Общая химия

УДК 54(075.8)
ББК 24.1я73
 
Б25

Р е ц е н з е н т ы: кафедра общей и биоорганической химии УО «Гомельский государственный медицинский университет» (заведующий кафедрой 
кандидат химических наук, доцент А.В. Лысенкова); заведующий кафедрой 
хи мии УО «Белорусский государственный педагогический университет 
им. Максима Танка» кандидат химических наук, доцент Ф.Ф. Лахвич

Все права на данное издание защищены. Воспроизведение всей книги или 
любой ее части не может быть осуществлено без разрешения издательства

Барковский, Е. В.
Б25  
Общая химия : учеб. пособие / Е. В. Барковский, 
С. В. Ткачев, Л. Г. Петрушенко. – Минск : Вышэйшая 
школа, 2013. – 639 с.: ил. 
ISBN 978-985-06-2314-0.

Освещены вопросы, касающиеся химической термодинамики, кинетики и катализа, теории растворов и коллоидной химии.
Содержит около 100 лабораторных работ по всем основным разделам, задачи с примерами решений, тестовый самоконтроль.
Учебное пособие соответствует типовым программам по общей 
химии для студентов специальностей «Лечебное дело», «Педиатрия» 
«Медико-профилактическое дело», «Стоматология».

УДК 54(075.8)
ББК 24.1я73

ISBN 978-985-06-2314-0 
© Барковский Е.В., Ткачев С.В., 
 
Петрушенко Л.Г., 2013
 
© Оформление. УП «Издательство
 
“Вышэйшая школа”», 2013

ÏÐÅÄÈÑËÎÂÈÅ

Учебное пособие предназначено для студентов медицинских университетов Республики Беларусь. Материал излагаемый в книге, соответствует типовым программам по общей 
химии для специальностей «Лечебное дело», «Педиатрия», 
«Медико-профилактическое дело», «Стоматология».
Химия занимает важное место в подготовке современного 
врача. Она необходима для понимания физико-химических 
процессов на молекулярном уровне в биологических системах. В медицине уже становятся привычными такие термины, 
как биоэнергетика, фармакокинетика, биогенные элементы, 
электрофорез, осмолярность и осмоляльность, осмотическое и 
онкотическое давление, гемосорбция и гемодиализ.
Химические методы широко применяются в практике научно-исследовательских лабораторий и являются фундаментальной основой для разработки новых методов диагностики и 
лечения в клинике. Знание теоретических и практических основ химии помогает формированию научного мышления врача.
Пособие состоит из четырех частей.
В первой части рассматриваются строение вещества, периодический закон и комплексные соединения.
Во второй части представлены вопросы, связанные с распространенностью химических элементов в природе, соотношением химического состава живых организмов и окружающей среды, биологической ролью элементов в зависимости от 
положения в Периодической системе элементов Д.И. Менделеева, применением соединений s-, p- и d-элементов в медицине, экологическими аспектами действия неорганических соединений. При описании химико-аналитических свойств ионов охарактеризованы важнейшие групповые реагенты и реагенты для обнаружения индивидуальных ионов. Предложены 
способы проведения аналитических реакций и даны ситуационные задачи. Рассматривается суть титриметрического анализа, его роль в медико-биологических исследованиях, классификации методов, а также обоснование расчетов.
Немаловажное место в подготовке врача, владеющего современной техникой лабораторных исследований, занимают 
биофизическая и коллоидная химия. Содержание этих дисцип

