Химия. Учебник для вузов

И. Н. Семенов,  И. Л. Перфилова 
ХИМИЯ
 
Рекомендовано Министерством образования 
Российской Федерации 
в качестве учебника для студентов 
высших учебных заведений, 
обучающихся по техническим 
и химико-технологическим специальностям 
Учебник – лауреат конкурса 
Госкомвуза Российской Федерации 
по созданию учебников нового поколения 
по естественнонаучным дисциплинам 
для студентов высших учебных заведений 
САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 
ХИМИЗДАТ 
2024 

ББК 54 
С 302 
УДК 546(075.8) 
Р е ц е н з е н т ы :
1. Профессор кафедры физической химии Санкт-Петербургского государственного химико-технологического института-университета доктор хим. наук  А. А. Пронкин; 
2. Доцент кафедры общей и неорганической химии Московской государственной текстильной академии имени А. Н. Косыгина канд. хим. 
наук  В. И. Фролов; 
3. Профессор Московского государственного университета пищевых
производств доктор техн. наук  А. П. Нечаев 
Семенов И. Н., Перфилова И. Л. 
С 302    
Химия: Учебник для вузов. – 6-е изд., стереотип. – 
СПб: Химиздат, 2024. – 656 с.: ил. 
ISBN 978-5-93808-468-1
Авторы, лауреаты конкурса Госкомвуза России по созданию учебников нового поколения, обобщили огромный опыт 
преподавательской работы в СпбГУ, СПбГТУ, а также за рубежом. Первая часть учебника включает теоретические основы 
общей химии на самом современном уровне, вторая часть посвящена химии элементов, которая дается в компактном виде 
благодаря обобщению по классам бинарных соединений. 
Предназначен студентам технических и химико-технологических специальностей, будет полезен преподавателям вузов и 
учителям школ, а также профессионалам-химикам для обновления и приведения в систему фундаментальных знаний по общей и неорганической химии. 
С 
1703000000–005 
050(01)–24 
Без объявл. 
 И. Н. Семенов, И. Л. Перфилова, 2000, 2014, 
2020  ХИМИЗДАТ, 2014, 2024
ISBN 978-5-93808-468-1 
2 

ОТ АВТОРОВ 
Настоящий учебник предназначен в первую очередь студентам технических специальностей. Курс химии в технических вузах для студентов нехимических специальностей 
рассчитан на небольшой объем академических часов в течение одного или двух семестров, что предопределило структуру учебника и необходимость краткого изложения некоторых 
вопросов. Тем не менее последовательность и четкость изложения основного материала и достаточно высокий уровень 
рассмотрения практически всех значимых вопросов неорганической химии позволяет рекомендовать учебник студентам химических вузов и химических специальностей, а 
также преподавателям химии. 
Строение атома и теория химической связи излагаются 
на основе современных представлений о строении вещества, 
но в минимально необходимом объеме и без привлечения сложного математического аппарата квантовой механики. 
Для объяснения химических явлений и процессов, а также 
устойчивости тех или иных соединений используются термодинамические представления о характеристиках химических 
систем и химическом равновесии. В противоположность квантово-механическим представлениям (изучению химических явлений на микроскопическом уровне), термодинамические представления (изучение явлений на макроскопическом уровне) 
позволяют обойтись несложным математическим аппаратом, доступным студентам уже на первом курсе вуза.  
В разделе «Неорганическая химия» сделаны обобщения 
материала неорганической химии на основе периодической 
3

системы по электроотрицательному элементу, входящему в 
состав бинарного соединения. Такая систематизация позволила изложить материал более компактно и избежать повторений при изучении соединений сходных между собой элементов, кроме того, обратить внимание на соединения, более 
интересные в химическом или более важные в практическом 
отношении. В силу ряда особенностей переходных металлов 
два «блока» периодической системы – элементы главных подгрупп и элементы побочных подгрупп рассматриваются отдельно.  
Учитывая практическую важность электрических, магнитных и других физических свойств твердых тел, в разделе 
«Неорганическая химия» авторы акцентируют внимание на 
химии твердого тела, что является оправданным при подготовке будущих инженеров. 
4 

