Реферат: Программа дисциплины опд. Ф. 11 Строение вещества для студентов направления 020100 «Химия» специальности 020101 «Химия»

Федеральное агентство по образованию



ОБНИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ (ИАТЭ)






УТВЕРЖДАЮ




Проректор по учебной работе ИАТЭ


С.Б. Бурухин





“______”____________ 2008 г.



ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ


ОПД.Ф. 11 Строение вещества


для студентов направления 020100 «Химия»

специальности 020101 «Химия»

специализации «Аналитическая химия»


Форма обучения: очная


Объем дисциплины и виды учебной работы по очной форме в соответствии с учебным планом



Вид учебной работы

Всего часов

Семестры







4










Общая трудоемкость дисциплины

120

51










Аудиторные занятия

51

51










Лекции

34

34










Практические занятия и семинары

17

17










Лабораторные работы

-

-










Курсовой проект (работа)

-

-










Самостоятельная работа

69

69










Расчетно-графические работы

-

-










Вид итогового контроля (зачет, экзамен)




зачет












Обнинск 2008

Программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по направлению подготовки направления 020100 «Химия», специальности 020101 «Химия», специализации «Аналитическая химия»


Программу составил:

В.К. Милинчук, зав. кафедрой О и СХ, д.х.н., профессор


Программа рассмотрена на заседании кафедры общей и специальной химии (протокол № 65 от 02.04.2008 г.)



Заведующий кафедрой

общей и специальной химии В.К. Милинчук


“04” апреля 2008 г.


СОГЛАСОВАНО


Начальник учебно – методического управления

_________________ Ю.Д. Соколова



Декан факультета естественных наук


___________________ Н.Б. Эпштейн


“____”_____________ 2008 г.

“____”_____________ 2008 г.


^ 1. Цели и задачи дисциплины

Сведения о строении вещества даются в курсе общей и неорганической химии. Но эта информация тонет в потоке многочисленных сведений по общей и неорганической химии и не складывается в основу дальнейшего изучения химических дисциплин. Учение о строении вещества является наиболее сложной областью современного естествознания. Оно использует практически все достижения физики и грандиозный математический аппарат. Очевидно, многие существенные вопросы не могут быть количественно рассмотрены в этом курсе. Поэтому задачей курса является изложение основных законов, понятий и представлений о строении вещества с показом, где это доступно, количественной стороны разбираемых вопросов, а также ознакомления с принципами современных методов исследования структуры.

^ 2. Требования к уровню освоения содержания дисциплины


В результате изучения дисциплины студент должен

знать: основные сведения о корпускулярных и волновых свойствах микрообъектов, о двойственной природе света, закон эквивалентности массы и энергии, волны де Бройля, уравнение Шредингера, соотношение неопределенности Гейзенберга, квантово-механическое объяснение строения атома водорода, квантовые числа и их смысл строение электронных оболочек атомов, последовательность расположения атомных орбиталей, периодический закон Д.И. Менделеева, энергетические характеристики атомов, основные характеристики химической связи, строение ковалентной связи, метод валентных связей, метод молекулярных орбиталей, строение донорно-акцепторной, ионной, металлической, водородной связей, межмолекулярные взаимодействия, агрегатное состояние вещества, типы кристаллических решеток, дефектность кристаллической решетки, зонную модель твердых тел, сверхпроводимость, аморфное, плазменное и жидкокристаллическое состояние вещества, основные физические и физико-химические методы исследования строения и структуры вещества в различных фазах.;

уметь: определять валентности элементов, заполнять орбитали в любом периоде, анализировать строение периодов и классов таблицы Д.И. Менделеева, определять зависимость свойств элементов от их положения в периодической таблице элементов Д.И. Менделеева, оценивать потенциалы ионизации атомов и их сродство к электрону, оценивать длины, прочности, поляризуемость и дипольные моменты химических связей, определять в молекулах типы химических связей, гибридизацию химических связей, располагать атомные и молекулярные орбитали по возрастанию их энергии, уметь определять способность атомов и химических групп к комплексообразованию, разделять вещества (по зонной модели) на металлы, диэлектрики, полупроводники;

иметь навыки: построения электронных конфигураций атомов, использования правил заполнения электронных орбиталей атомов и молекул, применения атомных радиусов для построения химической связи, производить оценки энергии ионизации электронов на различных орбиталях, способности молекул образовывать водородные и межмолекулярные связи, энергии химических связей, полярности связей и электроотрицательности атомов, решения упражнений и задач по основным разделам.


^ 3. Содержание дисциплины


3.1. Лекции

Вводная лекция

Место данной учебной дисциплины в учебном процессе подготовки студентов специальности 020101- «Химия». Достижения современной физики и химии в изучении строения вещества. Знакомство с законами таких фундаментальных взаимодействий как гравитационное, электромагнитное, слабое и сильное. Строение протонов и нейтронов.

