ХИМИЯ (ОСНОВЫ ЕДИНОЙ ХИМИИ) Ngenix
←
→
Транскрипция содержимого страницы
Если ваш браузер не отображает страницу правильно, пожалуйста, читайте содержимое страницы ниже
Б А К А Л А В Р И А Т О.С. Сироткин, Р.О. Сироткин ХИМИЯ (ОСНОВЫ ЕДИНОЙ ХИМИИ) Рекомендовано Экспертным советом УМО в системе ВО и СПО в качестве учебника для всех направлений бакалавриата и магистратуры КНОРУС • МОСКВА • 2019
УДК 54.(03)
ББК 24.1
С40
Рецензенты:
О.В. Михайлов, проф. кафедры аналитической химии, сертификации и менеджмента
качества Казанского национального исследовательского технологического уни-
верситета, заслуженный деятель науки РТ, академик РАЕ, д-р хим. наук, проф.,
В.Ф. Строганов, заведующий кафедрой химии и инженерной экологии КГАСУ,
заслуженный деятель науки РТ и РФ, почетный член РААСН, д-р хим. наук, проф.
Сироткин, Олег Семенович.
С40 Химия : учебник / О.С. Сироткин, Р.О. Сироткин. — Москва : КНОРУС,
2019. — 364 с. — (Бакалавриат).
ISBN 978-5-406-06688-1
Обобщены современные начала общей и неорганической химии с опорой на
ряд базисных научных химических инноваций. Это система базовых химических
понятий, основные положения теории химического строения вещества А.М. Бут-
лерова, положенные в основу единой теории строения химических соединений
(ЕТСХС), единая модель химической связи элементов и Система химических
связей и соединений (СХСС), объединяющая базовые гомо- и гетероядерные
классы химических соединений. В результате главным достоинством настоящего
труда является более точное по сравнению с традиционными учебниками раскры-
тие индивидуальности предмета химии и фундаментальных отличительных черт
этой дисциплины от других естественных наук (физики и т.д.). Учебник удачно
сочетает системность и универсальность подходов к изложению основных классов
химических соединений и разделов этой важнейшей естественнонаучной и учебной
дисциплины. Особое внимание отведено раскрытию химического смысла явлений,
изучаемых в этой дисциплине, раскрывающих специфику материального объекта
исследования этой науки в виде химического соединения элементов (химического
вещества), ее предмета, особенностей химической структуры вещества, свойств
(химические превращения и т.д.) и областей практического использования.
Соответствует ФГОС ВО последнего поколения.
Рекомендован в качестве универсального руководства при изучении фундаменталь-
ных основ современной общей и неорганической химии для студентов бакалавриата
и магистратуры всех направлений и специальностей.
УДК 54.(03)
ББК 24.1
Сироткин Олег Семенович
Сироткин Ростислав Олегович
ХИМИЯ
В авторской редакции
Изд. № 18201. Формат 60×90/16. Гарнитура «TNR».
Усл. печ. л. 23,0. Уч.-изд. л. 21,85.
ООО «Издательство «КноРус».
117218, г. Москва, ул. Кедрова, д. 14, корп. 2.
Тел.: 8-495-741-46-28.
E-mail: office@knorus.ru http://www.knorus.ru
Отпечатано в АО «Т8 Издательские Технологии».
109316, г. Москва, Волгоградский проспект, д. 42, корп. 5.
Тел.: 8-495-221-89-80.
