЯТЕОРИЯ И ЗАДАЧИПод редакциейпрофессора Н. В. Коровина и профессора Н. В. КулешоваУчебное пособие•САНКТПЕТЕРБУРГ••МОСКВА•КРАСНОДАР•2014ББК 24.1я73О 28О 28Общая химия. Теория и задачи: Учебное пособие /Под ред. Н. В. Коровина и Н. В. Кулешова. — СПб.:Издательство «Лань», 2014. — 496 с.: ил. — (Учеб'ники для вузов. Специальная литература).ISBN 9785811417360Учебное пособие по общей химии предназначено для студентоввузов технических направлений и специальностей. Пособие вклю'чает главы: строение атома и Периодическая система Д.

И. Мен'делеева, химическая связь, комплексные соединения и взаимо'действие молекул, химическая термодинамика, химическое рав'новесие, химическая кинетика, растворы, электрохимическиепроцессы, коррозия и защита металлов.Главы содержат теоретический материал, примеры решениязадач, задачи для самостоятельного решения с ответами, много'вариантные контрольные задачи. Пособие также включает спра'вочный материал.Для студентов учреждений высшего профессионального об'разования, обучающихся по техническим направлениям.ББК 24.1я73Рецензенты:А. М. ГОЛУБЕВ — доктор химических наук, зав.

кафедрой хи'мии МГТУ им. Н. Э. Баумана;С. Н. СОЛОВЬЕВ — доктор химических наук, профессор, зав.кафедрой общей и неорганической химии РXТУ им. Д. И. Менде'леева.ОбложкаЕ. А. ВЛАСОВАОхраняется законом РФ об авторском праве.Воспроизведение всей книги или любой ее частизапрещается без письменного разрешения издателя.Любые попытки нарушения законабудут преследоваться в судебном порядке.© Издательство «Лань», 2014© Коллектив авторов, 2014© Издательство «Лань»,художественное оформление, 2014ПРЕДИСЛОВИЕНастоящая книга является учебным пособием по курсу «Общая химия» для студентов вузов, обучающихся по техническим направлениям, и базируется на учебнике Н. В.

Коровина «Общая химия» [1], [2]. Пособие включает основные разделы курса «Общая химия»: строение вещества,общие законы химических процессов, растворы, электрохимические процессы, коррозия и защита металлов от коррозии.Книга содержит теоретическую часть, задачи и упражнения. Теоретический материал закрепляется путем решения задач. Курс следует изучать последовательно в порядке изложения материала в учебном пособии. Послеизучения главы необходимо освоить приемы решения задач и самостоятельно выполнить приведенные в пособиизадания. Контрольные задачи необходимо выполнить всоответствии со своим номером варианта и передать преподавателю для проверки. В конце пособия имеются необходимые для решения задач справочные материалы.Материал учебного пособия подготовили преподаватели кафедры химии и электрохимической энергетикиНИУ «МЭИ»: доц. О.

Н. Гончарук (глава 7), доц. В. К. Камышова (глава 2), проф. Н. В. Коровин (предисловие, главы 1–8), проф. Н. В. Кулешов (глава 8), доц. И. И. Ланская(глава 4), доц. Н. В. Мясникова (глава 5), доц. М. А. Осина(главы 1, 3), доц. Е. Я. Удрис (глава 6), проф. Н. А. Яштулов (глава 1).Научное и общее редактирование пособия выполненопрофессорами Н. В. Коровиным и Н. В.

Кулешовым.ГЛАВА 1КВАНТОВОМЕХАНИЧЕСКИЕПРЕДСТАВЛЕНИЯ О СТРОЕНИИЭЛЕКТРОННЫХ ОБОЛОЧЕК АТОМОВ1.1.ДВОЙСТВЕННАЯ ПРИРОДА ЭЛЕКТРОНАС точки зрения квантовой механики микрообъекты одновременно могут проявлять себя и как частицы, и какволны. С одной стороны, движение электронов представляет собой поток материальных частиц, с другой — этоволновой процесс, характеризующийся определенным набором волн. Установление этого факта потребовало пересмотра многих сложившихся к началу ХХ в. классическихнаучных представлений.В 1900 г.

немецким ученым М. Планком была предложена теория, согласно которой переход электрона из одного энергетического состояния в другое осуществляетсяиспусканием или поглощением энергии в виде отдельныхпорций — квантов с энергией:E = hn,(1.1)где h — постоянная Планка; n — частота электромагнитных колебаний.В 1924 г. французский физик Луи де Бройль перенеспредставления о двойственной природе электромагнитного излучения на микрочастицы вещества с массой покоя,не равной нулю, в том числе и на электрон, и предложилуравнение, связывающее длину волны l электрона илидругой частицы с массой m и скоростью u:h12.(1.2)m3ГЛАВА 1.

ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О СТРОЕНИИ ОБОЛОЧЕК АТОМОВ7Волны частиц материи де Бройль назвал материальными волнами. Они свойственны всем частицам или телам. Однако, как следует из уравнения (1.2), для макротел длина волны настолько мала, что в настоящее времятакие волны практически не могут быть обнаружены.Одним из фундаментальных положений квантовоймеханики является принцип неопределенности, установленный немецким физиком В. Гейзенбергом в 1927 г.

