МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени ШАКАРИМА города СЕМЕЙ

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
Редакция № 1
программа дисциплины
от 11.09.2014 г.
«Теоретические аспекты
неорганической и
координационной химии»
для магистранта
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС
ДИСЦИПЛИНЫ
«Теоретические аспекты неорганической и координационной химии»
для специальности 6М060600 – «Химия»
ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
ДЛЯ МАГИСТРАНТА
Семей
2014
УМКД 042-18-10.1.86/02-2014
Ред. № 1 от 11.09.2014 г.
Страница 2 из 20
Предисловие
1 РАЗРАБОТАНО
Составитель ________ « 29 »
д.х.н., профессор кафедры «Химия»
08
2014 г. С.Е. Кудайбергенов,
2 ОБСУЖДЕНО
2.1 На заседании кафедры «Химия»
Протокол от «
29
»
08
2014 года, № 1
Заведующий кафедрой ________ Б.Х. Мусабаева
2.2
На
заседании
технологического факультета
Протокол от «
05
»
учебно-методического
09
бюро
инженерно-
2014 года, № 1
Председатель ________ С.С. Толеубекова
3 УТВЕРЖДЕНО
Одобрено и рекомендовано к
методического совета университета
Протокол от « 11 »
09
изданию
2014 года, № 1
Председатель УМС ________ Г.К. Искакова
4 ВВЕДЕНО ВПЕРВЫЕ
на
заседании
Учебно-
УМКД 042-18-10.1.86/02-2014
Ред. № 1 от 11.09.2014 г.
Страница 3 из 20
Содержание
1
2
3
4
5
6
7
Общие положения
Содержание дисциплины и распределение часов по видам занятий
Методические рекомендации по изучению дисциплины
Формат курса
Политика курса
Политика выставления оценок
Литература
4
6
15
16
16
16
19
УМКД 042-18-10.1.86/02-2014
Ред. № 1 от 11.09.2014 г.
Страница 4 из 20
1 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
1.1 Общие сведения о преподавателе и дисциплине
Кудайбергенов Саркыт Елекенович, доктор химических наук‚ профессор
Кафедра «Химия»
Контактная информация – тел: 35-05-90, учебный корпус № 9, кабинет №
409
Место проведения занятий – аудитория № 409
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:
УМКД 042-18-10.1.86/02-2014
Ред. № 1 от 11.09.2014 г.
Страница 5 из 20
- углубление теоретической и пр а кти ч е с ко й 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 физикохимических 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.
УМКД 042-18-10.1.86/02-2014
Ред. № 1 от 11.09.2014 г.
Страница 6 из 20
2 СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЧАСОВ
ПО ВИДАМ ЗАНЯТИЙ
Таблица 1
№
Название темы
Часы
Литература
п/п
ЛК
ЛБ
СПЗ СРОП СРО
1
1
2
2
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.
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.
3
2
4
-
5
1
6
1
7
4
8
7.1.1-7.1.6
1
-
1
1
4
7.1.1-7.1.6
УМКД 042-18-10.1.86/02-2014
1
3
4
2
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.
Квантовомеханические
модели.
Метод
валентных
схем
(валентных
связей).
Теория
кристаллического
поля.
«Кристаллические»
поля. Энергии
Ред. № 1 от 11.09.2014 г.
Страница 7 из 20
3
2
4
-
5
1
6
2
7
5
8
7.1.1-7.1.6
2
-
2
2
4
7.1.1-7.1.6
УМКД 042-18-10.1.86/02-2014
1
5
6
2
стабилизации
кристаллическим
полем. Теория поля
лигандов.
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.
Стереохимия
комплексных
соединений.
Эффекты
Яна
Теллера. Геометрия
координационных
полиэдров
и
их
форма.
Факторы,
влияющие
на
строение
координационных
Ред. № 1 от 11.09.2014 г.
Страница 8 из 20
3
4
5
6
7
8
3
-
1
2
4
7.1.1-7.1.6
2
-
2
2
5
7.1.1-7.1.6
УМКД 042-18-10.1.86/02-2014
1
7
2
полиэдров.
