Химия — в центре наук. В 2 ч. Браун Т., Лемей Г.Ю.
М.: Мир, 1983 — 448 с., 520 с.
Учебное пособие, написанное
американскими авторами, знакомит читателя с предметом химии и ее местом в кругу
других наук, а также с ролью химии в решении некоторых насущных проблем
современного общества. В русском издании книга выходит в двух частях. В ч. 1
рассмотрены стехиометрия и энергетика химических реакций, строение атомов и
молекул с привлечением квантово-механического подхода, а также свойства газов,
твердых веществ и растворов. Во второй части учебника рассмотрены кинетика и
термодинамика химических реакций, электрохимия, ядерная химия, химия
неметаллических и металлических элементов, координационных соединений. В нее
также вошли главы, посвященные химии природных вод, геохимии и металлургии,
органической химии и биохимии.
Книга предназначена для студентов
нехимических вузов, а также для преподавателей и учащихся старших классов
средней школы как материал для поступления в вуз.
Часть 1.
Формат учебника:
djvu
Размер для скачивания:
15,2 Мб
Скачать бесплатно или смотреть онлайн: drive.google
Часть 2.
Формат учебника:
djvu
Размер для скачивания:
21,3 Мб
Скачать бесплатно или смотреть онлайн:
ЧАСТЬ 1
Предисловие переводчика 5
Предисловие авторов 6
ГЛАВА 1. ВВЕДЕНИЕ. ОСНОВНЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ 9
1.1. Происхождение химии. Исторический обзор 10
Зарождение современной химии 13
1.2. Научный подход’ 14
Выбор теорий 15
Развитие науки 15
1.3. Измерения и метрическая система единиц 16
Длина 18
Объем 19
Масса 20
Плотность 20
Температура 22
1.4. Погрешность измерения 24
1.5. Анализ размерностей как способ решения задач 27
Материал для повторения 29
Задачи 30
ГЛАВА 2. НАШ ХИМИЧЕСКИЙ МИР: АТОМЫ, МОЛЕКУЛЫ И ИОНЫ 34
2.1. Состояние вещества 34
2.2. Классификация веществ 35
2.3. Разделение смесей 36
Фильтрование 36
Перегонка 37
Хроматография 38
2.4. Чистые вещества 39
Соединения 40
2.5. Атомистическая теория 42
2.6. Строение атома 44
Катодные лучи и электроны 45
Радиоактивность 47
Резерфорд и ядерная модель строения атома 49
Современная модель строения атома 51
2.7. Периодическая система элементов: предварительное ознакомление 54
2.8. Молекулы и ионы 55
Молекулы 55
Ионы 58
2.9. Наименования неорганических соединений 60
Ионные соединения 60
Кислоты 63
Другие соединения 64
Материал для повторения 65
Задачи 67
ГЛАВА 3. ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ МАССЫ, СТЕХИОМЕТРИЯ 72
3.1. Закон сохранения массы 72
3.2. Химические уравнения 73
3.3. Химические реакции 76
Горение в кислороде 77
Кислоты, основания и реакция нейтрализации 77
Реакции осаждения 80
3.4. Атомные и молекулярные массы 81
3.5. Масс-спектрометр 84
3.6. Моль и его значение в химии 86
3.7. Установление эмпирических формул по данным химического анализа 89
3.8. Количественная информация, содержащаяся в полном уравнении реакции 91
Лимитирующий реагент 94
3.9. Молярная концентрация и стехиометрия растворов 95
Разбавление 97
Титрование 99
Материал для повторения 101
Задачи 103
ГЛАВА 4. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ СООТНОШЕНИЯ В ХИМИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ ПО
4.1. Природа энергии 111
Формы энергии 111
4.2. Энергетические эффекты в химических реакциях 113
4.3. Энтальпия 114
4.4. Закон Гесса 118
4.5. Теплоты образования 120
4.6. Измерение изменений энергии, калориметрия 122
4.7. Теплотворная способность топлив и пищи 126
Калорийность пищевых продуктов 126
Теплотворная способность топлив 128
4.8. Потребление энергии: тенденции и перспективы 129
Энергетические источники будущего 130
Материал для повторения 132
Задачи 134
ГЛАВА 5. ЭЛЕКТРОННОЕ СТРОЕНИЕ АТОМОВ 139
5.1. Лучистая энергия 139
5.2. Квантовая теория 142
Фотоэлектрический эффект 144
