Основы общей и физической химии

Допущено Учебно-методическим объединением
по классическому университетскому образованию
в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, 
изучающих дисциплину «Химия», по направлению подготовки ВПО 011200

Второе, исправленное издание

В.В. ЕРЕМИН, А.Я. БОРЩЕВСКИЙ
ОСНОВЫ ОБЩЕЙ  
И ФИЗИЧЕСКОЙ ХИМИИ

Â.Â. Åðåìèí, À.ß. Áîðùåâñêèé
Îñíîâû îáùåé è ôèçè÷åñêîé õèìèè: Ó÷åáíîå ïîñîáèå / Â.Â. Åðåìèí, À.ß.
Áîðùåâñêèé – 2-å èçä. èñïðàâëåííîå – Äîëãîïðóäíûé: Èçäàòåëüñêèé Äîì
«Èíòåëëåêò», 2018. – 848 ñ.
ISBN 978-5-91559-250-5

Ó÷åáíîå ïîñîáèå ñîçäàíî íà îñíîâå ãîäè÷íîãî êóðñà «Îáùàÿ è ôèçè÷åñêàÿ õèìèÿ» äëÿ
ñòóäåíòîâ ÌÃÓ èì. Ì.Â. Ëîìîíîñîâà.
Âñå ìíîãîîáðàçèå ïðîáëåì, êîòîðûå ðåøàåò õèìèÿ, ìîæíî ñâåñòè ê ñëåäóþùèì îñíîâíûì âîïðîñàì:
– êàêèå áûâàþò âåùåñòâà?
– êàê îíè óñòðîåíû?
– êàê ñâÿçàíî ñòðîåíèå âåùåñòâ ñ èõ ñâîéñòâàìè?
– êàê èç îäíèõ âåùåñòâ ïîëó÷èòü äðóãèå, áîëåå ïîëåçíûå èëè èíòåðåñíûå?
Õèìèÿ êàê íàóêà è êàê ñïîñîá ïîçíàíèÿ ïðèðîäû îáëàäàåò íåîáû÷íûìè ñâîéñòâàìè. Ó
íåå íåò ñîáñòâåííûõ çàêîíîâ. Âñå çàêîíû õèìèè, âêëþ÷àÿ Ïåðèîäè÷åñêèé çàêîí, ñëóæàò
ëèøü ÷àñòíûìè ïðîÿâëåíèÿìè îáùèõ çàêîíîâ, êîòîðûìè çàíèìàåòñÿ ôèçèêà. Ïîýòîìó íåêîòîðûå íàó÷íûå ðàáîòíèêè ñ÷èòàþò õèìèþ ÷àñòüþ ôèçèêè. Ðàçóìååòñÿ, ýòî ãëóáîêî îøèáî÷íàÿ òî÷êà çðåíèÿ. À ÷òî æå åñòü â õèìèè ñâîåãî?  ïåðâóþ î÷åðåäü, êîëîññàëüíîå ìíîãîîáðàçèå èçó÷àåìûõ îáúåêòîâ. Îäíèõ òîëüêî ÷èñòûõ èíäèâèäóàëüíûõ âåùåñòâ â õèìèè
îõàðàêòåðèçîâàíî îêîëî 100 ìèëëèîíîâ, íå ñ÷èòàÿ ìíîãî÷èñëåííûõ ñìåñåé. À âåäü åñòü åùå
è õèìè÷åñêèå ðåàêöèè ìåæäó âåùåñòâàìè. Èç âñåõ èçâåñòíûõ õèìèè âåùåñòâ ëèøü î÷åíü
íåáîëüøàÿ äîëÿ – âñåãî íåñêîëüêî ïðîöåíòîâ – èìååòñÿ â ïðèðîäå, îñòàëüíûå âåùåñòâà –
ïðîäóêò äåÿòåëüíîñòè ÷åëîâåêà. Õèìèêè îòëè÷àþòñÿ îò ëþáûõ äðóãèõ ó÷åíûõ òåì, ÷òî ñîáñòâåííîðó÷íî òâîðÿò òå îáúåêòû, êîòîðûå ïîòîì âîñïðèíèìàþò è èçó÷àþò.  òî÷íîñòè òî æå
ñàìîå äåëàþò ïèñàòåëè, õóäîæíèêè è êîìïîçèòîðû. Ýòî ðîäíèò õèìèþ ñ èñêóññòâîì. Äðóãèå åñòåñòâåííûå íàóêè – ôèçèêà è áèîëîãèÿ – èçó÷àþò òî, ÷òî ñîçäàíî ïðèðîäîé, à õèìèÿ