Стерические
эффекты.
Природа
центрального атома и
лигандов. Структура
координационных
соединений
непереходных
элементов.
Щелочные
и
щелочно-земельные
металлы
как
комплексообразовате
ли. Типы образуемых
комплексов и их
устойчивость.
Координационные
соединения
pэлементов.
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-
Ред. № 1 от 11.09.2014 г.
Страница 9 из 20
3
4
5
6
7
8
3
-
1
2
5
7.1.1-7.1.6
УМКД 042-18-10.1.86/02-2014
Ред. № 1 от 11.09.2014 г.
Страница 10 из 20
1
2
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.
3
4
5
6
7
8
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
УМКД 042-18-10.1.86/02-2014
1
9
10
2
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.
Окислительновосстановительные
реакции
координационных
соединений.
Классификация
окислительновосстановительных
реакций.
Внешнесферный
механизм.
Теория
Маркуса - Хаша.
Перекрестное
соотношение
Маркуса.
Внутрисферный
механизм.
Специальные
окислительновосстановительные
реакции.
Ред. № 1 от 11.09.2014 г.
Страница 11 из 20
3
2
4
-
5
1
6
1
7
5
8
7.1.1-7.1.6
2
-
-
1
5
7.1.1-7.1.6
УМКД 042-18-10.1.86/02-2014
1
11
12
2
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.
Методические
особенности
исследования
координационных
соединений.
Теоретическое
и
экспериментальное
использование
физических методов
исследования.
Методические
особенности
исследования
Ред. № 1 от 11.09.2014 г.
Страница 12 из 20
3
3
4
-
5
1
6
2
7
5
8
7.1.1-7.1.6
2
-
1
2
5
7.1.1-7.1.6
УМКД 042-18-10.1.86/02-2014
1
13
2
химической
индивидуальности
твердых комплексов
и растворных систем.
Химические
и
физические методы
состояний окисления
центрального иона.
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
комплексообразования. Окисление или
восстановление
доминирующего
комплекса в системе
комплексных частиц.
Ред. № 1 от 11.09.2014 г.
Страница 13 из 20
3
4
5
6
7
8
2
-
1
2
5
7.1.1-7.1.6
УМКД 042-18-10.1.86/02-2014
1
14
2
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
комплексообразования.
Основные
аспекты
применения
координационных
соединений.
Комплексные
соединения платины
как
противоопухолевые
препараты. Проблемы
разработки
лекарственных форм
на
их
основе.
Применение летучих
координационных
соединений
в
технологии
Ред. № 1 от 11.09.2014 г.
3
2
4
-
5
1
Страница 14 из 20
6
1
7
6
8
7.1.1-7.1.6
УМКД 042-18-10.1.86/02-2014
1
2
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:
Ред. № 1 от 11.09.2014 г.
Страница 15 из 20
3
4
5
6
7
30
-
15
23
67
8
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.
УМКД 042-18-10.1.86/02-2014
Ред. № 1 от 11.09.2014 г.
Страница 16 из 20
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.
УМКД 042-18-10.1.86/02-2014
Ред. № 1 от 11.09.2014 г.
Страница 17 из 20
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
Примечание
баллов
1
2
3
4
1-7
Посещение всех видов аудиторных
30
Преподаватель
занятий
отмечает только
факт отсутствия
обучающегося
на занятиях
1
2
3
4
1-2
Понятия и теории неорганической и
20
На
координационной химии.
практическом
занятии
Понятия и теории неорганической и
На
координационной химии.
практическом
занятии
3
Химическая связь в неорганических и
20
На
координационных соединениях.
практическом
занятии
Решение расчетных задач по теме
40
Самостоятельная
«Номенклатура
и
изомерия
работа
комплексов».
(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
20
На
соединений.
практическом
занятии
Решение расчетных задач по теме
40
Самостоятельная
«Химическая связь в координационных
работа
соединениях».
