rp_himiya_kompleksnyh_soedineniy

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный университет
имени Н.Г.Чернышевского»
ИНСТИТУТ ХИМИИ
УТВЕРЖДАЮ
Проректор по учебно-методической
работе д.ф.н., профессор Е.Г.Елина
______________________________
"____" __________________20__ г.
Рабочая программа дисциплины по выбору
Химия комплексных соединений
Направление подготовки
050100 – Педагогическое образование
Профиль подготовки
Химия
Квалификация (степень) выпускника
Бакалавр
Форма обучения
очная
Саратов, 2011
1. Целью освоения дисциплины является обеспечение развития общекультурных и
профессиональных
компетенций
будущих
бакалавров
в
сфере
педагогической
деятельности через овладение теоретическими основами номенклатуры, строения,
способов получения и свойств комплексных соединений и умения применять эти знания
в процессе решения профессиональных задач, личностного роста.
2. Место дисциплины в структуре ООП:
Дисциплина «Химия комплексных соединений» относится к вариативной части
профессионального цикла.
Для освоения дисциплины «Химия комплексных соединений» обучающиеся
используют знания, умения, сформированные в ходе изучения дисциплин «Общая и
неорганическая химия», «Аналитическая химия». Студенты должны знать основные
законы и понятия химии, природу химической связи, номенклатуру неорганических и
комплексных соединений, химические свойства элементов и их соединений, основные
типы химических реакций, основы классических и физико-химических методов анализа,
правила работы и технику безопасности в химической лаборатории, уметь составлять
уравнения химических реакций, решать расчетные задачи по химии. Дисциплина «Химия
комплексных соединений» является базовой для последующего изучения других
дисциплин вариативной части профессионального цикла, основой для прохождения
учебной (технологической) практики, подготовки к итоговой государственной аттестации.
3. Требования к результатам освоения дисциплины:
Процесс изучения дисциплины «Химия комплексных соединений» направлен на
формирование следующих компетенций:
- владеет культурой мышления, способен к обобщению, анализу, восприятию
информации, постановке цели и выбору путей её достижения (ОК-1);
-
владеет
основными
химическими
и
физическими
понятиями,
знаниями
фундаментальных законов химии и физики; явлений и процессов, изучаемых химией и
физикой (СК-2);
- владеет знаниями о составе, строении и химических свойствах простых веществ и
химических соединений; иметь представление об электронном строении атомов и
молекул, закономерностях химических превращений веществ (СК-3);
- владеет классическими и современными методами анализа веществ; способен к
постановке эксперимента, анализу и оценке лабораторных исследований (СК-4).
В результате изучения студент должен:
знать:
- основные понятия науки химии комплексных соединений
- способы получения и свойства комплексных соединений;
- теоретические основы строения координационных соединений с позиций
различных теорий химической связи в комплексных соединениях;
уметь:
- оценить реакционную способность, комплексообразующие свойства, наметить
возможные пути синтеза, лабильность и инертность комплексных соединений на основе
современных теоретических представлений о строении комплексных соединений,
различных теорий химической связи в комплексных соединениях;
- на основе положения элементы в периодической системе оценить его
соответствующих элементу комплексных соединений, охарактеризовать строение,
свойства, предсказать возможные области использования;
владеть:
- навыками работы в химической лаборатории, методикам синтеза и исследования
сложных по составу химических соединений;
-способами ориентации в профессиональных источниках информации (журналы, сайты,
образовательные порталы).
4. Структура и содержание дисциплины «Химия комплексных соединений»
Общая трудоемкость дисциплины составляет 5 зачетных единиц 180 часов.
Структура курса
№
Раздел дисциплины
п/п
1-2
3
Комплексные
соединения.
Основные понятия.
Классификация.
Изомерия
комплексных
соединений
Сем
естр
Неде
ля
семес
тра
Виды учебной работы, включая
самостоятельную работу
студентов и трудоемкость (в
часах)
Всего
Лекции Лаб Самосто
орат ятельная
орн работа
ые
заня
тия
4
1-2
22
4
8
10
4
3
14
2
4
8
Формы
текущего
контроля
успеваемо
сти (по
неделям
семестра)
Формы
промежуто
чной
аттестаци
и (по
семестрам
)
устный
опрос
тест, отчет
по
лабораторн
ому
журналу
4
Равновесия в
растворах
комплексных
соединениях
4
4-6
34
6
6
16
5
Обзор способности
элементов к
комплексообразовани
ю в связи с их
положением в
периодической
системе
Д.И.Менделеева
О природе сил
комплексообразовани
я. Химическая связь в
координационных
соединениях.
