Дисциплины Иностранный язык (английский) Общая трудоёмкость изучения дисциплины составляет 9 з е. (324 часа). Целью изучения дисциплины «Иностранный язык»

Энергия, закон сохранения и превращения энергии. Первый закон термодинамики. Теплота и работа. Тепловой эффект химической реакции. Функции состояния системы. Внутренняя энергия, энтальпия. Размерность и стандартные значения энтальпии. Закон Гесса и его приложения - расчет тепловых эффектов химических реакций по теплотам образования и сгорания веществ, составление и использование термохимических циклов. Энтальпия атомизации. Расчет энергии связи в молекулах и энергии кристаллической решетки в ионных кристаллах.

Необратимые и обратимые процессы. Энтропия, определение, размерность. Статистическое толкование энтропии. Стандартные энтропии веществ. Расчет и приближенная оценка изменений энтропии в химических реакциях. Свободная энергия Гиббса (изобарно-изотермический потенциал), энтальпийный и энтропийный факторы процесса. Оценка возможности протекания химических реакций в стандартных условиях с использованием стандартных изменений энергии Гиббса или энтальпии и энтропии образования веществ. Оценка возможности протекания процесса в нестандартных условиях по изменению изобарно-изотермического потенциала в стандартных условиях. Понятие о химическом потенциале.

Гомогенные и гетерогенные системы, скорость гомогенных и гетерогенных химических реакций. Влияние концентрации на скорость химических реакций. Порядок и молекулярность реакции. Влияние температуры на скорость химических реакций, правило Вант-Гоффа. Понятия об "активных молекулах" и энергии активации. Уравнение Аррениуса для константы скорости химической реакции. Влияние стерического фактора на скорость реакции, энтропия активации. Реакции параллельные, последовательные, сопряженные, цепные; ионные, молекулярные, радикальные. Разветвленные и неразветвленные цепные реакции, основные стадии цепных реакций. Каталитические реакции, элементы теории гомогенного и гетерогенного катализа.

Химическое равновесие, равновесные концентрации. Константа химического равновесия, ее связь с изменением изобарно-изотермического потенциала. Смещение химического равновесия, принцип Ле-Шателье. Влияние на смещение химических равновесий изменений условий: концентрации реагентов, температуры, давления, добавок веществ, не участвующих в рассматриваемом процессе. Типы констант равновесия (K_c, K_p, K_д, K_w, K_h, ПР, b_i).

Дисперсные системы, их классификация по размерам частиц, по агрегатному состоянию дисперсной фазы и дисперсионной среды. Грубодисперсные системы, коллоидные растворы. Истинные растворы (газообразные, жидкие и твердые). Способы выражения концентрации растворов (массовая доля, молярная, нормальная и моляльная концентрации, мольная доля). Методы определения концентрации растворов.

Теории растворов. Процессы, протекающие при образовании растворов, и сопровождающие их явления. Сольватация (гидратация) ионов. Понятия о контактных, сольватноразделенных ионных парах и свободных сольватированных ионах. Растворимость, влияние различных факторов на растворимость веществ (природы растворителя и растворенного вещества, температуры, давления, посторонних веществ). Кристаллогидраты. Диаграмма состояния воды. Правило фаз Гиббса.

Понижение давления насыщенного пара над раствором, понижение температуры плавления и повышение температуры кипения раствора по сравнению с чистым растворителем. Законы Рауля. Осмос и осмотическое давление. Определение молекулярной массы хорошо растворимого нелетучего вещества.

Сильные и слабые электролиты. Истинные электролиты и ионогены. Ионные пары. Константы ионизации (К_ион), константы диссоциации (К_д). Влияние природы растворителя и электролита на равновесия "ионоген - ионные пары - сольватированные ионы". Соотношения между экспериментальными (справочные данные) константами диссоциации (К_эксп) и К_ион, К_д. Понятие о рК. Степень диссоциации. Закон разбавления Оствальда. Растворы сильных электролитов, кажущаяся степень диссоциации. Изотонический коэффициент и его связь со степенью диссоциации.

Активность и коэффициент активности нейтральной частицы или иона. Ионная сила растворов, расчет коэффициентов активности в водных растворах. Константа ионизации воды, ионное произведение воды, рН раствора. Расчет рН в растворах сильных и слабых оснований или кислот, в растворах солей. Определение рН с помощью индикаторов и рН-метра. Типы буферных растворов и механизм их действия. Произведение растворимости (ПР). Расчет растворимости веществ из данных по ПР. Влияние одноименных ионов и рН на растворимость малорастворимых веществ. Солевой эффект.

Классификация солей по отношению к гидролизу. Константа и степень гидролиза. Влияние различных факторов на гидролиз солей. Теории кислот и оснований. Кислоты и основания с точки зрения теории электролитической диссоциации. Протонная теория: определение кислоты и основания, сопряженные пары, протолитическое равновесие. Константа автопротолиза. Электронная теория Льюиса: определение кислот и оснований.

Степень окисления, окисление и восстановление. Типы окислительно-восстановительных реакций. Важнейшие окислители и восстановители. Методы подбора стехиометрических коэффициентов в окислительно-восстановительных реакциях - электронный и ионно-электронный баланс.