Линейчатые спектры 144
5.3. Модель Бора для атома водорода 147
5.4. Материальные волны 151
Принцип неопределенности 152
5.5. Квантовомеханическое описание атома 153
Квантовые числа и орбитали 154
5.6. Способы изображения орбиталей 157
5-Орбитали 157
р-Орбитали 158
d- и /-Орбитали 159
Материал для повторения 160
Задачи 163
ГЛАВА 6. ПЕРИОДИЧЕСКИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ СРЕДИ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ 166
6.1. Орбитали в многоэлектронных атомах 166
6.2. Спин электрона и принцип запрета Паули 169
6.3. Периодическая таблица и электронные конфигурации атомов … 170
Электронные конфигурации атомов химических элементов 171
Использование периодической таблицы для определения электронных конфигураций
элементов 175
6.4. Электронные оболочки атомов 177
6.5. Энергия ионизации 179
Периодические закономерности в изменении энергий ионизации . . . 181
6.6. Сродство к электрону 182
6.7. Размеры атомов 185
6.8. Металлы первой и второй групп 185
Краткое сравнение с щелочноземельными металлами 187
Сравнение групп А и В 188
6.9. История создания периодической таблицы 189
Материал для повторения 191
Задачи 193
ГЛАВА 7. ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ 197
7.1. Льюисовы символы и правило октета 197
7.2. Ионная связь 198
7.3. Размеры ионов 203
7.4. Ковалентная связь 206
7.5. Правила составления валентных структур 208
7.6. Резонансные структуры 210
7.7. Исключения из правила октета 212
7.8. Прочность ковалентных связей 214
Энергии связи и химические реакции 215
7.9. Полярность связей, электроотрицательность 217
7.10. Состояния окисления 219
Степени окисления и номенклатура химических соединений …. 222
Окислительно-восстановительные реакции 223
7.11. Бинарные оксиды 223
Ионные оксиды 224
Ковалентные оксиды 224
Амфотерные оксиды 225
Материал для повторения 226
Задачи 229
ГЛАВА 8. ГЕОМЕТРИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ МОЛЕКУЛ, МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ОРБИТАЛИ 234
8.1. Теория отталкивания валентных электронных пар (ОВЭП) …. 235
8.2. Дипольные моменты 241
8.3. Гибридные орбитали и геометрическая форма молекул 244
8.4. Гибридизация в молекулах, содержащих кратные связи 249
Делокализованные орбитали 251
8.5. Молекулярные орбитали 254
Типы перекрывания атомных р- и s-орбиталей 259
8.6. Молекулярно-орбитальные диаграммы для двухатомных молекул . . . 259
Молекулярные орбитали полярных двухатомных молекул 264
8.7. Строение неметаллических элементов 265
Материал для повторения 269
Задачи 272
ГЛАВА 9. СВОЙСТВА ГАЗОВ 275
9.1. Характерные свойства газов 275
9.2. Давление 276
9.3. Уравнение состояния идеального газа 278
Соотношение между давлением и объемом газа при постоянной температуре. Закон
Бойля-Мариотта 280
Соотношение между объемом и температурой газа при постоянном давлении. Закон
Гей-Люссака 282
Соотношение между давлением и температурой газа при постоянном объеме. Закон
Шарля 284
Закон парциальных давлений Дальтона 285
9.4. Типичные задачи, решаемые с помощью уравнения состояния идеаль¬ного газа
286
9.5. Молекулярно-кинетическая теория газов 291
9.6. Эффузия и диффузия молекул. Закон Грэхема 295
9.7. Столкновения молекул, средняя длина свободного пробега …. 297
9.8. Отклонения от уравнения состояния идеального газа 298
Уравнение Ван-дер-Ваальса 300
Материал для повторения 302
Задачи 305
ГЛАВА 10. ХИМИЯ АТМОСФЕРЫ 311
10.1. Земная атмосфера 311
Состав атмосферы 313
10.2. Внешние области атмосферы 314
Фотодиссоциация 315
10.3. Процессы ионизации 317
Реакции атмосферных ионов 318
10.4. Озон в верхних слоях атмосферы 320
10.5. Химия тропосферы 324
Соединения серы 324
Оксиды азота. Фотохимический смог 328
Моноксид углерода 331
Водяные пары, диоксид углерода и климат 333
Материал для повторения 336
Задачи 338
ГЛАВА 11. ЖИДКОСТИ, ТВЕРДЫЕ ВЕЩЕСТВА И МЕЖМОЛЕКУЛЯРНЫЕ СИЛЫ 342
11.1. Молекулярно-кинетическая теория в применении к жидкостям и твердым
веществам 342
11.2. Фазовые равновесия 344
11.3. Свойства жидкостей 347
Давление насыщенных паров (равновесное давление паров) . . . 348
Температура кипения жидкостей 349
Вязкость жидкостей 350
Поверхностное натяжение 350
Критические температура и давление 352
11.4. Кристаллические вещества 353
Исследование кристаллической структуры с помощью рентгеновских лучей 353
Кристаллические решетки и элементарные ячейки 356
Плотнейшая упаковка 358
Дефекты в кристаллах 361
11.5. Межмолекулярные силы 361
Ион-ионные силы 362
Ион-дипольные силы 363
Диполь-дипольные силы 363
Лондоновские дисперсионные силы 364
Сопоставление межмолекулярных сил различной природы 366
11.6. Водородная связь 367
11.7. Химическая связь в твердых веществах 371
Аморфные твердые вещества 373
11.8. Фазовые диаграммы 376
Материал для повторения 378
Задачи 382
ГЛАВА 12. РАСТВОРЫ 388
12.1. Способы выражения концентраций 389
12.2. Процесс растворения 393
Растворимость 398
12.3. Связь между растворимостью и молекулярной структурой 398
12.4. Зависимость растворимости от температуры и давления 402
12.5. Растворы электролитов 405
12.6. Реакции в водных растворах 407
Условия протекания химических реакций 410
12.7. Коллигативные свойства растворов 411
Понижение давления паров 411
Повышение температуры кипения 412
Понижение температуры затвердевания 414
Осмос 415
Определение молекулярной массы 417
12.8. Коллоидные растворы 418
Гидрофильные и гидрофобные коллоиды 420
Удаление коллоидных частиц 421
Материал для повторения 423
Задачи 425
Ответы на задачи 431
ЧАСТЬ 2
ГЛАВА 13. СКОРОСТИ
ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ 5
13.1. Скорость реакции 5
13.2. Зависимость скорости реакции от концентраций 8
13.3. Уравнения скорости, включающие время и концентрации 10
Реакции первого порядка 10
Период полупревращения 13
Реакции второго порядка 14
13.4. Зависимость скорости реакции от температуры 15
Энергия активации 16
Уравнение Аррениуса 18
13.5. Механизмы реакций 20
Многостадийные механизмы 21
13.6. Катализ 25
Гомогенный катализ 26
Гетерогенный катализ 28
Катализ и загрязнение воздуха 29
Материал для повторения 32
Задачи 34
ГЛАВА 14. ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ 40
14.1. Процесс Габера 40
14.2. Константа равновесия 41
Единицы измерения концентрации и константы равновесия … 46
14.3. Гетерогенные равновесия 48
14.4. Применение констант равновесия 49
Предсказание направления реакции 50
Вычисление равновесных концентраций 51
14.5. Факторы, влияющие на равновесие. Принцип Ле Шателье … 52
Изменение концентраций реагентов или продуктов 52
Влияние изменений давления и объема 54
Влияние изменений температуры 54
14.6. Связь между химическим равновесием и химической кинетикой … 56
Влияние катализаторов 58
Материал для повторения 60
Задачи 61
ГЛАВА 15. КИСЛОТЫ И ОСНОВАНИЯ 68
15.1. Вода и растворы кислот 69
Строение гидратированного протона 71
15.2. Теория кислот и оснований Бренстеда-Лаури 73
15.3. Диссоциация воды и шкала рН 75
Водородный показатель рН 76
Индикаторы 78
Другие шкалы рХ 79
15.4. Сильные кислоты и основания 80
15.5. Слабые кислоты 81
Многоосновные кислоты 87
15.6. Слабые основания 89
Амины 90
Анионы слабых кислот 91
15.7. Соотношение между константами Ка и Кь 92
15.8. Кислотно-основные свойства растворов солей 94
15.9. Связь между кислотно-основными свойствами вещества и его химическим
строением 96
Влияние полярности и прочности связи 96
Гидроксиды и кислородсодержащие кислоты 97
15.10. Теория кислот и оснований Льюиса 99
Гидролиз ионов металлов 100
Материал для повторения 102