ВВЕДЕНИЕ 
 
 
Сегодня трудно найти такие отрасли производства, науки и 
техники, которые не имели бы прямого отношения к химии. 
Химия изучает состав, строение, свойства и превращения 
веществ, а также законы, управляющие этими превращениями. 
Важнейшим прикладным аспектом современной химии является целенаправленный синтез соединений, обладающих необходимыми и заранее предсказанными свойствами, для последующего их применения в различных областях науки и техники, в частности для получения уникальных новых материалов. 
Необходимо отметить, что химия как наука прошла до наших дней короткий путь – приблизительно начиная с 60-х годов 
XIX века. За период, длившийся полтора века, разработана периодическая классификация химических элементов и учение о 
периодичности, созданы теория строения атома, теория химической связи и строения химических соединений, появились такие 
важные для описания химических процессов дисциплины, как 
химическая термодинамика и химическая кинетика, возникли 
квантовая химия, радиохимия, ядерная физика. Свидетелями 
многих открытий являемся и мы с вами. 
Для химии последних лет характерны две особенности. Вопервых, это расширение круга объектов, которые она изучает. 
Поле химических исследований расширилось так, что отдельные 
ветви химии – неорганическая, органическая, физическая, геохимия, агрохимия, биохимия и т. п. – стали самостоятельными 
независимыми науками. Во-вторых, расширение диапазона методов воздействия на вещество в его исследовании и преобразовании: сверхнизкие и сверхвысокие температуры, лазеры, ударные волны, радиационное воздействие, становящиеся все более 
тонкими хроматографические и спектральные методы исследования. Кроме того, реакции в молекулярных пучках, исключительные по избирательности реакции под действием ферментов. 
Сочетание методов исследования часто дает новый метод, новое 
мощное средство проникновения в тайны природы. Так, сочетание хроматографии и масс-спектрометрии дало новый метод исследования вещества – хроматомассспектрометрию. 
 
5

Роль химической науки, химизация производства и быта будут неуклонно возрастать и в будущем. На данном этапе развития 
цивилизации появились и новые задачи, связанные с глобальными масштабами химического воздействия человеческого общества 
на окружающую среду. Еще академик А. Е. Ферсман писал, что 
человек геохимически переделывает мир. В настоящее время 
производственная деятельность людей охватывает всю область 
биосферы, она сильно влияет на общепланетарный «обмен веществ», выходя даже за пределы земной атмосферы в космос. 
Этот искусственный обмен веществ по геологическим последствиям стал сравнимым с естественными процессами в масштабах 
планеты. 
В связи со столь серьезными последствиями использования 
вещества и энергии возникает необходимость перехода химизации производства на качественно новый уровень, отвечающий 
закладываемым сейчас основам цивилизации XXI века. В ближайшем будущем объектом сознательного управления на научной основе должны стать химические процессы на уровне глобальных систем, включающих громадные массы вещества: водные системы (бассейны рек, водохранилищ, отдельных морей), 
воздушные бассейны целых районов, почвенные системы и т. д. 
Столь сложная и многогранная проблема требует для своего решения усилий самых разных специалистов, представляющих 
естественные, технические, общественные науки. И конечно, 
огромная роль в изучении, контроле и управлении столь большими массивами вещества принадлежит и будет принадлежать 
химической науке и химической технологии. 
 
 
6 

Р А З Д Е Л   I 
ОБЩАЯ ХИМИЯ 
 
 
 
Глава 1 
АТОМНО-МОЛЕКУЛЯРНОЕ УЧЕНИЕ. 
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ЗАКОНЫ ХИМИИ 
 
§ 1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ АТОМНО-МОЛЕКУЛЯРНОГО 
УЧЕНИЯ  
 
