МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН государственный университет имени Шакарима города Семей | ||
Документ СМК 3 уровня | УМКД | УМКД 042-18-10.1.86 /02-2014 |
УМКД программа дисциплины «Теоретические аспекты неорганической и координационной химии» для магистранта | Редакция № 1 от 01.01.2001 г. |
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС
ДИСЦИПЛИНЫ
«Теоретические аспекты неорганической и координационной химии»
для специальности 6М060600 – «Химия»
ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
ДЛЯ МАГИСТРАНТА
Семей
2014
Предисловие
1 РАЗРАБОТАНО
Составитель ________ « 29 » 08 2014 г. , д. х.н., профессор кафедры «Химия»
2 ОБСУЖДЕНО
2.1 На заседании кафедры «Химия»
Протокол от « 29 » 08 2014 года, № 1
Заведующий кафедрой ________
2.2 На заседании учебно-методического бюро инженерно-технологического факультета
Протокол от « 05 » 09 2014 года, № 1
Председатель ________
3 УТВЕРЖДЕНО
Одобрено и рекомендовано к изданию на заседании Учебно-методического совета университета
Протокол от « 11 » 09 2014 года, № 1
Председатель УМС ________
4 ВВЕДЕНО ВПЕРВЫЕ
Содержание
1 | Общие положения | 4 |
2 | Содержание дисциплины и распределение часов по видам занятий | 6 |
3 | Методические рекомендации по изучению дисциплины | 15 |
4 | Формат курса | 16 |
5 | Политика курса | 16 |
6 | Политика выставления оценок | 16 |
7 | Литература | 19 |
1 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Общие сведения о преподавателе и дисциплине
Кудайбергенов Саркыт Елекенович, доктор химических наук‚ профессор
Кафедра «Химия»
Контактная информация – , учебный корпус № 9,
Место проведения занятий – аудитория № 000
Количество кредитов по данной дисциплине - 3
1.2 Краткое описание содержания дисциплины:
Дисциплина «Теоретические аспекты неорганической и координационной химии» является одним из основных курсов по выбору, входящих в цикл базовых дисциплин и изучается во 2 семестре на 1 курсе обучения. Химия координационных соединений, развившаяся на базе неорганической химии и представляющая собой важнейшее направление химической науки, успешно использует важнейшие концепции строения и реакционной способности вещества. Теоретические аспекты химии координационных соединений и сами координационные соединения широко используются практически во всех отраслях химической науки: аналитической и органической химии, биохимии, катализе, электрохимии, фотохимии, теории растворов и т. д. Ее результаты и достижения оказывают существенное влияние на развитие и решение как фундаментальных, так и практических задач общества и используются во многих сферах жизнедеятельности человечества: в промышленном и сельскохозяйственном производствах, в решении экологических задач, в медицине, в пищевой промышленности. В связи с этим развитие теоретических и экспериментальных основ химии координационных соединений как междисциплинарной науки имеет общехимическое и, в целом, общенаучное значение.
Данный курс предусматривает изучение терминологии, номенклатуры и изомерии координационных соединений, теории строения координационных соединений; рассматривает устойчивость, реакционную способность, термодинамику координационных соединений, классы координационных соединений и синтез; излагает методические особенности исследования координационных соединений.
1.3 Цель изучения дисциплины:
- приобретение знаний о современных концепциях, теориях и практических направлениях неорганической и координационной химии; получение представлений о современных прикладных проблемах и тенденциях в развитии неорганической и координационной химии.
1.4 Основная задача изучения дисциплины:
- углубление теоретической и практической подготовки в области неорганической и координационной химии (рассмотрение основных понятий неорганической и координационной химии; изучение номенклатуры, строения и свойств координационных соединений; ознакомление с методиками их синтеза, очистки и идентификации; освоение и углубление знаний по термодинамическому и кинетическому описанию реакций комплексных частиц; формирование представлений об использовании координационных соединений в различных областях человеческой жизни, современной науки и техники).