4
7
16
2
4
10
4
8-12
50
10
14
20
7
Некоторые методы
изучения
комплексных
соединений
4
13-17
50
10
14
20
8
Применение
комплексных
соединений
4
18
21
2
4
15
54
9
71+9
6
Итого
180
36
отчет по
лабораторн
ому
журналу,
контрольна
я работа
тест, отчет
по
лабораторн
ому
журналу
тест, отчет
по
лабораторн
ому
журналу,
контрольна
я работа
отчет по
лабораторн
ому
журналу,
контрольна
я работа
тест, отчет
по
лабораторн
ому
журналу
экзамен
экзамен
Содержание дисциплины
Тема 1. Комплексные соединения. Предмет и задачи химии комплексных
(координационных соединений). Этапы становления координационной химии.
Комплексные соединения. Причины подразделения всех химических соединений
на
простые
и
комплексные.
Основные
определения:
комплексные
(координационные)
соединения,
комплексообразователь,
лиганды,
координационное число, координационный полиэдр, внутренняя и внешняя сферы,
координационное число, координационная емкость лиганда, дентатность,
амбидентатность, топичность, гаптичность. Характеристики центрального атомакомплексообразователя: заряд, размер (ионный радиус), координационная емкость
(координационное число). Классификация лигандов: заряд, размер (радиус),
дентатность, классификация на основе теории жестких и мягких кислот и
оснований.
Номенклатура комплексных соединений по Вернеру и современная (IUPAC).
Тема 2. Классификация комплексные соединений. Типы комплексных
соединений: классификация по заряду (нейтральные, катионные, анионные)
классификация по числу атомов комплексообразователей (моноядерные,
полиядерные). Комплексы, образованные ионными лигандами (ацидокомплексы,
кидроксокомплексы).
Циклические
и
внутиркомплексные
соединения.
Классификация по особенностям строения координационных соединений
(циклические или хелатные, внутрикомплексные соединения, полиядерные
комплексы, изо- и гетерополикислоты, сверхкомплексные соединения, сэндвичные
и кластерные соединения). Классификация по реакционной способности
комплексных соединений (лабильные и инертные).
Тема 3. Изомерия комплексных соединений. Структурная изомерия,
обусловленная различными распределением лигандов между внутренней и
внешней координационными сферами или между внутренними сферами двух
атомов комплексообразователей. Ионизационная метамерия, молекулярная
изомерия, гидратная изомерия. Солевая изомерия или изомерия связи.
Координационная изомерия и координационная полимерия.
Пространственная изомерия, обусловленная различными расположением
лигандов внутри комплексной частицы. Геометрическая изомерия. Оптическая
изомерия. Ассиметрия или хиральность частицы (молекулы), оптическая
активность, угол вращения плоскости поляризации поляризованного света,
энантиомеры.
Тема 4. Равновесия в растворах комплексных соединений. Равновесия
свойственные электролитам: ионные и сольватационные. Ступенчатые и общие
константы нестойкости (устойчивости) комплексных соединений. Зависимость
величины Кнест от природы центрального атома (иона), степени его окисления,
размера и структуры его электронных оболочек, от величины координационного
числа, а также от природы и свойств лигандов, от циклообразования.
Экспериментальные методы определения констант нестойкости: оптические,
потенциометрический, методом растворимости, распределения.
Равновесия в растворах комплексных соединений, обусловленные
диссоциацией лигандов (кислотно-основные равновесия). Комплексы, обладающие
кислотными и основными свойствами. Зависимость интенсивности кислотных и
основных свойств комплексов от размера, заряда и поляризационных свойств
центрального иона, от величины заряда комплексного иона, степени диссоциации
молекул лигандов в свободном состоянии, от устойчивости комплекса в растворе,
от строения комплекса и характера взаимного влияния координированных групп.
Окислительно-восстановительные равновесия в растворах комплексных
соединений.
Некоторые закономерности химии комплексных соединений. Правила
Пейроне
и
Иергенсена.
Закономерность
трансвлияния
И.И.Черняева.
Экспериментальное обоснование и качественное изучение эффекта трансвлияния.
Количественные характеристики трансвлияния. Теоретические толкования эффекта
трансвлияния.
Тема 5. Способность к комплексообразованию элементов в связи с их
положением в периодической системе Д.И.Менделеева. Связь между строением
атомов элементов и их способностью образовывать определенные классы
химических соединений. Изменение комплексообразующей способности элементов
в периодах, группах и подгруппах. Изменение прочности комплексных соединений
элементов с различными лигандами.
Тема 6. О природе сил комплексообразования. Электростатические
представления В.Косселя (учение о ионной связи) и представления, основанные на
учении о ковалентной связи Дж.Льюиса. Интерпретация понятий «главной» и
«побочной»
валентности,
значений
координационных
чисел
комплексообразователей и прочности комплексов, их геометрии. Поляризационные
представления. Работы Н.Сиджвика о природе сил комплексообразования.