Представим себе, что мы постепенно уменьшаем количество 
некоторого вещества, подвергая его образец последовательному 
делению. До каких пор можно осуществлять такое деление при 
сохранении свойств вещества, т. е. его индивидуальности? Этот 
вопрос интересовал людей с древнейших времен. Ответ на него 
был получен в конце XVIII – начале XIX века, в эпоху становления химии на научную основу, и составил суть атомномолекулярного учения. В настоящее время оно является основой 
всего естествознания. Последующее развитие науки, расширившее наши представления о строении вещества, в целом подтвердило правильность атомно-молекулярного учения. 
Основные положения атомно-молекулярного учения заключаются в следующем. Все вещества состоят из химически неделимых частиц – атомов. В свою очередь, атомы могут соединяться между собой, образуя молекулы – частицы, состоящие 
из разного числа атомов. Все молекулы одного индивидуального вещества одинаковы, но отличаются от молекул любого другого индивидуального вещества своим составом и строением. 
Молекула каждого вещества имеет определенные массу, размеры, форму. Химические свойства данного вещества сохраняются даже у отдельной его молекулы. Например, даже отдельные 
молекулы воды, содержащиеся в ее парах, будут реагировать с 
оксидом натрия. Говорить же о физических свойствах вещества 
применительно к одной его молекуле лишено смысла: такие 
физические свойства, как температуры плавления и кипения, 
твердость и прочие, относятся к макроскопическим телам и зависят, в числе прочих причин, от действия межмолекулярных 
сил, поэтому к отдельной молекуле они неприменимы. Таким образом, молекулы являются наименьшими частицами индиви 
7

дуального вещества, сохраняющими его химические свойства, 
его химическую индивидуальность. Например, молекула воды 
содержит два атома водорода и один атом кислорода и обладает 
характерными химическими свойствами индивидуального вещества воды. Химическим путем можно разложить воду на водород 
и кислород, при этом образуются двухатомные молекулы водорода и кислорода. Химические свойства последних будут иными, 
нежели химические свойства молекул воды. Атомы же кислорода 
и водорода при разложении воды, как и при всяком химическом 
превращении, сохраняются, войдя в состав новых веществ. В противоположность химическим превращениям, при физических 
превращениях – таких как плавление, испарение веществ – 
молекулы не разрушаются. 
Классическое атомно-молекулярное учение сформировалось 
до того, как была доказана сложность строения атома и появились методы исследования строения молекул. Поэтому оно представляло молекулы как бесструктурные, учитывая только их 
состав, не принимая во внимание их строение. Например, с позиций атомно-молекулярного учения не рассматривалось, каким 
образом в молекуле воды расположены два атома водорода и 
атом кислорода и как они связаны между собой. Тем не менее 
уже классическое атомно-молекулярное учение объяснило существование различных агрегатных состояний вещества; соотношение объемов реагирующих газообразных веществ (например, 
то, что для образования воды должны реагировать два объема 
водорода с одним объемом кислорода) позволило сформулировать законы, описывающие поведение газов и т. д. 
Но не все вещества имеют молекулярное строение, т. е. состоят из молекул. Существует много веществ с немолекулярным 
строением, в структуре которых в твердом состоянии отдельных 
молекул нет. Таковы, например, кристаллы хлорида натрия, алмаза, оксида кремния(IV), а также металлы в свободном состоянии. Но часто для удобства прибегают к условности, применяя 
понятие “молекула” и к веществам с немолекулярным строением; 
в этом случае под “молекулой” подразумевают некоторую простую 
структурную единицу вещества, например SiO2, т. е. один атом 
кремния, соединенный с двумя атомами кислорода. Следовательно, определение молекулы как наименьшей частицы вещества, 
сохраняющей его химические свойства, справедливо лишь для 
тех веществ, которые состоят из молекул. Атомы же можно определить как химически неделимые частицы, из которых состоят 
молекулы или кристаллы веществ. Изменениями в строении 
электронных оболочек атомов при химических превращениях мы 
в таком случае пренебрегаем. 
 