1.5 Результаты обучения:
В результате изучения дисциплины обучающийся должен:
- знать основные концепции, теории и направления неорганической и координационной химии;
- владеть навыками синтеза и идентификации неорганических соединений с заранее заданными свойствами, навыками свободного ориентирования в проблемах координационной химии при решении практических задач;
- усвоить способы описания химической связи в неорганических и координационных соединениях, способы расчета устойчивости координационных соединений;
- уметь проводить описание и расчеты энергетических уровней простых и многоатомных молекул;
- понимать современное состояние химии координационных соединений, практическое применение координационных соединений и процессов комплексообразования;
- иметь представление о важнейших классах координационных соединений, их реакционной способности, их состоянии в растворе, их роли в науке и технике;
- приобрести систематизированное представление об образовании химической связи, методах синтеза, исследования состава, структуры и физико-химических свойств веществ координационной природы.
1.6 Пререквизиты курса:
1.6.1 Неорганическая химия
1.6.2 Физическая химия
1.6.3 Органическая химия.
1.7 Постреквизиты курса:
1.7.1 Медико-биологические полимеры
1.7.2 Механизм образования макромолекул
1.7.3 Методы получения и исследования полимеров
1.7.4 Физико-механические свойства полимеров.
2 СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЧАСОВ ПО ВИДАМ ЗАНЯТИЙ
Таблица 1
№ п/п | Название темы | Часы | Литература | ||||
ЛК | ЛБ | СПЗ | СРОП | СРО | |||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
1 | Введение. Понятие о неорганических и координационных соединениях. Терминология неорганической и координационной химии. Номенклатура неорганических и координационных соединений. Теории неорганической и координационной химии. Координационная теория Вернера. Методы неорганической и координационной химии. | 2 | - | 1 | 1 | 4 | 7.1.1-7.1.6 |
2 | Классификация неорганических и комплексных соединений. Классификация комплексных соединений по типу центрального атома, по устойчивости комплексов, по типу координируемых лигандов, по специфике строения, по характеру связывания. | 1 | - | 1 | 1 | 4 | 7.1.1-7.1.6 |
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
3 | Ионно-ковалентные и электростатические представления. Ионная связь. Ковалентная связь. Размер ионов. Ионные и кристаллические радиусы. Концепция эффективного атомного номера. Энергии кристаллической решетки. Теория отталкивания электронных пар валентной оболочки. Алгоритм расчета по теории Гиллеспи. Ограничения модели Гиллеспи. Достоинства и недостатки электростатических теорий. Классическая теория химического строения. Постулаты классической теории. Критерий существования молекулы. Валентность. | 2 | - | 1 | 2 | 5 | 7.1.1-7.1.6 |
4 | Квантово-механические модели. Метод валентных схем (валентных связей). Теория кристаллического поля. «Кристаллические» поля. Энергии | 2 | - | 2 | 2 | 4 | 7.1.1-7.1.6 |
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
стабилизации кристаллическим полем. Теория поля лигандов. | |||||||
5 | Геометрия неорганических и координационных соединений. Изомерия неорганических и координационных соединений. 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. | 3 | - | 1 | 2 | 4 | 7.1.1-7.1.6 |
6 | Стереохимия комплексных соединений. Эффекты Яна - Теллера. Геометрия координационных полиэдров и их форма. Факторы, влияющие на строение координационных | 2 | - | 2 | 2 | 5 | 7.1.1-7.1.6 |
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
полиэдров. Стерические эффекты. Природа центрального атома и лигандов. Структура координационных соединений непереходных элементов. Щелочные и щелочно-земельные металлы как комплексообразователи. Типы образуемых комплексов и их устойчивость. Координационные соединения p-элементов. | |||||||
7 | Устойчивость координационных соединений. Комплексные соединения в растворах. Прямая и обратная задачи теории химических равновесий в растворе. Константы устойчивости: математическое моделирование. Энтальпийный и энтропийный вклады в константы устойчивости. Закономерности в устойчивости координационных соединений. Особенности комплексообразова- | 3 | - | 1 | 2 | 5 | 7.1.1-7.1.6 |