Эффективный атомный номер комплексообразователя. Правило максимальной
ковалентности.
Химическая
связь
в
координационных
соединениях.
Теория
кристаллического поля (ТКП). Расщепление d-орбиталей в полях различной
симметрии (октаэдр, тетраэдр, куб, плоско-квадратичной.). Параметры
расщепления Δ или 10 Dq.
Электронные спектры комплексных соединений. Окраска комплексов.
Расчет
параметров
расщепления
по
спектроскопическим
данным.
Спектрохимический ряд лигандов.
Энергия стабилизации комплексных соединений в зависимости от
симметрии лигандного окружения и электронного строения центрального атома.
Эффект Яна-Теллера.
Метод молекулярных орбиталей. Основные положения метода МО в
комплексах. Молекулярные орбитали комплексных соединений (октаэдрические и
тетраэдрические комплексы), π-связывание в комплексных соединениях.
Тема 7. Некоторые методы изучения строения комплексных соединений.
Методы исследования комплексообразования и комплексных соединении.
Спектральные
методы
(электронная
спектроскопия,
ИК-спектроскопия,
спектроскопия магнитного резонанса).
Электрохимические методы (потенциометрия, кулонометрия, полярография,
цикловольамперометрия). Калориметрические методы. Экстракционные методы.
Ионообменные методы.
Тема 8. Применение комплексных соединений. Комплексные соединения
в аналитической химии и в разделении ионов. Роль комплексообразования в
получении гальванических покрытий. Значение комплексных соединений в защите
металлов от коррозии. Металлокомплексный катализ. Красители. Неорганические
пигменты. Комплексные соединения металлов в живых организмах и их участие в
процессах жизнедеятельности.
5. Образовательные технологии
Традиционные и инновационные образовательные технологии: лекции, лекциидискуссии «Равновесия в растворах комплексных соединениях», лекция-консультации
«Применение комплексных соединений», проблемные лекции «Изомерия комплексных
соединений», «Обзор способности элементов к комплексообразованию в связи с их
положением в периодической системе Д.И.Менделеева», лабораторные занятия,
самостоятельная работа студентов. Формы занятий: мультимедийные презентации, лекции
с использованием учебных фильмов, групповые дискуссии, поисковая лабораторная
работа.
Общий объем часов, используемый для применения интерактивных технологий
составляет 22 ч.
6. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов.
Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной
аттестации по итогам освоения дисциплины.
Самостоятельная работа студентов предполагает освоение теоретического
материала, решение задач, оформление и подготовку к лабораторным работам, подготовку
к текущему и помежуточному контролю. Форма текущего контроля – отчет по
лабораторному журналу, опрос, тест (приложение), контрольная работа (приложение),
промежуточного контроля – экзамен.
Перечень вопросов для экзамена
1. Предмет и задачи химии комплексных (координационных соединений).
2. Этапы становления координационной химии.
3. Основные понятия – комплексные соединения,
центральный атом,
координационное число, координационный полиэдр, внешняя и внутренняя сферы,
лиганды, дентатность, амбидентатность, топичность, гаптичность.
4. Характеристики центрального атома - комплекcообразователя: заряд, размер
(ионный радиус), координационная емкость (координационное число).
5. Классификация лигандов: заряд, размер (радиус), дентатность, классификация на
основе теории жестких и мягких кислот и оснований.
6. Типы комплексных соединений: классификация по заряду (нейтральные,
катионные, анионные) классификация по числу атомов комплексообразователей
(моноядерные, полиядерные).
7. Номенклатура комплексных соединений.
8. Константа устойчивости (нестойкости) комплексных соединений.
9. Химическая связь в координационных соединениях. Теория кристаллического поля
(ТКП). Расщепление d-орбиталей в полях различной симметрии (октаэдр, тетраэдр,
куб, плоско-квадратичной.). Параметры расщепления Δ или 10 Dq.
10. Электронные спектры комплексных соединений. Окраска комплексов. Расчет
параметров расщепления по спектроскопическим данным. Спектрохимический ряд
лигандов.
11. Энергия стабилизации комплексных соединений в зависимости от симметрии
лигандного окружения и электронного строения центрального атома. Эффект ЯнаТеллера.
12. Метод молекулярных орбиталей. Основные положения метода МО в комплексах.
Молекулярные орбитали комплексных соединений (октаэдрические и
тетраэдрические комплексы), π-связывание в комплексных соединениях.
13. Классификация лигандов по типу связей с центральным атомом (корреляция со
спектрохимическим рядом лигандов).
14. Изомерия комплексных соединений: координационная изомерия; координационная
полимерия; гидратная изомерия; ионизационная метамерия; оптическая изомерия;
спиновая изомерия.
15. Методы исследования комплексообразования и комплексных соединении.