Электрохимия. Возникновение двойного электрического слоя (ДЭС) на границе раздела фаз "металл - раствор соли металла". Электроды: металлические, газовые и окислительно-восстановительные. Уравнение Нернста. Работа гальванического элемента, элемент Даниэля-Якоби и концентрационные элементы. Водородный электрод и стандартные электродные потенциалы. Направление протекания окислительно-восстановительных реакций в растворах. Ряд напряжений. Электролиз расплавов и водных растворов электролитов, последовательность разрядки ионов на электродах. Типы коррозии металлов. Механизм электрохимической коррозии. Способы борьбы с коррозией, катодная и анодная защита.

Понятия о нуклонах, кварках и ядерных силах. Планетарная модель атома Резерфорда. Квантование энергии, уравнение Планка. Волновые свойства микрочастиц, уравнение Де-Бройля. Принцип неопределенности. Волновая функция, орбиталь. Волновое уравнение Шредингера. Квантовые числа, электронные уровни, подуровни и орбитали. Емкость и порядок заполнения электронных подуровней в атоме. Принцип Паули. Правила Гунда и Клечковского. Полярные диаграммы атомных орбиталей.

Способы изображения периодической системы (с длинными и короткими периодами). Периоды и группы. s-, p-, d-, f-элементы. Краткая характеристика элемента по его электронной конфигурации и положению в периодической системе. Электронные аналоги. Периодичность в изменении химических свойств элементов и их соединений. Изменение по периодам и группам потенциала ионизации, сродства к электрону, электроотрицательности, атомных и ионных радиусов.

Химическая связь, ее основные типы: ионная, ковалентная, металлическая, водородная.

Метод валентных связей. Насыщенность химической связи и валентность элементов. Полярность связи. Длина и энергия связи. Гибридизация орбиталей. Направленность химической связи. Влияние неподеленной электронной пары центрального атома на валентные углы. Образование молекул с кратными связями (С₂Н₄, С₂Н₂). Модель локализованных электронных пар.

Тема 16. Метод молекулярных орбиталей

Основные положения МО ЛКАО. Связывающие и разрыхляющие орбитали. Образование, устойчивость и магнитные свойства гомоядерных молекул и молекулярных ионов (О₂^-, О₂^2- и т.п.) первого и второго периодов. Порядок связи. Принцип изоэлектронности. Гетероядерные двухатомные молекулы элементов I-II периодов таблицы Д.И.Менделеева. Несвязывающие МО. Особенности связывающих и разрыхляющих МО в гетероядерных молекулах. Понятия об электронно-дефицитных и орбитально-дефицитных (гипервалентных) связях.

Межмолекулярное взаимодействие. Агрегатные состояния. Типы взаимодействий в растворах. Кристаллическое и аморфное состояние. Элементарная ячейка. Ионные кристаллы. Связь в кристаллических металлах. Свойства веществ с ионной, атомной, молекулярной решетками. Понятие о зонной теории твердого тела. Представления о плотнейших упаковках шаров и координационном числе атома или иона.

Комплексообразователь, лиганд, внутренняя и внешняя сферы комплекса, координационное число центрального атома, дентатность лиганда. Типы комплексных соединений (катионные, нейтральные и анионные; моноядерные и полиядерные; гомоядерные и гетероядерные). Номенклатура и изомерия комплексных соединений. Диссоциация комплексных соединений в растворах. Общие и ступенчатые константы устойчивости комплексов, константы нестойкости. Инертные и лабильные комплексы. Метод валентных связей для комплексных соединений. Основы теории кристаллического поля, расщепление d-орбиталей в октаэдрическом поле.

Константы устойчивости комплексов, размерность, условия сравнения. Сильные и слабые комплексы. Кислоты и основания Льюиса. Концепция жестких и мягких кислот и оснований (ЖМКО) и ее использование для прогнозирования устойчивости комплексов. Ионный потенциал. Изменение «жесткости» в группах Периодической системы элементов. Сильные и слабые кислоты, константы диссоциации. Количественное сопоставление силы неорганических кислот, основных свойств гидроксидов. Эмпирические правила Полинга.

Использование стандартных электродных потенциалов для установления направления окислительно-восстановительных реакций при стандартных условиях. Ряды Латимера. Вольт-эквивалент. Диаграммы Фроста для нахождения относительной термодинамической устойчивости различных степеней окисления, способности к диспропорционированию или сопропорционированию.

Систематическое изложение химии элементов и их соединений включает общую характеристику группы, основные сырьевые источники соединений элементов, способы их переработки и лабораторные способы получения

Затем рассматриваются типы соединений по степеням окисления, их получение, строение. Надо выделить три важных свойства соединений:

- кислотно-основные

- окислительно-восстановительные

- способность к комплексообразованию

они рассматриваются из следующих термодинамических данных:

- константы кислотной и основной диссоциации

- стандартные электродные потенциалы полуреакций в виде диаграмм Латимера

- константы образования комплексов

Особенности положения водорода в Периодической системе. Изотопы. Степени окисления, типы соединений, их окислительно-восстановительные свойства, способность к комплексообразованию. Свойства атомарного и молекулярного водорода.