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
ния редкоземельных элементов (РЗЭ). Закономерности изменения устойчивости и строения координационных соединений в ряду РЗЭ, роль "лантаноидного" сжатия. Внешнесферные катионы и устойчивость твердых комплексных соединений. Модель «взаимного влияния». Термическая устойчивость комплексных соединений. | |||||||
8 | Реакционная способность координационных соединений. Описание реакционной способности. Общее теоретическое описание химического взаимодействия. Свойства потенциальных поверхностей. Симметрия и направление реакций. Теория взаимного влияния. | 2 | - | 1 | 2 | 5 | 7.1.1-7.1.6 |
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
9 | Кислотно-основные превращения координационных соединений. Кислотно-основные свойства комплексных соединений. Концепция кислот и оснований Льюиса. Теория жестких и мягких кислот и оснований. Льюисовская кислотность в реакциях фторидов ксенона. | 2 | - | 1 | 1 | 5 | 7.1.1-7.1.6 |
10 | Окислительно-восстановительные реакции координационных соединений. Классификация окислительно-восстановительных реакций. Внешнесферный механизм. Теория Маркуса - Хаша. Перекрестное соотношение Маркуса. Внутрисферный механизм. Специальные окислительно-восстановительные реакции. | 2 | - | - | 1 | 5 | 7.1.1-7.1.6 |
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
11 | Влияние среды на скорость химических реакций. Классификация растворителей. Координационные свойства растворителей. Донорная сила растворителя. Образование комплексов в растворах. Описание редокс-реакций в растворителе. Взаимодействие ионов с растворителем. Перенос электрона. Реакции «перезарядки». Реакции с изменением координационной сферы комплекса. Гетерогенные реакции. Реакции окислительного фторирования. | 3 | - | 1 | 2 | 5 | 7.1.1-7.1.6 |
12 | Методические особенности исследования координационных соединений. Теоретическое и экспериментальное использование физических методов исследования. Методические особенности исследования | 2 | - | 1 | 2 | 5 | 7.1.1-7.1.6 |
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
химической индивидуальности твердых комплексов и растворных систем. Химические и физические методы состояний окисления центрального иона. | |||||||
13 | Основы синтеза координационных соединений. 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 комплексообразова-ния. Окисление или восстановление доминирующего комплекса в системе комплексных частиц. | 2 | - | 1 | 2 | 5 | 7.1.1-7.1.6 |
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
14 | Прикладные аспекты координационной химии. Координационные соединения в живых организмах. Биометаллы, их краткая характеристика. Понятие о биокоординационной химии. Бикомплексы и биокластеры. Биокомплексы с анионами неорганических кислот. Биокомплексы с аминокислотами и белками. Биокомплексы с порфиринами. Токсичность металлов: роль комплексообразова-ния. Основные аспекты применения координационных соединений. Комплексные соединения платины как противоопухолевые препараты. Проблемы разработки лекарственных форм на их основе. Применение летучих координационных соединений в технологии | 2 | - | 1 | 1 | 6 | 7.1.1-7.1.6 |
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
получения материалов из газовой фазы (MOCVD). 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. | |||||||
ВСЕГО: | 30 | - | 15 | 23 | 67 |
3 МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИЗУЧЕНИЮ ДИСЦИПЛИНЫ
Основной теоретический курс изучается на лекциях. В ходе лекционных занятий вести конспектирование учебного материала. Обращать внимание на категории, формулировки, раскрывающие содержание тех или иных явлений и процессов, научные выводы и практические рекомендации, положительный опыт в ораторском искусстве. Желательно оставить в рабочих конспектах поля, на которых делать пометки из рекомендованной литературы, дополняющие материал прослушанной лекции, а также подчеркивающие особую важность тех или иных теоретических положений. Задавать преподавателю уточняющие вопросы с целью уяснения теоретических положений, разрешения спорных ситуаций.