Задачи 104
ГЛАВА 16. РАВНОВЕСИЯ В ВОДНЫХ РАСТВОРАХ 110
16.1. Влияние общего иона ПО
Общие ионы в кислотно-основных реакциях 112
16.2. Буферные растворы 113
Добавление кислот или оснований к буферным растворам …. 117
16.3. Кривые титрования 119
Титрование сильной кислоты сильным основанием 119
Титрование с участием слабой кислоты или слабого основания . . 120
16.4. Равновесия при растворении 124
16.5. Критерии осаждения или растворения 127
Растворимость и рН 128
Влияние комплексообразования на растворимость 130
Амфотерность 132
16.6. Качественный анализ на металлические элементы 133
Материал для повторения 136
Задачи 138
ГЛАВА 17. ХИМИЯ ПРИРОДНЫХ ВОД 143
17.1. Морская вода 144
Химический состав морской воды 145
Диоксид углерода в морской воде 145
Биохимические процессы в морях и океанах 147
17.2. Извлечение сырьевых ресурсов из морской воды 149
Хлорид натрия 149
Бром 149
Магний 150
17.3. Опреснение воды 152
Опреснение путем дистилляции (перегонки) 152
Опреснение воды методом обратного осмоса 154
17.4. Пресная вода 156
Биологическая потребность в кислороде и качество воды …. 156
Использование воды 157
17.5. Подготовка воды 158
Подготовка водопроводной воды 158
Умягчение воды 159
Обработка сточных вод 160
17.6. Загрязнение воды металлическими элементами 161
Материал для повторения 165
Задачи 167
ГЛАВА 18. СВОБОДНАЯ ЭНЕРГИЯ, ЭНТРОПИЯ И РАВНОВЕСИЕ … 171
18.1. Самопроизвольные процессы 171
18.2. Самопроизвольные процессы, энтальпия и энтропия 173
Самопроизвольные процессы и изменение энтропии 174
Второй закон термодинамики 177
18.3. Интерпретация энтропии на молекулярном уровне 178
18.4. Вычисление изменений энтропии 182
18.5. Функция свободной энергии 183
Вычисление AG° 185
Свободная энергия и температура 186
18.6. Свободная энергия и константа равновесия 188
AG и работа 190
Материал для повторения 192
Задачи 194
ГЛАВА 19. ЭЛЕКТРОХИМИЯ 199
19.1. Окислительно-восстановительные реакции 199
Полуреакции 200
Уравнивание химических уравнений по методу полуреакций . . . 200
19.2. Гальванические элементы 204
19.3. Электродвижущая сила (э.д.с.) гальванического элемента 207
Стандартные электродные потенциалы 207
Окислители и восстановители 210
19.4. Самопроизвольность и степень протекания окислительно-восстанови¬
тельных реакций 211
Э.д.с. и изменение свободной энергии 212
Э.д.с. и константа равновесия 214
Э.д.с. и концентрация 214
19.5. Гальванические элементы, применяемые на практике 216
Свинцовая аккумуляторная батарея 217
Сухой элемент 219
Никель-кадмиевые батареи 219
Топливные элементы 219
19.6. Электролиз и электролитические ячейки (электролизеры) 221
Электролиз водных растворов 222
Восстановление алюминия 224
Электролиз с активными электродами 225
19.7. Количественные аспекты электролиза 227
Работа электрического тока 228
19.8. Коррозия 230
Материал для повторения , 233
Задачи 236
ГЛАВА 20. ЯДЕРНАЯ ХИМИЯ 244
20.1. Ядерные реакции 245
20.2. Радиоактивность ‘ 246
Типы радиоактивного распада ядер 246
Устойчивость ядра 247
Ряды радиоактивности 251
20.3. Получение новых ядер 251
Трансурановые элементы 253
20.4. Период полураспада 253
Датировка событий при помощи радиоактивных изотопов …. 255
Расчеты, основанные на периоде полураспада радиоизотопов . . . 256
20.5. Обнаружение радиоактивности 258
Меченые атомы 259
20.6. Взаимопревращения массы и энергии 260
Энергии связи ядер 261
20.7. Эффекты, вызываемые радиоактивным излучением 263
Доза излучения 265
20.8. Ядерное деление 266
Ядерные реакторы 269
Реакторы-размножители 272
20.9. Ядерный синтез 273
Материал для повторения 274
Задачи 276
ГЛАВА 21. ХИМИЯ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ 281
21.1. Сравнение металлов и неметаллов 281
Периодические закономерности в свойствах элементов одного семейства 284