Галогены. Степени окисления. Диспропорционирование галогенов. Сопоставление окислительной способности. Галогеноводороды и галогеноводородные кислоты. Особенности HF. Галогениды металлов и неметаллов, их взаимодействие с водой. Оксиды галогенов. Кислородные кислоты и их соли. Термодинамика окислительно-восстановительных процессов при рН=0 и рН=14 на примере хлора. Межгалогенные соединения. Поликатионы и полианионы галогенов.

Тема 22. Кислород и сера. Подгруппа селена

Аллотропия кислорода. Вода, оксиды. Пероксиды, надпероксиды. Озониды. Фторид кислорода. Обратимое связывание кислорода гемоглобином.

Сера, селен, теллур, полоний (Э). Кристаллические модификации. Взаимодействие с кислородом, активными металлами и кислотами-окислителями. Сравнение кислотных свойств соединений Н₂Э, Н₂ЭО₃ и Н₂ЭО₄. Окислительно-восстановительные свойства соединений Э. Соединения серы: сероводород, сульфиды, сульфаны, полисульфиды, оксид серы(IV), сернистая кислота, сульфиты. Гидросульфиты. Таутомерия гидросульфит-иона. Оксид серы(VI), серная кислота, сульфаты, полисульфаты. Сравнение окислительных свойств серной и селеновой кислоты. Действие разбавленной и концентрированной серной кислоты на металлы. Тиосерная, дитионовая, политионовые кислоты и их соли.

Тема 23. Азот и фосфор. Подгруппа мышьяка

Инертность азота и проблема его связывания. Водородные соединения: аммиак, гидразин, гидроксиламин, азотоводородная кислота. Их кислотно-основные свойства и способность к комплексообразованию. Самоионизация аммиака и гидразина. Примеры окислительно-восстановительных реакций. Кислородные соединения: оксиды, кислоты, соли. Диаграммы Фроста в кислой и щелочной средах. Азотистая и азотная кислоты. Промышленное получение HNO₃. Отношение нитратов различных металлов к нагреванию.

Фосфор, мышьяк, сурьма, висмут (Э). Аллотропия фосфора. Соединения Э⁰ с металлами, водородом и растворами щелочей. Гипофосфористая кислота и гипофосфиты. Соединения Э³⁺: оксиды, гидраты оксидов, соли. Окислительно-восстановительные свойства. Соединения Э⁵⁺: оксиды, кислоты, соли. Полифосфорные кислоты, соли. Сравнение окислительно-восстановительных свойств соединений.

Тема 24. Углерод, кремний. Подгруппа германия

Аллотропия углерода. Изотопы. Соединения включения графита. Карбиды ионные (метаниды и ацетилениды) и ковалентные. Оксид углерода(II), его восстановительные и лигандные свойства. Карбонилы. Диоксид углерода. Угольная кислота и ее соли. Пероксокарбонаты. Галогениды и оксогалогениды. Соединения с серой (сероуглерод, тиосоли. тиокислоты). Соединения с азотом: циановодородная кислота и ее свойства (кислотные, восстановительные, способность к комплексообразованию с металлами); родановодородная кислоты и ее соли; дициан (получение).

Кремний. Взаимодействие с растворами щелочей и смесью кислот HF + HNO₃. Силициды и силаны. Галогениды, их гидролиз. Диоксид кремния, кремневые кислоты. Силикаты.

Германий, олово, свинец. Диаграммы окислительно-восстановительных свойств. Взаимодействие металлов с растворами кислот и щелочей. Соединения с активными металлами и водородом. Соединения Э⁴⁺: оксиды, гидраты оксидов, соли. a- и b-оловянные кислоты. Свинцовый сурик. Соединения Э²⁺: оксиды, гидраты оксидов, соли. Сульфиды. Тиосоли.

Бор. Диаграммы окислительно-восстановительных свойств. Взаимодействие с кислородом, галогенами. Азотом, водородом. Водяным паром, растворами кислот и оснований. Бориды и бораны. Галогениды, гидролиз. Нитрид бора, боразол. Оксид, борная кислота, бораты, тетрабораты.

Окислительно-восстановительные свойства Al, Ga, In, Tl. Взаимодействие металлов с кислородом, серой. Галогенами. Азотом, растворами кислот и щелочей. Алюмотермия. Отличие Tl от электронных аналогов. Сравнение устойчивости соединений Э³⁺ и Э⁺. Сравнение кислотно-основных свойств Э(ОН)₃. Сходство соединений Tl⁺ , Ag⁺ и ионов щелочных металлов. Комплексные соединения элементов III группы.

Тема 26. Щелочные и щелочноземельные металлы

Взаимодействие щелочных металлов с водой, хлором, водородом, азотом, серой. Отличие свойств лития от других щелочных металлов. Продукты горения металлов на воздухе. Оксиды, гидроксиды, соли.

Взаимодействие щелочноземельных металлов с кислородом, водородом, галогенами, серой, азотом, углеродом, водой, растворами кислот. Особое поведение Be и Mg. Сравнение кислотно-основных свойств гидроксидов. Соли. Важные радиоактивные изотопы ²²⁶Ra и ⁹⁰Sr.