Теоретический курс закрепляется на практических занятиях (семинары, тематические круглые столы и научные конференции) и при выполнении самостоятельных работ (доклад, реферат, устное сообщение, контрольная работа, презентация). Практические занятия проводятся после изучения на лекции той или иной темы. В ходе подготовки к практическим занятиям и самостоятельным работам изучить основную и дополнительную литературу, новые публикации в периодических изданиях: журналах, газетах и т. д. При этом учесть рекомендации преподавателя и требования учебной программы. Подготовить тезисы ответов по всем учебным вопросам, выносимым на семинар. Готовясь к докладу или реферативному сообщению, обращаться за методической помощью к преподавателю. Составить план-конспект своего выступления. Продумать примеры с целью обеспечения тесной связи изучаемой теории с реальной жизнью.
4 ФОРМАТ КУРСА
Формы учебных занятий – лекции, практические занятия. 1 час лекции составляет 50 минут. 1 час практических занятий составляет 50 минут. Занятия проводятся по расписанию. Планируются также самостоятельная работа обучающихся в аудитории и вне аудитории. График самостоятельной работы обучающихся и отчет по ним проводится по расписанию кафедры. Контроль по выполнению самостоятельной работы осуществляется в форме домашних заданий с решениями задач, контрольными работами, тестовыми заданиями.
5 Политика курса
Обучающийся должен проявлять активность и самостоятельность в процессе изучения дисциплины, в случае опозданий, пропусков занятий по неуважительной причине, несвоевременного представления работ и пассивности в учебном процессе к обучающимся будет предъявляться штрафные санкции в виде снятия баллов.
6 ПОЛИТИКА ВЫСТАВЛЕНИЯ ОЦЕНОК
Контроль знаний обучающихся осуществляется в форме:
- текущего контроля (проводятся еженедельно);
- рубежного контроля (7 и 15 недели);
- итогового контроля – экзамена.
Текущий контроль – это систематическая проверка знаний обучающегося на лекциях, практических занятиях и при выполнении самостоятельной работы. Предусматривается различные виды текущего контроля:
- устный опрос;
- контрольные работы;
- домашние работы;
- тесты.
В процессе изучения дисциплины каждый вид работы обучающегося оценивается в баллах. Всего по курсу – 600 баллов.
Распределение баллов по неделям и видам контроля представлено в таблице
Распределение баллов по дисциплине «Теоретические аспекты неорганической и координационной химии»
Таблица 2
Неделя | Вид контроля | Всего баллов | Примечание |
1 | 2 | 3 | 4 |
1-7 | Посещение всех видов аудиторных занятий | 30 | Преподаватель отмечает только факт отсутствия обучающегося на занятиях |
1 | 2 | 3 | 4 |
1-2 | Понятия и теории неорганической и координационной химии. | 20 | На практическом занятии |
Понятия и теории неорганической и координационной химии. | На практическом занятии | ||
3 | Химическая связь в неорганических и координационных соединениях. | 20 | На практическом занятии |
Решение расчетных задач по теме «Номенклатура и изомерия комплексов». | 40 | Самостоятельная работа (в соответствии с расписанием) | |
4 | МВС. Теория кристаллического поля. | 20 | На практическом занятии |
5 | ММО. Теория поля лигандов. | 20 | На практическом занятии |
6 | Изомерия координационных соединений. | 20 | На практическом занятии |
Решение расчетных задач по теме «Химическая связь в координационных соединениях». | 40 | Самостоятельная работа (в соответствии с расписанием) |
1 | 2 | 3 | 4 |
7 | Классы комплексообразователей. | На практическом занятии | |
7 | Рубежный контроль 1 | 90 | В соответствии с расписанием |
