Программа обучения по дисциплине (Syllabus) «Химия координационных соединений» для магистрантов специальности 6М060600 Химия

Титульный лист программы обучения по дисциплине (Syllabus)

Форма Ф СО ПГУ 7.18.3/34

для магистрантов специальности  6М060600 Химия

Павлодар

Лист утверждения программы обучения по дисциплине (Syllabus)

Форма Ф СО ПГУ 7.18.3/35

Декан ФХТиЕ

________________ Ахметов К.К.

«___»_____________20__г.

Составитель: к.х.н., профессор _____________ Парамонов Ф.П.
Кафедра химии и химических технологий
Программа обучения по дисциплине (Syllabus)

Физическая химия

«____» _________20__г.

Протокол №_____.

«_____»______________20__г. Протокол №____

Лекции читает к.х.н., доцент Масакбаева Софья Руслановна

Приёмные часы на кафедре аудитория № 509 главный корпус ПГУ им. С.Торайгырова тел. (8-7182) 673651, среда 10 ³⁰ – 11³⁰ .
2 Данные о дисциплине

Дисциплина изучается на 1 курсе (семестр 2). Продолжительность курса 30 недель. Общая трудоёмкость дисциплины 150 часов, из них 30 часов отведены на занятия в аудитории и 120 часов – на самостоятельную работу студентов по изучению дисциплины. Распределение аудиторного времени по видам занятий приведено в календарном плане. Вид контроля - экзамен.

Целью преподавания дисциплины является

- изучение основных положений современной химии координационных соединений;

- рассмотрение основных методов изучения строения координационных соединений, методов изучения равновесия комплексообразования в растворах, расчетов состава растворов при комплексообразовании;

- рассмотрение основ кинетики и механизмов неорганических реакций с участием комплексов;

- дать представление о применении комплексных соединений в области прикладной химии и других областях науки и производства.

- сформулировать четкое представление основных положений координационной химии;

- заложить основы подходов изучения равновесия в растворах с участием комплексных соединений, расчетов состава раствора;

- ознакомить с механизмами реакций, протекающих в растворах с участием комплексов.

Магистрант должен знать:

Магистрант должен уметь:

- использовать знания курса на практике при планировании эксперимента по изучению строения комплексов и изучению комплексообразования в растворах;

- прогнозировать возможность образования комплексов в растворах, их

относительную устойчивость.
6 Пререквизиты

Для освоения данной дисциплины необходимы знания

– классической химической термодинамики;

– элементы теории вероятности;

–математический анализ в объеме дифференцирования и интегрирования.
7 Постреквизиты

Знания, умения и навыки, полученные при изучении дисциплины необходимы для освоения следующих дисциплин:

- Химия элементоорганических соединений;

- Химия свободных радикалов.

В курсе «Современные проблемы физической химии» является изучаются статистические методы описания физико-химических явлений, создание соответствующих моделей этих явлений для определения свойств этих моделей с последующим приближением свойств моделей к свойствам рассматриваемых физико-химических систем.

Содержание теоретического раздела дисциплины

Понятие комплексного соединения. Основные положения: внутренняя и внешняя сферы,центральный атом, лиганд, донорные атомы лигандов, дентатность лигандов. Классификация легандов в зависимости от электронной структуры. Классификация по донарным атомам : галогенид-ионы, кислородосодержащие (вода, гидроксогруппа, анионы неорганических и органических кислот, эфиры, кетоны), серосодержащие (сульфиды, сульфоксиды, роданид-ионы), азотосодержащие (аммиак, органические амины), фосфоросодержащие, углеродосодержащие (цианид-ион,окись углерода, изонитрилы). Степень окисления центрального атома, координацинное число (аналитическое и кристаллографическое).

Принцип ЖМКО, обзор типичных комплексов элементов периодической системы.

Тема 2 Изучение строения комплексов

Лабильные и инертные комплексы (Таубе). Зависимость лабильности октаэдрического комплекса от электронного строения центрального атома.

