by Prof. Wendel H. Slabaugh and Prof. Theran D. Parsons
В книге в ясной и доступной форме и вместе с тем на хорошем научном уровне излагаются основы общей химии и затрагиваются практически все ее аспекты. Написанная как вводный курс для студентов, начинающих серьезное знакомство с химией, она подробно освещает вопросы строения вещества, знакомит с основами химической термодинамики и кинетики, электрохимии, коллоидной химии, радиохимии. Отдельные главы посвящены органической химии, биохимии, геохимии. Книга прекрасно иллюстрирована.
Может служить ценным пособием по изучению общей химии в вузах и техникумах, а также хорошим дополнительным материалом для преподавателей средней школы.
**
СОДЕРЖАНИЕ
ПРЕДИСЛОВИЕ ПЕРЕВОДЧИКА 5
ПРЕДИСЛОВИЕ АВТОРОВ 7
1. ВВЕДЕНИЕ В ХИМИЮ
1.1. Химия и естествознание 9
1.2. Химия-точная наука 11
1.3. Химическая технология 12
1.4. Химия и проблемы современного общества 12
1.5. Успехи химии в современный период 13
1.6. Научные методы, применяемые в химии 14
Упражнения 16
Список литературы 17
2. ИЗМЕРЕНИЯ И ПОНЯТИЯ В ХИМИИ
2.1. Материя и вещество 18
2.2. Физические и химические превращения 20
2.3. Разделение смесей 21
2.4. Идентификация веществ 24
2.5. Метрическая система единиц (СИ) 25
2.6. Масса, объем и плотность 27
2.7. Вещество и энергия 29
2.8. Электромагнитный спектр 33
2.9. Электрическая природа вещества 37
Упражнения 38
Список литературы 38
3.ЯЗЫК ХИМИИ И ВЕСОВЫЕ СООТНОШЕНИЯ
3.1. Химическая революция 39
3.2. Атомистическая теория Дальтона 40
3.3. Химические элементы и атомные веса 41
3.4. Химические формулы 44
3.5. Формульный вес, молекулярный вес и понятие моля 46
3.6. Расчет эмпирических формул 47
3.7. Химическое уравнение 48
3.8. Весовые соотношения при химических превращениях 50
3.9. Промышленная стехиометрия 52
Упражнения 53
Список литературы 55
4. АТОМЫ И КВАНТЫ
4.1. Электрон 56
4.2. Протон и нейтрон 59
4.3. Масс-спектрометр 60
4.4. Радиоактивность и субатомные частицы 61
4.5. Резерфорд и его ядерная модель строения атома 62
4.6. Порядковый номер атома 63
4.7. Зарождение волновой механики и квантовой теории 65
Упражнения 66
5. СТРОЕНИЕ АТОМА
5.1. Атомные спектры 67
5.2. Бор и его модель атома 68
5.3. Квантовомеханическая модель атома 73
5.4. Многоэлектронные атомы 79
5.5. Символическое изображение орбиталей 83
5.6. Магнитные свойства атомов 83
Упражнения 86
Список литературы 87
6. ПЕРИОДИЧНОСТЬ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ
6.1. Открытие периодического закона 88
6.2. Современные формы периодической таблицы 90
6.3. Изображение валентных электронов точками 93
6.4. Размеры атомов 93
6.5. Потенциалы ионизации и сродство к электрону 98
6.6. Электроотрицательность 102
6.7. Применения периодического закона и таблицы периодической системы элементов 104
Упражнения 106
Список литературы 107
7. ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ
7.1. Природа химической связи 108
7.2. Ионная связь 110
7.3. Теория ковалентной связи 112
7.4. Электронные формулы ковалентных молекул 118
7.5. Кратные связи 119
7.6. Донорно-акцепторные ковалентные связи 121
7.7. Многоатомные ионы 123
7.8. Резонанс 123
7.9. Полярность связи 125
Упражнения 126
Список литературы 127
8. ИОНЫ И МОЛЕКУЛЫ
8.1. Физические свойства ионных и молекулярных агрегатов 128
8.2. Свойства ионов 130
8 3 Структура молекул 132
8.4. Связывающие орбитали 136
8.5. Полярность молекул 139
8.6. Ион-молекулярные и межмолекулярные взаимодействия 140
Упражнения 146
Список литературы 146
9. ГАЗЫ
9.1. Кинетическая теория строения газов 147
9.2. Связь между давлением и объемом газа 150
9.3. Влияние температуры на свойства газов 153
9.4. Идеальный газ 155
9.5. Реальные газы 159
9.6. Парциальное давление газов 162
9.7. Закон соединения газов Гей-Люссака и атомистическая теория 163
9.8. Решение задач применительно к газам 165
Упражнения 166
Список литературы 167
