Неорганическая химия

Федеральное государственное автономное образовательное  
учреждение высшего образования Первый Московский  
государственный медицинский университет имени И.М. Сеченова 
Министерства здравоохранения Российской Федерации  
(Сеченовский Университет)

Рекомендовано
Координационным советом по области образования
«Здравоохранение и медицинские науки» в качестве
учебника для использования в образовательных
учреждениях, реализующих основные профессиональные
образовательные программы высшего образования
уровня специалитета по направлению
подготовки 33.05.01 «Фармация»

НЕОРГАНИЧЕСКАЯ

Учебник

Под редакцией д-ра фарм. наук, 

Электронное издание

д-ра пед. наук, проф. В. А. Попкова
и канд. фарм. наук Т. М. Литвиновой

Москва
Лаборатория знаний
2020

ХИМИЯ

УДК 546+615(075.8)
ББК 24.1:528я73

Н52

А в т о р ы:
О. В. Нестерова, В. А. Попков, А. В. Бабков,
В. П. Хейдоров, О. В. Левицкая

Н52

Неорганическая химия : учебник для фармацевтических университетов и факультетов / О. В. Нестерова,
В. А. Попков, А. В. Бабков [и др.] ; под ред. В. А. Попкова и Т. М. Литвиновой. — Электрон. изд. — М. : Лаборатория знаний, 2020. — 369 с. — Систем. требования:
Adobe Reader XI ; экран 10". — Загл. с титул. экрана. —
Текст : электронный.
ISBN 978-5-00101-923-7
Данный учебник написан в соответствии с типовой программой изучения курса неорганической химии студентами
фармацевтических
университетов
и
факультетов.
В
первой
части учебника изложены теоретические основы неорганической химии с использованием новейших научных данных.
Во второй — химия важнейших элементов, входящих в состав
лекарственных
средств,
проявляющих
разнообразную
биологическую активность. Учебник ориентирует студентов
на активное усвоение материала, разбор контекстных примеров, самостоятельное нахождение ответов на вопросы по ходу
работы с материалом.
Для студентов медицинских и фармацевтических вузов.
УДК 546+615(075.8)
ББК 24.1:528я73

Деривативное издание на основе печатного аналога: Неорганическая
химия
: учебник
для
фармацевтических
университетов и факультетов / О. В. Нестерова, В. А. Попков,
А. В. Бабков [и др.] ; под ред. В. А. Попкова и Т. М. Литвиновой. — М. : Лаборатория знаний, 2020. — 366 с. : ил. —
ISBN 978-5-00101-268-9.

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 978-5-00101-923-7

c○ ФГАОУ ВО Первый МГМУ
им. И. М. Сеченова Минздрава России
(Сеченовский Университет), 2020

c○ Лаборатория знаний, 2020

Предисловие  

ПРЕДИСЛОВИЕ

Фармация как наука о лекарственных средствах и технологии 
их производства теснейшим образом связана с химией. Десятки 
миллионов веществ, известных с древних времен или же полученных лишь недавно, представляют собой базу для поиска все 
более эффективных лекарств от всех болезней. 
Своими корнями химия уходит в практику приготовления 
лекарств. В древности это были отдельные части растений, отвары, минеральные порошки, а начиная со Средних веков применялись и некоторые вещества известного состава. Значительно позднее технологии получения и превращения веществ стали 
использоваться в металлургии, строительстве, крашении тканей. 
Постепенно химия оформилась в отдельную область практики 
и знания с расширенным применением в разных областях деятельности. 
Однако в настоящее время наибольшее число разных веществ 
(субстанций) проходит все же через руки фармацевтов, причем 
фармацевтам необходимо знать о веществах все: их состав, строение, методы целенаправленного получения, устойчивость, реакционную способность, поведение и совместимость в смесях, условия хранения, биологическое действие, дозировку, и т.  д., и т.  п. 
Поэтому в учебных планах подготовки фармацевтов значительную долю составляют химические дисциплины: неорганическая 
химия, органическая химия, аналитическая химия, физическая 
и коллоидная химия, фармацевтическая химия, токсикологическая химия, биологическая химия. Данный учебник предназначен для изучения неорганической химии на первом курсе фармацевтических университетов и факультетов.
При написании учебника авторы ставили перед собой несколько принципиальных задач:

 
v побуждать студента к активной работе с учебником; 
 
v излагать материал на основе современных научных теорий 
в области химии;
 
v повторять школьный материал в данном учебнике в минимальном и только необходимом объеме;

Предисловие   

 
v ориентировать студентов при наличии пробелов в знании на 
самостоятельное освоение соответствующего материала;
 
v не выходить за рамки неорганической химии в разделах, связанных с другими химическими дисциплинами (термодинамика, теория растворов, дисперсные системы, фармацевтическая 
химия), которые будут изучаться студентами позже;
 
v раскрывать значение неорганических веществ в фармации, 
включая 
их 
непосредственное 
лекарственное 
применение 
и химизм биологического действия элементов;
 
v дополнять материал контекстными заданиями, примерами 
и вопросами для самоконтроля.

