Теоретическая неорганическая химия. Теоретические основы химии

Теоретическая химия - учение о строении веществ, их свойствах и превращениях при химических реакциях, объединяющее и систематизирующие принципы и представления, общие для всех разделов химии. В качестве главных подразделов Т. х. выступают квантовая химия , теоретические составляющие физической химии , классическая теория химического строения, математическая химия и молекулярная динамика.

Химия, будучи в основном экспериметальной наукой, всегда стремилась иметь не только эмпирические правила и закономерности, но и некоторую общую теоретическую основу, позволяющую с единых позиций объяснять и предсказывать результаты экспериментов и поведение химических систем в тех или иных условиях. При этом химики всегда стремились достичь понимания химических явлений на том уровне и на том языке, который позволяет связать эти явления со строением соответствующих химических соединений. Именно по этой причине появление квантовой механики вызвало быстрое развитие и теоретической химии как таковой, поскольку она явно рассматривала как строение молекул, так и их поведение при тех или иных воздействиях, в том числе при химических реакциях.

Современная квантовая химия изучает на молекулярном уровне электронное и геометрическое строение химических соединений в различных состояниях, динамику химических превращений в элементарных актах химических реакций, проявления особенностей химического строения веществ в их свойствах и при их превращениях, а также влияние химического строения на биологические свойства соедиений. Её математический аппарат базируется на широко развитых методах решения временного и стационарного уравнения Шрёдингера для систем многих частиц.

При переходе к описанию свойств макроскопических тел вводятся представления статистичекой физики и теоретических разделов физической химии, в частности, в виде феноменологических теорий химической термодинамики и химической кинетики . Эти теории позволяют не только дать основу для количественного описания свойств и превращений веществ, но и учесть влияние внешних условий на характер этих превращений.

Весьма важным разделом Т. х. является классическая теория химического строения, в том числе молекулярное моделирование , поскольку формулируемые в этом разделе закономерности строения и поведения химических веществ в различных условиях дают общую систему знаний о веществе, его строении и превращениях, не прибегая к представлениям квантовой механики. В то же время понимание принципов и закономерностей этой составляющей теоретических представлений современной химии существенно как для квантовой, так и для физической химии. Представления классической теории пронизывают все теории о строении химических соединений, в том числе и достаточно строгих построений квантовой теории, хотя подчас и в неявном виде.

Математическая химия для решения химических задач использует аппарат таких разделов математики, как теория графов, теория перечислений и комбинаторный анализ, и ряд других. Основу для применения этого аппарата составляют закономерности, установленные экспериментально для для свойств и превращений химических соединений. Так, формальная химическая кинетика базируется на математическом аппарате решения систем нелинейных дифференциальных уравнений , анализ закономерностей «структура - свойство» во многом опирается на теорию графов и т. п.

Существенный вклад в становление Т.х. внесло развитие вычислительной техники , позволившей получать надежные количественные результаты на молекулярном уровне. В частности, примерно за последние 2 десятилетия теоретическая химия претерпела значительные изменения, связанные не столько с какими-либо существенными изменениями исходных теоретических посылок, сколько с изменением её вычислительных возможностей при получении надежных расчетных результатов и интерпретации на их основе конкретных экспериментальных результатов. Именно в этом направлении теоретическая химия заметно приблизилась к решению прикладных проблем, причем такому решению, при котором она дает не только достоверное объяснение, но и уверенное предсказание качественного и количественного поведения химических систем. Другими словами, Т. х. в существенной степени приблизилась к состоянию экспериментальной техники высокого уровня, используемой для изучения строения и свойств химических соединений. Без оценочного предварительного квантовохимического расчета практически не обходится большинство синтетических работ во многих разделах современной химии.

1. Степанов Н. Ф. Квантовая механика и квантовая химия. М. «Мир», 2001

2. Корольков Д. В. Теоретическая химия. Том 1. Общие принципы и концепции. М.: Академкнига, 2007.