Классификация комплексов по структурному принципу и характеру связей. Одноядерные с монодентатными лигандами. Циклические комплексы, правило циклов Л.А.Чугаева и его объяснение. Внутрикомплексные соединения. Полиядерные комплексы. Изо- и гетеро- поликислоты. Сверхкомплексные соединения (кристаллогидраты, аммиакаты, клатраты, кластеры, внешнесферные комплексы).

Типы равновесий в растворах комплексов. Ступенчатое образование комплексов, константы устойчивости и нестойкости (частные и общие). Константы в случае полиядерных и смешанных комплексов. Влияние растворителя и ионной силы на комплексообразование.

Функции, характеризующие комплексообразование (функции Бьерума, степень образования, закомплексованность и др.), их смысл, связь с константами и концентрациями компонентов.

Методы определения констант устойчивости по функциям, характеризующим комплексообразование ( графические,численные).

Расчет состава раствора и функций, характеризующих комплексообразование, по справочным данным констант.

Экспериментальные методы, их классификация.

Методы растворимости ионного обмена экстракции. Потенциометрические методы.

Спектрофотометрические методы.

Классификация неорганических реакций. Реакции замещения, их классификация. Замещение в октаэдрических, плоских, тетраэдрических комплексах. Стереохимия реакций.

Транс-влияние и его объяснение. Стереохимия и механизмы изомеризации комплексов.

Окислительно-восстановительные реакции. Перенос электронов и атомов в этих реакциях. Внешнесферные и внутрисферные окислительно-востановительные реакции (влияние природы мостикового лиганда). Окислительно-восстановительные реакции присоединения элиминирования. Ключевые реакции гомогенного катализа с участием комплексов. Реакция внедрения (миграции). Изменение реакционных свойств лигандов вследствие их координации (кислотные свойства, стабилизация таутомерной формы, поляризация лиганда и т.д.)

Применение комплексных соединений в аналитической химии.

Металлокомплексный катализ. Бионеорганическая химия и медицина. Фотографическая химия, красители и пигменты.

Химическая технология, гидрометаллургия и другие технологические области

Обзорный анализ комплексообразующих свойств элементов 1 – 18 групп Периодической системы: значения координационных чисел, характерные лиганды, устойчивости и геометрия комплексов, наиболее адекватные модели строения комплексов. Щелочные и щелочно-земельные металлы как комплексообразователи.

Координационное число центрального атома, конфигурация комплексов. Типы комплексных соединений. Циклические комплексные соединения. Полиядерные комплексные соединения. Изомерия комплексных соединений.

Общая классификация лигандов. Лиганды молекулярных комплексов: атомы, ионы, дигомо-, полигомо- и гетероядерные неорганические молекулы, органические соединения. Амбидентатность лигандов. Хелатные лиганды, понятие о хелатном и полихелатном эффектах. Макроциклические лиганды, их классификация по Яцимирскому. Макроциклический эффект. Лиганды комплексов с многоцентровыми координационными связями. Лиганды ди- и полиядерных комплексов. Молекулы растворителей как лиганды сольватокомплексов. Донорная сила растворителей.

Химические и физико-химические методы изучения строения комплексов. Спектральные методы изучения строения комплексов.

Функции, характеризующие комплесообразование в растворах.

Графические и расчетные методы определения констант устойчивости по функциям, характеризующим комплексообразование в растворах. Общий обзор экспериментальных методов изучения равновесий комплексов в растворах.

Потенциометрические методы изучения комплексообразования. Спектрофотометрические методы изучения коомплексообразования.

Изучение комплексообразования методами растворимости, ионного обмена, экстракции.

Стратегия синтеза координационных соединений. Прямые и косвенные пути синтеза. Термодинамически и кинетически контролируемые реакции синтеза. Примеры синтеза координационных соединений с монодентатными, хелатными и макроциклическими лигандами. Особенности синтеза полиядерных соединений. Темплатный синтез комплексных частиц. Методы синтеза, связанные с замораживанием равновесий комплексообразования. Окисление или восстановление доминирующего комплекса в системе комплексных частиц.