^ Строение атома (10 часов)

Основные сведения о корпускулярных и волновых свойствах микрообъектов. Двойственная природа света. Закон эквивалентности массы и энергии. Волны де Бройля. Соотношение неопределенности Гейзенберга. Квантово-механическая модель атома. Уравнение Шредингера. Квантово-механическое объяснения строения атома водорода. Квантовые числа и их смысл. Ридберговские атомы. Многоэлектронные атомы. Строение электронных оболочек атомов. Правила заполнения электронных оболочек (принцип минимума энергии, принцип Паули, правило Хунда, правила Клечковского). Валентность элементов. Переменная валентность элементов. Строение электронных слоев и оболочек. Периодический закон элементов Д.И. Менделеева и строение атомов. Зависимость свойств элементов от их положения в периодической системе. Атомные и ионные радиусы. Энергетические характеристики атомов (энергия ионизации, постоянная экранирования по Слейтеру, электронное сродство атомов и молекул, электроотрицательность элементов).

^ Строение химической связи и молекул (10 часов)

Теория химического строения А.М. Бутлерова. Структурная и пространственная изомерия. Основные характеристики химической связи. Кривые потенциальной энергии молекул. Квантово-механическое объяснение образования ковалентной связи по Гейтлеру-Лондону на примере молекулы водорода. Метод валентных связей (спиновая теория валентности). Насыщаемость и направленность ковалентной связи. Гибридизация атомных орбиталей. Одинарные, двойные и тройные связи. - и π- связи. Химическая связь в бензоле. Метод Гиллеспи. Метод молекулярных орбиталей (МО ЛКАО). Связывающие и разрыхляющие орбитали в молекулах водорода, кислорода, азота, оксида углерода, фтора, ионах кислорода. Электроотрицательность элементов и образование ионной и полярной связей. Донорно-акцепторная связь. Химическая связь в комплексных соединениях с позиций метода валентных связей и теории кристаллического поля. Ионная связь - энергия ионной связи (уравнение Борна), поляризация ионов, влияние поляризации ионов на свойства веществ, энергия ионной связи в кристаллической решетке (коэффициент Маделунга). Металлическая связь. Водородная связь (длина, прочность, внутри- и межмолекулярные связи). Межмолекулярные взаимодействия (ориентационное, индукционное, дисперсионное, формула Леннарда-Джонса).

^ Агрегатные состояния веществ (10 часов)

Газовые законы. Уравнения состояния идеального и реального газов. Плазменное состояние вещества. Конденсированное состояние веществ. Особенности кристаллического состояния веществ. Кристаллохимия. Исследование структуры кристаллов. Типы кристаллических решеток, химические связи между частицами в кристалле. Дефектность кристаллической решетки. Некоторые особенности химии координационных структур. Зонная модель твердых тел (металлы, диэлектрики, полупроводники). Сверхпроводимость металлов и сплавов, высокотемпературная сверхпроводимость. Аморфное состояние вещества. Аморфные металлические стекла. Жидкое состояние веществ. Свойства воды и льда. Жидкокристаллическое состояние веществ.


^ Физические методы исследования строения вещества (4 часа)


Метод рентгеноструктурного анализа. Электронография. Нейтронография. Масс-спектроскопия. Молекулярная спектроскопия. Классификация электронных состояний и переходов молекул. Связь между химическим строением и электронными спектрами. Электронное состояние и дезактивация возбужденных молекул (схема Яблонского). Методы ИК спектроскопии. Методы радиоспектроскопии (ЯМР, ЭПР и др.). Эффект Мессбауэра.


^ 3.2. Практические и семинарские занятия


Раздел(ы)

Тема практического или семинарского занятия

Число часов

Строение атома

Строение электронных оболочек атомов

2




Периодический закон Д.И. Менделеева

2




Энергия ионизации атомов. Электронное сродство атомов. Электроотрицательность элементов.

2

Строение химической связи и молекул

Основные характеристики химической связи

2




Метод валентных связей

2




Метод молекулярных обителей

2




Донорно-акцепторная и водородная связи. Межмолекулярные взаимодействия.

2

Агрегатные состояния веществ

Кристаллические твердые тела. Зонная модель твердых тел. Аномальные свойства воды.

3


^ 3.3. Лабораторный практикум


Не предусмотрен.


3.4. Курсовые проекты (работы)

Не предусмотрены.



Формы текущего контроля




Разделы

Форма контроля

Неделя

Строение атома

Контрольная работа

5-6

Строение химической связи

Коллоквиум

10-11

Агрегатное состояние вещества

Контрольная работа

15-16



^ 3.6. Самостоятельная работа

Электронное строение молекул. (Краснов К.С. Молекулы и химическая связь. - М.: Высшая школа, 1977, 280 с.; Степанов Н.Ф. Квантовая механика и квантовая химия. М.: Мир, 2001. - 519 с.; Минкин В.И., Симкин Б.Я., Миняев Р.М. Теория строения молекул. - Ростов-Дон: Феникс, 1997, 272 с. ) - зачет.

