Современная общая и неорганическая химия в пожарном деле

 
МИНИСТЕРСТВО РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ДЕЛАМ ГРАЖДАНСКОЙ 
ОБОРОНЫ, ЧРЕЗВЫЧАЙНЫМ СИТУАЦИЯМ И ЛИКВИДАЦИИ ПОСЛЕДСТВИЙ  
СТИХИЙНЫХ БЕДСТВИЙ 
 
 
ФГБОУ ВО СИБИРСКАЯ ПОЖАРНО-СПАСАТЕЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ 
ГПС МЧС РОССИИ 
 
 
 
 
 
 
 
Коваль Ю.Н., Кондратьева Л.В., Шарифуллина Л.Р. 
 
СОВРЕМЕННАЯ ОБЩАЯ И НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ 
В ПОЖАРНОМ ДЕЛЕ 
 
Учебное пособие 
 
 
Допущено Министерством Российской Федерации по делам гражданской 
обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных 
бедствий в качестве учебного пособия для курсантов, студентов и 
слушателей образовательных организаций МЧС России 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Железногорск 
2024 
 

УДК 544(075) 
ББК 24.1я73 
К 56 
Авторы: Коваль Юлия Николаевна, канд. биол. наук,  
Кондратьева Лариса Владимировна 
(ФГБОУ ВО Сибирская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России) 
Шарифуллина Лилия Ринатовна, доцент, канд. хим. наук, 
(ФГБВОУ ВО «Академия гражданской защиты МЧС России  
имени генерал-лейтенанта Д.И. Михайлика») 
 
Рецензенты: Мнускина Юлия Владимировна, канд. хим. наук, доцент 
(ФГКОУ ВО «Донецкий институт ГПС МЧС России») 
Мочалова Татьяна Александровна, канд. биол. наук, доцент  
(Ивановской пожарно-спасательной академии ГПС МЧС России) 
 
 
Коваль, Ю.Н. Современная общая и неорганическая химия в пожарном деле [Текст]: 
учебное пособие / Ю.Н. Коваль, Л.В. Кондратьева, Л.Р. Шарифуллина — Железногорск: 
ФГБОУ   ВО   Сибирская пожарно-спасательная академия   ГПС   МЧС   России, 2024. — 
164 с.: ил. 
 
Учебное пособие посвящено вопросам современной общей и неорганической химии, 
предусматривает 
практическое 
освоение 
основных 
закономерностей 
протекания 
химических процессов; электрохимических процессов; свойств дисперсных систем, 
номенклатуру и способы применения огнетушащих веществ и составов. 
Пособие содержит справочные таблицы и материалы.  
Учебное пособие предназначено для очной формы обучения по специальности 
20.05.01 «Пожарная безопасность» и может использоваться в качестве дополнительной 
литературы для направления подготовки 20.03.01 «Техносферная безопасность». Учебное 
пособие написано таким образом, чтобы в соответствии с рабочей программой дисциплины 
«химия» способствовать формированию у обучающихся следующих компетенций: 
ПК8 Способность понимать основные закономерности процессов возникновения 
горения и взрыва, распространения и прекращения горения на пожарах, особенностей 
динамики пожаров, механизмов действия, номенклатуры и способов применения 
огнетушащих составов, экономических характеристик горючих материалов и огнетушащих 
составов на разных стадиях пожара. 
ПК-1.3. Способность понимать основные закономерности возникновения пожаровзрывоопасной среды в технологических аппаратах; 
ПК-1.4. 
Способность 
понимать 
основные 
закономерности 
процессов 
распространения и прекращения горения 
УДК 544(075) 
ББК 24.1я73 
 
 
 
 
 
© ФГБОУ ВО Сибирская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России, 2024 
© Коваль Ю.Н., Кондратьева Л.В., Шарифуллина Л.Р., 2024 
 