Тема 27. Элементы VIII группы

Инертные газы. Нахождение в природе и особенности получения. Клатраты. Фториды ксенона. Кислородные соединения ксенона.

Комплексные соединения d-элементов. Реакции замещения лигандов. Координационные числа. Степени окисления. Теория кристаллического поля. Расщепление d-орбиталей в октаэдрическом, тетраэдрическом, квадратном поле лигандов. Параметр расщепления и окраска комплексов. Магнитные свойства. Низкоспиновые и высокоспиновые комплексы. Спектрохимический ряд лигандов. Описание комплексов в рамках МО ЛКАО.

Медь, серебро, золото. Степени окисления. Взаимодействие металлов с кислородом, галогенами, серой, растворами цианидов, кислот-окислителей. Соединения Cu⁺ и Cu⁺: оксиды, соли, комплексы. Примеры соединений Cu³⁺ и Cu⁴⁺. Диспропорционирование Cu⁺ в водных растворах. Соединения Ag⁺: оксид, соли, комплексы. Окислительные свойства соединений Ag²⁺ и Ag³⁺. Соединения Au⁺: соли, диспропорционирование, комплексы. Соединения Au³⁺: соли, оксид, гидроксид, комплексы.

Цинк, кадмий, ртуть. Взаимодействие металлов с растворами кислот и щелочей. Сравнение кислотно-основных свойств оксидов и гидроксидов. Соли. Сравнение устойчивости их галогенидных комплексов. Амальгамы. Соединения Hg²⁺: оксид, соли (сильные и слабые электролиты в воде), комплексы. Диспропорционирование солей Hg₂²⁺. Смещение равновесия диспропорционирования добавлением различных реагентов.

Тема 30. d-элементы III-IV групп

Скандий, иттрий и лантан. Особенности химии скандия. Редкоземельные элементы (РЗЭ). Взаимодействие металлов с кислородом, хлором, азотом. Оксиды. Гидроксиды, соли. Сравнение свойств.

Титан, цирконий, гафний. Сравнение окислительно-восстановительных свойств на основе диаграмм Латимера. Взаимодействие металлов с растворами кислот и щелочей. Отличие соединений Ti от Zr и Hf. Реакции соединений Ti²⁺ и Ti³⁺. Соединения Э⁴⁺: оксиды, a- и b-формы кислот. Галогениды, их гидролиз. Соли оксокатионов. Галогенидные комплексы. Пероксосоединения.

Тема 31 d-элементы V-VI групп

Ванадий, ниобий, тантал. Сравнение свойств соединений Э⁵⁺ на основе диаграмм Фроста. Отношение V⁰ к HF и HNO₃. Взаимодействие Nb и Ta со смесью HF+HNO₃ и расплавами щелочей. Кислотно-основные свойства оксидов и гидратов оксидов Э⁵⁺. Ванадаты, ниобаты, танталаты. Соли оксо- и диоксованадия. Другие степени окисления V (2+, 3+, 4+), оксиды, соли.

Хром, молибден, вольфрам. Сравнение устойчивости различных степеней окисления на основании диаграмм Фроста. Взаимодействие металлов с кислотами. Окислительная щелочная плавка. Сравнение свойств оксидов, кислот, солей в высшей степени окисления элементов. Соединения Cr (2+, 3+, 4+, 6+). Оксиды и гидраты оксидов, их кислотно-основные свойства. Соли, хромовые квасцы. Комплексные соединения и окислительно-восстановительные свойства Cr³⁺. Пероксосоединения Cr⁶⁺. Изополикислоты Cr⁶⁺, их соли. Примеры соединений изо- и гетерополикислот Mo⁶⁺ и W⁶⁺. Галогениды и оксогалогениды Cr⁶⁺, Mo⁶⁺ и W⁶⁺. Необычные степени окисления хрома.

Тема 32. d-элементы VII

Марганец, технеций, рений. Сравнение устойчивости соединений в разных степенях окисления на основе диаграмм окислительно-восстановительных свойств. Отношение металлов к растворам кислот и щелочей. Отличие Мn от аналогов. Сопоставление свойств оксидов, кислот, солей для Э⁷⁺. Получение соединений Tc, Re в степени окисления 7+ и 4+. Соединения Mn (2+, 3+, 4+, 6+): оксиды, гидроксиды, соли. Диспропорционирование Mn³⁺ и Mn⁶⁺. Получение марганца из природного MnO₂. Примеры необычных степеней окисления Mn, Tc, Re.

Триада железа (Fe, Co, Ni). Диаграммы окислительно-восстановительных свойств. Пирофорные свойства. Ферромагнетизм. Отношение металлов к воде, кислороду, растворам кислот и щелочей. Соединения Э²⁺: оксиды, гидроксиды, соли, комплексы. Отношение к кислороду воздуха в кислой и щелочной средах. Соединения Э³⁺: оксиды, гидроксиды, соли, комплексные соединения. Моноядерные и полиядерные карбонилы. Правило Сиджвика. Металлоцены. Соединения Fe⁶⁺ и Fe⁸⁺, получение окислительные свойства.