3. Цирельсон В. Г. Квантовая химия. Молекулы, молекулярные системы и твердые тела. М.: « Бином», 2010

4. Хаускрофт К., Констебл Э. Современный курс общей химии. М.: «Мир», 2002

5. Современная неорганическая химия

6. Молекулярная механика

Существенным является вопрос о механизме электролити­ческой диссоциации. Легче всего диссоциируют вещества с ионной связью. Как известно, эти вещества состоят из ионов. При их растворении диполи воды ориентируются вокруг положительного и отрицательного ионов. Между ионами и диполями воды возникают силы взаимного притяжения. В результате связь между ионами ослабевает, происходит переход ионов из кристалла в раствор. При…

С помощью теории электролитической диссоциации дают определения и описывают свойства кислот, оснований и солей. Кислотами называются электролиты, при диссоциации которых в качестве катионов образуются только катионы водорода Н3РО4 Н+ + Н2РО—4(первая ступень) Н2РО—4 Н+ + НРO2-4 (вторая ступень) НРО2-4 Н+ PОЗ—4 (третья ступень) Диссоциация многоосновной кислоты протекает главным образом по первой ступени, в меньшей степени по второй и лишь в незначительной степени — по третьей. Поэтому в водном растворе, например, фос­форной кислоты наряду с молекулами Н3РО4 имеются ионы (в последовательно уменьшающихся количествах) Н2РО2-4, НРО2-4 и РО3-4. Основаниями называются электролиты, при диссоциации которых в качестве анионов образуются только гидроксид-ионы. Например: KOH K+ + OH—;…

Поскольку электролитическая диссоциация — процесс обратимый, то в растворах электролитов наряду с их ионами присутствуют и молекулы. Поэтому растворы электролитов характеризуются степенью диссоциации (обозначается греческой буквой альфа α). Степень диссоциации — это отношение числа распавшихся на ионы моле­кул N’ к общему числу растворенных молекул N: Степень диссоциации электролита определяется опытным путем и выражается в долях единицы или в процентах. Если α = 0, то диссоциация отсутствует, а если α = 1 или 100%, то электролит полностью распадается на ионы. Если же α = 20%, то это означает, что из 100 молекул данного электролита 20 распалось на ионы. Различные электролиты имеют различную степень диссоциации. Опыт показывает, что она зависит от концентрации электролита и от температуры. С уменьшением концентрации электролита,…

Согласно теории электролитической диссоциации все реакции в водных растворах электролитов являются реакциями между ионами. Они называются ионными реакциями, а уравнения этих реакций — ионными уравнениями. Они проще уравнений реакций, записанных в молекулярной форме, и имеют более общий характер. При составлении ионных уравнений реакций следует руководство­ваться тем, что вещества малодиссоциированные, малорастворимые (выпадающие в осадок) и газообразные записываются в молекулярной форме. Знак ↓, стоящий при формуле вещества, обозначает, что это вещество уходит из сферы реакции в виде осадка, знак обозначает, что вещество удаляется из сферы реакции в виде газа. Сильные электролиты, как полностью диссоциированные, записывают в виде ионов. Сумма электрических зарядов левой части уравнения должна быть равна сумме электрических зарядов правой части. Для закрепления этих положений рассмотрим два примера. Пример 1. Напишите уравнения реакций между растворами хлорида железа (III) и гидроксида натрия в молекулярной и ионной формах. Разобьем решение задачи на четыре этапа. 1….

КH2O = 1.10-4 Данная константа для воды называется ионным произведением воды, которое зависит только от температуры. При диссоциации воды на каждый ион Н+ образуется один ион ОН—, следовательно, в чистой воде концентрации этих ионов одинаковы: [Н+] = [ОН—]. Используя значение ионного произведения воды, находим: = [ОН—] = моль/л. Таковы концентрации ионов Н+ и ОН—…

Выше показано, что реакция чистой воды является нейтраль­ной (рН = 7). Водные растворы кислот и оснований имеют, соответственно, кислую (рН < 7) и щелочную (рН > 7) реакцию. Практика, однако, показывает, что не только кислоты и основания, но и соли могут иметь щелочную или кислую реакцию - причиной этого является гидролиз солей. Взаимодействие солей с водой, в результате которого образуются кислота (или кислая соль), и основание (или основная соль), называется гидролизом солей. Рассмотрим гидролиз солей следующих основных типов: 1. Соли сильного основания и сильной кислоты (например, KBr, NаNО3) при растворении в воде не гидролизуются, и рас­твор соли имеет нейтральную реакцию….

В этом методе сравнивают степени окисления атомов в исходных и конечных веществах, руководствуясь правилом: число электронов, отданных восстановителем, должно рав­няться числу электронов, присоединенных окислителем. Для составле­ния уравнения надо знать формулы реагирующих веществ и продуктов реакции. Последние определяются либо опытным путем, либо на осно­ве известных свойств элементов. Рассмотрим применение этого метода на примерах. Пример 1. Составление уравнения реакции меди с раствором нитрата палладия (II). Запишем формулы исходных и конечных веществ реакции и покажем изменения степеней окисления: Медь, образуя ион меди, отдает два электрона, ее степень окисления повы­шается от 0 до +2. Медь — восстановитель. Ион палладия, присоединяя два электрона, изменяет степень окисления от +2 до 0. Нитрат палладия (II) -окислитель. Эти изменения можно выразить электронными уравнениями из которых следует, что при восстановителе и окислителе коэффициенты равны 1. Окончательное уравнение реакции: Cu + Pd(NO3)2 = Cu(NO3)2…

Как показывает само название, этот метод основан на составлении ионных уравнений для процесса окисления и процесса восстановления с последующим суммированием их в общее уравнение. В качестве примера составим уравнение той же реакции, которую использовали при объяснении метода электронного баланса. При пропускании сероводорода Н2S через подкисленный раствор перманганата калия КМnО4 малиновая окраска исчезает и раствор мутнеет. Опыт показывает, что помутнение раствора происходит в результате образова­ния элементной серы, т.е. протекания процесса: Н2S → S + 2H+ Эта схема уравнена по числу атомов. Для уравнивания по числу зарядов надо от левой части схемы отнять два электрона, после чего можно стрелку заменить на знак равенства: Н2S — 2е— = S + 2H+ Это первая полуреакция — процесс окисления восстановителя Н2S. Обесцвечивание раствора связано с переходом иона MnO4— (он имеет малиновую окраску) в ион Mn2+ (практически бесцветный и лишь при большой концентрации имеет слабо-розовую окраску), что можно выразить схемой MnO4— → Mn2+ В кислом растворе кислород, входящий в состав ионов МnО4, вместе с ионами водорода в конечном итоге образует воду. Поэтому процесс перехода записыва­ем так: MnO4— + 8Н+→ Мn2+ + 4Н2О Чтобы стрелку заменить на знак равенства,…

Хорошо известно, что одни вещества в растворенном или расплав­ленном состоянии проводят электрический ток, другие в тех же усло­виях ток не проводят. Это можно наблюдать с помощью простого прибора. Он состоит из угольных стержней (электродов), присоединенных проводами к электриче­ской сети. В цепь включена электрическая лампочка, которая показывает присутствие или отсутствие тока в цепи. Если опустить электроды в раствор саха­ра, то лампочка не загорается. Но она ярко загорится, если их опустить в раст­вор хлорида натрия. Вещества, распадающиеся на ионы в растворах или расплавах и потому проводящие электрический ток, называются электролитами. Вещества, которые в тех же условиях на ионы не распадаются и электрический ток не проводят, называются неэлектролитами. К электролитам относятся кислоты, основания и почти все соли, к неэлектролитам — большинство органических соединений,…