Общие сведения и понятия о координационных соединениях. Центральный атом – комплексообразователь, лиганды, внутренняя и внешняя координационные сферы. Степень окисления и координационное число центральных ионов. Дентатность лигандов. Классификация и правила номенклатуры координационных соединений. Детальные, полные и сокращенные формулы координационных соединений. Особенности комплексообразования в различных агрегатных состояниях (твердая, жидкая и газовая фазы).

Литература: [1], 426 - 493 стр.; [2], 15 - 36 стр.; [12], 15 - 74 стр.

Тема 2 Изучение строения комплексов

Типы изомерии координационных соединений: гидратная, ионизационная, координационная (в т.ч. координационная полимерия), структурная, изомерия связи, геометрическая, оптическая и конформационная. Влияние типа изомерии координационного соединения на его физико-химические свойства.

Термодинамические характеристики реакций комплексообразования, их взаимосвязь. Константы устойчивости координационных соединений. Методы стандартизации термодинамических параметров комплексообразования. Расчеты равновесий комплексообразования. Основные факторы, влияющие на устойчивость комплексов. Ряд Ирвинга-Уильямса для изохорно-изозарядных ионов. Температурные зависимости констант устойчивости как отражение ковалентного и электростатического вкладов в координационную связь.

Литература: [2], 67 - 136 стр.; [4], 26 - 93 стр.; [5], 154 - 169 стр.

Типы образуемых комплексов и их устойчивость. Координационные соединения p-элементов. Особенности комплексообразования редкоземельных элементов (РЗЭ). Закономерности изменения устойчивости и строения координационных соединений в ряду РЗЭ, роль "лантаноидного" сжатия.

Литература: [2], 151 - 212 стр.; [6], 77 - 188 стр.; [7], 15 - 75 стр.

Тема 4 Изучение комплексообразования в растворе

Закономерности изменения последовательных констант устойчивости (статистическая и "химическая" компоненты, влияние природы лиганда, спинового состояния, гибридизации). Термодинамика хелатного, полихелатного и макроциклического эффектов. Влияние растворителя как среды и химического реагента на комплексообразование.

Общая стратегия применения физико-химических методов в координационной химии. Дифракционные методы (рентгенография, электронография, нейтронография). Спектроскопические методы (ЯМР, ЭПР, ЯКР, КР, γ-резонансная, абсорбционная в широком диапазоне длин волн (от УФ до радиочастотной и др.). Электрохимические методы (потенциометрия, полярография). Экстракционные методы. Калориметрические методы, в т.ч. методы термического анализа. Исследования растворимости. Ионообменные методы. Компьютерное моделирование.

Литература: [1], 13 - 78 стр.; [2], 215 - 236 стр.; [8], 110 – 186 стр.

Классификация реакций комплексных частиц. Формальная кинетика описания реакций. Понятие о кинетической устойчивости координационных соединений. Механизмы реакций замещения лигадов. Особенности термолиза комплексных частиц. Эффекты транс-влияния в квадратных и октаэдрических комплексах.

Реакции замещения в октаэдрических комплексах. Реакции замещения в комплексах с к.ч.= 4.

Реакции изомеризации. Внутрисферные и внешнесферные окислительно-восстановительные реакции.

Реакции внедрения (миграции) как стадии гомогенного катализа.

Изменение реакционных свойств лигандов вследствии его координации.

Литература: [1], 109 - 118 стр.; [2], 176 - 215стр.; [12], 89– 145 стр.

Тема 6 Применение комплексных соединений

Основные аспекты применения координационных соединений. Основные разновидности материалов, получаемых по технологии CVD. Перспективы применения гетероядерных соединений при синтезе многокомпонентных материалов. Особенности различных способов перевода комплексных соединений в пар, выбор оптимального способа в соответствии с природой комплекса. Комплексы в гальванотехнике, аналитической химии и др. областях

Литература: [1], 129 - 178 стр.; [2], 241 - 289 стр.; [10], 115 – 190 стр.