лин приводится в третьей и четвертой частях учебного пособия. Знания по биофизической и коллоидной химии необходимы для понимания тех физико-химических аспектов физиологических и патологических процессов, с которыми медики 
сталкиваются в своей работе.
В книгу включены около 100 лабораторных работ по всем 
основным разделам курса физической и коллоидной химии: 
термохимии, кинетики, химических реакций, электрохимии, 
поверхностным явлениям и адсорбции, свойствам коллоидных 
растворов, растворов высокомолекулярных соединений и т.д. 
Авторы стремились к тому, чтобы выполнение лабораторных 
работ было доступно и полезно для современного студентамедика. Описание лабораторных работ предваряют достаточные теоретические представления. В ряде случаев мы шли на 
сознательное упрощение изложения материала. Ход каждой 
лабораторной работы описан так, что студент может самостоятельно разобраться и выполнить ее. Считаем, что большую помощь в освоении курса могут оказать приводимые по каждой 
теме задания для самостоятельной работы (задачи, тесты). Для 
облегчения понимания студентами излагаемого материала 
предлагается решение типовых задач.
Авторы приносят глубокую благодарность заведующему 
кафедрой общей и биоорганической химии Гомельского государственного медицинского университета, доценту, кандидату 
химических наук А.В. Лысенковой и доценту этой же кафедры 
В.А. Филипповой, заведующему кафедрой химии Белорусского государственного педагогического университета им. М. Танка, доценту, кандидату химических наук Ф.Ф. Лахвичу за ценные замечания и предложения, учтенные при подготовке данного учебного пособия.
Авторы

×ÀÑÒÜ ÏÅÐÂÀß. ÎÁÙÀß ÕÈÌÈß

ÃËÀÂÀ 1. ÑÒÐÎÅÍÈÅ ÀÒÎÌÀ È ÏÅÐÈÎÄÈ×ÅÑÊÀß ÑÈÑÒÅÌÀ 
ÝËÅÌÅÍÒÎÂ Ä.È. ÌÅÍÄÅËÅÅÂÀ

1.1. Èñòîðèÿ ðàçâèòèÿ ó÷åíèÿ î ñòðîåíèè àòîìà

Идея об атомном строении вещества зародилась еще в глубокой древности (VI–II вв. до н.э., Демокрит, Эпикур, Лукреций), но доказать и развить ее удалось лишь на рубеже XIX и 
ХХ вв. на основе достижений экспериментальной и теоретической физики.
К началу ХХ в. был открыт электрон как составная часть 
любого атома (1897, Дж. Томсон). Заряд его оказался равным 
1,6 ∙ 10–19 Кл, масса – 9,1 ∙ 10–28 г. В 1896 г. французский физик А. Беккерель открыл явление радиоактивности. Еще раньше (1889) русский ученый А.Г. Столетов обнаружил явление 
фотоэффекта. К концу XIX в. были достигнуты значительные 
успехи в изучении атомных спектров. (Спектры излучения, испускаемого совокупностью отдельных атомов, называются 
атомными спектрами). Атомные спектры получают, пропуская излучение возбужденных атомов через призму. Спектром 
принято называть любой график (или фотографию), на котором изображены длины волн и энергия излучения, соответствующая каждой волне. Так, солнечный свет превращается 
после пропускания через призму в радугу – набор плавно переходящих друг в друга цветов. Цвета в радуге соответствуют 
определенным длинам световых волн. Человеческий глаз видит в диапазоне волн примерно от 400 до 800 нм (1 нм = 
= 10–9 м). Коротковолновый предел соответствует фиолетовому цвету, длинноволновый – красному. Солнце и спираль лампы накаливания излучают также невидимый глазом свет – 
с длинами волн меньше 400 нм (ультрафиолетовый) и больше 
800 нм (инфракрасный). 
Каждый вид атомов характеризуется строго определенным 
расположением линий в любой части его спектра. Оно постоянно для данного вида и не повторяется у других видов атомов. Именно на этом основан метод спектрального анализа, с 
помощью которого открыты многие элементы.