– ãëàâíûì îáðàçîì òî, ÷òî ñäåëàëà ñàìà. Õèìèêàì ïðèñóù óíèêàëüíûé, õàðàêòåðíûé òîëüêî äëÿ íèõ, âçãëÿä íà îêðóæàþùèé ìèð. Â ñàìîì äåëå, èõ ìûøëåíèå – ýòî ïðè÷óäëèâàÿ
ñìåñü ñàìûõ àáñòðàêòíûõ è ñîâñåì íàãëÿäíûõ ïðåäñòàâëåíèé. Îíè çíàþò î òîíêèõ êâàíòîâî-ìåõàíè÷åñêèõ çàêîíîìåðíîñòÿõ, îïðåäåëÿþùèõ ñâîéñòâà ìîëåêóë, êîòîðûå, â ñâîþ î÷åðåäü, îòâåòñòâåííû çà âñå ìíîãîîáðàçèå îêðóæàþùåãî íàñ ìèðà. Ýòà âçàèìîñâÿçü ìèêðî- è
ìàêðîìèðà îñòàåòñÿ ñêðûòîé îò ó÷åíûõ äðóãèõ ñïåöèàëüíîñòåé. Êðîìå òîãî, íèêòî íå ñäåëàë
òàê ìíîãî äëÿ óëó÷øåíèÿ óñëîâèé æèçíè ëþäåé, êàê õèìèêè, íî èõ çàñëóãè â äîëæíîé
ìåðå íå îöåíåíû.
Íàñòîÿùèé õèìèê âñåãäà "÷óâñòâóåò âåùåñòâî". Ýòî ïðîÿâëÿåòñÿ è â ëàáîðàòîðèè, ãäå ñîçäàþòñÿ ðåöåïòû ñèíòåçà íîâûõ âåùåñòâ, è â áûòó, ãäå, íàïðèìåð, áûâàåò íóæíî ïîäîáðàòü
ïîäõîäÿùèé êëåé èëè ðàñòâîðèòåëü. Ñîâðåìåííûå õèìèêè óìåþò ðàáîòàòü íå òîëüêî ñ
áîëüøèìè êîëè÷åñòâàìè âåùåñòâ, íî è ñ îòäåëüíûìè àòîìàìè è ìîëåêóëàìè. Òåõíèêà ìàíèïóëèðîâàíèÿ àòîìàìè äîñòèãëà òàêîé âûñîêîé ñòåïåíè ðàçâèòèÿ, ÷òî õèìèêè ìîãóò ñèíòåçèðîâàòü ëþáóþ íàïåðåä çàäàííóþ ìîëåêóëó èëè íàäìîëåêóëÿðíóþ ñòðóêòóðó ñî ñëîæíîé
àðõèòåêòóðîé. Òåïåðü ãëàâíîå – ïîíÿòü, ÷òî èìåííî íàäî ñèíòåçèðîâàòü. Íà ïåðâûé ïëàí â
õèìèè âûõîäèò ïðèêëàäíîé àñïåêò: îñíîâíàÿ çàäà÷à ñîñòîèò â ïîèñêå íîâûõ âåùåñòâ, îáëàäàþùèõ ïîëåçíûìè ñâîéñòâàìè – êàòàëèçàòîðîâ, ëåêàðñòâåííûõ ñðåäñòâ, ñòðîèòåëüíûõ ìàòåðèàëîâ, àêêóìóëÿòîðîâ ýíåðãèè.
Êíèãà ñîñòîèò èç 4 îñíîâíûõ ðàçäåëîâ, îäèí èç êîòîðûõ – «Îáùàÿ õèìèÿ» – èìååò îïèñàòåëüíûé õàðàêòåð, à òðè äðóãèõ – «Ñòðîåíèå âåùåñòâà», «Õèìè÷åñêàÿ òåðìîäèíàìèêà», «Õèìè÷åñêàÿ êèíåòèêà» – äåìîíñòðèðóþò ëîãèêó òåîðåòè÷åñêîé õèìèè è ïîêàçûâàþò ïðèìåíåíèå ôèçè÷åñêèõ òåîðèé è ìåòîäîâ ê õèìè÷åñêèì ïðîöåññàì, îïèñàííûì â ðàçäåëå «Îáùàÿ
õèìèÿ».
Äëÿ ñòóäåíòîâ è ïðåïîäàâàòåëåé ôèçè÷åñêèõ è õèìè÷åñêèõ ôàêóëüòåòîâ.
Ïåðâîå èçäàíèå ó÷åáíèêà øèðîêî èñïîëüçóåòñÿ â âåäóùèõ ðîññèéñêèõ óíèâåðñèòåòàõ.

