Органическая, физическая и коллоидная химия (стр. 1 )

Министерство сельского хозяйства

и продовольствия республики беларусь

­­­­­­­­главное управление образования, науки и кадров

Учреждение образования

«Белорусская государственная

сельскохозяйственная академия»

Кафедра химии

ХИМИЯ

Органическая, физическая

и коллоидная химия

Ч а с т ь 2

Методические указания и задания

для самостоятельной работы

для студентов-заочников агробиологического факультета

специальности 1-74 02 01 – Агрономия

Горки 2009

Рекомендовано методической комиссией агробиологического факультета 20.01.2009 (протокол № 1).

Составили: , , Н. С. ЧЕрнуха.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение……………………………………………………………………………….....................	3
1. Изучение дисциплины …………………………………………………………….....................	5
1.1. Теоретические основы органической химии……………………………………………….	5
1.2. Теоретические основы физической химии………….…………….……………………….	21
1.3. Теоретические основы коллоидной химии………………………………………..............	35
1.4. Примеры решения типовых задач по физической и коллоидной химии……...………...	45
2. Выполнение самостоятельной работы ………………………………………………………..	50
2.1. Задания для самостоятельной работы ……………………………………………………	51
Приложения………………..………………………………………………….……………………	73
Литература……………………………………………………………………..…………………..	80

УДК 547+[541.1+541.18] (072)

Химия. Органическая, физическая и коллоидная химия. Ч а с т ь 2: методические указания / Белорусская государственная сельскохозяйственная академия; сост. И. В. К о в а л е в а, М. Н. Ш а - г и т о в а, Н. С. Ч е р н у х а. Горки, 2009. 80 с.

Представлены краткие теоретические основы органической и физколлоидной химии и указания по выполнению самостоятельной работы.

Для студентов-заочников агробиологического факультета специальности 1-74 02 01– Агрономия.

Таблиц 5. Приложений 5. Библиогр. 20.

ПОТАПЕНКО, канд. с.-х. наук, доцент.

Ó Составление. ,

, , 2009

Ó Учреждение образования

«Белорусская государственная

сельскохозяйственная академия», 2009

ВВЕДЕНИЕ

Химия – наука, объясняющая химические явления и устанавливающая их закономерности на основании общих принципов развития природы и естествознания. Она составляет теоретическую основу биологи­ческих и агрономических наук: земледелия, почвоведения, агрономической химии, физиологии растений, микробиологии, химической защиты растений, процессов пере­работки продукции сельского хозяйства.

Органическая химия является теоретической и практической основой молекулярной и физико-химической биологии, биохимии и физиологии растений, биотехнологии, генной инженерии, агрономической токсикологии и химического метода защиты растений, а также всех специальных дисциплин, изучающих состав, строение и свойства органических веществ растений, почв, пестицидов и удобрений. В учебной программе особое внимание уделяется биологически активным соединениям (жирам, углеводам, аминокислотам, белкам, нуклеиновым кислотам), а также тем органическим веществам, которые применяются в растениеводстве в качестве средств защиты растений.

Основная задача физической химии – установление связи между физическими и химическими явлениями в химических реакциях. Закономерности, установленные физической химией, позволяют предсказать направление химического процесса и его конечный результат, т. е. дают возможность управлять химическими реакциями. Законы физической химии широко используются в различных промышленных процессах и в сельском хозяйстве. Производство высокоэффективных удобрений и условия их применения, разработка методов борьбы с сельскохозяйственными вредителями, поддержание оптимальных условий хранения сельскохозяйственной продукции и совершенствование технологии ее переработки – все эти вопросы решаются на основе законов физической химии. В учебную программу также включаются вопросы курса, которые позволяют более глубоко изучить поверхностные явления и процессы, происходящие в дисперсных системах.

Коллоидная химия изучает физико-химические свойства высокодисперсных и высокомолекулярных систем, широко распространенных в окружающем нас мире и составляющих основу биологических объектов.

Основная цель изучения курса заключается в приобретении студентами навыков использования методов теоретического и экспериментального исследования в химии, применения основных законов химии для решения прикладных задач, а также выполнения химических экспериментов и обработки их результатов. Задача химической подготовки современного специалиста должна заключаться в формировании у него не только химического, но и экологического мышления, помогающего ему решать вопросы качества и надежности различных химикатов.