© Сироткин О.С., Сироткин Р.О., 2019
ISBN 978-5-406-06688-1 © ООО «Издательство «КноРус», 2019ОГЛАВЛЕНИЕ Предисловие ................................................................................................................. 6 Глава 1. ВВЕДЕНИЕ В СОВРЕМЕННУЮ ХИМИЮ ........................................ 16 1.1.Основные этапы становления химической науки .............................................. 16 1.2. Современные проблемы и перспективы развития химии ................................ 22 1.2.1. Проблемы современного этапа развития химии ............................................ 23 1.2.2. О перспективах развития химии в XXI веке................................................... 31 1.3. Система фундаментальных понятий химии ..................................................... 38 Контрольные вопросы ................................................................................................ 45 Литература ................................................................................................................. 45 Глава 2. ХИМИЯ В СИСТЕМЕ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ .................................... 47 2.1. Концептуальное введение к современному изучению строения вещества и материи ........................................................................................................................ 47 2.2. Общая характеристика форм и уровней организации материи и вещества ....... 53 2.3. Уровни организации вещественной материи микромира ................................ 56 2.4. Виды фундаментального взаимодействия элементов, составляющих различные материальные объекты в системе естествознания ................................ 63 2.5. Отличия и взаимосвязь размерно-массовых и энергетических характеристик различных уровней организации вещества .................................... 67 2.6. Парадигма многоуровневой организации материи как естественная основа классификации наук в зависимости от положения в системе Мироздания исследуемых ими материальных объектов ............................................................... 73 2.7. Химия в мире Земли и в жизнеобеспечении человечества .............................. 83 Контрольные вопросы ................................................................................................ 94 Литература ................................................................................................................. 95 Глава 3. ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ .......................................................................... 97 3.1. Химические и физические связи элементов вещества ..................................... 97 3.1.1. Специфика движущей силы, механизма образования и природы химической связи ........................................................................................................ 97 3.1.2. Химический элемент ....................................................................................... 108 3.1.3. Сравнительная характеристика физических и химических типов связей ..... 116 3.1.3.1. Характеристика ван-дер-ваальсовых и водородных связей ..................... 116 3.1.3.2. Критерии отнесения связей к химическому типу ..................................... 122 3.2. Сравнительная характеристика ковалентной, металлической и ионной разновидностей химической связи .......................................................................... 123 3.2.1. Разновидности химической связи .................................................................. 125 3.2.1.1. Ковалентная связь ........................................................................................ 125 3.2.1.2. Металлическая связь .................................................................................... 128 3.2.1.3. Ионная связь ................................................................................................. 131 3.2.2. Теории химической связи ............................................................................... 134 3.2.2.1. Ионная теория ............................................................................................... 137
3.2.2.2. Метод валентных связей .............................................................................. 137 3.2.2.2.1. Валентность................................................................................................ 138 3.2.2.2.2. Свойства и характеристики связи ............................................................ 139 3.2.2.3. Метод молекулярных орбиталей ................................................................ 141 3.2.2.4. Зонная теория ................................................................................................ 144 Контрольные вопросы ............................................................................................. 146 Литература ............................................................................................................... 147 Глава 4. ЕДИНАЯ ТЕОРИЯ ХИМИЧЕСКОЙ СВЯЗИ .................................... 149 4.1. Обоснование возможности единого подхода к описанию трех разновидностей химической связи .......................................................................... 152 4.2. Единая модель химической связи ..................................................................... 158 4.3. Промежуточные (смешанные) типы химической связи ................................. 165 4.3.1. Химическая связь в гомоядерных соединениях элементов ........................ 169 4.3.1.1. Особенности локализации – делокализации ОЭ ...................................... 169 4.3.1.2. Количественная оценка соотношений ковалентности и металличности гомоядерных химических связей ............................................................................. 173 4.3.2. Химическая связь в гетероядерных соединениях элементов ...................... 178 4.3.2.1. Особенности локализации-делокализации ОЭ ......................................... 178 4.3.2.2. Количественная оценка соотношений ковалентности, металличности и ионности гетероядерных химических связей ...................................................... 181 4.4. Валентные (обобществленные) электроны и величина химических компонент связи элементов в гомо- и гетероядерных соединениях .................... 