Итого баллов по результатам обучения с 1 по 7 неделю | 300 | ||
8-15 | Посещение и подготовка к аудиторным занятиям | 30 | Преподаватель отмечает только факт отсутствия обучающегося на занятиях |
8 | Лиганды координационных соединений. | 15 | На практическом занятии |
9 | Образование комплексов: термодинамический аспект. | 15 | На практическом занятии |
10 | Реакционная способность координационных соединений. | 15 | На практическом занятии |
Решение расчетных задач по теме «Устойчивость и реакционная способность комплексных соединений». | 40 | Самостоятельная работа (в соответствии с расписанием) | |
11 | Реакционная способность координационных соединений. | 15 | На практическом занятии |
12 | Комплексообразование в растворе. | 15 | На практическом занятии |
13 | Методы исследования в координационной химии. | 15 | На практическом занятии |
14 | Основы синтеза координационных соединений. | 10 | На практическом занятии |
Решение экспериментальных задач по теме «Синтез координационных соединений, очистка, анализ, изучение состава и свойств синтезированных координационных соединений». | 40 | Самостоятельная работа (в соответствии с расписанием) | |
1 | 2 | 3 | 4 |
15 | Прикладное значение координационной химии. | На практическом занятии | |
15 | Рубежный контроль 2 | 90 | В соответствии с расписанием |
Итого баллов по результатам обучения с 8 по 15 неделю | 300 | ||
Итого баллов за экзамен | 400 | ||
Итого баллов за академический период | 1000 |
Экзаменационная оценка по дисциплине определяется как сумма максимальных показателей успеваемости по модулям, рубежным контролям и итоговой аттестации (60%), экзамену (40%), что составляет 100%.
Обучающийся допускается к итоговому контролю по дисциплине, если за семестр его суммарный рейтинговый балл больше или равен 50 %.
7 ЛИТЕРАТУРА
7.1 Основная литература
7.1.1 Химия координационных соединений/ Учебник и задачник для бакалавриата и магистратуры. -
М.: Издательство Юрайт, 2014. - 657 с. [Электрон. ресурс]. – 2014. – URL: https:// biblio-online. ru
7.1.2 , Химия координационных соединений/ Учебное пособие. - М.: Академия, 2007. - 352 с.
7.1.3 , , Координационная химия. – М.: ИКЦ Академкнига.- 2007.- 488 с.
7.1.4 , , Координационная химия. Часть 1. Электронное строение, устойчивость, механизмы реакций, неводные растворители/ Учебное пособие. - Изд-во НГУ, 2013. - 161 с.
7.1.5 , Координационная химия. Часть II: Металлоорганические соединения, катализ с участием комплексов переходных металлов, кластерные соединения/ Учебное пособие. - Изд-во НГУ, 2011. - 194 с.
7.1.6 , Неорганическая химия. Комплексные соединения: Учебное пособие. Кемеровский технологический институт пищевой промышленности. Кемерово, 2004. – 112 с.
7.2 Дополнительная литература
7.2.1 Курс лекций по химии комплексных соединений. - Минск: БГТУ, 2011. - 130 с.
7.2.2 , Координационные соединения. - М.: «Академия естествознания», 2005. – 76 с.
7.2.3 оменклатура комплексных соединений. - Методическая разработка по курсу «Современные проблемы химии». – Ижевск: «УдГУ», 2011. – 26 с.
7.2.4 , Реакции диссоциации комплексных соединений. - Институт химии растворов РАН. - М.: Наука, 2007. - 278 с.
7.2.5 Координационная химия d - и f-элементов с полидентатными лигандами: синтез, строение и свойства: автореферат дис. ... доктора химических наук: 02.00.01. – 31 с. [Электрон. ресурс]. – 2014. – URL: https://dvs. rsl. ru.
7.2.6 , Неорганическая химия. В 3 т. Т.2. Химия непереходных элементов. - 2011. – 368 c.
7.2.7 , Неорганическая химия. В 3 т. Т.3. Химия непереходных элементов. - 2008. - 400 c.