По учебному плану при изучении дисциплины «Химия» студентам-заочникам необходимо выполнить самостоятельную работу. Основной формой работы студента-заочника является работа с книгой. Приступая к изучению дисциплины, целесообразно вначале ознакомиться с программой. Далее следует приступить к тщательному изучению отдельных тем программы по учебнику, конспектируя при этом некоторые формулировки и выводы уравнений.

При оформлении самостоятельной работы необходимо обязательно полностью переписывать условие каждой задачи и приводить краткое ее решение или теоретическое обоснование полученного результата. Ответы нужно давать без лишних подробностей, четко, ясно и по существу. Описываемые свойства соединений необходимо иллюстрировать примерами соответствующих реакций. Ход расчетов и все приведенные формулы следует пояснять и указывать размерность величин. Выполненная работа не высылается на проверку. Во время экзаменационной сессии по вариантам самостоятельной работы будет проводиться входной контроль. При возникновении затруднений следует обратиться за консультацией (письменной или устной) к преподавателю.

1. ИЗУЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

1.1. Теоретические основы органической химии

Органическая химия – наука, изучающая соединения уг­лерода. В связи с этим необходимо вспомнить из курса не­органической химии строение атома углерода и его валент­ные состояния с различными типами гибридизации, атомные орбитали s - и р-типа, строение и особенности s- и p-связей – основных связей в органических соединениях.

Необходимо с самого начала курса уяснить та­кие понятия органической химии, как: гомология, гомологи­ческие ряды, углеводородный радикал, химическая функция и главнейшие функциональные группы, изомерия. Среди ор­ганических соединений существуют два вида изомеров: структурные и пространственные. В структурной изомерии, обусловленной различной последовательностью связывания атомов, различают изомерию углеводного скелета и изомерию, вызванную положением заместителя (например, орто-, мета - и параположениями в ароматических соединени­ях), таутомерию (кето-енольную, лактим-лактамную, кольчато-цепную), т. е. явление, когда два или более структур­ных изомера быстро превращаются друг в друга и между ними существует подвижное равновесие.

Особое внимание следует уделить изучению номенклатур органических соединений (тривиальной, рациональной, меж­дународной – ИЮПАК) и умению ими пользоваться (приложения 1–5).

Основные типы реакций в органических соединениях (за­мещения, присоединения, отщепления) могут протекать по различному механизму (радикальному, ионному) в зависи­мости от разрыва ковалентной связи в реагирующей моле­куле: гомолитическому (симметричному) или гетеролитическому (несимметричному). При гомолитическом разрыве связи образуются свободные радикалы, при гетеролитическом – ионы. Каждый из механизмов имеет свои особенности, и их нужно изучить на примерах реакций галогенирования алканов (метана), бензола и др. Следует также обратить особое внимание на тот факт, что реакционная способность органических соединений зависит от электронных и простран­ственных факторов.

1.1.1. Углеводороды

Углеводороды – это класс простейших органических соедине­ний, состоящий из углерода и водорода, имеющий об­щую формулу СnНm. При замещении атомов водорода на различные функцио­нальные группы или радикалы получают самые разнообраз­ные соединения, которые группируются в гомологические ряды, в которых каждый последующий гомолог отличается от предыдущего на группу СН2, называемую гомологической разностью. Каждый гомологический ряд подчиняется общей формуле и имеет сходные химические свойства. Гомологи могут отличаться физическими свойствами – результат перехода количественных изменений в качественные.

Углеводороды в зависимости от строения углеродного скелета и характера связи между атомами углерода делятся на алканы (предельные), алкены, алкины, диеновые (не­предельные), арены (циклические непредельные), алициклические (циклоалканы).

Характерной особенностью алканов является то, что ато­мы углерода, находящиеся в состоянии sр3-гибридизации, соединены между собой одной s-связью, а все осталь­ные валентности насыщены атомами водорода. Общая фор­мула алканов СnН2n+2. Гомологический ряд алканов со­ставляют метан (СН4), этан (С2Н6), пропан (С3Н8), бутан (С4Н10), пентан (С5Н12) и т. д.

При изучении алканов надо научиться составлять струк­турные формулы, помня при этом, что углерод в органиче­ских соединениях четырехвалентен. Составляя структурные формулы, необходимо обратить внимание на существование изомеров. Например, для н-бутана изомером является изобутан: