Начала химии : для поступающих в вузы

Для поступающих в вузы

19-е издание, электронное

Н. Е. Кузьменко 
В. В. Еремин 
В. А. Попков

Москва
Лаборатория знаний
2020

ХИМИИ
Н А Ч А Л А

УДК 54 (075.3)
ББК 24я721
К89

Кузьменко Н. Е.
К89
Начала химии : для поступающих в вузы / Н. Е. Кузьменко,
В. В. Еремин,
В. А. Попков. — 19-е
изд.,
электрон. —
М. : Лаборатория знаний, 2020. — 707 с. — Систем. требования:
Adobe Reader XI ; экран 10". — Загл. с титул. экрана. — Текст :
электронный.
ISBN 978-5-00101-907-7
В учебном пособии, написанном профессорами химического факультета
МГУ имени М. В. Ломоносова и Первого МГМУ имени И. М. Сеченова,
изложены основы современной химии в объеме школьной программы
углубленного уровня. Подробно рассмотрены важнейшие теоретические
представления химии, принципы классификации веществ и реакций, химические свойства классов органических и неорганических веществ. В конце
каждой главы приведены решения типовых задач и предложены разнообразные задачи для самостоятельного решения (ответы на них в конце
книги). Учебное пособие будет полезным школьникам выпускных классов
для подготовки не только к выпускным и вступительным экзаменам,
но и к олимпиадам различного уровня — от школьных до международных.
Для школьников, обучающихся по базовой и углубленной программе,
студентов нехимических вузов, учителей и преподавателей химии.
УДК 54 (075.3)
ББК 24я721

Деривативное издание на основе печатного аналога: Начала химии :
для поступающих в вузы / Н. Е. Кузьменко, В. В. Еремин, В. А. Попков. —
18-е изд. — М. : Лаборатория знаний, 2018. — 704 с. : ил.
ISBN 978-5-00101-116-3

В соответствии со ст. 1299 и 1301 ГК РФ при устранении ограничений, установленных
техническими средствами защиты авторских прав, правообладатель вправе требовать
от нарушителя возмещения убытков или выплаты компенсации

ISBN 978-5-00101-907-7
c○ Лаборатория знаний, 2015

2

Нашим родителям 
мы посвящаем эту книгу

ПРЕДИСЛОВИЕ

Перед вами новое, переработанное и дополненное, издание. Книга 
« Начала химии» задумывалась как пособие по химии для поступающих в университеты и медицинские вузы, но за 15 лет своего существования переросла эти рамки и действительно стала углубленным 
пособием для всех, кто любит химию. Эту книгу используют в качестве полноценного учебника химии в учебных заведениях разного 
уровня, а также при подготовке к олимпиадам и для дополнительных занятий по химии.
Такой популярностью это учебное пособие обязано не только высокому уровню теоретического материала и удачному подбору задач. Авторы вложили в книгу всю свою любовь к химии, что нашло 
отражение прежде всего в стиле изложения, а также в простых и 
дружелюбных подходах, предложенных при решении задач, и отборе интересных задач для самостоятельного решения.
Мы старались подчеркнуть везде две очень важные идеи, которыми должны проникнуться будущие химики: 1) в науке нет незыблемых истин; 2) в химии возможно «абсолютно все» (!), даже то, что 
раньше казалось невозможным (или даже нелепым). Для иллюстрации бурного развития химических идей нами написано несколько 
не совсем обычных для школьной литературы разделов, таких как 
«Жидкие кристаллы» и «Благородные газы».
Курс химии изложен здесь в традиционной последовательности. 
В первой главе вводятся основные понятия и законы химии, которые 
рассматриваются в историческом аспекте. Последующие главы 2–8 
посвящены теоретической химии (в основном физической химии). 
Главы 9–18, в которых представлена неорганическая химия, охватывают все группы Периодической системы элементов. Последние 
главы 19–32 посвящены органической химии.
Каждая глава заканчивается двумя разделами с задачами. В первом из них даются развернутые решения типовых задач, в которых 
наглядно демонстрируются общие приемы и подходы (всего таких 
решенных задач более 180). Во втором разделе — задания разного 
уровня сложности (от простых теоретических вопросов до сложных 

Предисловие

многоступенчатых расчетных задач) для самостоятельной работы. 
Эти задачи были использованы ранее на вступительных экзаменах 
и на олимпиадах. Обращаем внимание, что для решения любой задачи требуется не только прочное усвоение теории, но и творческое 
применение приобретенных знаний.
Книга давно живет собственной жизнью, поэтому при подготовке очередного издания мы не стали подвергать ее коренной переработке, а ограничились исправлением неточностей, корректировкой 
стиля и добавлением нового материала (глава 5), отражающего последние достижения химии.
За много лет авторы так часто совместно обсуждали различные 
разделы книги, что каждый из нас отвечает за весь материал (мы 
решили не указывать конкретные сферы ответственности, об этом 
можно получить информацию из предыдущих изданий). Здесь же 
мы считаем своим долгом подчеркнуть, что в работе над книгой нам 
помогали очень многие наши коллеги — сотрудники Московского 
университета и Первого Московского медицинского университета 
имени И. М. Сеченова. Поэтому перед вами — результат совместного 
творчества коллективов этих двух вузов.
Мы надеемся, что новое издание по-прежнему вызовет живой интерес читателей. 
Желаем увлекательного и полезного чтения!

Декабрь 2015 г. 
Н. Е. Кузьменко
 
В. В. Еремин
 
В. А. Попков

Часть I

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ  ХИМИЯ

Глава 1

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И  ЗАКОНЫ ХИМИИ

 

§ 1.1. Естественные науки. Научный метод познания

С древности человек старался познать Природу (или, что то же, Вселенную, окружающий мир и т. д.) и понять свое место в ней. Важная 
роль в познании мира всегда принадлежала науке. Со Средних веков 
прослеживались намеки на деление наук на точные (естественные) 
и изящные (гуманитарные или, как шутят физики, противоестественные), что и было более или менее оформлено в XVIII–XIX вв. 
Точные науки изучают законы развития материального мира, гуманитарные науки — законы развития общества.
К естественным (точным) наукам относятся математика, физика, 
химия и биология. Математика занимает особое место. Дело в том, 
что научный способ получения информации об окружающем мире основан на наблюдении и измерении. Так было всегда — и тогда, когда 
люди считали только на пальцах, и сейчас, когда существуют фантастически сложные приборы для уникальных по точности экспериментов. Чтобы выражать результаты измерений, люди уже давно придумали числа. Математика — наука о числах и их отношениях. Таким 
образом, математика — это творение чис того Разума, она имеет дело с 
объектами, созданными человеком, тогда как остальные естественные 
науки изучают Природу, которая появилась независимо от человека.
Развитие науки проходит через рождение научных теорий (идей), 
их становление, расцвет и старение. В примитивном изложении это 
выглядит следующим образом. Допустим, теория правильно описывает некоторый круг явлений. По мере развития данной области знания выполняются эксперименты (измерения), которые дают новую 
информацию. И наконец, рано или поздно появляются данные, которые противоречат этой теории. Тогда ученые создают новую модель 
на новых принципах и понятиях, согласующуюся с экспериментом. 
Новая модель может быть развитием и модификацией старой модели 
(так чаще всего и происходит) или она может в корне изменить наши 
прежние представления. Перевороты в науке совершаются очень редко. Последний «переворот» в химии был обязан квантовой механике. 

Глава 1 

Далее теперь уже в рамках новой модели ученые формулируют гипотезы, которые могут подсказать, какие провести эксперименты (что 
нужно измерить), чтобы убедиться в правильности модели. И если 
такие эксперименты подтверждают наши предсказания, модель становится признанной теорией, и эта теория описывает уже более широкий круг явлений, чем более раняя теория.
Таким образом, упрощенно механизм появления новых теорий 
выглядит так:

ЭКСПЕРИМЕНТ — МОДЕЛЬ — 
 
— ПРЕДСКАЗАНИЕ (гипотеза) — ТЕОРИЯ.

Процесс создания теории может занимать всего несколько лет, 
как это было с предложенной Нильсом Бором теорией строения 
(моделью) атома водорода, или несколько столетий, как это было с 
пониманием природы света (объяснение дуализма волна–частица). 
Важно то, что развитие науки — необратимый процесс. Не существует вечных теорий, не бывает моделей, даже самых подробных, 
которые могут описать любое природное явление. В Природе нарушаются любые законы, даже самые общие. Например, закон сохранения энергии нарушается при флуктуациях вакуума, хотя и 
на очень короткое время. Процесс познания приводит к тому, что 
для любой, даже самой фундаментальной теории находятся объекты, которые не вписываются в эту теорию и для описания которых 
приходится изобретать новую теорию. Бывает и так, что идея, ошибочная на данном уровне развития науки, может заложить основы 
целого научного направления благодаря исследованиям на более 
высоком уровне, как это случилось с идеей Бертолле о существовании соединений переменного состава (см. § 1.3). Процесс познания 
Природы продолжится до тех пор, пока существует человек.