Для объяснения особенностей водных растворов электролитов шведским ученым С.Аррениусом в 1887 г. была предложена теория электролитической диссоциации. В дальнейшем она была развита многими учеными на основе учения о строении атомов и химической связи. Современное содержание этой теории можно свести к следующим трем положениям: 1. Электролиты при растворении в воде распадаются (диссоциируют) на ионы — положительные и отрицательные. Ионы находятся в более устойчивых электронных состояниях, чем атомы. Они могут состоять из одного атома — это простые ионы (Na+, Mg2+, Аl3+ и т.д.) — или из нескольких атомов — это сложные ионы (NО3—, SO2-4, РОЗ-4и т.д.). 2. Под действием электрического тока ионы приобретают направленное движение: положительно заряженные ионы движутся к катоду, отрицатель­но заряженные — к аноду. Поэтому первые называются катионами, вторые — анионами. Направленное движение ионов происходит в результате притяжения их противоположно заряженными электродами. 3. Диссоциация — обратимый процесс: параллельно с распадом молекул на ионы (диссоциация) протекает процесс соединения ионов (ассоциация). Поэтому в уравнениях электролитической диссоциации вместо знака равенства ставят знак обратимости. Например,…

Страница 29 из 35

Современная теоретическая химия

Современная теоретическая химия основана на общефизическом учении о строении материи, на достижениях квантовой механики и статистической физики. Современная химическая наука, опираясь на прочные теоретические основы, непрерывно расширяется вширь и вглубь.
В частности, происходит открытие и изучение новых, качественно различных дискретных химических частиц. Так, еще в первой половине XIX в. при изучении электролиза были обнаружены особые электрически заряженные частицы, образованные из атомов и молекул, – ионы. Было выяснено, что ионы являются структурными единицами многих кристаллов, кристаллических решеток металлов, они существуют в атмосфере, в растворах и т.д.

В начале XX в. химики открыли свободные радикалы как одну из активных форм химичес-кого вещества. Они образуются из молекул путем отщепления отдельных атомов или групп и содержат атомы элементов в необычном для них валентном состоянии, что связано с наличием одиночных или неспаренных электронов, являющихся причиной их исключительной химической активности.

К своеобразным формам химического вещества относятся также макромолекулы. Они состоят из сотен и тысяч атомов и вследствие этого приобретают, в отличие от обычной молекулы, качественно новые свойства.

Применение методов квантовой механики в химических исследованиях привело к возникновению квантовой химии. Был разработан метод молекулярных орбиталей, рассматривающий целостную электронную структуру молекулы. На его основе рассчитываются энергетические и электронные параметры молекул. Этот метод получил распространение и в теории органической химии.

Квантово-механические представления привели к появлению учения об абсолютных скоростях химических реакций, которое легло в основу химической кинетики.

Сильный толчок развитию неорганической химии дало проникновение в недра атома и изучение ядерных процессов. Поиски элементов, наиболее пригодных для расщепления в ядерных реакторах, способствовали исследованию малоизученных и синтезу новых элементов с помощью ядерных реакций. Ядерные превращения и сопутствующие им физико-химические явления стали объектами изучения ядерной химии и радиохимии. В связи с этим ученые занялись разработкой методики выделения и концентрации радиоактивных изотопов.

Влияние магнитных полей на химические процессы исследуют электрохимия и магнито-химия. Изучение взаимодействия вещества с плазмой дало начало плазмохимии. Химия полимеров изучает синтез и свойства высокомолекулярных соединений.

Больших успехов добилась органическая химия. Она сложилась в самостоятельную науку еще во второй половине XIX в., чему способствовало накопление большого эмпирического и теорети-ческого материала о соединениях углерода и его производных. Определяющим фактором для всех органических соединений являются особенности валентного состояния углерода – способность его атомов связываться между собой как одинарной, так и двойной, тройной связями в длинные линейные и разветвленные цепи. Благодаря бесконечному многообразию форм сцепления углеродных атомов, наличию изомерии и гомологических рядов почти во всех классах органических соединений возможности получения этих соединений практически безграничны.