 
2 
 

ОГЛАВЛЕНИЕ 
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ ................................................................................. 6 
Введение 
................................................................................................................ 7 
РАЗДЕЛ 1. ВВЕДЕНИЕ В ОБЩУЮ ХИМИЮ ................................................... 8 
1.1 Введение в предмет. Основные понятия и законы химии 
......................... 8 
1.2 Общая характеристика химических элементов и их соединений 
........... 14 
1.3 Основы радиохимии .................................................................................... 20 
1.4 Химические технологии и экологическая безопасность ......................... 23 
1.5 Пожарная безопасность химически опасных объектов ........................... 25 
РАЗДЕЛ 2. ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПРОТЕКАНИЯ 
ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ........................................................................... 28 
2.1 Термодинамика химических процессов .................................................... 28 
2.1.1 Тепловой баланс процесса горения ..................................................... 28 
2.1.2 Расчет низшей теплоты горения ...................................................... 30 
2.1.3 Расчёты с применением термодинамических функций состояния 
30 
2.2 Элементы химической кинетики. Химическое равновесие .................... 31 
2.2.1 Скорость химической реакции ........................................................... 31 
2.2.2 Правило Вант-Гоффа. Уравнение Аррениуса 
................................... 32 
2.2.3 Химическое равновесие. Константа химического равновесия ....... 33 
2.3 Синтез веществ с помощью физических воздействий 
............................. 36 
2.4 Нестехиометрия и реакционная способность неорганических 
соединений 
.......................................................................................................... 40 
2.5 Физические средства воздействия на химические реакции .................... 44 
2.6 Ингибиторы и катализаторы горения ........................................................ 47 
2.6.1 Катализаторы горения ....................................................................... 47 
2.6.2 Ингибиторы горения ........................................................................... 49 
2.6.3 Применение катализаторов и ингибиторов в технологии порохов
 ......................................................................................................................... 53 
РАЗДЕЛ 3. XИМИЯ РАСТВОРОВ. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ. 
ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ ................................................................................ 56 
3.1 Процесс растворения. Коллигативные свойства растворов .................... 56 
3.1.1 Механизм образования растворов ..................................................... 56 
3 
 

3.1.2 Растворимость веществ. Факторы, влияющие на растворимость
 ......................................................................................................................... 63 
3.1.3 Способы выражения состава растворов ......................................... 67 
3.1.4 Коллигативные свойства разбавленных растворов ........................ 69 
3.1.5 Давление насыщенного пара растворителя над раствором. Закон 
Рауля ............................................................................................................... 75 
3.1.6 Коллигативные свойства растворов электролитов. 
Изотонический коэффициент Вант-Гоффа ............................................. 81 
3.2 Растворы электролитов 
................................................................................ 83 
3.2.1 Теория электролитической диссоциации .......................................... 83 
3.3 Основные дисперсные системы. Свойства и устойчивость коллоидных 
систем .................................................................................................................. 91 
3.3.1 Свойства дисперсных систем ............................................................ 91 
3.3.2 Мицеллярная теория строения коллоидных частиц ........................ 97 
3.3.3 Устойчивость и коагуляция дисперсных систем 
............................. 99 
3.3.4 Разрушение дисперсных систем 
......................................................... 99 
3.4 Окислительно-восстановительные реакции ............................................ 101 
3.5 
Элементы в аномальных степенях окисления ..................................... 106 
3.5 
Электрохимические процессы 
............................................................... 108 
РАЗДЕЛ 4. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ОГНЕТУШАЩИХ 
ВЕЩЕСТВ 
............................................................................................................ 112 
4.1 Огнетушащие порошки ............................................................................. 117 
4.2 Парогазовые огнетушащие вещества 
....................................................... 119 
4.3 Нанопорошки 
.............................................................................................. 123 
4.4 Антипирены на основе неорганических веществ ................................... 123 
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ........................................... 128 
ПРИЛОЖЕНИЕ А ............................................................................................... 132 
ЗАДАНИЯ К РАЗДЕЛУ 2.1 ТЕРМОДИНАМИКА ХИМИЧЕСКИХ 
ПРОЦЕССОВ 
....................................................................................................... 132 
ПРИЛОЖЕНИЕ Б ................................................................................................ 138 
ЗАДАНИЯ К РАЗДЕЛУ 2.2. ЭЛЕМЕНТЫ ХИМИЧЕСКОЙ КИНЕТИКИ. 
ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ ....................................................................... 138 
ПРИЛОЖЕНИЕ В 
................................................................................................ 148 
4 
 

ЗАДАНИЯ К РАЗДЕЛУ  2.5. ФИЗИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ВОЗДЕЙСТВИЯ 
НА ХИМИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ ........................................................................ 148 
ПРИЛОЖЕНИЕ  Г 
............................................................................................... 153 
ЗАДАНИЯ К РАЗДЕЛУ 3.1. ПРОЦЕСС РАСТВОРЕНИЯ. 
КОЛЛИГАТИВНЫЕ СВОЙСТВА РАСТВОРОВ; 3.2. РАСТВОРЫ 
ЭЛЕКТРОЛИТОВ ............................................................................................... 153 
ПРИЛОЖЕНИЕ  Д .............................................................................................. 160 
ЗАДАНИЯ  К РАЗДЕЛУ 3.3. ОСНОВНЫЕ ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ. 
СВОЙСТВА И УСТОЙЧИВОСТЬ КОЛЛОИДНЫХ СИСТЕМ .................... 160 
ПРИЛОЖЕНИЕ  Е 
............................................................................................... 163 
СТАНДАРТНАЯ ЭНТАЛЬПИЯ 
........................................................................ 163 
ПРИЛОЖЕНИЕ Ж .............................................................................................. 164 
КОНСТАНТЫ ДИССОЦИАЦИИ ..................................................................... 164 
 