© 2012, Â.Â. Åðåìèí, À.ß. Áîðùåâñêèé

© 2018, ÎÎÎ «Èçäàòåëüñêèé Äîì «Èíòåëëåêò»,
îðèãèíàë-ìàêåò, îôîðìëåíèå

ISBN 978-5-91559-250-5

ОГЛАВЛЕНИЕ

От авторов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9

Глава 1. Основные понятия и законы химии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
11
§ 1.1. Химия как наука. Место химии в системе познания мира . . . . . . . . . . . . .
11
§ 1.2. Основные понятия химии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
17
§ 1.3. Язык химии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
21
§ 1.4. Стехиометрия. Расчеты по химическим формулам и уравнениям . . . . . . . . .
26
§ 1.5. Периодическая система химических элементов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
30
§ 1.6. Почему и как идут химические реакции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
35
§ 1.7. Источники информации в химии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
40

Ч а с т ь I. Общая химия

Глава 2. Основные классы неорганических соединений . . . . . . . . . . . . . . . .
46
§ 2.1. Классификация неорганических соединений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
46
§ 2.2. Оксиды . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
48
§ 2.3. Кислоты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
52
§ 2.4. Основания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
58
§ 2.5. Соли . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
60
§ 2.6. Бинарные соединения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
63

Глава 3. Кислотно-основные и ионные равновесия в растворах . . . . . . . . . .
66
§ 3.1. Ионные реакции в растворах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
66
§ 3.2. Кислотность растворов. Водородный показатель . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
71
§ 3.3. Диссоциация кислот и оснований . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
74
§ 3.4. Сопряженные кислоты и основания. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
79
§ 3.5. Буферные растворы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
81
§ 3.6. Гидролиз . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
83

Глава 4. Окислительно-восстановительные реакции . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
87
§ 4.1. Окислители и восстановители . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
87
§ 4.2. Составление уравнений ОВР. Электронный и электронно-ионный баланс . . .
93
§ 4.3. Количественные характеристики ОВР. Окислительно-восстановительные потенциалы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
97
§ 4.4. Химические источники тока . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
104
§ 4.5. Электролиз . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
108

Оглавление

Глава 5. Комплексные соединения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
112

§ 5.1. Основные понятия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
112
§ 5.2. Геометрическая структура и изомерия комплексов. . . . . . . . . . . . . . . . . . .
118
§ 5.3. Электронное строение комплексов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
119
§ 5.4. Равновесия комплексообразования . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
124

Глава 6. Химия неметаллов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
129

§ 6.1. Водород и его соединения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
130
§ 6.2. Неметаллы III (13) и IV (14) группы — бор, углерод, кремний . . . . . . . . . .
136
§ 6.3. Неметаллы V (15) группы — азот, фосфор . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
143
§ 6.4. Неметаллы VI (16) группы — халькогены . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
152
§ 6.5. Неметаллы VII (17) группы — галогены . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
158
§ 6.6. Неметаллы VIII (18) группы — благородные газы . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
163

Глава 7. Химия металлов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
166

§ 7.1. Общие свойства металлов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
166
§ 7.2. Сплавы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
171
§ 7.3. s-Металлы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
173
§ 7.4. p-Металлы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
183
§ 7.5. d-Металлы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
189
§ 7.6. f-Металлы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
208

Глава 8. Основные понятия органической химии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
212

§ 8.1. Предмет и значение органической химии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
212
§ 8.2. Классификация органических веществ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
217
§ 8.3. Структурная теория органических соединений. Изомерия . . . . . . . . . . . . . .
222
§ 8.4. Взаимное влияние атомов в молекуле . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
230
§ 8.5. Классификация и механизмы органических реакций . . . . . . . . . . . . . . . . .
235

Глава 9. Химия углеводородов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
244

§ 9.1. Предельные углеводороды — алканы и циклоалканы . . . . . . . . . . . . . . . . .
244
§ 9.2. Переработка нефти. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
252
§ 9.3. Непредельные углеводороды с двойными связями . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
256
§ 9.4. Ацетиленовые углеводороды (алкины) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
265
§ 9.5. Ароматические углеводороды . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
269
§ 9.6. Полимеры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
280