К началу ХХ в. были изучены спектры некоторых атомов. 
Особенно тщательно исследован атомный спектр водорода. 
В 1902 г. В. Кельвин высказал гипотезу об атоме как о статически равновесной системе: положительный заряд ядра распределен с равномерной плотностью по объему шара, радиус 
которого совпадает с радиусом атома. Электроны находятся 
внутри этого объема, занимают его ничтожно малую долю и 
компенсируют положительный заряд. Электроны притягиваются к центру атома кулоновскими силами, располагаясь вокруг него слоями.
Модель атома, предложенная Кельвином, была усовершенствована Томсоном (1904). В отличие от теории атома Кельвина, основанной на неподвижности зарядов, в основу модели 
атома Томсона была положена идея о движении электронов 
внутри атома. В этой модели принималось, что атом представляет собой облако положительного заряда, в котором «плавают» компенсирующие данный заряд отрицательные электроны. Положительные облака притягивают электроны и тормозят их движение.
Согласно классической физике, заряженные частицы при замедлении их движения обязательно должны испускать электромагнитное излучение. Но испуская электромагнитное излучение, электроны должны чрезвычайно быстро тормозиться. Спустя ничтожные доли секунды они должны были бы полностью 
«завязнуть» в положительных облаках, как изюм в пудинге.
В 1911 г. благодаря опытам Э. Резерфорда было доказано, 
что положительный заряд в атоме не распределен по всему 
объему, а сконцентрирован в центре атома – ядре. Пытаясь выяснить законы соударения атомов, Резерфорд подвергал бомбардировке атомы различных веществ, направляя на них тонкий пучок α-частиц. До этого В. Рамзаем и Ф. Содди было 
установлено, что α-частицы, испускаемые радиоактивными 
элементами, представляют собой поток двухзарядных ионов 
гелия, летящих со скоростью около 2 ∙ 104 км/ч. На пути 
α-частиц Резерфорд устанавливал тонкую металлическую пластинку (≈ 0,01 мм) и подсчитывал число пролетевших сквозь 
нее α-частиц и отдельно – отклонившихся на тот или иной 
угол. Выяснилось, что большинство частиц, встречающих на 
своем пути десятки тысяч атомов, пролетает сквозь них и 
лишь незначительная часть (1 из 20 000) отбрасывается пластинкой, отклоняясь от первоначального направления движения на 90° и более. Редкое, но сильное рассеяние α-частиц 

можно было объяснить только в том случае, если предположить, что весь положительный заряд атома и почти вся его 
масса сосредоточены в ядре, занимающем ничтожный объем в 
сравнении с общим объемом атома. Только массивное ядро, 
имеющее одноименный с α-частицей заряд, могло служить 
препятствием для нее.
Так впервые была обоснована ядерная (планетарная) модель атома. Масса ядра составляет 10–24–10–22 г, диаметр – 
около10–13–10–12 см (диаметр атома около 10–8 см, т.е. на 4–5 
порядков больше). Электроны вращаются вокруг ядра по круговым или эллиптическим орбитам, подобно планетам Солнечной системы.
Мысль Томсона о том, что электроны связаны с положительным зарядом в атоме электрическими силами притяжения, 
Резерфорд не подвергал сомнению. Но раз электроны существуют на определенном удалении от ядра, значит, должна 
быть какая-то сила, противодействующая электрической силе 
взаимного притяжения электронов и ядра, стремящейся слить 
их воедино. Понятно, что эта сила должна действовать не одно 
мгновение. Атомы существуют длительное время, так что противодействующая сила явно не менее постоянна, чем сила 
электрического притяжения электронов и ядра. Разумно было 
предположить, что ею может быть центробежная сила, которая возникает при движении электронов вокруг ядра. Движение электронов вокруг ядра является ускоренным, так как 
электроны вращаются по замкнутой кривой. Значит, вращающийся электрон должен излучать энергию. Но, излучая электромагнитные волны, электрон расходует свою энергию. При 
этом он замедляет вращение и очень быстро, за миллионные 
доли секунды, должен неминуемо упасть на ядро. Это означает, что атом не может быть устойчивым. Но в окружающем нас 
мире атомы существуют долго. Значит, чтобы атом мог существовать длительное время, его электроны при движении вокруг ядра не должны тратить своей энергии, не должны испускать электромагнитное излучение.
Однако теория Резерфорда была обоснована на столь убедительных и ясных экспериментальных фактах, что ставила под 
сомнение не ядерную модель атома, а применимость законов 
классической электродинамики к движущемуся электрону. 
В 1900 г. немецкий ученый М. Планк предположил, что нагретые тела излучают энергию не непрерывно, а отдельными 
порциями. Планк назвал данные порции квантами – словом, 