 
 
 
 
5 
 

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ 
р – давление (удельная поверхностная сила) 
Т – температура (мера нагрева тела) 
m – масса 
∆ – знак изменений функции 
Mr – молекулярная масса 
ж – жидкий 
г – газообразный 
к – кристаллический 
тв. – твердый 
изб. – избыток 
конц. – концентрированный 
ПАВ – поверхностно-активные вещества 
разб. – разбавленный 
экв. – эквивалент 
 
 
6 
 

Введение  
Учебный план ФГБОУ ВО Сибирская пожарно-спасательная академия 
ГПС МЧС России и ФГБВОУ ВО «Академия гражданской защиты МЧС 
России имени генерал-лейтенанта Д.И. Михайлика» по специальности 
20.05.01 «Пожарная безопасность» и рабочая программа учебной дисциплины 
«Химия» предусматривают практическое освоение основных положений и 
законов неорганической химии.   
Основные теоретические положения по изучаемым темам доводятся до 
обучающихся на лекциях. Часть теоретических вопросов изучается 
самостоятельно, 
в 
частности 
для 
заочной 
формы 
обучения 
на 
самостоятельную работу отводится 114 часов. Главная отличительная 
особенность данного учебного пособия заключается в том, что в разделах 
обобщены 
актуальные 
в 
настоящее 
время 
научные 
результаты 
фундаментальных и прикладных исследований в области неорганической 
химии (теория растворов, мицеллярная теория строения коллоидных 
растворов, химия огнетушащих веществ).  
В учебном пособии акцентируется внимание на аспектах применения 
общих закономерностей для решения частных практических вопросов в 
разделе 
осваиваемой 
специальности. 
Одновременно 
достигается 
преемственность дисциплин (теория горения и взрыва, физико-химические 
основы развития и тушения пожара).  
В учебном пособии представлены вопросы и задания, которые 
обеспечивают активизацию учащихся и прочное усвоение знаний, формируют 
навыки самостоятельной работы. Учебное пособие поможет дать обоснования 
явлениям, с которыми приходится встречаться в пожарном деле. 
Учебное пособие предназначено для очной формы обучения по 
специальности 20.05.01 «Пожарная безопасность» и может использоваться в 
качестве дополнительной литературы для направления подготовки 20.03.01 
«Техносферная безопасность».   
7 
 

РАЗДЕЛ 1. ВВЕДЕНИЕ В ОБЩУЮ ХИМИЮ 
1.1 Введение в предмет. Основные понятия и законы химии 
Химия – это наука, изучающая структуру, состав и свойства веществ. 
Химия постоянно развивается как наука. Ранее химия считалась единой и 
целостной наукой, однако в конце XIX века произошли многочисленные 
открытия, что послужило толчком для ее дифференциации и деления на 
неорганическую и органическую химию. В данном учебном пособии мы 
рассмотрим непосредственно предмет неорганической химии, а также связь 
неорганической химии с пожарным делом.  
Предмет изучения неорганической химии – это периодический закон 
Д.И. Менделеева, химические элементы, входящие в разработанную Д.И. 
Менделеевым таблицу, а так же вещества, образованные этими элементами.  
На нынешнем уровне развития человечества химические открытия 
приобрели огромное практическое значение в самых разных сферах 
человеческой деятельности. Именно поэтому инновации в химической 
отрасли часто выступают не изолированно, а соотносятся с другими науками, 
таким как: химия процессов горения, физико-химические основы развития и 
тушения пожара, пожарная безопасность.  
В последнее десятилетие можно отметить, что произошло достаточное 
количество открытий и изобретений. Так, российские ученые синтезировали 
квазикристаллы, в которых атомы железа, меди и алюминия расположены в 
особом порядке. Добавляя данные кристаллы в резину и полимеры можно 
получить твердые вещества.  
В 2010 году российские ученые Андрей Гейм и Константин Новосёлов 
стали лауреатами Нобелевской премии за изобретение самого тонкого и 
прочного электропроводящего материала – графена. Графен состоит из слоя 
атомов углерода толщиной в один атом. Ученые уже предложили 
использовать графен в изготовлении современных сверхпрочных дорожных 
покрытий. 
8 
 