10. ТВЕРДЫЕ ВЕЩЕСТВА
10.1. Свойства твердых веществ 168
10.2. Основные представления о строении твердых веществ 169
10.3. Кристаллические решетки 171
10.4. Рентгеноструктурный анализ 173
10.5. Типы кристаллических веществ 176
10.6. Аморфные вещества 180
10.7. Энергия кристаллической решетки 181
10.8. Дефекты в кристаллах 183
Упражнения 184
Список литературы 186
11. ЖИДКОСТИ
11.1. Жидкое состояние 187
11.2. Испарение жидкости 191
11.3. Фазовые превращения 193
11.4. Правило фаз 198
11.5. Равновесие между состояниями 198
Упражнения 199
12. РАСТВОРЫ
12.1. Типы растворов 201
12.2. Концентрация растворов 203
12.3. Механизмы процессов растворения в жидких растворах 207
12.4. Равновесия между жидкостью и растворенными в ней газами 210
12.5. Жидкие двухкомпонентные растворы 211
12.6. Растворы твердых веществ в жидкостях 213
12.7. Коллигативные свойства растворов 215
12.8. Коллигативные свойства ионных растворов 218
12.9. Рапределение растворенного вещества между двумя фазами 219
Упражнения 221
Список литературы 222
13. ХИМИЧЕСКАЯ КИНЕТИКА И РАВНОВЕСИЯ
13.1. Особенности протекания химических реакций 223
13.2. Факторы, влияющие на скорость реакций 995
13.3. Кинетика химических реакции 226
13.4. Порядок реакции 229
13.5. Энергия активации и катализаторы 233
13.6. Механизм реакции 236
13.7. Обратимость и равновесие в химических реакциях 238
13.8. Гетерогенные равновесия 241
13.9. Принцип Ле Шателье и химическое равновесие 242
Упражнения 243
Список литературы 244
14. ОСНОВНЫЕ ТИПЫ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ
14.1. Представления о кислотах и основаниях 246
14.2. Нейтрализация 250
14.3. Ок иды и вещества с амфотерными свойствами 951
14.4. Соли 254
14.5. Твердые гидраты 256
14.6. Окислительно-восстановительные реакции 257
Упражнения 262
Список литературы 263
15. ИОННЫЕ РАВНОВЕСИЯ В РАСТВОРАХ
15.1. Ионные растворы 264
15.2. Слабые кислоты и слабые основания 265
15.3. Ионизация воды 269
15 4 Величины рН и рОН 270
15.5. Индикаторы 271
15.6. Влияние общих ионов 273
15.7. Гидролиз и нейтрализация 275
15.8. Растворимость слаборастворимых солей 278
15.9. Факторы, обусловливающие полную завершенность реакций 280
Упражнения 281
16. ЭЛЕКТРОХИМИЯ
16.1. Окисление и восстановление 283
16.2. Понятия, применяемые для описания электрических явлений 284
16.3. Электролиз 285
16.4. Закон Фарадея 287
16.5. Гальванические элементы 288
16.6 Окислительно-восстановительные потенциалы 294
16.7. Практическое использование электрохимических процессов 296
16.8. Коррозия 298
Упражнения 299
Список литературы 301
17. ДВИЖУЩАЯ СИЛА РЕАКЦИИ
17.1. Системы, состояния и функции состояния 303
17.2. Формы энергии и их эквивалентность 303
17.3. Сохранение энергии 305
17.4. Независимость изменения энергии от пути реакции 308
17.5. Термохимия 309
17.6. Энтальпия образования 311
17.7. Энергии связей 312
17.8. Движущая сила химических реакций 313
17.9. Термодинамика химических процессов 317
Упражнения 321
Список литературы 322
18. ПРОСТЫЕ АНИОНЫ
18.1. Образование простых анионов 323
18.2. Электронное строение простых анионов 324
18.3. Поведение простых анионов в водных растворах 327
18.4. Сила кислот, образуемых простыми анионами 329
18.5. Цианидный ион 330
18.6. Получение простых анионов 331
18.7. Получение кислот простых анионов 334
18.8. Окисление простых анионов 337
Упражнение 341
Список литературы 342
19. ПРОСТЫЕ КАТИОНЫ
19.1. Периодические закономерности в свойствах простых катионов 343
19.2. Свойства простых катионов 345
19.3. Поведение простых катионов в водных растворах 347
19.4. Получение простых катионов 350
19.5. Восстановление простых катионов 354
Упражнения 355
Список литературы 355
20. ОКСИАНИОНЫ
20.1. Образование оксианионов 356
20.2. Степень окисления центрального атома и номенклатура оксианионов 358
20.3. Оксианионы переходных металлов 361
20.4. Сила кислот, образуемых оксианионами 362