Спектральные
методы
(электронная
спектроскопия,
ИК-спектроскопия,
спектроскопия магнитного резонанса).
16. Методы исследования комплексообразования и комплексных соединении.
Электрохимические методы (потенциометрия, кулонометрия, полярография,
цикловольамперометрия). Калориметрические методы. Экстракционные методы.
Ионообменные методы.
17. Взаимное влияние лигандов во внутренней сфере координационных соединений.
Закономерность трансвлияния И.И.Черняева. Экспериментальное обоснование и
качественное изучение эффекта трансвлияния. Количественные характеристики
трансвлияния. Теоретические толкования эффекта трансвлияния.
18. Механизмы реакций координационных соединений. Некоторые понятия в учении о
скоростях и механизмах химических реакций. Молекулярность, порядок реакции,
закон скорости. Механизм нуклеофильного замещения лигандов. Активационные
параметры реакции. Солевой эффект.
19. Лабильные и инертные координационные соединения. Классификация механизмов
реакций замещения в координационных соединениях.
20. Поведение комплексных соединений в растворах. Реакции обмена лигандов и их
количественные характеристики - константы образования и константы нестойкости
(ступенчатые и общие). Зависимость прочности комплексов от природы
комплексообразователя и лиганда, от степени окисления комплексообразователя;
хелат-эффект и его влияние на прочность комплексов.
21. Обзор способности элементов к комплексообразованию в связи с их положением в
периодической системе Д.И.Менделеева.
22. Применение комплексных соединений. Комплексные
соединения
в
аналитической химии и в разделении ионов.
23. Применение комплексных соединений. Роль комплексообразования в получении
гальванических покрытий. Значение комплексных соединений в защите металлов
от коррозии.
24. Применение комплексных соединений. Металлокомплексный катализ. Красители.
Неорганические пигменты.
25. Применение комплексных соединений. Комплексные соединения металлов в
живых организмах и их участие в процессах жизнедеятельности.
7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины «Химия
комплексных соединений»
Основная литература:
1. Координационная химия [Текст] : учеб. пособие / В. В. Скопенко [и др.]. - . - М. :
Академкнига, 2007. - . - 487, [1] с. : граф., табл.. - . - (Учебное пособие для вузов). - .
- Библиогр.: с. 476-484. - Предм. указ.: с. 485-487. - . - ISBN 978-5-94628-287-1 (в
пер.) : 530.00 р.
2. Неорганическая химия: Химия элементов [Текст] : учеб. для студентов хим. фак.
ун-тов : в 2 кн. / Ю. Д. Третьяков, Л. И. Мартыненко, А. Н. Григорьев. - М. : Химия,
2001, 2004.
Дополнительная литература:
1. Березин Б.Д. Реакции диссоциации комплексных соединений / Б. Д. Березин, Т. Н.
Ломова ; Рос. акад. наук, Ин-т химии растворов. - М. : Наука, 2007.- 277, [3] с. : ил.
2. Илиел Э. Основы стереохимии / Э. Илиел ; пер. с англ. В. М. Демьянович ; под
ред. В. М. Потапова. - 2-е изд. - М.: БИНОМ. Лаб. знаний, 2005. - 118, [2] с.
3. Киселев Ю.М.
Химия координационных соединений : учеб. пособие для
студентов высш. проф. учеб. заведений / Ю. М. Киселев, Н. А. Добрынина. - . - М. :
Изд. центр "Академия", 2007. - 343, [9] с.
4. Логинова Н.В. Бионеорганическая химия: Металлокомплексы в медицине : учеб.
пособие для студентов хим.-фармац. специальностей вузов / Н. В. Логинова. Минск : БГУ, 2000. - 126, [2] с.
Интернет-ресурсы:
http://www.chem.msu.su.ru
8. Материально-техническое обеспечение дисциплины
1. Учебная аудитория для чтения лекций.
2. Учебная лаборатория
3. Проектор, мультимедийные презентации, учебные фильмы.
4. Лабораторная посуда и реактивы.
5. Химические реактивы.
Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО направления
подготовки 050100 Педагогическое образование, утвержденного приказом Минобрнауки
России 17 сентября 2009 года №337. Профиль «Химия» ФГОС ВПО утвержден приказом
Минобрнауки России от 22 декабря 2009 года, №788 с учетом рекомендаций и Примерной
ООП ВПО по направлению 050100 Педагогическое образование, профиль «Химия».
Автор,
доцент кафедры химии и методики обучения
Института химии СГУ, к.х.н.
____________ Крылатова Я.Г.
Программа одобрена на заседании кафедры химии и методики обучения Института химии
СГУ от 29 августа 2011, протокол №15.
Подписи:
Зав. кафедрой химии и методики обучения,
д.х.н.
Пчелинцева Н.В.
Директор Института химии,
д.х.н., профессор
Федотова О.В.