Глава 10. Химия кислородсодержащих органических соединений . . . . . . . . .
289

§ 10.1. Спирты и фенолы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
289
§ 10.2. Карбонильные соединения — альдегиды и кетоны . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
297
§ 10.3. Карбоновые кислоты и их производные . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
304
§ 10.4. Липиды . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
312
§ 10.5. Углеводы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
316

Глава 11. Химия азотсодержащих органических соединений . . . . . . . . . . . . .
332

§ 11.1. Амины . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
332

Оглавление
5

§ 11.2. Аминокислоты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
337
§ 11.3. Пептиды и полипептиды . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
342
§ 11.4. Азотсодержащие гетероциклические соединения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
350
§ 11.5. Нуклеиновые кислоты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
355

Ч а с т ь II. Строение вещества

Глава 12. Строение атомных частиц . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
366
§ 12.1. Основные характеристики частиц, важные для химии . . . . . . . . . . . . . . . .
366
§ 12.2. Атомные термы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
370
§ 12.3. Электронная конфигурация атома . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
373
§ 12.4. Энергия атомных термов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
379
§ 12.5. Электронное строение и периодичность свойств элементов . . . . . . . . . . . . .
382
§ 12.6. Приближение независимых электронов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
388
§ 12.7. Радиусы, энергии ионизации и сродство к электрону атомов . . . . . . . . . . .
396

Глава 13. Химическая связь в молекулах и ионах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
405
§ 13.1. Термы двухатомных молекул . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
406
§ 13.2. Теория локализованных электронных пар (валентных связей) . . . . . . . . . . .
411
§ 13.3. Пространственная направленность ковалентной связи . . . . . . . . . . . . . . . .
420
§ 13.4. Длина, энергия и полярность ковалентной связи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
428
§ 13.5. Теория молекулярных орбиталей (МО) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
437

Глава 14. Межмолекулярные взаимодействия. Конденсированное состояние
вещества . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
457
§ 14.1. Силы Ван-дер-Ваальса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
457
§ 14.2. Водородная связь . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
460
§ 14.3. Состояния вещества . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
465

Глава 15. Кристаллическое состояние . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
479
§ 15.1. Сведения из кристаллографии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
480
§ 15.2. Шаровые упаковки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
486
§ 15.3. Химическая связь в кристаллах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
491
§ 15.4. Строение некоторых простых веществ-неметаллов . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
498

Глава 16. Ионные кристаллы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
505
§ 16.1. Ионная модель . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
505
§ 16.2. Ионные радиусы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
510
§ 16.3. Важнейшие структурные типы ионных соединений . . . . . . . . . . . . . . . . . .
512

Ч а с т ь III. Химическая термодинамика

Глава 17. Основные понятия и постулаты термодинамики . . . . . . . . . . . . . .
520
§ 17.1. Термодинамические величины, системы и их контакты . . . . . . . . . . . . . . .
520
§ 17.2. Исходные положения термодинамики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
524
§ 17.3. Уравнения состояния . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
529
§ 17.4. Аддитивность термодинамических величин . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
534

Оглавление

Глава 18. Первое начало термодинамики. Термохимия . . . . . . . . . . . . . . . . .
537

§ 18.1. Энергия, работа и теплота . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
537
§ 18.2. Калорические коэффициенты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
541
§ 18.3. Энтальпия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
543
§ 18.4. Термохимическая теплота реакции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
546
§ 18.5. Стандартные состояния . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
548
§ 18.6. Энтальпия образования соединения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
550
§ 18.7. Закон Гесса. Термохимические циклы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
552
§ 18.8. Важнейшие термохимические величины . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
554

Глава 19. Второе и третье начала термодинамики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
563

§ 19.1. Энтропия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
563
§ 19.2. Термодинамическая температура . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
564
§ 19.3. Неравенство Клаузиуса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
567
§ 19.4. Фундаментальное уравнение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
568
§ 19.5. Третье начало термодинамики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
570
§ 19.6. Стандартная энтропия химических соединений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
571

Глава 20. Термодинамические потенциалы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
579

§ 20.1. Свободная энергия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
579
§ 20.2. Термодинамические соотношения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
581
§ 20.3. Химический потенциал . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
584

Глава 21. Фазовые равновесия в системах с одним компонентом . . . . . . . . . .
590

