Строение вещества
Структура вещества: руководство для лабораторных исследований
Данное методическое пособие, разработанное для студентов технических университетов, посвящено лабораторному изучению строения вещества в рамках курса общей химии. Цель работы – определение характеристик атомов и молекул, а также установление взаимосвязи между их строением и физико-химическими свойствами простых и сложных веществ.
Общие положения и организация работы
Методические указания включают в себя описания трех лабораторных опытов, примеры решения задач и задания для самостоятельной работы. Студенты выполняют индивидуальные варианты исследований, которые определяются преподавателем. Результаты экспериментов по каждому опыту объединяются для формирования общих выводов. Перед началом работы рекомендуется ознакомиться со справочными данными по исследуемым системам, включая температуру плавления и кипения, аллотропные модификации, типы кристаллических решеток и электроотрицательность элементов.
Опыт 1: Энергия активации электронов
Первый опыт посвящен определению энергии активации электронов в атомах s- и d-металлов. Работа основана на взаимодействии вещества с электромагнитным излучением и анализе спектров испускания. Теоретический материал включает в себя понятия энергии фотона, энергии активации, энергетических уровней атомов, а также связь между длиной волны излучения и цветом пламени. Студенты определяют цвет пламени при внесении в него растворов солей различных металлов, измеряют длину волны излучения и рассчитывают энергию активации электронов. Далее проводится анализ полученных данных, строится графическая зависимость энергии активации от порядкового номера элемента, и сравниваются полученные закономерности с изменениями других атомных характеристик.
Опыт 2: Влияние химической связи и кристаллической решетки
Второй опыт направлен на изучение влияния типа химической связи и кристаллической решетки на физические и химические свойства веществ. Рассматриваются различные типы химических связей (ковалентная, ионная, металлическая) и их связь с электроотрицательностью атомов. Обсуждаются понятия дипольного момента, межмолекулярного взаимодействия и сил Ван-дер-Ваальса. Особое внимание уделяется кристаллической решетке, ее типам (атомная, ионная, металлическая, молекулярная) и характеристикам (координационное число, число формульных единиц, кратчайшее расстояние между частицами, плотность упаковки). Студенты проводят эксперименты по определению растворимости и плавкости различных веществ, анализируют полученные данные и делают выводы о прочности различных типов кристаллических решеток.
Опыт 3: Сила поля лигандов и спектрохимический ряд
Третий опыт посвящен изучению комплексных соединений, их строения и свойств. Рассматриваются основные положения координационной теории Вернера, понятия центрального атома, лигандов, координационного числа, внутренней и внешней сфер. Обсуждаются различные теории строения комплексов (теория валентных связей, теория кристаллического поля, теория поля лигандов). Студенты проводят эксперименты по определению окраски растворов комплексов, определяют длину волны поглощаемого света, рассчитывают параметр расщепления и строят спектрохимический ряд лигандов. Также анализируются электронные формулы, типы гибридизации, геометрические формы комплексов и их магнитные свойства.
Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана А.А. Гуров, Ф.З. Бадаев, П.В. Слитиков СТРОЕНИЕ ВЕЩЕСТВА Методические указания к выполнению лабораторной работы по курсу «Общая химия» Москва Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана 2011
УДК 541.2(076.5)
ББК 24.1
Г95
Рецензент Б.Е. Винтайкин
Гуров А.А.
Строение вещества : метод. указания к выполнению
лабораторной работы по курсу «Общая химия» / А.А. Гуров,
Ф.З. Бадаев, П.В. Слитиков. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2011. – 32, [4] с. : ил.
В методические указания включены описания трех опытов лабораторной работы «Строение вещества», примеры решения задач
и задачи для самостоятельного решения. В описании каждого опыта содержатся основные теоретические сведения (строение атома,
химическая связь и кристаллическое состояние вещества, строение
комплексных соединений), последовательность проведения и методика обработки результатов. По каждому опыту имеются девять
вариантов исследования, один из которых выполняется каждым
студентом (или парой студентов) индивидуально. На основе объединенных результатов делаются обобщенные выводы.
Для студентов машино- и приборостроительных специальностей технических университетов.
Рекомендовано Учебно-методической комиссией НУК ФН
МГТУ им. Н.Э. Баумана.
УДК 541.2(076.5)
ББК 24.1
МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2011
Г95
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА «СТРОЕНИЕ ВЕЩЕСТВА» Цель работы – определение некоторых характеристик атомов и молекул; установление связи между этими характеристиками, строением атомов и молекул и физическими и химическими свойствами образуемых простых и сложных веществ. Общие рекомендации Каждый студент или пара студентов выполняют свой вариант исследования (табл. 1), который заранее указывается преподавателем. Таблица 1 Варианты исследования Системы, изучаемые в опытах первом втором третьем Комплексы, состоящие из данных лигандов Номер варианта Водный раствор соли Образец кристаллического вещества комплексообразователя I II III 1 Лития (Li+) SiO2 Со2+ H2O NH3 2 NO 2 Натрия (Na+) Al2O3 Ni2+ H2O NH3 2 NO 3 Калия (K+) КI Сu2+ H2O NH3 Cl− 4 Рубидия (Rb+) NH4Cl Сu2+ H2O ЭДТА2− CNS− 5 Цезия (Cs+) Pb Сr3+ H2O NH3 2 NO 6 Кальция (Ca2+) Sn Fe2+ H2O NCS− dmg* 7 Стронция (Sr2+) CuSO4 5H2O Fe3+ H2O NCS− Cl− 8 Бария (Ba2+) I2 Со2+ H2O NH3 NCS− 9 Меди (Cu2+) MgO Ni2+ H2O ЭДТА2− dmg * dmg – диметилглиоксим (СН3)2С2(NOH)2.
Результаты всех исследований по каждому опыту объединяют и на их основе делают соответствующие общие выводы. При подготовке к лабораторной работе необходимо отыскать требующиеся для выполнения опыта справочные данные по исследуемым системам, как то: температура плавления и температура кипения веществ; аллотропные и полиморфные их модификации; виды и типы их кристаллических решеток; значения относительной электроотрицательности элементов по Полингу. Эти данные следует записать в соответствующие графы рубрики «Справочные данные» в табл. 5, а также заполнить графы рубрики «Исходные данные» в табл. 3, 5, 7. Опыт 1. Определение энергии активации (возбуждения) электронов атомов s- и d-металлов Взаимодействие вещества с электромагнитным излучением лежит в основе многих спектроскопических методов анализа. Электромагнитное излучение одновременно проявляет свойства, характеризующие его как электромагнитную волну и как поток частиц – фотонов. Энергия E волны этого излучения (фотона) связана с его частотой , показывающей, сколько полных колебаний напряженности электромагнитного поля совершается в 1 с (уравнение Планка): , c E h h где h = 6,626 10–34 Дж с – постоянная Планка; с = 2,998108 м/с – скорость света в вакууме; − длина волны (расстояние, которое она проходит за один период), м. Тогда энергия активации (возбуждения) 1 моль фотонов (квантов), т. е. их число Авогадро NA (NA = 6,022 1023 моль–1), равна a A c E N h = 23 34 8 6,022 10 6,626 10 2,998 10 119,478 кДж/моль (1) ( – в нанометрах). Возникновение спектров испускания и спектров поглощения вещества всегда связано с изменением внутренней энергии его атомов или молекул. Частицы (атомы, молекулы, ионы), обладаю
Похожие