§ 1.2. Предмет химии

Естественные науки изучают явления, в которых участвуют материальные объекты разного масштаба, и в окружающем нас мире 
довольно  условно можно выделить четыре уровня организации 
Природы.
1. Вселенная — это астрономический уровень, расстояния от миллионов километров до миллионов световых лет. Взаимодействие галактик, звездных скоплений, звезд и планет вызвано в первую очередь гравитационным притяжением сверхмассивных тел. Строение 
и свойства небесных тел не играют, как правило, никакой роли — 
все определяется только массами тел и расстояниями между ними.
2. Процессы, происходящие на небесном теле, — макроуровень. 
Масштаб макроскопических явлений соизмерим с масштабом деятельности человека, расстояния составляют от миллиметров до 

Основные понятия и законы химии 
9

 сотен тысяч километров. Вихри в атмосфере, волны в океане, разрушение горных пород, полет птиц — вот примеры макроскопических 
явлений. Можно сказать, что макроуровень включает мир человека 
и окружающих его тел.
3. Внутренняя структура всех тел и атомно-молекулярные процессы составляют микроуровень. Взаимодействия и превращения 
атомов и молекул, движения атомных ядер и электронов происходят под действием электрических сил на расстояниях от сотых 
долей до нескольких сотен нанометров (1 нм = 10–9 м). Законы движения частиц на этом уровне определяются только электромагнитными взаимодействиями.
4. Атомные ядра состоят из элементарных частиц — протонов и 
нейтронов. Строение протонов и нейтронов, их взаимодействие, а 
также взаимодействие других элементарных частиц определяются 
процессами, которые происходят на расстояниях менее 10–15 м и 
включают сильные и слабые электромагнитные взаимодействия на 
фундаментальном уровне организации Природы. Современное состояние Вселенной и ее будущее зависят от взаимодействий на этом 
уровне в первые мгновения после Большого взрыва, в результате которого образовалась наша Вселенная.
Процессы на сверхбольших и сверхмалых расстояниях изучают 
астрофизика и физика элементарных частиц. Макроскопическими 
процессами в живой природе занимается биология, в неживой — 
классическая физика. Явления, происходящие на микроуровне 
(т. е. на атомно-молекулярном уровне), — предмет изучения современной химии.
!
 Химия — наука о веществах, их строении, свойствах и превращениях.

В широком понимании любой вид материи, обладающий собственной массой, например элементарные частицы, — это  вещество. 
В химии понятие вещества более узкое. 
Вещество может быть представлено любой совокупностью 
атомов и молекул. 
Уровень современной техники эксперимента таков, что позволяет изучать превращения отдельных молекул. Поэтому можно считать, что даже одна-единственная молекула образует вещество, которое обладает химическими свойствами и способно превращаться в 
другие вещества.
Превращения веществ, сопровождающиеся изменением состава 
молекул, называют  химическими реакциями. Традиционная химия изучает реакции, которые происходят на макроуровне (в лаборатории или в окружающем мире), и интерпретирует их на атомно-молекулярном уровне. Известно, например, что сера горит на 
воздухе голубым пламенем, выделяя вещество с резким запахом, —

Глава 1 

это макроявление. На молекулярном уровне происходит взаимодействие молекул O2 с молекулами серы на поверхности расплава серы 
и образование молекул SO2, при этом в молекулах перераспределяется электронная плотность — разрываются связи O–O и S–S и образуются новые связи S–O. Часть химической энергии выделяется 
в виде электромагнитного излучения, изменяя цвет пламени. Наши 
же ощущения резкого запаха появляются при взаимодействии молекул SO2 с определенными рецепторами нашего организма.
Современная химия способна изучать химические реакции с 
учас тием отдельных молекул, обладающих строго определенной 
энергией. Например, химические свойства невозбужденной молекулы воды и колебательно-возбужденной молекулы воды разные. На 
основе этого можно управлять химической реакцией, подавая энергию на определенные связи в молекуле. Так, «полутяжелая» вода, 
в которой один атом водорода замещен на атом дейтерия (чтобы отличить от Н, дейтерий обозначают D), способна распадаться под действием света по двум направлениям:

HOD → HO + D
HOD → H + OD

Оказывается, изменяя энергию облучения молекулы, можно со 
100%-м выходом осуществить как первую, так и вторую реакции. 
Управление химическими реакциями на молекулярном уровне — 
одна из основных задач современной химии.
На сегодняшний день известно более 90 млн органических соединений и более 1 млн неорганических, причем каждое из них может 
вступать в десятки реакций и характеризуется определенным строением. Эти два аспекта взаимосвязаны. Строение вещества (химического соединения) определяет его химические свойства; в свою очередь по химическим свойствам мы часто можем судить о строе нии 
вещества.
Наука о строении вещества сложная и требует глубоких специальных знаний. Даже простые молекулы, например молекула воды 
H2O, имеют весьма сложное строение, поскольку состоят из большого числа частиц. Так, в H2O три атома, которые в совокупности состоят из трех ядер и 10 электронов. Из физики известно, что
взаимодействие всего трех частиц может привести к интересным и 
неожиданным эффектам. Поэтому изучение строения любой молекулы привносит в науку неисчерпаемый запас знаний и открытий.
Современная химия настолько разнообразна как по объектам, 
так и по методам их исследования, что многие ее разделы представляют собой самостоятельные науки. Сложившееся в прошлом 
веке деление химии на органическую и неорганическую обусловлено 
существованием двух «миров» — органических и неорганических 
веществ. Вместе с тем на границах химии и других наук возникли 
новые очень важные научные направления. Так, взаимо действие