Платиновые металлы. Отношение металлов к кислотам, смесям кислот, к окислительной щелочной плавке. Взаимодействие мелкодисперсных порошков («чернь») с кислородом, серой, галогенами. Способность Pt и Pd поглощать водород. RuO₄ и OsO₄: получение, кислотно-основные свойства, взаимодействие с растворами соляной кислоты и щелочи. Примеры соединений Ru⁶⁺и Os⁶⁺. Соединения Э⁴⁺: оксиды ЭО₂ (Э=Ru, Os, Ir, Pt). Примеры бинарных соединений и комплексных хлоридов Rh³⁺, Ir³⁺, Pd²⁺ и Pt²⁺.

Раздел 12. Химия f-элементов

Тема 34. Химия лантаноидов и актиноидов (4f- и 5f-элементов)

Особенности свойств лантаноидов (Ln), связанные с эффектом лантаноидного сжатия. Соединения Ln³⁺: оксиды, гидроксиды, соли. Другие степени окисления. Примеры восстановительных свойств Sm²⁺, Eu²⁺ и окислительных свойств Ce⁴⁺, Pr⁴⁺.

Актиноиды (An). Cравнение с лантаноидами и d-элементами. Наиболее устойчивые степени окисления. Диаграммы окислительно-восстановительных свойств. Краткая характеристика соединений An⁴⁺ (Th, U), An⁵⁺ (Pa), An⁶⁺ (U, Np, Pu) и An⁶⁺ (Np, Pu). Сверхтяжелые элементы.
Студенты по окончании курса должны

знать: фундаментальные теоретические основы неорганической химии;

уметь: составлять уравнения реакций обмена, окисления - восстановления и комплексообразования, решать задачи по определению концентрации растворов, термодинамических и кинетических параметров химических систем, объяснять и прогнозировать периодичность изменения свойств веществ с точки зрения теории строения атома, знать и уметь объяснить основные закономерности изменения химических и физических свойств химических элементов и их соединений в зависимости от положения элемента в Периодической системе Д.И. Менделеева.

владеть: знаниями о важнейших теоретических и практических аспектах, используемых в общей и неорганической химии для описания химических процессов, навыками проведения химического эксперимента.

Виды учебной работы: лекции, практические и лабораторные работы, самостоятельная работа.

Изучение дисциплины заканчивается: зачетами в 1 и 2 семестрах, экзаменами в 1 и 2 семестрах.

Аннотация дисциплины

Аналитическая химия

Общая трудоемкость изучения дисциплины составляет 18 зачетных единиц ( 648 час.)

Целью изучения дисциплины является фундаментальная подготовка бакалавров по химии в области качественного и количественного химического анализа, физических и физико-химических методов анализа.

Курс аналитической химии должен способствовать формированию научного химического мышления, умения приобретать новые знания с использованием современных научных методов, умения решать проблемы, имеющие естественнонаучное содержание.
Задачами изучения дисциплины являются теоретическое и практическое освоение на базе дисциплин циклов ЕН (математика, физика) и ОПД (общая и неорганическая химия) основных понятий и закономерностей методов определения качественного и количественного состава различных объектов.

Изучение дисциплины способствует:

• 
  Пониманию роли аналитической химии в системе наук.
  
• 
  Формированию знания метрологических основ химического анализа; типов реакций и процессов, лежащих в основе методов аналитической химии, основных методов анализа, особенностей анализа в зависимости от объекта исследования.
  
• 
  Приобретению специальных знаний по методологии выбора методов анализа.
  
• 
  Развитии. навыков выполнения химического эксперимента.
  

Структура дисциплины (распределение трудоемкости по отдельным видам аудиторных учебных занятий и самостоятельной работы

Основные дидактические единицы (разделы):

Тема 1. «Предмет аналитической химии, ее структура»

Предмет аналитической химии, ее структура. Методологические аспекты аналитической химии; ее место в системе наук, связь с практикой. Значение аналитической химии в развитии естествознания, техники, экономики. Основные аналитические проблемы: снижение предела обнаружения; повышение точности и избирательности, экспрессности анализа; анализ без разрушения; локальный анализ; дистанционный анализ. Виды анализа: изотопный, элементный, структурно-групповой (функциональный), молекулярный, вещественный, фазовый. Химические, физические и биологические методы анализа. Макро-, микро- и ультрамикроанализ.

Тема 2. «Метрологические основы анализа»

Основные метрологические понятия и представления: измерение, методы и средства измерений, метрологические требования к результатам измерений, основные принципы и способы обеспечения достоверности результатов измерений, погрешности. Основные стадии химического анализа. Выбор метода анализа и составление схем анализа. Абсолютные (безэталонные) и относительные методы анализа. Аналитический сигнал и помехи. Объем информации в аналитическом сигнале. Способы определения содержания по данным аналитических измерений.