20.5. Поведение оксианионов в водных растворах 366
20.6. Оксианионы в качестве окислителей 369
20.7. Получение оксианионов 372
Упражнения 374
Список литературы 374
21. ПОЛИМЕРНЫЕ ИОНЫ
21.1. Химическая связь в полимерных ионах 375
21.2. Силикатные полимеры 377
21.3. Фосфатные полимеры 382
21.4. Другие анионные полимеры 383
21.5. Катионные полимеры 383
21.6. Полимеры серы 384
21.7. Прочие неорганические полимеры 384
Упражнения 385
Список литературы 386
22. МЕТАЛЛЫ И НЕМЕТАЛЛЫ
22.1. Строение металлов 388
22.2. Сплавы 392
22.3. Фазовые диаграммы сплавов 393
22.4. Соединения внедрения 394
22.5. Неметаллические элементы 396
Упражнения 401
Список литературы 402
23. КООРДИНАЦИОННЫЕ КОМПЛЕКСНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ
23.1. Координационный комплекс 403
23.2. Лиганды в координационных комплексах 405
23 3 Координационное число и геометрическое строение комплексных соединений 406
23.4. Стереоизомерия координационных комплексных соединений 408
23.5. Номенклатура координационных соединений 411
23.6. Устойчивость комплексов 411
23.7. Природа химической связи в координационных комплексах 413
23.8. Применение координационных комплексов 421
Упражнения 422
Список литературы 423
24. ЯДЕРНАЯ ХИМИЯ
24.1. Элементарные частицы 424
24.2. Радиоактивность 426
24.3. Устойчивость ядер 428
24.4. Ядерные реакции 431
24.5. Измерение радиоактивности 432
24.6. Использование явления радиоактивности 433
24.7. Ядерная энергия 435
24.8. Использование ядерной энергии в мирных целях 437
Упражнения 438
Список литературы 439
25. ГЕОХИМИЯ И МЕТАЛЛУРГИЯ
25.1. Происхождение элементов 440
25.2. Элементный состав Земли 442
25.3. Химические процессы в литосфере 444
25.4. Металлургия. Извлечение элементов из их руд 446
Упражнения 452
Список литературы 452
26. ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ I
26.1. Определение органической химии 453
26.2. Атом углерода 453
26.3. Классы органических соединений 455
26.4. Алифатические углеводороды 455
26.5. Изомеры и номенклатура органических соединений 456
26.6. Ароматические углеводороды 458
26.7. Функциональные производные 459
26.8. Типы реакций органических соединений 461
Упражнения 463
Список литературы 464
27. ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ II
27.1. Механизмы органических реакций 465
27.2. Резонанс 470
27.3. Водородная связь в органической химии 471
27.4. Полимеры 472
Упражнения 475
Список литературы 476
28. БИОХИМИЯ
28.1. Химические процессы в живых системах 477
28.2. Углеводы 478
28.3. Липиды 479
28.4. Белки 481
28.5. Нуклеиновые кислоты 483
28.6. Метаболизм пищевых веществ 486
28.7. Витамины и гормоны 487
28.8. Фотосинтез 490
28.9. Лекарственные препараты 491
Упражнения - 492
Список литературы 492
29. КОЛЛОИДЫ И ХИМИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ
29.1. Коллоиды и поверхности 493
29.2. Поверхностная энергия 494
29.3. Адсорбция на поверхности 496
29.4. Электрические свойства поверхностей 498
29.5. Оптические и кинетические свойства коллоидов 500
29.6. Лиофильные коллоиды 501
29.7. Сведения о практических свойствах коллоидов 502
Упражнения 503
Список литературы 503
30. ХИМИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
30.1. Естественные и искусственные причины загрязнения окружающей среды 504
30.2. Вода как один из природных ресурсов 506
30.3. Виды загрязнений воды и их контроль 507
30.4. Получение пресной воды из морской воды 510
30.5. Воздух, которым мы дышим 511
30.6. Виды загрязнений воздуха 513
30.7. Проблемы загрязнения окружающей среды и современный образ жизни 516
Упражнения 518
Список литературы 518
ПРИЛОЖЕНИЯ 519
СПИСОК ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ
ЛИТЕРАТУРЫ НА РУССКОМ ЯЗЫКЕ 528
АВТОРСКИЙ УКАЗАТЕЛЬ 531
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ 533
*
ПРЕДИСЛОВИЕ ПЕРЕВОДЧИКА
