2 Теоретическая часть

2.1 Задачи и содержание практикума по общей химии

Не надо продолжать литобзор здесь!

Здесь описывается только текущий практикум и задачи по его улучшению!

Правильно поставленный эксперимент позволяет проследить закономерности химических процессов, исследовать влияние различных факторов на то или другое явление, запомнить свойства веществ, а также способствует выработке методологии химического мышления. В процессе лабораторных занятий по общей химии складываются навыки проведения химического эксперимента, организации рабочего места, сборки несложных приборов, соблюдения правил техники безопасности.

Практикум по общей химии является составной частью практикума по общей и неорганической химии и предназначен для лабораторных занятий по соответствующей дисциплине. Он составлен на основе многолетнего опыта работы кафедры общей и неорганической химии Московского ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени химико-технологического института имени Д. И. Менделеева (ныне РХТУ имени Д. И. Менделеева). Над разработкой практикума трудились А.Ф. Воробьев, С.И. Дракин, В.М. Лазарев, К.К. Власенко, А.К. Гончаров, А.И. Майер, В.П. Николаев, В.П. Погодин, К.К. Самплавская, Т.Н. Сергеева, Э.В. Скленская, В.Б. Соколов, С.Н. Соловьев, В.В. Щербаков [43].

Лабораторный практикум по общей химии должен научить студента самым первичным и общим элементам деятельности будущего химика. Прежде всего это аккуратность, так как одно необдуманное действие или даже движение может свести на нет результат многочасовой, а то и многодневной работы, и даже стать причиной несчастного случая. По этой причине в обязательном порядке проводится инструктаж по технике безопасности и для ряда работ вводятся дополнительные меры предосторожности.

Прежде, чем приступать к работе, студент обязан самостоятельно проработать соответствующий теоретический материал, а во время работы на лабораторном столе должны находиться только необходимые приборы, реактивы и лабораторный журнал. Необходимо соблюдать чистоту и порядок: уже ненужное – убирать, разлитое – вытирать. К опытам можно приступать, только получив ответы на все вопросы и устранив недопонимания. Необходимо бережно относиться к материалам, реактивам, газу, воде, электроэнергии, окружающей среде. Но при этом неизрасходованные реактивы нельзя возвращать туда, откуда они были взяты. Категорически нельзя проводить незапланированные опыты, а все наблюдения, полученные результаты и выводы необходимо записывать в лабораторный журнал.

С точки зрения психологии изучение химии вообще, а проведение лабораторных работ особенно, формирует ассоциативный тип мышления – очень редкий в настоящее время в научной среде. Аналитический способ мышления доказал свою высокую практическую результативность в прикладной науке и технике, но все великие ученые в совершенстве владели также ассоциативным видом мышления, что позволяло им производить совершенно новые идеи с использованием различных отраслей науки. Многое в реальной деятельности используют ассоциативный тип мышления на интуитивном уровне, но знание химии приводит к способности использовать этот метод мышления сознательно, что значительно сокращает время решения научной задачи.

Лабораторный комплекс по общей химии в описании состоит из 7 работ: взвешивание, приготовление растворов, титрование, перекристаллизация; определение молекулярной массы и эквивалента вещества; окислительно-восстановительные реакции, измерение энергии Гиббса в окислительно-восстановительных процессах; калориметрическое измерение энтальпий различных процессов; электролитическая диссоциация; гидролиз; комплексообразование.

При нагревании многих кристаллогидратов солей получаются не чистые безводные соли, а различные оксо- и гидроксосоли, гидроксиды или оксиды вследствие протекающего параллельно с удалением воды гидролиза. Может образоваться также смесь безводной соли и продуктов гидролиза. Качественный и количественный состав продукта, получаемого в результате термического разложения кристаллогидратов солей, зависит от ряда факторов. Процессы термического разложения кристаллогидратов имеют большое теоретическое и практическое значение.

Растворы являются многокомпонентными гомогенными системами, где одно вещество распределено в среде другого или других веществ. Чаще растворы бывают жидкими. Студенты должны уметь делать растворы заданной концентрации из более концентрированных и определять концентрацию титрованием.

Перекристаллизация – один из методов очистки вещества. При повышенной температуре получают раствор, близкий к насыщенному, затем его охлаждают. Полученные кристаллы содержат меньше примесей.

Один из широко применяемых методов определения молекулярных масс газообразных веществ основан на использовании законов идеальных газов. Студенты определяют среднюю молекулярную массу и состав газовой смеси.

Эквивалентом называется число граммов элемента, способное соединяться с 8 г кислорода или с 1,008 г водорода или замещать эти количества в соединениях. Зная эквиваленты, можно рассчитать, какое количество одного элемента вступит в реакцию с определенным количеством другого элемента. Экспериментально эквиваленты элементов определяются через состав их водородных или кислородных соединений.

Окислительно-восстановительными реакциями называются реакции, сопровождающиеся изменением степени окисления элементов вследствие смещения или полного перехода электронов от одних атомов или ионов к другим. Количественной характеристикой окислительно-восстановительной способности веществ служат электродные потенциалы. Абсолютные значения этих потенциалов определить нельзя, поэтому находят их по отношению к какому-то электроду сравнения, например, нормальному водородному электроду, который принимают равным нулю. Зная значения электродных потенциалов, можно вычислить э.д.с. элемента и изменение энергии Гиббса.

Тепловые эффекты химических реакций (изменение энтальпии), а также термодинамические состояния каждого их исходных веществ и продуктов реакции принято указывать в термохимических уравнениях. Согласно основному закону термохимии (Гесса) изменение энтальпии определяется только видом и состоянием исходных веществ и продуктов реакции и не зависит от пути перехода от начальных веществ к конечным. Это дает возможность оперировать с термохимическими уравнениями как с алгебраическими. Тепловые эффекты измеряют в калориметрах.

Электролитической диссоциацией называется распад молекул в растворе на ионы, вызванный взаимодействием растворенных веществ с растворителем. Количественно процесс электролитической диссоциации характеризуется степенью и константой диссоциации. Студенты изучают электропроводность растворов электролитов, растворимость малорастворимых соединений по электропроводности раствора.

При растворении некоторых соединений в воде, наряду с процессами электролитической диссоциации, протекает обменная реакция между молекулами воды и растворенного вещества, то есть гидролиз. При изучении гидролиза важную роль играет определение pH растворов. Студенты изучают влияние природы соли, концентрации раствора и температуры на гидролиз и определяют термодинамические характеристики процесса.

В структуре комплексных соединений различают комплексообразователь и лиганды. При электролитической диссоциации лиганды практически полностью отщепляются, а изменения в комплексообразователе незначительные. Студенты занимаются получением комплексных соединений и изучением их свойств.

Основной целью всех лабораторных работ является приобретение навыков самостоятельного проведения химического эксперимента, выполнения расчетов по уравнениям и написания уравнений химических реакций.