Основные характеристики метода анализа: правильность и воспроизводимость, коэффициент чувствительности, предел обнаружения, нижняя и верхняя границы определяемых содержаний. Классификация погрешностей анализа. Систематические и случайные погрешности. Погрешности отдельных стадий химического анализа. Способы оценки правильности: использование стандартных образцов, метод добавок, метод варьирования навесок, сопоставление с другими методами. Стандартные образцы, их изготовление, аттестация и использование. Статистическая обработка результатов измерений. Закон нормального распределения случайных ошибок, t- и F-распределения. Среднее, дисперсия, стандартное отклонение. Проверка гипотезы нормальности, гипотезы однородности результатов измерений. Способы оценки правильности. Стандартные образцы. Сравнение дисперсии и средних двух методов анализа. Регрессионный анализ. Использование метода наименьших квадратов для построения градуировочных графиков.

Требования к метрологической оценке в зависимости от объекта и цели анализа. Способы повышения воспроизводимости и правильности анализа. Организация и методология метрологического обеспечения деятельности аналитической службы. Аккредитация аналитических лабораторий. Поверка аппаратуры, аттестация нестандартных средств измерений и методик анализа.

Тема 3. «Теория и практика пробоотбора и пробоподготовки»

Представительность пробы; взаимосвязь с объектом и методом анализа. Факторы, обусловливающие размер и способ отбора представительной пробы. Отбор проб гомогенного и гетерогенного состава. Способы получения средней пробы твердых, жидких и газообразных веществ; устройства и приемы, используемые при этом; первичная обработка и хранение проб; дозирующие устройства. Основные способы перевода пробы в форму, необходимую для данного вида анализа: растворение в различных средах; спекание, сплавление, разложение под действием высоких температур, давления, высокочастотного разряда; комбинирование различных приемов; особенности разложения органических соединений. Способы устранения и учета загрязнений и потерь компонентов при пробоподготовке.

Модуль II. Типы реакций и процессов в аналитической химии

Тема 4. «Основные типы химических реакций в аналитической химии»

Основные типы химических реакций в аналитической химии: кислотно-основные, комплексообразования, окисления-восстановления. Используемые процессы: осаждение-растворение, экстракция, сорбция. Константы равновесия реакций и процессов. Состояние веществ в идеальных и реальных системах. Структура растворителей и раствора. Сольватация, ионизация, диссоциация. Поведение электролитов и неэлектролитов в растворах. Теория Дебая-Хюккеля. Коэффициенты активности. Концентрационные константы. Описание сложных равновесий. Общая и равновесная концентрации. Условные константы.

4.1. Кислотно-основные реакции. Современные представления о кислотах и основаниях. Теория Бренстеда-Лоури. Равновесие в системе кислота - сопряженное основание и растворитель. Константы кислотности и основности. Кислотные и основные свойства растворителей. Константа автопротолиза. Влияние природы растворителя на силу кислоты и основания. Нивелирующий и дифференцирующий эффект растворителя.

Кислотно-основное равновесие в многокомпонентных системах. Буферные растворы и их свойства. Буферная емкость. Вычисления рН растворов незаряженных и заряженных кислот и оснований, многоосновных кислот и оснований, смеси кислот и оснований.

Ступенчатое комплексообразование. Количественные характеристики комплексных соединений: константы устойчивости (ступенчатые и общие), функция образования (среднее лигандное число), функция закомплексованности, степень образования комплекса. Факторы, влияющие на комплексообразование: строение центрального атома и лиганда, концентрация компонентов, рН, ионная сила раствора, температура. Термодинамическая и кинетическая устойчивость комплексных соединений.

Влияние комплексообразования на растворимость соединений, кислотно-основное равновесие, окислительно-восстановительный потенциал систем, стабилизацию различных степеней окисления элементов. Способы повышения чувствительности и избирательности анализа с использованием комплексных соединений.

Теоретические основы взаимодействия органических реагентов с неорганическими ионами. Влияние их природы, расположения функционально-аналитические групп, стереохимии молекул реагента на его взаимодействие с неорганическими ионами. Теория аналогий взаимодействия ионов металлов с неорганическими реагентами типа H₂O, NH₃ и H₂S и кислород-, азот-, серосодержащими органическими реагентами. Основные типы соединений, образуемых с участием органических реагентов. Хелаты, внутрикомплексные соединения. Факторы, определяющие устойчивость хелатов Важнейшие органические реагенты, применяемые в анализе для разделения, обнаружения, определения ионов металлов, для маскирования и демаскирования. Органические реагенты для органического анализа. Возможности использования комплексных соединений и органических реагентов в различных методах анализа.

Основные неорганические и органические окислители и восстановители, применяемые в анализе. Методы предварительного окисления и восстановления определяемого элемента.

Тема 5. «Методы обнаружения и идентификации» 0,2 (8 часов)

Задачи и выбор метода обнаружения и идентификации атомов, ионов и химических соединений. Дробный и систематический анализ. Физические методы обнаружения и идентификации неорганических и органических веществ. Микрокристаллоскопический анализ, пирохимический анализ (окрашивание пламени, возгонка, образование перлов). Капельный анализ. Анализ растиранием порошков. Хроматографические методы качественного анализа. Экспрессный качественный анализ в заводских и полевых условиях. Примеры практического применения методов обнаружения.
Модуль IV. Методы выделения, разделения и концентрирования

Тема 6. «Методы выделения, разделения и концентрирования» 0,1 (4 часа)

Основные методы разделения и концентрирования, их роль в химическом анализе, выбор и оценка. Сочетание методов разделения и концентрирования с методами определения; гибридные методы. Одноступенчатые и многоступенчатые процессы разделения. Константы распределения. Коэффициент распределения. Степень извлечения. Фактор разделения. Коэффициент концентрирования.