В наше время издается немало учебников по общей химии, рассчитанных на читателей с разной подготовкой и преследующих различные цели. Книга американских авторов У.Слейбо и Т.Персонса предназначена для тех, кто уже получил первые сведения о химии в рамках школьной программы и переходит к более серьезному изучению этого предмета. В ясной и доступной форме и вместе с тем на хорошем научном уровне в ней излагаются основы современной общей химии во всех ее аспектах. Конечно, данная книга — еще не строгий университетский курс общей химии с характерным для него широким использованием математики. Основная роль в ней отведена обстоятельному разъяснению физической и химической сути описываемых понятий, явлений и закономерностей, а также ознакомлению с объясняющими их теориями на качественном уровне. В то же время значительное место отводится и прикладным вопросам.
Условно книгу можно разделить на две части. В первой из них (гл. 1 —17, а также 24 и 29) изложены общие основы и законы химии и теоретические представления, на которых эта наука базируется. Подробно освещены вопросы строения вещества, свойства различных его агрегатных состояний и растворов, читатель знакомится с важнейшими типами химических реакций и классами веществ, излагаются основные представления химической термодинамики и кинетики, законы химического равновесия, начала электрохимии, ядерной химии, химии поверхностных явлений и коллоидных систем.
Вторая часть книги содержит разнообразный материал описательной химии. Основной упор здесь сделан на изложение неорганической химии, которое сопровождается последовательным выявлением периодических закономерностей в свойствах различных типов соединений. Более подробно, чем обычно, рассматривается химия простых анионов и катионов, а также оксианионов различных элементов и их кислородсодержащих кислот; на современном уровне изложены основы химии координационных соединений, в том числе вопросы их строения, устойчивости и стереоизоме-рии. Сравнительно более лаконично подана органическая химия, хотя по существу затронуты все важнейшие стороны этой обширной области химии, включая механизмы органических реакций, химию полимеров и биохимию. В конце книги помещена не совсем обычная для учебных пособий глава, посвященная актуальной теме — связи химии с загрязнением окружающей среды. Во второй части книги постоянно применяются структурные представления, законы химического равновесия и подходы, использующие теоретические воззрения на природу кислотно-основных и окислительно-восстановительных процессов. Благодаря этому описательная химия превращается из несколько монотонного перечисления свойств веществ и наблюдаемых закономерностей их поведения в увлекательное объяснение научных, практических, а нередко и известных из повседневного опыта фактов на базе химических представлений.
В книге с успехом использованы методические достижения последних лет, которые увенчали усилия, направленные на доходчивое и научно правильное изложение теории строения вещества и химической связи, термодинамических критериев осуществимости химических процессов, а также кинетических законов протекания реакций и установления равновесий. Вместе с тем, авторы не пытаются создать у читателей впечатления, что в этих и других разделах химии окончательно разрешены все спорные вопросы и выкристаллизовались единственно правильные теории. Наоборот, нередко они умышленно показывают, насколько сложен и порою противоречив характер науки. Так, при изложении теории химической связи сопоставляются традиционный метод валентных связей и современный метод молекулярных орбиталей, при рассмотрении кислотно-основных процессов приводятся различные теории кислот и оснований, а для обсуждения окислительно-восстановительных реакций наряду с широко знакомыми диграммами Латимера привлекаются сравнительно мало известные, но более удобные диаграммы Фроста.