В современной химии накапливаются данные о химической эволюции вещества во Вселенной, что позволяет составить общую картину эволюции природы. На этом пути химия активно интегрируется с другими естественными науками, в результате чего появились геохимия, гидрохимия, химия атмосферы, биогеохимия. В перечисленных науках постепенно формируются представления о планетарных миграциях химических элементов. Биохимия изучает жизненные циклы, осуществляемые с участием белковых катализаторов – ферментов. Есть совсем новая
наука – молекулярная психология, связывающая молекулярную биологию с наукой о поведении живых организмов.

Но самые тесные связи издавна связывают химию с физикой. Результатом становится возникновение все новых и новых смежных физико-химических отраслей знания. Огромное значение, которое имеет эта связь, требует специального рассмотрения вопроса о связи химии и физики.

§ 1.1. Естественные науки. Научный метод познания

С древности человек старался познать Природу (или, что то же, Вселенную, окружающий мир и т. д.) и понять свое место в ней. Важная роль в познании мира всегда принадлежала науке. Со Средних веков прослеживались намеки на деление наук на точные (естественные) и изящные (гуманитарные или, как шутят физики, противоестественные), что и было более или менее оформлено в XVIII-XIX вв. Точные науки изучают законы развития материального мира, гуманитарные науки - законы развития общества.

К естественным (точным) наукам относятся математика, физика, химия и биология. Математика занимает особое место. Дело в том, что научный способ получения информации об окружающем мире основан на наблюдении и измерении. Так было всегда - и тогда, когда люди считали только на пальцах, и сейчас, когда существуют фантастически сложные приборы для уникальных по точности экспериментов. Чтобы выражать результаты измерений, люди уже давно придумали числа. Математика - наука о числах и их отношениях. Таким образом, математика - это творение чистого Разума, она имеет дело с объектами, созданными человеком, тогда как остальные естественные науки изучают Природу, которая появилась независимо от человека.

Развитие науки проходит через рождение научных теорий (идей), их становление, расцвет и старение. В примитивном изложении это выглядит следующим образом. Допустим, теория правильно описывает некоторый круг явлений. По мере развития данной области знания выполняются эксперименты (измерения), которые дают новую информацию. И наконец, рано или поздно появляются данные, которые противоречат этой теории. Тогда ученые создают новую модель на новых принципах и понятиях, согласующуюся с экспериментом. Новая модель может быть развитием и модификацией старой модели (так чаще всего и происходит) или она может в корне изменить наши прежние представления. Перевороты в науке совершаются очень редко. Последний «переворот» в химии был обязан квантовой механике.

Далее теперь уже в рамках новой модели ученые формулируют гипотезы, которые могут подсказать, какие провести эксперименты (что нужно измерить), чтобы убедиться в правильности модели. И если такие эксперименты подтверждают наши предсказания, модель становится признанной теорией, и эта теория описывает уже более широкий круг явлений, чем более раняя теория.

Таким образом, упрощенно механизм появления новых теорий выглядит так:

Процесс создания теории может занимать всего несколько лет, как это было с предложенной Нильсом Бором теорией строения (моделью) атома водорода, или несколько столетий, как это было с пониманием природы света (объяснение дуализма волна-частица). Важно то, что развитие науки - необратимый процесс. Не существует вечных теорий, не бывает моделей, даже самых подробных, которые могут описать любое природное явление. В Природе нарушаются любые законы, даже самые общие. Например, закон сохранения энергии нарушается при флуктуациях вакуума, хотя и на очень короткое время. Процесс познания приводит к тому, что для любой, даже самой фундаментальной теории находятся объекты, которые не вписываются в эту теорию и для описания которых приходится изобретать новую теорию. Бывает и так, что идея, ошибочная на данном уровне развития науки, может заложить основы целого научного направления благодаря исследованиям на более высоком уровне, как это случилось с идеей Бертолле о существовании соединений переменного состава (см. § 1.3). Процесс познания Природы продолжится до тех пор, пока существует человек.

