Введение. Налбандян В.Б.

Налбандян В.Б.

Структурная неорганическая химия: Учебное пособие. – Ростов н/Д., 2008. – 92 с.

Пособие адресовано студентам специализаций "Неорганическая химия" и "Химия твёрдого тела", магистрантам направлений "Химия, физика и механика материалов" и "Ионика твёрдого тела", может также использоваться как дополнительная литература при изучении общего курса неорганической химии. Пособие содержит критический анализ основных понятий, принципы прогноза координации, связности и прочности структур, рекомендации по поиску структурной информации в интернете и ее анализу с помощью прикладных программ.

Пособие создано на основе модульного структурирования материала. Каждый из четырех представленных модулей включает в себя цели, проектное задание и тесты рубежного контроля.

Оглавление

Введение
Общие положения
1 Основные понятия и общие принципы
2 Ковалентная связь и структурная химия соединений неметаллов
3 Ионные и ионно-ковалентные структуры
4 Структурная химия d-элементов
Заключение
Рекомендуемая литература
Приложение. Электроотрицательности элементов

Введение

Химические и физические свойства веществ зависят от их структуры, то есть от порядка и способа соединения атомов, а не только от химического состава. Термодинамика и кинетика описывают закономерности протекания реакций в общем виде, а конкретные значения термодинамических и кинетических параметров, механизмы реакций, состав продуктов нужно либо определять на опыте, либо прогнозировать на основе строения веществ. То же относится и к физическим свойствам: физика описывает закономерности электрических, магнитных, оптических и других явлений, но как и почему вещества отличаются друг от друга по электрическим и др. свойствам - это вопрос структуры.

Таким образом, цели изучения дисциплины: углубить понимание структуры веществ и закономерностей состав - структура - свойства, как фундамента химии, физики и материаловедения.

К сожалению, в существующих учебниках неорганической химии (в отличие от органической!) строению уделяется недостаточно внимания. Более или менее подробно рассматриваются лишь островные структуры - молекулы или ионы, а сведения о немолекулярных веществах отрывочны и иногда даже ошибочны. Рассмотрение немолекулярных структур зачастую подменяют бессодержательными ссылками на сингонии, решётки и элементарные ячейки, противопоставляют молекулы кристаллам, координационное число в комплексных соединениях - координационному числу в кристаллах. Это создает у читателя ложное впечатление, будто кристаллические вещества не подчиняются обычным принципам химического строения, и без кристаллографии их нельзя понять. При этом аморфные вещества вовсе выпадают из рассмотрения. Между тем анализ обширного экспериментального материала показывает, что принципы координации в молекулах, кристаллах и аморфных веществах - одни и те же, и определяются природой взаимодействующих атомов, температурой и давлением. Молекулы, по мере увеличения их размеров, всё больше похожи на фрагменты немолекулярных тел (например, полициклические ароматические соединения - на графит, многоядерные металлические кластеры - на простой металл и т.д.).

Особняком стоит трёхтомник А.Ф. Уэллса [1]. Он написан на высоком уровне, но там за обилием фактов теряются общие принципы, и почти не описана связь структуры со свойствами. Его рекомендуется читать для расширения кругозора и использовать как справочник, если нет доступа к современным базам данных.

Основные отличительные черты данного пособия:

- Наряду с координацией катионов здесь систематически рассматривается также координация анионов и используется очевидное, но игнорируемое в учебниках уравнение координационного баланса. Это позволяет исправить многие фактические ошибки и связать в стройную систему многие перечисленные, но не объяснённые в учебниках факты.

- Все вещества - молекулярные и немолекулярные, кристаллические и аморфные, жидкие и газообразные, органические, неорганические и металлоорганические - рассматриваются с единых позиций на основе представлений о координации и связности.

Данное пособие должно помочь студенту:

- лучше осознать понятийный аппарат структурной химии;

- освоить основные закономерности состав-структура-свойства и научиться использовать их для анализа известных и прогноза новых структур;

- научиться поиску структурной информации в оригинальной литературе, её обработке прикладными программами и критической оценке.

Всё это необходимо для формирования химика и материаловеда высшей квалификации.

По мере изучения данного пособия рекомендуется решать задачи из ранее разработанного "Задачника" [2], главы которого соответствуют модулям данного пособия, и пользоваться приведёнными там же таблицами атомных и ионных радиусов и длин ординарных связей, а также имеющимися в лаборатории шаростержневыми и полиэдрическими моделями структур и электронной базой данных по структурам неорганических веществ ICSDDemo. По электронным ресурсам тоже есть специальные пособия [3, 4].

Автор надеется, что усвоение изложенных в данном пособии принципов позволит студенту лучше понять учебники неорганической химии, увидеть в них неточности и извлечь из них гораздо больше сведений, чем там сейчас написано.

Общие положения

Предмет структурной химии - атомная (пространственная) и электронная структура веществ и факторы, от которых она зависит, а также влияние структуры на физико-химические свойства, то есть закономерности состав - структура - свойства.

Задачи структурной химии (как успешно решаемые, так и не поддающиеся пока полному решению):

- Экспериментальное определение структур.

- Описание и систематика структур.

- Прогноз свойств по известной структуре.

- Прогноз структуры и свойств по заданному количественному составу.

- Прогноз количественного состава, структуры и свойств по заданному качественному составу.

- Направленное проектирование веществ с заранее заданными структурами и свойствами.

Методы структурной химии

а) экспериментальные: рентгеноструктурный анализ и дифракция тепловых нейтронов, а также ядерный магнитный резонанс, спектроскопия в УФ, видимой, ИК и микроволновой областях и др.;

б) расчётные: метод молекулярных орбиталей, теория функционала электронной плотности, расчёты энергии Маделунга;

в) качественные и полуколичественные (на которых сконцентрировано данное пособие): статистический анализ и обобщение уже расшифрованных структур, анализ объёмных соотношений, теория кристаллического поля с расчётом энергии стабилизации, качественные методы молекулярных орбиталей и валентных связей, теория отталкивания электронных пар валентного уровня, расчёт валентностей связей и др.

Законы, закономерности, принципы, правила излагаются в модулях 1-4.

Модуль 1. Основные понятия и общие принципы

Дата добавления: 2015-07-25