6.1. Методы экстракции. Теоретические основы методов. Закон распределения. Классификация экстракционных процессов. Скорость экстракции. Типы экстракционных систем. Условия экстракции неорганических и органических соединений. Реэкстракция. Природа и характеристика экстрагентов. Разделение и концентрирование элементов методом экстракции. Основные органические реагенты, используемые для разделения элементов методом экстракции. Селективное разделение элементов методом подбора органических растворителей, изменение рН водной фазы, маскирования и демаскирования.

6.2. Методы осаждения и соосаждения. Применение неорганических и органических реагентов для осаждения. Способы разделения осаждением либо растворением при различных значениях рН, за счет образования комплексных соединений и применения окислительно-восстановительных реакций. Групповые реагенты и предъявляемые к ним требования. Характеристики малорастворимых соединений, наиболее часто используемых в анализе. Концентрирование микроэлементов соосаждением на неорганических и органических носителях (коллекторах).

6.3. Другие методы. Электрохимические методы. Отгонка (дистилляция, возгонка). Зонная плавка.

Тема 7. Хроматографические методы анализа 0,2 (6 часов)

7.6. Плоскостная хроматография. Общие принципы разделения. Способы получения плоскостных хроматограмм. Реагенты для их проявления. Бумажная хроматография. Механизмы разделения. Подвижные фазы. Преимущества и недостатки. Тонкослойная хроматография. Механизмы разделения. Сорбенты и подвижные фазы. Области применения.

Тема 8. «Химические методы анализа»

Аналитические весы. Чувствительность весов и ее математическое выражение. Факторы, влияющие на точность взвешивания. Техника взвешивания.

Примеры практического применения гравиметрического метода анализа.

8.2. Титриметрические методы анализа. Методы титриметрического анализа. Классификация. Требования, предъявляемые к реакции в титриметрическом анализе. Виды титриметрических определений. Способы выражения концентраций растворов в титриметрии. Эквивалент, молярная масса эквивалента, молярная концентрация. Первичные и вторичные стандарты. Фиксаналы. Виды кривых титрования. Факторы. влияющие на характер кривых титрования и величину скачка титрования в различных методах. Точка эквивалентности. Способы определения конечной точки титрования в различных методах.

8.3. Кислотно-основное титрование. Построение кривых титрования. Влияние величины констант кислотности или основности, концентрации кислот или оснований, температуры на характер кривых титрования. Кислотно-основное титрование в неводных средах. Кислотно-основные индикаторы. Погрешности титрования при определении сильных и слабых кислот и оснований, многоосновных кислот и оснований.

8.4. Окислительно-восстановительное титрование. Построение кривых титрования. Влияние концентрации ионов водорода, комплексообразования, ионной силы раствора на характер кривых титрования. Способы определения конечной точки титрования. Погрешности титрования.

Методы окислительно-восстановительного титрования. Перманганатометрия. Определение железа(II), марганца(II), оксалатов, пероксида водорода, нитритов.

Иодометрия и иодиметрия. Система иод-иодид как окислитель или восстановитель. Броматометрия, цериметрия, ванадатометрия, титанометрия, хромометрия. Первичные и вторичные стандарты. Используемые индикаторы. Определение неорганических и органических соединений.

8.5. Осадительное титрование. Построение кривых титрования. Способы определения конечной точки титрования; индикаторы. Погрешности титрования. Примеры практического применения.

8.6. Комплексометрическое титрование. Неорганические и органические титранты в комплексометрии. Использование аминополикарбоновых кислот в комплексонометрии. Построение кривых титрования. Металлохромные индикаторы и требования, предъявляемые к ним. Важнейшие универсальные и специфические металлохромные индикаторы. Способы комплексонометрического титрования: прямое, обратное, косвенное. Селективность титрования и способы ее повышения. Погрешности титрования.

Примеры практического применения. Определение кальция, магния, железа, алюминия, меди, цинка в растворах чистых солей и при совместном присутствии.

Тема 9. Физико-химические и физические методы анализа. Электрохимические методы анализа

Тема 9. Физико-химические и физические методы анализа. Спетроскопические методы анализа

Спектры атомов. Основные и возбужденные состояния атомов, характеристики состояний. Энергетические переходы. Правила отбора. Законы испускания и поглощения. Вероятности электронных переходов и времена жизни возбужденных состояний. Характеристики спектральных линий: положение в спектре, интенсивность, полуширина.

Спектры молекул; их особенности. Схемы электронных уровней молекулы. Представление о полной энергии молекул как суммы электронной, колебательной и вращательной. Основные законы поглощения электромагнитного излучения (Бугера) и закон излучения (Ломакина-Шейбе). Связь аналитического сигнала с концентрацией определяемого соединения.

Аппаратура. Способы монохроматизации лучистой энергии. Классификация спектральных приборов их характеристики. Приемники излучения. Инструментальные помехи. Шумы и отношение сигнал-шум; оценка минимального аналитического сигнала.