Ученые из Российского химико-технологического университета и 
Нижегородского 
государственного 
технологического 
университета 
разработали технологию, которая позволяет получать чистый аммиак с 
помощью мембранной очистки и современных абсорбентов. 
Основные определения и понятия в химии 
Химия – фундаментальная наука, инструмент исследования и познания 
процессов в живых системах. Она конкретна и имеет дело с веществами и 
мельчайшими частицами, которые нас окружают, а также определяет законы 
природы.  
Вещество – обладает массой покоя и обусловленными физическими 
свойствами. 
Свойства веществ – проявляются в их химических и физических 
изменениях (превращениях). В результате превращений вещества либо могут 
оставаться теми же самыми, либо образовывать новые.  
Атомно-молекулярное учение (Ломоносов М.В, 1741г.): 
1. все вещества состоят из молекул (корпускул); 
2. молекулы состоят из элементов (атомов); 
3. молекулы и атомы находятся в непрерывном, хаотичном движении; 
4. молекулы сложных веществ состоят из разных атомов, а простые 
вещества состоят из одинаковых.  
Атом – 
наименьшая 
частица 
химического 
элемента. 
Обладает 
химическими свойствами, которые определяют его строение. 
Химический элемент – вид атомов с одинаковым зарядом ядра. 
Существует в виде одиночных атомов (например, Al, Р, C), и в виде простых 
(Н2, N2) и сложных веществ (Н2О, СаСО3). 
Молекула – наименьшая частица вещества. Состав и химическое 
строение молекулы определяет химические свойства вещества. Может 
состоять из разного числа атомов (СО2, Н2).  
9 
 

Аллотропия – существование простых веществ в нескольких формах, 
разнообразных по свойствам и строению. Например: кислород О2 и озон О3 –
образует простое вещество, а кислород (O) химический элемент.  
Фундаментальные физические постоянные – постоянные величины, 
входящие в уравнения, описывающие фундаментальные законы природы и 
свойства материи. 
Масса атома (ma, кг; г) – чрезвычайно мала и составляет 10–27–10–25 кг. 
Атомная единица массы (а. е. м. или u) – принята для удобства расчета и 
равна 1/12 части массы изотопа углерода С12: 
 
1
1
1 а.е.м. = 
12  1,993  10–26 = 1,667  10–27 кг. 
12 𝑚12𝐶=
 
Относительная атомная масса элемента (Аr) – безразмерная величина. 
Индекс r — «relative» — относительный. Представляет собой отношение 
массы его атома ma(Э) к 1/12 массы атома С12. Численно равна величинам, 
указанным в периодической системе элементов Д.И. Менделеева: 
кг
𝑚𝑎(Э)
1
 
𝐴𝑟=
кг. 
(1) 
12𝑚2𝐶,    
 
Относительная молекулярная масса (Мr) – безразмерная величина. Это 
отношение массы молекулы вещества mм(в-ва) к 1/12 массы атома 12С:  
кг
𝑚𝑀(в−ва)
1
 
𝑀𝑟=
кг. 
(2) 
12𝑚12𝐶 
 
Количество вещества (n, моль) – физическая величина, определяемая 
числом структурных элементов системы (молекул, атомов, ионов).  
Моль вещества (N, моль) – количество, содержащее одно и то же число   
частиц.   В моле   вещества   содержится   6,02  1023     частиц (закон Авогадро 
NA, 1/моль): 
 
NA = 6,02  1023 1/моль. 
(3) 
 
 
 
10 
 

Молярная масса (М, г/моль; кг/кмоль) – масса одного моля вещества. 
Численно равна относительной молекулярной массе: 
𝑚
𝑉
𝑁
 
n = 
𝑀;               n =  
𝑉
𝑚 ;           n =  
𝑁𝐴 , 
(4) 
 
где V – объем газа или пара, л (м3); 
VM – молярный объем газа или пара, л/моль (м3/кмоль). 
Валентность (n, В) – способность атомов образовывать химические 
связи. Равна числу связей (например, в Н2S сера двухвалентна, водород имеет 
валентность I). 
Стехиометрические коэффициенты – коэффициенты, стоящие перед 
веществами в уравнении реакции.  
Закон сохранения массы вещества (М.В. Ломоносов, 1748г.; А.Лавуазье, 
1789г.): масса веществ, вступающих в реакцию, равна массе веществ, 
образующихся в результате реакции. 
Уравнение Эйнштейна (А.Эйнштейн, 1915г.) – определяет взаимосвязь 
массы и энергии: 
 