ХИМИЯ - 2004

ВСТУПИТЕЛЬНЫЕ ИСПЫТАНИЯ В МГУ

Под общей редакцией
проф. Н.Е.Кузьменко и проф. В.И. Теренина

Издательство Московского университета

Н.Е.Кузьменко , профессор, докт. физ-мат. наук

В.И.Теренин, профессор, докт. хим. наук

О.В. Архангельская , доцент, канд. хим. наук

В.В.Еремин , доцент, канд. физ-мат. наук

С.И. Каргов , доцент, канд. хим. наук

И.В. Морозов , доцент, канд. хим. наук

М.В.Обрезкова , доцент, канд. хим. наук

О.Н.Рыжова , ст. преп., канд. пед. наук

Химия-2004 : Конкурсные вступительные экзамены в МГУ / Под

Х общей редакцией проф. Н.Е. Кузьменко и проф. В.И. Теренина. –
М.: Изд-во Моск. ун-та, 2004. – 86 с.

Цель данного пособия - подготовка абитуриентов к сдаче письменных вступительных экзаменов по химии в Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова. Оно продолжает серию пособий, которые Московский университет издает ежегодно с 1990 года.

В пособии представлены ВСЕ варианты экзаменационных заданий по химии, предлагавшиеся на вступительных экзаменах на всех факультетах МГУ в 2004 году. Для каждого варианта приведены подробные решения заданий или же ответы и указания к решению. Обращаем внимание абитуриентов на то, что предлагаемые решения – не всегда единственно возможные. Некоторые задачи и в особенности цепочки превращений допускают несколько решений.

Для решения университетских экзаменационных задач по химии необходима хорошая теоретическая подготовка, поэтому кроме школьных учебников полезно использовать учебные пособия и справочники, подготовленные авторскими коллективами МГУ (см. книги в списке литературы на стр. 84 настоящего сборника).

Пособие предназначено для школьников старших классов, абитуриентов, учителей. Мы искренне желаем всем абитуриентам успеха на конкурсных экзаменах и надеемся, что данный сборник поможет многим добиться поставленной цели.

ISBN © Химический факультет МГУ, 2004.

ПРОГРАММА ВСТУПИТЕЛЬНЫХ ЭКЗАМЕНОВ ПО ХИМИИ
ДЛЯ ПОСТУПАЮЩИХ В МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. М.В.ЛОМОНОСОВА

Программа по химии для поступающих в Московский государственный университет состоит из двух разделов. В первом разделе представлены основные теоретические понятия химии, которыми должен владеть абитуриент с тем, чтобы уметь обосновать химические и физические свойства веществ, перечисленных во втором разделе, посвященном элементам и их соединениям.

Экзаменационный билет может содержать до 10 заданий с дифференцированной оценкой, охватывающих все разделы программы для поступающих. Примеры экзаменационных заданий последних лет помещены в сборниках и (см. список рекомендуемой литературы). Продолжительность письменного экзамена равна 4 часам. На экзамене можно пользоваться микрокалькуляторами и справочными таблицами, такими как "Периодическая система химических элементов", "Растворимость оснований, кислот и солей в воде", "Ряд стандартных электродных потенциалов".

Часть I. ОСНОВЫ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ ХИМИИ

Предмет химии. Место химии в естествознании. Масса и энергия. Основные понятия химии. Вещество. Молекула. Атом. Электрон. Ион. Химический элемент. Химическая формула. Относительные атомная и молекулярная массы. Моль. Молярная масса.

Химические превращения. Закон сохранения массы и энергии. Закон постоянства состава. Стехиометрия.