Атомно-эмиссионный метод. Источники атомизации и возбуждения: электрические разряды (дуговые, искровые, пониженного давления), пламена, плазмотроны, индуктивно-связанная плазма, лазеры; их основные характеристики. Физические и химические процессы в источниках атомизации и возбуждения.

Спектрографический и спектрометрический методы анализа, их особенности, области применения. Качественный и количественный анализ методом эмиссионной спектрометрии пламени. Основная аппаратура: спектрографы, квантометры. Пламенные фотометры и спектрофотометры. Метрологические характеристики и аналитические возможности.

Атомно-флуоресцентный метод. Принцип метода; особенности и применение.

Атомно-абсорбционный метод. Атомизаторы (пламенные и непламенные). Источники излучения (лампы с полым катодом, источники сплошного спектра, лазеры), их характеристики. Спектральные и физико-химические помехи, способы их устранения. Метрологические характеристики, возможности, преимущества и недостатки метода, его сравнение с атомно-эмиссионным методом. Примеры практического применения атомно-эмиссионного и атомно-абсорбционного методов.

9.17. Методы атомной рентгеновской спектроскопии

Рентгеновские спектры, их особенности. Способы генерации, монохроматизации и регистрации рентгеновского излучения. Виды рентгеновской спектроскопии: рентгеноэмиссионная, рентгеноабсорбционная, рентгенофлуоресцентная. Принцип рентгеноэмиссионной спектроскопии; рентгеноспектральный микроанализ (электронный зонд). Основы рентгенофлуоресцентной спектроскопии; особенности и значение метода (быстрый неразрушающий многоэлементный анализ); примеры использования.

Способы получения окрашенных соединений. Фотометрические аналитические реагенты; требования к ним. Способы определения концентрации веществ. Измерение высоких, низких оптических плотностей (дифференциальный метод). Анализ многокомпонентных систем. Применение метода для исследования реакций в растворах (комплексообразования, протолитических, процессов агрегации), сопровождающихся изменением спектров поглощения. Метрологические характеристики и аналитические возможности. Примеры практического применения метода.

Тема 10. Анализ объектов

10.1. Основные объекты анализа

Объекты окружающей среды: воздух, природные и сточные воды, атмосферные осадки, почвы, донные отложения, . Характерные особенности и задачи их анализа.

Биологические и медицинские объекты. Аналитические задачи в этой области. Санитарно-гигиенический контроль.

Геологические объекты. Анализ силикатов, карбонатов, железных, никель-кобальтовых руд, полиметаллических руд.

Металлы, сплавы и другие продукты металлургической промышленности. Определение черных, цветных, редких, благородных металлов и анализ их сплавов. Анализ неметаллических включений и определение газообразующих примесей в металлах. Контроль металлургических производств.

Неорганические соединения. Вещества особой чистоты (в том числе полупроводниковые материалы, материалы высокотемпературной сверхпроводимости); определение в них примесных и легирующих микроэлементов. Послойный и локальный анализ кристаллов и пленочных материалов.

Природные и синтетические органические вещества, полимеры. Виды анализа таких объектов и соответствующие методы. Примеры решения задач контроля органических производств.
В результате изучения дисциплины студент должен:

знать: метрологические основы химического анализа, принципы пробоотбора, типы химических реакций и процессов в аналитической химии, основные методы качественного анализа, выделения, разделения и концентрирования, выбор соответствующего метода в зависимости от последующего анализа, основные методы количественного анализа.
уметь: реферировать научный текст, рассчитывать метрологические характеристики, сравнивать методы анализа по точности, селективности, чувствительности и минимально определяемому содержанию вещества; отбирать минимальную и представительную пробу, выбирать оптимального процесса для проведения анализа, проводить качественный химический анализ пробы, маскировать мешающие ионы, концентрировать определяемый компонент и разделять смеси, определять количественный состав классическими методами анализа, анализировать пробу с помощью современных электрохимических методов, в том числе ионселективными сенсорами, определять качественный и количественный состав современными оптическими методами, анализировать конкретные объекты наиболее оптимальными методами.
владеть: методиками классического химического анализа и современного физико-химического анализа, навыками работы на электрохимических, спектроскопических приборах, пробоподготовкой образца для различных методов анализа.
Виды учебной работы: лекции, практические и лабораторные занятия, реферат, расчетные задачи

Изучение дисциплины заканчивается зачетом и экзаменом.

Общая трудоемкость изучения дисциплины составляет 18 зачетных единиц ( 648 час.)

Цель изучения дисциплины заключается в формировании знаний в области строения, реакционной способности различных классов органических соединений и формировании целостного представления о проблемах теоретической, синтетической органической химии и основных технологических отраслей производства органических продуктов.

Задачей изучения дисциплиныа является подготовка специалистов, знающих и владеющих основами общей органической химии.

Дипломированный специалист, прослушавший курс данной дисциплины, должен знать специальные вопросы органической химии, основы стереохимии органических соединений, о механизмах реакций, о взаимном влиянии атомов, о взаимосвязи различных классов органических соединений, о природных источниках органических соединений и их переработке, об основных технологических процессах органического синтеза.