Участвовать в учебном процессе для магистранта означает регулярно посещать занятия и не опаздывать к их началу, во время практических работ активно участвовать в обсуждении изучаемого материала, самостоятельно решать контрольные задачи.

Все аудиторное время будет поделено на лекции, обсуждение прочитанного, выполнение упражнений, защиту домашних заданий и рефератов. Если Вы без опозданий посетите все занятия, будете активно на них работать, выполните все задания качественно и в срок, то наберете максимальный балл, указанный в календарном графике контрольных мероприятий.

Задания для подготовки к практическим занятиям и на проработку дополнительного материала по дисциплине, требования по оформлению и методические указания по их выполнению будут выдаваться на предшествующем занятии.

Сроки выполнения СРМ могут изменяться в соответствии с расписанием занятий.

Задания, выполненные позже установленного срока, будут оцениваться ниже, а именно максимальный балл будет уменьшен на 1/3 при опоздании на неделю, в 2 раза при опоздании более чем на неделю.

За нарушение дисциплины и опоздания на любые виды занятий балл за присутствие может быть снижен с 2 до 0,5. При удалении с занятий балл за посещение и подготовку к занятию будет равен 0.

Если Вы отсутствовали на занятии или контрольном мероприятии по уважительной причине, то Вам будет предоставлена возможность отработать его по индивидуальному заданию во время, указанное преподавателем.

Политика академического поведения и этики должна соответствовать правилам внутреннего распорядка университета. На занятиях любые нарушения наказуемы, вплоть до исключения из аудитории.

В середине и конце семестра по 100 бальной шкале определяется оценка текущей успеваемости (ТУ) по изученному модулю дисциплины. Оценка ТУ, это сумма баллов набранных за: подготовку к занятиям, активную работу в группе и участие в контрольных мероприятиях на занятиях; своевременность, качество выполнения практических и самостоятельных работ.

Также в семестре предусмотрено 2 рубежных контроля. Оценка рубежного контроля (РК) так же определяется по 100 балльной шкале. К рубежному контролю по дисциплине допускаются магистранты, имеющие баллы по ТУ.

По итогам оценки ТУ и РК определяется рейтинг (Р1 и Р2) магистранта по дисциплине

Рейтинг не определяется, если магистрант не прошел РК или получил по РК менее 50 баллов.

Оценка рейтинга допуска студента по дисциплине за семестр равна

К итоговому контролю (ИК) по дисциплине допускаются магистранты, выполнившие все требования рабочей учебной программы (выполнение и сдача всех практических работ, работ и заданий по СРС) и набравшие рейтинг допуска (не менее 50 баллов). Если Вы получите на экзамене оценку «неудовлетворительно» (менее 50 баллов), то Ваш итоговый рейтинг не определяется, а в ведомость заносится оценка «неудовлетворительно».

Итоговая оценка (И) складывается из оценок РД и ИК (экзамена) с учетом их весовых долей (ВДРД и ВДИК).

Основная

2. Гринберг А.А. Введение в химию координационных соединений. М. – Л.: Химия, 2006.

3. Кукушкин Ю.Н. Химия координационных соединений. – М.: Высш. шк., 2005.

4. Костромина Н.А., Кумок В.Н., Скорик Н.А. Химия координационных соединений. М.: Высш. шк., 2004.

5. Скопенко В.В., Григорьева В.В. Координационная химия. Киев: Вища школа, 2007.

6. Кукушкин В.Ю., Кукушкин Ю.Н. Теория и практика синтеза координационных соединений. Л.: Наука, 2000.

7. Бек М., Надьпал И. Исследование комплексообразования новейшими методами: Пер. с англ. – М: Мир, 2009.

Дополнительная

8. Бальхаузен К., Введение в теорию поля лигандов, М.: Мир, 2004.

9. Берсукер И.Б., Электронное строение и свойства координационных соединений, М.: Химия, 2006.