Материал учебника включает 17 глав, из которых главы 
с первой по девятую составляют теоретическую основу неорганической химии, а в главах с 10-й по 17-ю рассматривается химия 
элементов.
При самостоятельной работе с учебником студенту желательно 
дополнительно иметь комплект учебников по химии для общеобразовательной школы, поскольку в университете химия изучается на углубленном уровне, но самые фундаментальные понятия 
остаются теми же и заново в учебнике не повторяются. Изучение 
химии предполагает не только прочтение учебника, но и осмысление прочитанного, поиск ответов на возникающие вопросы, выполнение встречающихся в тексте заданий. В освоении материала приносит пользу проработка дополнительной литературы, где 
какие-то сложные понятия могут быть даны в несколько ином 
освещении, иногда более удобном в плане учета индивидуальных 
особенностей мышления обучающегося. Отметим, что у студента 
есть возможность выбора учебника (в 2019 г. издан аналогичный 
учебник для студентов-фармацевтов). Авторы надеются, что изложенные выше задачи к написанию этой книги удалось выполнить и предлагаемый учебник будет соответствовать требованиям 
подготовки фармацевтов на этапе фундаментального изуче ния химии. Авторы также будут рады получению отзывов и замечаний 
со стороны преподавателей и студентов, для того чтобы учесть их 
в последующем издании.
В результате успешного комплексного изучения неорганической химии по данному учебнику студенты будут

знать:
 
– предмет и основное содержание дисциплины неорганической 
химии;
 
– практическое и теоретическое значение неорганической химии в фармации;

Предисловие  

 
– основные опасности и риски, связанные с применением неорганических веществ в быту и фармации;
уметь:
 
– применять знания по неорганической химии при изучении 
последующих специальных дисциплин;
 
– предвидеть и объяснять явления в ситуациях, связанных с использованием химических продуктов;
 
– пользоваться справочными материалами по химии;
владеть:
 
– навыками написания уравнений химических реакций и проведения расчетов, связанных с веществами и химическими 
процессами, применяющимися в фармации.

Авторы старались сделать изучение химии по данному учебнику интересным и результативным и надеются, что в некоторой 
степени это удалось. Желаем успехов студентам!

Глава 1. Энергетика химических реакций  

ГЛАВА 1

ЭНЕРГЕТИКА ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ

Изучив содержание главы 1, студент должен 
знать:
 
– о возможных энергетических явлениях при химических реак циях;
 
– закон Гесса и следствия, вытекающие из него;
 
– факторы, определяющие направление самопроизвольного протекания химических реакци й;
уметь:
 
– использовать таблицы с данными по теплотам образования и энтропии веществ для расчетов по энергетике химических реакций;
 
– составлять термохимические уравнения реакций;
 
– прогнозировать направление самопроизвольного протекания химических реакций;
 
– определять характер процесса (эндо- или экзотермический, самопроизвольный или несамопроизвольный);
владеть на выками:
 
– проведения термохимического эксперимента.

1.1. Энергия. Теплота и работа

Изучение теоретических основ неорганической химии следует 
начать с энергетических явлений, сопровождающих химические 
процессы и определяющих их направление.
Самое емкое определение химии —  это наука о превращениях веществ, являющихся результатом химических реакций. Такие превращения обнаруживаются, прежде всего, по изменениям 
внешнего вида и агрегатного состояния веществ и неизменно сопровождаются передачей энергии.
Энергию, в скрытой форме заключенную в веществе, называют химической энергией. Если в ходе реакции между веществами химическая энергия переходит в кинетическую энергию 

1.1. Энергия. Теплота и работа  

микрочастиц (атомов и молекул), то температура вещества повышается и происходит выделение теплоты. В определенных условиях энергия может передаваться в форме работы. Это очевидно, 
например, из факта движения автомобиля, в моторе которого 
сжигается смесь углеводородов (бензин).
При изучении неорганической химии особенно важно, что законами превращения и передачи энергии определяется направление протекания химических реакций. Кроме того, сама возможность протекания химических реакций зависит от их энергетики.
Рассмотрим несколько основополагающих определений.
Энергия, E —  общая количественная мера различных форм 
движения материи. Энергия измеряется в джоулях, Дж (1 Дж 1 Н · 1 м 1 кг · 1 м2 · 1 с2) и килоджоулях, кДж (1 кДж 1000 Дж). Реже используются калории или килокалории: 
1 кал 4,184 Дж; 1 ккал 4,184 кДж.
Для удобства рассуждений передачу энергии рассматривают 
между системой, в которой идет некоторый процесс, и окружающей ее средой.
Система —  это тело или группа тел, взаимодействующих между собой и ограниченных реальной или условной поверхностью.
Система может находиться в некотором статическом состоянии (не изменяющимся во времени) или же в ней осуществляется процесс, т. е. переход из одного состояния в другое.
Состояние 
системы 
определяется 
внешними 
параметрами 
(температура, давление, объем) и количественным содержанием 
всех имеющихся в ней веществ. Свойства системы, зависящие от 
параметров состояния, называются функциями состояния. В качестве примеров можно назвать такие функции, как плотность, 
внутренняя энергия, энтропия (степень неупорядоченности).
Теплота, Q —  форма передачи кинетической энергии хаотически движущихся микрочастиц через их соударения. Теплота 
передается также при излучении (поглощении) квантов в инфракрасной (ИК) области спектра. Например, рука ощущает поток 
тепла в виде ИК-излучения на значительном расстоянии от печи. 
Теплота переходит от тела с более высокой температурой к телу 
с более низкой температурой. Если в ходе реакции происходит 
повышение температуры, то это является предпосылкой выделения теплоты в окружающую среду.