Возбужденные состояния молекул и свободных радикалов. (Барлтроп Дж., Койл Дж. Возбужденные состояния в органической химии. . Мир, М.: 1978. – 446 с.;Мельников М.Я., Смирнов В.А. Фотохимия органических радикалов. Изд-во МГУ, М.: 1994. – 336 с. ;Милинчук В.К., Клиншпонт Э.Р., Пшежецкий С.Я. Макрорадикалы. Химия, М.: 1980. – 240 с.; Рэнби Б., Рабек Я. Фотодеструкция, фотоокисление и фотостабилизация полимеров. . Мир, М.:, 1978. – 675 с.) - зачет.



^ 4. Рекомендуемая литература


4.1. Основная литература


Милинчук В.К. Строение атомов и химической связи. Агрегатное состояние вещества. Учебное пособие. Обнинск, ИАТЭ, 1999. – 46 с.- 200 экз.

Краснов К.С. Молекулы и химическая связь. - М.: Высшая школа, 1977, 280 с

Степанов Н.Ф. Квантовая механика и квантовая химия. М.: Мир, 2001. - 519 с.

Минкин В.И., Симкин Б.Я., Миняев Р.М. Теория строения молекул. - Ростов-Дон: Феникс, 1997, 272 с. .

Корольков Д.В., Скоробогатов Г.А. Основы теоретической химии. Учебное пособие. М.: Издательский центр «Академия», 2004. – 352 с.

Бейдер Р. Атомы в молекулах: Квантовая теория. Пер. с англ. - М.: Мир, 2001. - 352 с.




Дополнительная литература


1. Карапетьянц М.Х., Дракин С.И. Строение вещества. Из-во «Высшая школа», М.: 1967. 288 с.

2. Бучаченко А.Л. Химическая поляризация электронов и ядер. Наука, М.:, 1974. – 246 с.

3. Рэнби Б., Рабек Я. Фотодеструкция, фотоокисление и фотостабилизация полимеров. . Мир, М.:, 1978. – 675 с.

4. Электронная спектроскопия. М.:Мир, 1971. – 493 с.

5. Замараев К.И., Хайрутдинов Р.Ф., Жданов В.П. Туннелирование электрона в химии. Химические реакции на больших расстояниях. – Наука, Новосибирск: 1985. – 313 с.

6. Гольданский В.И., Трахтенберг Л.И., Флеров В.Н. Туннельные явления в химической физике. Наука, М.: 1986. – 296 с.

7. Мельников М.Я., Смирнов В.А. Фотохимия органических радикалов. Изд-во МГУ, М.: 1994. – 336 с.

8. Сергеев Н.М. Спектроскопия ЯМР. Изд-во МГУ, М.: 1994. – 277 с.

9. Альтшулер С.А., Козырев Б.М. Электронный парамагнитный резонанс. Гос. из-во физ.-мат лит., М.: 1961. – 368 с.

10. Пшежецкий С.Я., Котов А.Г., Милинчук В.К., Рогинский В.А., Тупиков В.И. ЭПР свободных радикалов в радиационной химии. Химия, М.: 1972. – 460 с.

11. Милинчук В.К., Клиншпонт Э.Р., Пшежецкий С.Я. Макрорадикалы. Химия, М.: 1980. – 240 с.

12. Милинчук В.К., Клиншпонт Э.Р., Тупиков В.И. Основы радиационной стойкости органических материалов. Энергоатомиздат. М.: 1994. – 256 с.

13. Фудзинага С. Метод молекулярных орбиталей. _ М.: Наука, 1983. 464 с.

14. Берсукер И.Б. Электронное строение и свойства координационных соединений. Введение в теорию.- Л.: Изд-во ЛГУ, 1981. 286 с.

15. Браун П.А., Киселев А.А. Введение в теорию молекулярных спектров. Л.: Изд-во ЛГУ, 1983. 232 с.

16. Каплан И.Г. Введение в теорию межмолекулярных взаимодействий. М.: Наука, 1982. 311 с.

17. Слэтер Дж. Электронная структура молекул. - М.: Мир, 1965. 587 с.

18. Травень В.Ф. Электронная структура и свойства органических молекул. М.: Химия, 1989. 384 с.

19. Веселов М.Г. Элементарная квантовая теория атомов и молекул. Гос. из-во физ.-мат лит., М.: 1962. – 215 с.

20. Кемпбел Дж. Современная общая химия. Мир, М.: 1975. – 548 с.

21. Хигаси К., Баба Х., Рембаум А. Квантовая органическая химия. Мир, М.:, 1967. – 379 с.

Барлтроп Дж., Койл Дж. Возбужденные состояния в органической химии. . Мир, М.:, 1978. – 446 с.

Будников Г.К., Майстренко В.Н., Вяселев М.Р. Основы современного электрохимического анализа. - М.: Мир, 2003. - 592 с.

Абаренков И.В., Братцев В.Ф., Тулуб А.В. Начала квантовой химии. М.: Высшая школа, 1989, 304 с.

Грибов Л.А., Муштакова С.П. Квантовая химия. -М.: Гардарики, 1999. 390 с.

Степанов Н.Ф. . Пупышев В.И. Квантовая механика молекул и квантовая химия.-М.: Изд-во МГУ, 1991, 384 с.


4.2. Средства обеспечения освоения дисциплины


Не предусмотрены.


5. Материально-техническое обеспечение дисциплины


Не предусмотрены.