§ 21.1. Условия равновесия фаз . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
590
§ 21.2. Фазовые диаграммы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
592
§ 21.3. Фазовые переходы 1-го рода . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
594
§ 21.4. Полиморфные превращения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
599
§ 21.5. Испарение и плавление . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
603

Глава 22. Термодинамика многокомпонентных систем . . . . . . . . . . . . . . . . .
605

§ 22.1. Компоненты и составляющие вещества . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
605
§ 22.2. Фундаментальные уравнения термодинамики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
607
§ 22.3. Характеристические функции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
609
§ 22.4. Парциальные мольные величины . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
613
§ 22.5. Гетерогенные системы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
618
§ 22.6. Диаграммы плавкости и растворимости бинарных систем . . . . . . . . . . . . . .
622

Глава 23. Растворы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
634

§ 23.1. Общие сведения о растворах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
634
§ 23.2. Термодинамическая активность . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
637
§ 23.3. Функции смешения и классификация растворов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
641
§ 23.4. Зависимость состав–свойство. Фазовые диаграммы жидкость–пар . . . . . . . .
648
§ 23.5. Растворимость газов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
654
§ 23.6. Коллигативные свойства . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
656

Оглавление
7

Глава 24. Химические реакции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
662

§ 24.1. Термодинамическое описание реакций . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
662
§ 24.2. Константа равновесия реакции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
667
§ 24.3. Изотерма химической реакции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
672
§ 24.4. Связь теплового эффекта реакции с константой равновесия . . . . . . . . . . . .
675

Глава 25. Растворы электролитов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
680

§ 25.1. Электролитическая диссоциация . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
681
§ 25.2. Химические потенциалы и активности ионов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
683
§ 25.3. Термодинамические функции ионов в растворе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
687
§ 25.4. Термодинамические составляющие процесса растворения . . . . . . . . . . . . . .
690

Глава 26. Электрохимические равновесия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
700

§ 26.1. Электрохимический потенциал . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
700
§ 26.2. Электроды и полуреакции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
702
§ 26.3. Электрохимические цепи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
710

Глава 27. Термодинамика поверхностных явлений и адсорбции . . . . . . . . . .
721

§ 27.1. Различные определения величины адсорбции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
721
§ 27.2. Изотерма мономолекулярной адсорбции Ленгмюра . . . . . . . . . . . . . . . . . .
726
§ 27.3. Теория капиллярности Гиббса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
729

Ч а с т ь IV. Химическая кинетика

Глава 28. Основные понятия и законы химической кинетики . . . . . . . . . . . .
742

§ 28.1. Химическая кинетика и химическая термодинамика . . . . . . . . . . . . . . . . .
742
§ 28.2. Основные понятия химической кинетики: скорость реакции, механизм реакции, элементарная стадия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
745
§ 28.3. Закон действующих масс. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
750
§ 28.4. Кинетика реакций целого порядка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
753
§ 28.5. Влияние температуры на скорость химических реакций . . . . . . . . . . . . . . .
756

Глава 29. Кинетика сложных реакций первого порядка . . . . . . . . . . . . . . . .
763

§ 29.1. Общие способы решения кинетических уравнений первого порядка . . . . . . .
763
§ 29.2. Обратимые реакции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
767
§ 29.3. Параллельные реакции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
769
§ 29.4. Термодинамический и кинетический контроль . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
771
§ 29.5. Последовательные реакции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
773

Глава 30. Приближенные методы химической кинетики . . . . . . . . . . . . . . . .
780

§ 30.1. Квазистационарное приближение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
780
§ 30.2. Квазиравновесное приближение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
784
§ 30.3. Методы определения порядка реакции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
786

Глава 31. Катализ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
790

§ 31.1. Общие свойства катализаторов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
790

Оглавление

§ 31.2. Гомогенный катализ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
795
§ 31.3. Ферментативный катализ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
798
§ 31.4. Гетерогенный катализ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
802
§ 31.5. Автокатализ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
804

Глава 32. Фотохимические реакции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
809

§ 32.1. Значение и примеры фотохимических реакций . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
809
§ 32.2. Фотофизические и фотохимические процессы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
813
§ 32.3. Кинетика фотохимических реакций . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
818

Приложение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
824

Предметный указатель . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
839

ОТ АВТОРОВ

Уважаемые читатели!