Е = m∙c2. 
(5) 
Закон постоянства состава (Ж. Пруст, 1801 г.): всегда имеет постоянный 
количественный и качественный состав всякое чистое вещество, независимо 
от способа его получения. 
Закон кратных отношений (Д. Дальтон, 1803г.): если два элемента 
образуют друг с другом несколько химических соединений, то количество 
одного элемента, соединяющееся с одним и тем же количеством другого, 
относятся друг к другу как небольшие целые числа (только для соединений 
молекулярного состава, например, для оксидов азота). Закон кратных 
отношений не соблюдается для соединений переменного состава, а также для 
соединений, которые состоят из большого числа атомов (например, 
углеводороды С18Н38 и С20Н42, где массы углерода и водорода соотносятся как 
целые числа, но их нельзя назвать небольшими числами). 
11 
 

Закон объемных отношений (Гей-Люссак, 1808г.): объемы вступающих 
в реакцию газов относятся друг к другу и к объемам образующихся 
газообразных продуктов как малые целые числа. 
Эквивалент (z) – это условная или реальная частица, которая в данной 
химической реакции эквивалентна одному атому или иону водорода, или 
одному протону, или одному электрону (по-другому, способна замещать или 
присоединять 1 грамм водорода). Это 1/z часть частицы (молекулы, атома). 
Если z = 1 (1 /1 = 1), то эквивалент идентичен самой частице (реальной частице 
– атому или молекуле). 
Например: 
HBr 
Эквивалент Br = 1 моль 
H2O 
Эквивалент О = 1/2 моль 
PH3 
Эквивалент Р = 1/3 моль 
SiH4 
Эквивалент Si = 1/4 моль 
Фактор эквивалентности (f) – обратная величина числу эквивалентов (z). 
Он и показывает, какая часть от реальной частицы эквивалентна иону или 
атому водорода, или одному электрону (в ОВР). Он принимает дробные 
значения: 1/2, 1/3, 1/4 и т. д. 
 
𝑓= 1
𝑧.  
(6) 
Закон эквивалентов (И. Рихтер, 1793 г.): массы реагирующих друг с 
другом веществ пропорциональны их эквивалентам. 
Молярный объем – объем, занимаемый молярной массой газообразного 
вещества. Молярный объем любого газа при нормальных условиях равен 
22,4 л. 
Нормальные условия: t0 = 0C; T0 = 273 K; 
p0 = 1 атм = 760 мм рт.ст. = 101,3 кПа = 105 Па = 0,1 Мпа. 
Эквивалентный объем – объем, занимаемый молярной массой 
эквивалента газообразного вещества. 1 моль водорода содержит два 
эквивалента. Объем молярной массы эквивалента водорода (1 г/моль) – 22,4/2 
12 
 

= 11,2 л. 1 моль кислорода содержит четыре эквивалента. Объем молярной 
массы эквивалента кислорода (8 г/моль) 22,4/4 = 5,6 л. 
Химический эквивалент элемента (соединения) – такое количество (в 
молях), которое взаимодействует с 1 моль атомов водорода или замещает это 
же количество атомов водорода в химических соединениях (моль). 
Молярная масса эквивалента (M1/z, г/моль) – масса одного моля 
эквивалента вещества, равная произведению фактора эквивалентности на 
молярную массу вещества: 
 
𝑀экв(х) = 𝑀(1/𝑧) = 𝑓
экв × 𝑀(𝑥). 
(7) 
Эквивалентная масса, (г/моль или кг/кмоль) – масса одного эквивалента. 
Массы реагирующих без остатка веществ. Пропорциональны их эквивалентам 
или молярным массам эквивалентов: 
=
, 
(8) 
 
𝑚(𝐴)
𝑚(𝐵)
𝑀(1/𝑧𝐴)
𝑀(1/𝑧𝐵)
где M(1/zA) и M(1/zB) – эквивалентные массы реагирующих или образующихся 
веществ, 
z – зависит от класса соединения: 
M(1/z) (оксида) = М оксида / число атомов кислорода·2; 
M(1/z) (основания) = М основания / кислотность основания; 
M(1/z) (кислоты) = М кислоты / основность кислоты; 
M(1/z) (соли) = М соли / число атомов металла валентность металла. 
В 
большинстве 
случаев 
кислотность 
основания 
равна 
числу 
гидроксильных групп в формуле основания, а основность кислоты равна числу 
атомов водорода в формуле кислоты. 
Теоретическую 
эквивалентную 
массу 
можно 
вычислить 
по 
соотношению:  
 
𝑀(1/𝑧)т =
𝐴𝑧
валентность 
(9) 
где Аz – атомная масса взятого металла, г/моль. 
13