Строение атома. Атомное ядро. Изотопы. Стабильные и нестабильные ядра. Радиоактивные превращения, деление ядер и ядерный синтез. Уравнение радиоактивного распада. Период полураспада.

Двойственная природа электрона. Строение электронных оболочек атомов. Квантовые числа. Атомные орбитали. Электронные конфигурации атомов в основном и возбужденном состояниях, принцип Паули, правило Хунда.

Периодический закон Д.И.Менделеева и его обоснование с точки зрения электронного строения атомов. Периодическая система элементов.

Химическая связь. Типы химических связей: ковалентная, ионная, металлическая, водородная. Механизмы образования ковалентной связи: обменный и донорно-акцепторный. Энергия связи. Потенциал ионизации, сродство к электрону, электроотрицательность. Полярность связи, индуктивный эффект. Кратные связи. Модель гибридизации орбиталей. Связь электронной структуры молекул с их геометрическим строением (на примере соединений элементов 2-го периода). Делокализация электронов в сопряженных системах, мезомерный эффект. Понятие о молекулярных орбиталях.

Валентность и степень окисления. Структурные формулы. Изомерия. Виды изомерии, структурная и пространственная изомерия.

Агрегатные состояния вещества и переходы между ними в зависимости от температуры и давления. Газы. Газовые законы. Уравнение Клапейрона–Менделеева. Закон Авогадро, молярный объем. Жидкости. Ассоциация молекул в жидкостях. Твердые тела. Основные типы кристаллических решеток: кубические и гексагональные.

Классификация и номенклатура химических веществ. Индивидуальные вещества, смеси, растворы. Простые вещества, аллотропия. Металлы и неметаллы. Сложные вещества. Основные классы неорганических веществ: оксиды, основания, кислоты, соли. Комплексные соединения. Основные классы органических веществ: углеводороды, галоген-, кислород- и азотсодержащие вещества. Карбо- и гетероциклы. Полимеры и макромолекулы.

Химические реакции и их классификация. Типы разрыва химических связей. Гомо- и гетеролитические реакции. Окислительно-восстановительные реакции.

Тепловые эффекты химических реакций. Термохимические уравнения. Теплота (энтальпия) образования химических соединений. Закон Гесса и его следствия.

Скорость химической реакции. Представление о механизмах химических реакций. Элементарная стадия реакции. Гомогенные и гетерогенные реакции. Зависимость скорости гомогенных реакций от концентрации (закон действующих масс). Константа скорости химической реакции, ее зависимость от температуры. Энергия активации.

Явление катализа. Катализаторы. Примеры каталитических процессов. Представление о механизмах гомогенного и гетерогенного катализа.

Обратимые реакции. Химическое равновесие. Константа равновесия, степень превращения. Смещение химического равновесия под действием температуры и давления (концентрации). Принцип Ле Шателье.

Дисперсные системы. Коллоидные системы. Растворы. Механизм образования растворов. Растворимость веществ и ее зависимость от температуры и природы растворителя. Способы выражения концентрации растворов: массовая доля, мольная доля, объемная доля, молярная концентрация. Отличие физических свойств раствора от свойств растворителя. Твердые растворы. Сплавы.

Электролиты. Растворы электролитов. Электролитическая диссоциация кислот, оснований и солей. Кислотно-основные взаимодействия в растворах. Протонные кислоты, кислоты Льюиса. Амфотерность. Константа диссоциации. Степень диссоциации. Ионное произведение воды. Водородный показатель. Гидролиз солей. Равновесие между ионами в растворе и твердой фазой. Произведение растворимости. Образование простейших комплексов в растворах. Координационное число. Константа устойчивости комплексов. Ионные уравнения реакций.

Окислительно-восстановительные реакции в растворах. Определение стехиометрических коэффициентов в уравнениях окислительно-восстановительных реакций. Стандартные потенциалы окислительно-восстановительных реакций. Ряд стандартных электродных потенциалов. Электролиз растворов и расплавов. Законы электролиза Фарадея.