Основная задача нашей книги — дать представление о химии людям, работающим или учащимся в смежных областях естествознания, в первую очередь
физикам, возможно математикам — студентам, научным сотрудникам, учителям.
Все люди, сами того не подозревая, постоянно имеют дело с химией в повседневной
жизни, так как весь окружающий мир состоит из веществ, которые и являются
предметом изучения химии. Но мы надеемся, что люди, прочитавшие и понявшие
нашу книгу, смогут использовать полученные знания и в своей научной и образовательной деятельности.

ОТ АВТОРОВ

Уважаемые читатели!

Основная задача нашей книги — дать представление о химии людям, работающим или учащимся в смежных областях естествознания, в первую очередь
физикам, возможно математикам — студентам, научным сотрудникам, учителям.
Все люди, сами того не подозревая, постоянно имеют дело с химией в повседневной
жизни, так как весь окружающий мир состоит из веществ, которые и являются
предметом изучения химии. Но мы надеемся, что люди, прочитавшие и понявшие
нашу книгу, смогут использовать полученные знания и в своей научной и образовательной деятельности.
В основе книги — годовой курс химии для физиков, который мы читаем на
физическом факультете МГУ. Наши слушатели имеют естественно-научный склад
ума, обладают хорошей математической подготовкой и понимают причинно-следственные связи в природных явлениях. Однако, большинство из них в силу специфики российской системы образования, принижающей роль естественных наук
в целом и химии в частности, обладают довольно слабой химической подготовкой
и не понимают того, как устроены вещества в окружающем нас мире, какими они
обладают свойствами, почему и как могут превращаться в другие вещества. Наша
задача — восполнить этот пробел в образовании и дать целостное представление
о химии, ее языке, структуре, логике, законах и приложениях в практической
деятельности.
Несколько лет преподавания привели нас к выводу о том, что оптимальной для

восприятия является следующая последовательность изложения: сначала дать эмпирическое описание химических явлений вместе с их обобщениями, а затем логически обосновать эти обобщения, используя теоретические основы химии. Именно
такой последовательности мы будем придерживаться и в данном учебнике.
Химия — наука исключительно многогранная, накопившая за несколько сотен лет своего существования огромное количество информации. Мы прекрасно
понимаем, что в одной книге нельзя представить даже доли процента от всех
достижений химии. Но тот материал, который мы отобрали для изложения, представляется нам, несмотря на всю его неполноту, наиболее важным для понимания
законов химии, ее принципиальных проблем и возможностей их решения. Книга
рассчитана на людей со слабой химической подготовкой, но хорошими знаниями
физики и математики, поэтому чисто химические разделы, посвященные описанию
свойств элементов и их соединений, более просты для восприятия, а теоретические
разделы, в которых физические теории применяются для объяснения химических

В основе книги — курсы общей химии и физической химии, которые мы читаем на физическом факультете МГУ. Наши слушатели имеют естественно-научный 
склад ума, обладают хорошей математической подготовкой и понимают причинноследственные связи в природных явлениях. Однако, большинство из них в силу 
специфики российской системы образования, принижающей роль естественных 
наук в целом и химии в частности, обладают довольно слабой химической подготовкой и не понимают того, как устроены вещества в окружающем нас мире, 
какими они обладают свойствами, почему и как могут превращаться в другие вещества. Наша задача — восполнить этот пробел в образовании и дать целостное 
представление о химии, ее языке, структуре, логике, законах и приложениях в 
практической деятельности.

От авторов

явлений, более сложны и требуют логики и хорошей математической техники. Но
и то, и другое, — химия, разные ее аспекты. Все это лишний раз подчеркивает
многогранный характер химической науки.
Много раз в своей жизни мы слышали от школьников, студентов и многих
более взрослых людей вопрос: «А зачем нам эта химия?». На это мы подготовили
универсальный ответ, который выдержал проверку временем: «Без химии может
прожить любой человек, но с химией эта жизнь богаче и интереснее. Новые знания делают нас более свободными, помогают глубже, более многомерно понимать
окружающий мир и принимать правильные решения». Как было написано в одной
из шумерских табличек около четырех тысяч лет назад, «знающий может показать
табличку знающему, но не незнающему». Стремитесь стать людьми знающими!
Желаем вам успехов в изучении химии и надеемся, что вы получите удовольствие от чтения данной книги. Мы будем очень признательны за любые конструктивные замечания и предложения, которые помогут сделать книгу лучше, а ее
авторов и читателей — умнее.

Ваши,
Вадим Еремин и Андрей Борщевский