Согласно этому принципу для микрообъектов невозможно сдостаточной точностью одновременно найти координатучастицы x и импульс рх вдоль этой оси в соответствии суравнением1x 2 1px 3h.24(1.3)Тогда при достаточно точной фиксации положениячастицы x погрешность Dрх в определении импульса оказывается несоизмеримо большой относительно значениясамого импульса, что приводит фактически к потере информации об импульсе частицы.Следствием соотношения неопределенностей (1.3) является принципиальная невозможность определения точных координат (x, y, z) электрона в данной точке пространства и необходимость использования вероятностных представлений для определения его положения.Неопределенность в координате электрона Dх большеразмера самого электрона и радиусов ядер на 4–5 порядков.

При высокой точности определения скорости неопределенность в координате электрона сравнима с размерамиатомов. Следовательно, нахождение электрона в даннойточке пространства атома имеет вероятностный характер.Для описания состояния пространственноэнергетических характеристик электрона в атоме вводят понятиео волновой функции Y.

Величина квадрата модуля волновой функции |Y|2 в определенном объеме пространства атома в данный момент времени является мерой вероятностинахождения электрона в указанном объеме. Таким образом, величина |Y|2 представляет собой плотность вероятности электрона в данной точке пространства атома.8ОБЩАЯ ХИМИЯ. ТЕОРИЯ И ЗАДАЧИМатематическим описанием состояния электрона в атоме служит предложенное австрийским ученым Э. Шредингером в 1926 г. уравнение. Решая уравнение Шредингера,находят волновую функцию электрона Y и возможныеэнергетические состояния электрона в атоме.Определяемое Yфункцией распределение вероятности пребывания электрона в околоядерном пространственазывается атомной орбиталью (АО).

Атомная орбитальограничена в трехмерном пространстве поверхностями тойили иной формы. Величина области пространства, которуюзанимает АО, обычно такова, что вероятность нахождения электрона внутри нее составляет не менее 95%. Поскольку электрон имеет отрицательный заряд, его орбиталь представляет собой определенное распределение заряда, которое получило название электронного облака.Таким образом, электрон не вращается по орбите, азанимает определенную область в пространстве вокругядра, называемую атомной орбиталью.

Ядро в свою очередь окружено трехмерным «зарядовым облаком» илиэлектронным облаком.1.2.КВАНТОВЫЕ ЧИСЛА ЭЛЕКТРОНОВ В АТОМАХДля характеристики состояния электрона в атоме всоответствии с уравнением Шредингера введены квантовые числа: главное, орбитальное, магнитное и спиновое.Главное квантовое число п определяет наиболее вероятное расстояние электрона от ядра и величину энергииданного энергетического уровня электрона.

Главное квантовое число может принимать целочисленные значенияот единицы до бесконечности (1, 2, 3, 4, ..., ¥) и характеризует данный энергетический уровень. Энергетическиеуровни обозначают латинскими прописными буквами: K(п = 1), L (п = 2), М (п = 3), N (n = 4), Q (п = 5) и т. д.Наиболее энергетически устойчивым является нахождение электрона на первом энергетическом уровне с n = 1,которое характеризуется минимальным значением энергии системы. На бесконечно большом расстоянии от ядра9ГЛАВА 1.

ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О СТРОЕНИИ ОБОЛОЧЕК АТОМОВпри п ® ¥ энергия взаимодействия между положительнозаряженным ядром и электроном принимается равнойнулю.Квантовое число l называют орбитальным. Оно определяет форму атомной орбитали и энергетический подуровень данного энергетического уровня.Орбитальное квантовое число имеет n значений и принимает целочисленные значения от 0 до (п – 1). Энергетические подуровни также обозначаются буквами:123452678912324252598276826272112324252Электроны с орбитальным квантовым числом, равным0, называются sэлектронами. Орбитали sэлектронов исоответственно электронные облака имеют сферическуюформу (рис.

1.1а).Рис. 1.1Формы электронных облаков различных атомных орбиталей10ОБЩАЯ ХИМИЯ. ТЕОРИЯ И ЗАДАЧИЭлектроны с орбитальным квантовым числом, рав"ным 1, называются р"электронами. Орбитали р"электро"нов и соответственно электронные облака имеют форму,напоминающую гантель (рис. 1.1б).Электроны с орбитальным квантовым числом, рав"ным 2, называются d"электронами. Орбитали d"электро"нов имеют более сложную форму, чем р"орбитали (рис. 1.1в).Наконец, электроны с орбитальным квантовым чис"лом 3 получили название f"электронов. Форма их орби"талей (рис. 1.1г) еще сложнее, чем форма d"орбиталей.В одном и том же уровне энергия подуровней возраста"ет в рядуE s < Ep < Ed < Ef .В первом энергетическом уровне может быть один (s"),во втором — два (s", p"), в третьем — три (s", p", d"), в чет"вертом — четыре (s", p", d", f") подуровня.Магнитное квантовое число ml характеризует ориен"тацию орбитали в пространстве (см.