8 

В свою очередь, и молекулы, и вещества с немолекулярной 
структурой состоят из атомов. В противоположность атомам, 
молекулы химически делимы. При химических превращениях 
атомы, из которых состояли исходные вещества, соединяются 
по-другому, образуя вещества с иным качественным и количественным составом. Иными словами, химическая реакция – это 
перегруппировка атомов. 
Между молекулами действуют силы как притяжения, так 
и отталкивания. Величина этих сил существенно различается в 
зависимости от агрегатного состояния вещества. Притяжение 
между молекулами наиболее сильно в твердом состоянии; в газах 
же оно минимально. Молекулы находятся в постоянном движении (поступательном и вращательном). С повышением температуры скорость движения молекул растет. Среднее расстояние 
между молекулами зависит от агрегатного состояния вещества, от 
температуры и давления.  
Рассмотрим с точки зрения атомно-молекулярного учения три 
состояния вещества: газообразное, жидкое и твердое. В состоянии 
газа или пара вещество состоит из отдельных молекул – одноатомных, двухатомных или многоатомных, в зависимости от природы вещества. Эти молекулы находятся в хаотическом движении, соударяясь друг с другом, и при отсутствии внешних сил 
свободно распространяются в пространстве, например, по всему 
объему сосуда, в который введен газ.  
В жидкостях молекулы также находятся в состоянии хаотического движения, но могут перемещаться лишь в пределах некоторого объема, ограниченного поверхностью раздела между 
жидкостью и окружающей ее средой. Если, например, ввести 
небольшое количество какой-либо жидкости в пустой сосуд, то 
она соберется на дне сосуда, а в остальном объеме распространятся пары этой жидкости.  
В твердом теле образующие его частицы (атомы, ионы, молекулы) совершают колебательные движения около некоторых точек (узлов кристаллической решетки), лишь изредка меняя свое 
положение. Как и жидкость, твердое тело занимает определенный объем, соответствующий данным условиям (температура и 
давление). В противоположность жидкости, твердое тело имеет 
также определенную форму.  
Так как в газах молекулы разделены большими, по сравнению с их собственными размерами, промежутками, то газы легко сжимаются при повышении давления. Напротив, в жидких и 
твердых телах промежутки между молекулами очень небольшие, поэтому и жидкие и твердые вещества сжимаются при повышении давления незначительно. За счет существования про 
9

межутков между частицами (атомами и молекулами), а также за 
счет теплового движения частиц может происходить диффузия 
вещества, причем тем в большей степени, чем больше эти промежутки и чем выше температура. Легче всего она происходит в 
газе, труднее всего – в твердом теле. 
 
§ 2. КОЛИЧЕСТВЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВЕЩЕСТВА 
 
Каждый атом характеризуется определенной массой. Так, 
m(H) = 1,67 · 10–27 кг, 
m(O) = 26,6 · 10–27 кг, 
m(С) = 19,9 · 10–27 кг. 
Естественно, что для столь малых величин удобнее было бы выбрать специальную единицу. За единицу массы атомов принята 
так называемая атомная единица массы (а. е. м.) или углеродная 
единица (у. е.), равная 1/12 массы атома 12С*, или (1,66057 ± 
± 0,00031) · 10–27 кг. 
Относительной атомной массой (Аr) называется отношение 
массы данного атома к 1 а. е. м. Так,  
Аr(О) = 26,6 · 10–24/1,66 · 10–24 ≈ 16 
Иногда для краткости относительную атомную массу называют просто атомной массой, но при этом необходимо ее обозначить индексом "r" (relative – относительный). Как следует из определения, Аr – величина безразмерная. 
Относительной молекулярной массой (Мr) или просто молекулярной массой вещества называется отношение массы данной 
молекулы к 1 а. е. м. Это – тоже безразмерная величина. Молекулярная масса равна сумме атомных масс всех атомов, входящих в состав молекулы. Так, молекулярная масса H2SO4 Мr = 
= 1 · 2 + 32 + 16 · 4 = 98, поскольку в состав молекулы серной 
кислоты входят два атома водорода, один атом серы и четыре 
атома кислорода, а округленные величины атомных масс этих 
элементов равны соответственно 1; 32 и 16. 
При химических расчетах широко используется понятие 
“моль”. Моль – это единица количества вещества, содержащая 
столько же определенных структурных единиц (реальных или 
условных частиц), сколько атомов содержится в 0,012 кг изотопа 12С (приблизительно 6,02 · 1023 структурных единиц). Это 
число называется числом Авогадро или постоянной Авогадро 
(NA). Точное значение постоянной Авогадро: NA = (6,022045 ± 
± 0,000031) · 1023 моль–1. Под структурными единицами подразумеваются как реальные частицы – атомы, ионы, молекулы, так и 
условные, например определенные группы атомов, формально 
                                                          
 
* 12 – относительная атомная масса углерода. 
 
10