(в соответствии
с расписанием)
УМКД 042-18-10.1.86/02-2014
Ред. № 1 от 11.09.2014 г.
Страница 18 из 20
1
7
2
Классы комплексообразователей.
3
7
Рубежный контроль 1
90
Итого баллов по результатам обучения
с 1 по 7 неделю
8-15 Посещение и подготовка к аудиторным
занятиям
300
30
8
Лиганды
соединений.
координационных
15
9
Образование
комплексов:
термодинамический аспект.
15
10
Реакционная
способность
координационных соединений.
15
Решение расчетных задач по теме
«Устойчивость
и
реакционная
способность
комплексных
соединений».
Реакционная способность
координационных соединений.
40
12
Комплексообразование в растворе.
15
13
Методы
исследования
координационной химии.
14
Основы синтеза
соединений.
11
4
На
практическом
занятии
В соответствии с
расписанием
15
в
15
координационных
10
Решение экспериментальных задач по
теме
«Синтез
координационных
соединений, очистка, анализ, изучение
состава и свойств синтезированных
координационных соединений».
40
Преподаватель
отмечает только
факт отсутствия
обучающегося
на занятиях
На
практическом
занятии
На
практическом
занятии
На
практическом
занятии
Самостоятельная
работа
(в соответствии
с расписанием)
На
практическом
занятии
На
практическом
занятии
На
практическом
занятии
На
практическом
занятии
Самостоятельная
работа
(в соответствии
с расписанием)
УМКД 042-18-10.1.86/02-2014
1
15
Ред. № 1 от 11.09.2014 г.
2
Прикладное
координационной химии.
Страница 19 из 20
3
значение
Рубежный контроль 2
90
Итого баллов по результатам обучения
с 8 по 15 неделю
Итого баллов за экзамен
Итого баллов за академический период
300
15
4
На
практическом
занятии
В соответствии с
расписанием
400
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 Киселев Ю.М. 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 Киселев Ю.М., Добрынина Н.А.
Химия координационных
соединений/ Учебное пособие. - М.: Академия, 2007. - 352 с.
7.1.3 Скопенко В.В., Цивадзе А.Ю., Савранский Л.И., Гарновский А.Д.
Координационная химия. – М.: ИКЦ Академкнига.- 2007.- 488 с.
7.1.4 Соколов М.Н., Гущин А.Л., Самсоненко Д.Г. Координационная
химия. Часть 1. Электронное строение, устойчивость, механизмы реакций,
неводные растворители/ Учебное пособие. - Изд-во НГУ, 2013. - 161 с.
7.1.5 Соколов М.Н., Самсоненко Д.Г. 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 Гельфман М.И., Юстратов В.П. Неорганическая химия.
Комплексные соединения: Учебное пособие. Кемеровский технологический
институт пищевой промышленности. Кемерово, 2004. – 112 с.
7.2 Дополнительная литература
7.2.1 Ашуйко В.А. Курс лекций по химии комплексных соединений. -
Минск: БГТУ, 2011. - 130 с.
7.2.2 Луцкий Д.Л., Николаев А.А. Координационные соединения. - М.:
«Академия естествознания», 2005. – 76 с.
УМКД 042-18-10.1.86/02-2014
Ред. № 1 от 11.09.2014 г.
Страница 20 из 20
Сафронова Е., Решетников С. Номенклатура комплексных
соединений. - Методическая разработка по курсу «Современные проблемы
химии». – Ижевск: «УдГУ», 2011. – 26 с.
7.2.4 Березин Б.Д., Ломова Т.Н. Реакции диссоциации комплексных
соединений. - Институт химии растворов РАН. - М.: Наука, 2007. - 278 с.
7.2.5 Буков Н.Н. 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 Дроздов А.А., Зломанов В.П. Неорганическая химия. В 3 т. Т.2.
Химия непереходных элементов. - 2011. – 368 c.
7.2.7 Дроздов А.А., Зломанов В.П. Неорганическая химия. В 3 т. Т.3.
Химия непереходных элементов. - 2008. - 400 c.
7.2.3