21.2. Элементы семейства благородных газов 286
21.3. Элементы семейства галогенов 288
Применение галогенов 291
Галогеноводороды 292
Интергалогенные соединения 295
Кислородсодержащие кислоты и оксианионы галогенов 296
21.4. Общие свойства элементов группы 6А 299
21.5. Кислород 301
Распространенность в природе и способы получения 302
Свойства кислорода и его соединения 303
Применения кислорода 304
Кругооборот кислорода в природе 304
21.6. Сера, селен и теллур 305
Распространенность в природе и способы получения 306
Свойства и применение 308
Оксиды и другие соединения 309
Сульфиды, се лени ды и теллуриды 312
21.7. Общие свойства элементов группы 5А 313
21.8. Азот 315
Соединения азота с водородом 316
Соединения азота с кислородом 317
Кругооборот азота в природе 319
21.9. Фосфор 321
Распространенность в природе, получение и свойства 321
Галогениды фосфора 322
Кислородсодержащие соединения фосфора 323
21.10. Мышьяк, сурьма и висмут 327
21.11. Углерод, кремний и бор 327
Материал для повторения 329
Задачи 332
ГЛАВА 22. ЛИТОСФЕРА: ГЕОХИМИЯ И МЕТАЛЛУРГИЯ 337
22.1. Строение и состав Земли 337
22.2. Минералы 340
22.3. Силикаты 341
Алюмосиликаты 345
Глина 346
Стекло 347
Цемент 348
22.4. Несиликатные минералы 349
Карбонат кальция 349
22.5. Кристаллическая структура минералов 351
22.6. Металлургия 354
Предварительная обработка 355
Восстановление 356
Рафинирование 358
22.7. Электронное строение и физические свойства металлов 360
Сплавы 363
Материал для повторения 365
Задачи 367
ГЛАВА 23. ХИМИЯ МЕТАЛЛОВ: КООРДИНАЦИОННЫЕ СОЕДИНЕНИЯ 370
23.1. Структура комплексов 370
Координационное число и геометрическая структура 372
23.2. Хелаты 373
Металлы и хелаты в биологических системах 375
23.3. Номенклатура комплексных соединений 377
23.4. Изомерия 380
Структурная изомерия 380
Стереоизомерия 381
23.5. Скорость замещения лигандов 384
23.6. Структура и изомерия координационных соединений: исторический обзор 385
23.7. Магнитные свойства и окраска координационных соединений . . . 386
Магнитные свойства 387
Окраска 387
23.8. Теория кристаллического поля 390
Материал для повторения 400
Задачи 403
ГЛАВА 24. ОРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ 407
24.1. Углеводороды 408
Алканы 409
Номенклатура алканов 411
Структура алканов 413
Алкены 414
Алкины 416
Ароматические углеводороды 417
24.2. Нефть 418
Бензин 419
24.3. Реакции углеводородов 421
Окисление 421
Реакции присоединения 422
Полиприсоединение 423
Реакции замещения 425
24.4. Производные углеводородов 427
Спирты 427
Простые эфиры 430
Окисление спиртов; альдегиды и кетоны 430
24.5. Карбоновые кислоты и их производные 431
Конденсационные полимеры 433
Материал для повторения 434
Задачи 437
ГЛАВА 25. БИОСФЕРА 441
25.1. Энергетические потребности организмов 441
25.2. Белки 444
Аминокислоты 444
Структура белков 447
25.3. Ферменты 450
Модель «ключа и замка» 453
25.4. Углеводы 454
Дисахариды 456
Полисахариды 457
25.5. Жиры и масла 458
25.6. Нуклеиновые кислоты 460
Материал для повторения 464
Задачи 467
ОТВЕТЫ НА ЗАДАЧИ 471
ПРИЛОЖЕНИЯ 484
Приложение А. Математические действия 484
АЛ. Степенное представление численных величин 484
А.2. Логарифмическое представление численных величин 485
А.З. Квадратные уравнения 487′
А.4. Графики 488
Приложение Б. Таблицы четырехзначных логарифмов 489
Приложение В. Свойства воды 492
Приложение Г. Термодинамические характеристики ряда соединений (при 25°С) 493
Приложение Д. Константы равновесий в водных растворах 496
Д.1. Константы диссоциации кислот при 25° С 496
Д.2. Константы диссоциации оснований при 25° С 497
Д.З. Произведения растворимости ряда соединений при 25° С . . . 497
Приложение Е. Стандартные электродные потенциалы при 25° С …. 499
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ 501