Пример 1.1.  При добавлении концентрированной серной кислоты 
в воду наблюдают повышение температуры — раствор становится горячим. Потенциальная энергия в смеси кислоты и воды переходит 
в тепловую. Выделение теплоты происходит при остывании смеси.

Глава 1. Энергетика химических реакций  

Теплоту, переданную системой в окружающую среду, принято указывать с отрицательным знаком  (рис. 1.1). Считается, что 
среда столь велика по тепловой емкости, что передача теплоты 
не влечет изменения ее температуры. Количество переданной теплоты может служить характеристикой процесса только в случае 
проведения измерений при одинаковой начальной и конечной 
температуре  системы. 
Работа, W —  это передача энергии между системой и внешними телами, связанная с преодолением какого-то сопротивления. Если протекающий процесс не встречает сопротивления, 
то работа не совершается и вся химическая энергия передается 
в виде теплоты. Бензин бурно сгорает на воздухе, почти не встречая сопротивления, кроме давления атмосферы. Однако в цилиндрах автомобильного двигателя образующиеся при сгорании 
горячие газы расширяются и при возникшем большом давлении 
преодолевают сопротивление поршней, передавая значительную 
часть энергии на движение автомобиля.
Работу, произведенную системой над окружающей средой, 
принято считать положительной. Таким образом, знаки теплоты 
(см. выше) и работы, передаваемых от системы к окружающей 
среде, противоположны (рис. 1.2).
На основании закона сохранения энергии был выдвинут постулат, называемый первым началом термодинамики:

изменение внутренней энергии системы (U) равно сумме 
количества переданной теплоты и произведенной работы:

 
U QW. 
(1.1)

Рис. 1.1. Знаки теплоты при ее выделении () и поглощении ()

1.2. Типы систем и процессов  

Рис. 1.2. Условно принятые знаки теплоты и работы

Физический смысл знака «–» в уравнении (1.1) заключается 
в отмеченной выше противоположности знаков теплоты и  работы. 

1.2. Типы систем и процессов

В энергетике реакций рассматриваются три основных типа систем, показанных на рис. 1.3. Открытая система может как получать, так и отдавать в окружающую среду вещество и энергию, 
(эти процессы обобщенно называют обменом). Закрытая система 
может обмениваться со средой только энергией. Изолированная 
система не обменивается со средой ни массой m, ни энергией E. 
Идеально изолированных систем не существует, поскольку нет 
материалов, абсолютно не проводящих теплоту. Однако быстрые 
процессы, например реакция нейтрализации, и в открытой, 
и в закрытой системе протекают так же, как в изолированной 
системе (рис. 1.4).
Основным типом процессов в химии являются химические реакции, которые часто сопровождаются процессами растворения, 
переходами из одного агрегатного состояния в другое (фазовые 
переходы), диспергированием (измельчением) и др. Все эти процессы имеют разновидности по ряду существенных для энергетики признаков.

Рис. 1.3. Типы систем

Глава 1. Энергетика химических реакций  

Рис. 1.4. Этапы процесса нейтрализации: а —  реакция нейтрализации; б —  остывание до начальной температуры

Самопроизвольные и несамопроизвольные процессы

Химическая реакция как процесс считается самопроизвольной, если она идет при смешивании веществ без каких-либо дополнительных воздействий, связанных с затратой энергии. В тех 
случаях, когда для возникновения реакции требуется некоторое 
воздействие, например поджигание, но далее реакция идет без 
внешнего воздействия, процесс также считается самопроизвольным. Продукты самопроизвольной реакции более устойчивы, чем 
реагенты.
Смесь водорода и кислорода, взятых в соотношении 2 : 1 по 
количеству вещества, может неопределенно долго находиться 
в заторможенном состоянии, т. е. не обнаруживать протекания 
реакции. Но при поднесении к пламени горелки перевернутой 
пробирки со смесью мгновенно проходит реакция, сопровождающаяся громким хлопком:

2Н2 О2 2Н2О

Образующаяся вода имеет меньший запас химической энергии, 
чем исходная смесь газов.
Обратная реакция по отношению к любой самопроизвольной 
реакции является несамопроизвольной. Для ее проведения требуется затрата энергии обязательно в форме работы. Простое нагревание воды не приводит, как известно, к ее разложению. Но 
электролиз, позволяющий целенаправленно передавать порции 
энергии с поверхности электродов молекулам воды, приводит 
к их разложению на водород и кислород. При этом систему не 
требуется нагревать.

Обратимые и необратимые процессы

Сразу же отметим, что обратимые процессы не имеют непосредственной связи с обратимыми химическими реакциями.