Следует отметить и такую особенность книги: многие проблемы в ней затрагиваются неоднократно — в первой половине при изложении основ явлений, когда вводятся новые понятия, а затем во второй половине при более подробном обсуждении химических закономерностей. Так, например, обстоит дело с обсуждением свойств простых ионов (гл.8, 18 и 19), кристаллов (гл. 10 и 22), поверхностных явлений (гл. 11 и 29), резонанса (гл. 7 и 27) и в ряде других случаев. Указанный подход позволяет взглянуть на одну и ту же проблему под разными углами зрения, поочередно концентрируя внимание на тех ее сторонах, которые наиболее важны при рассмотрении той или иной темы. Вместе с тем, вся книга в целом написана логически последовательно и по очень четкому плану.
Книга У. Слейбо и Т.Персонса читается с большим интересом, она обильно иллюстрирована и содержит много полезных фактических сведений (часто совершенно новых для книг такого типа), а также занимательных историко-биографических данных. Для закрепления изученного материала включено большое число упражнений. Все сказанное позволяет надеяться, что книга послужит хорошим дополнительным пособием при изучении общей и, в частности, неорганической химии в вузах и техникумах, а также окажется полезным подспорьем для преподавателей средней школы.
Е. Розенберг
***
ПРЕДИСЛОВИЕ АВТОРОВ
Эта книга, как и предыдущие издания, представляет собой учебник по химии для первого курса колледжей. Она рассчитана на студентов, имеющих среднее образование и знакомых с алгеброй, хотя в ней и не проводятся сколько-нибудь сложные вычисления.
Все термины, встречающиеся в книге впервые, набраны курсивом и сопровождаются определениями. Исключение составляет первая глава, представляющая собой краткий обзор химической науки в целом. В этой главе могут встречаться отдельные термины, для которых сразу же не дается определения, но при желании их можно найти в тексте книги, пользуясь предметным указателем.
В первой части книги, охватывающей гл.2—17, излагаются основные законы химии, которые иллюстрируются многочисленными примерами реальных химических систем. Во второй части эти законы часто применяются для рассмотрения более сложных случаев. Вторая половина книги— гл.18 — 30—содержит материал, посвященный описательной химии элементов, координационной химии, ядерной химии, геохимии, органической химии, биохимии и некоторым вопросам экологии.
Хотя общее построение книги мало изменилось по сравнению с прежними изданиями, в него внесены некоторые важные изменения. Вводные главы перестроены так, чтобы в них рассматривалась химическая стереохимия и ряд экспериментальных аспектов химии. Это способствует более удобному размещению материала и позволяет дать теоретическую подготовку, необходимую на самых первых стадиях лабораторного практикума. Кроме того, рассмотрение строения атома и химической связи отодвигается на несколько более поздний период, когда студенты лучше подготовлены к восприятию довольно сложных рассуждений, которыми сопровождается изучение этих вопросов.
В новое издание книги включено много существенно нового материала, в том числе биографические и исторические очерки, дополняющие основной текст, а также другая информация, имеющая характер дополнений. Совершенно новой является гл.30, посвященная экологическим проблемам.
В конце каждой главы помещены упражнения, которые подразделяются на три типа. Упражнения группы А служат для контроля правильности общего восприятия темы; упражнения группы Б—для контроля надежности усвоения количественных закономерностей и способности к решению четко сформулированных химических задач, и, наконец, упражнения группы В—для оценки способности к обобщениям и применению полученных знаний к решению задач повышенной сложности.
Мы глубоко признательны нашим студентам и коллегам за советы при обсуждении рукописи и благодарны преподавателям, использовавшим прежние издания этой книги в своей работе, за многие полезные замечания. Кроме того, мы выражаем искреннюю признательность за внимание и помощь многочисленным рецензентам рукописи: НейлуР.Колей, Эрли-ну Е. Джибергу, Луису Дж. Киршенбауму, Дж. Дж. Лаговски, Раймонду Т. О'Доннеллу, Тимоти А. О'Ши, Джеку Е. Пауэллу, Стефену Е. Шуллери и Петеру Ч. Скотту. Их помощь позволила нам улучшить содержание книги, достичь большей точности и повысить качество данного издания.
Слейбо Персоне