означающим в переводе с латинского «количество». Квант света – чрезвычайно малая порция энергии. Каковы же значения 
этих отдельных порций энергии? Планк установил, что данные порции различны для разных видов излучений. Чем короче длина волны света, т.е. чем выше его частота (иными словами, чем «фиолетовее» свет), тем больше порция энергии.
Математически это выражается с помощью знаменитого 
соотношения Планка между частотой и энергией кванта: 

 
Е = ℏv, 
(1.1)

где Е – энергия кванта; v – его частота. Величина ℏ играет роль 
коэффициента пропорциональности. Данный коэффициент является одним и тем же для всех видов энергии, известных до 
настоящего времени. Он получил название постоянной Планка 
и равен 6,6 ∙ 10–34 Дж ∙ с. Вот эта очень малая величина постоянной Планка и объясняет, почему все привычные нам источники света (свеча, лампочка, Солнце и т.д.) горят «непрерывно». Подсчитаем, к примеру, сколько квантов содержится в 
энергии, излучаемой лампочкой мощностью 25 Вт. Считая, что 
лампочка испускает желтый свет, находим по соотношению 
Планка число 6 ∙ 1010, т.е. 60 млрд порций энергии в секунду. 
Человеческому глазу, как и любому прибору, присуща инерционность. Глаз не в состоянии регистрировать раздельно явления, 
очень быстро следующие друг за другом (на этом основано кино). Именно поэтому кажется, что свет непрерывен.
Уравнение Планка отражало наличие дискретных (прерывных) уровней энергии и в самом излучателе света. Квант света 
испускается им при переходе из одного энергетического состояния Е2 в другое Е1:

 
∆Е = Е2 – Е1 = ℏv. 
(1.2)

В 1913 г. Н. Бору удалось объединить теорию строения атома Резерфорда с теорией квантов. В основу его теории были 
положены два постулата, относящихся к свойствам атомов.
1. В атоме существуют состояния движения электронов 
(стационарные состояния), при которых энергия не излучается 
и не поглощается.
2. Переход из одного стационарного состояния Е1 в другое 
Е2 сопровождается излучением или поглощением энергии 
квантами:

 
∆Е = ℏv. 
(1.3)

Модель атома водорода Бора впервые объяснила природу и 
количественно описала линейчатые спектры атомов водорода 
(рис. 1.1). На рисунке разрешенные энергии электронов стацио нарных состояний изображены вертикальными прямыми. 
Между этими состояниями возможно множество различных 
переходов (показаны горизонтальными стрелками). Энергия 
испускаемого света представляет собой разность энергий двух 
стационарных состояний, между которыми происходит переход.

Рис. 1.1. Схема уровней энергии и квантовые переходы электрона атома водорода

Возникновение линий в спектре обусловлено тем, что при 
возбуждении атомов (нагревании газа, электроразряде и т.д.) 
электроны, принимая соответствующие порции энергии, переходят в состояния с более высокими энергетическими уровнями. В таком возбужденном состоянии атомы находятся лишь 
ничтожные доли секунды. Переход электронов в состояния с 
более низкими энергетическими уровнями сопровождается 
выделением квантов энергии согласно фундаментальному соотношению ∆Е = ℏv, что отвечает появлению в спектре отдельных линий, соответствующих определенной частоте колебаний (длине волны). Поскольку газообразный атомарный водород содержит множество атомов в разных степенях возбуждения, спектр состоит из большого числа линий. Квантовые 
переходы возбужденных электронов с различных уровней на 
первый (см. рис. 1.1) отвечают группе линий, находящихся в