187 Контрольные вопросы ............................................................................................. 193 Литература ............................................................................................................... 194 Глава 5. СИСТЕМА ХИМИЧЕСКИХ СВЯЗЕЙ И СОЕДИНЕНИЙ ............. 197 5.1. История попыток систематизации связей, предшествующих созданию системы, объединяющей химические вещества .................................................... 198 5.2. Система химических связей и соединений (СХСС) в виде «Химического треугольника» ............................................................................................................ 205 5.3. Структура и свойства химических соединений в зависимости от положения связей их образующих в СХСС ............................................................ 212 5.3.1. Общие закономерности изменения структуры и свойств химических веществ в зависимости от их положения в СХСС ................................................. 212 5.3.2. Структура и характеристические свойства химических соединений с преобладанием одной из трех химических компонент связи ............................ 217 5.4. Характеристика межмолекулярных взаимодействий как остаточных (вторичных) от типа химической связи элементов ................................................ 220 5.4.1. Межмолекулярные взаимодействия в гомоядерных молекулах ................ 223 5.4.2. Межмолекулярные взаимодействия в гетероядерных молекулах.............. 225 5.5. О взаимосвязи химических и физических взаимодействий в структуре вещества в рамках СХСС .......................................................................................... 232 Контрольные вопросы ............................................................................................. 236 Литература ............................................................................................................... 237
Глава 6. ХИМИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ......................................................... 241 6.1. СХСС и основы единой классификации химических соединений ............... 242 6.2. Общая характеристика основных классов, типов и групп химических соединений ................................................................................................................. 247 6.2.1. Гомоядерные химические соединения .......................................................... 247 6.2.1.1. Общая характеристика химического строения ......................................... 249 6.2.1.2. Влияние химических компонент связи на структуру и свойства ........... 256 6.2.2. Гетероядерные химические соединения ....................................................... 268 6.2.3. Факторы, определяющие тип химической связи, структуры и свойств химических веществ .................................................................................................. 278 6.2.4. Закономерности изменения длины и энергии связи в гомо- и гетероядерных соединениях в зависимости от СК, СМ и СИ .............................. 292 Контрольные вопросы ............................................................................................. 297 Литература ............................................................................................................... 299 Глава 7. ХИМИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ И ПРЕВРАЩЕНИЯ ........................... 301 7.1.Общая характеристика химических реакций и превращений ........................ 301 7.2. Классификация химических реакций и превращений .................................... 304 7.3. Основные закономерности химических процессов ........................................ 308 7.3.1. Химическая термодинамика ........................................................................... 308 7.3.2. Химическая кинетика ...................................................................................... 311 7.3.3. Химическое равновесие .................................................................................. 315 7.4. Агрегатные состояния вещества. Многокомпонентные системы ................. 317 7.4.1. Растворы электролитов и неэлектролитов .................................................... 321 7.4.2. Гидролиз солей ................................................................................................ 324 7.5. Специфика химической природы и свойств веществ, а также тепловые эффекты химических реакций .................................................................................. 325 7.5.1. Окислительно-восстановительные свойства ................................................ 326 7.5.2. Кислотно-основные свойства ........................................................................ 328 7.5.3. Тепловые эффекты химических реакций ...................................................... 332 7.6. Особенности реакций образования и превращений макромолекул ............. 336 Контрольные вопросы ............................................................................................. 342 Литература ............................................................................................................... 343 Глава 8. ТЕОРИЯ СТРОЕНИЯ ХИМИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ .............. 345 8.1. О теории химического строения вещества А.М. Бутлерова .......................... 347 8.2. Основные химические постулаты и положения единой теории строения химических соединений (ЕТСХС) ........................................................................... 354 Контрольные вопросы ............................................................................................. 360 Литература ............................................................................................................... 360 Сведения об авторах ............................................................................................... 362
Выдающемуся представителю казанской
химической школы, показавшему,
что молекула — не механическая сумма атомов,
а новое качественное образование и результат
химического их взаимодействия, при котором атомы,
влияя друг на друга, изменяют свою структуру,
и первому ученому-естественнику, заложившему
основу теории «химического строения» веществ,
Александру Михайловичу Бутлерову посвящается
ПРЕДИСЛОВИЕ
«…не напору нового, но бессилию старого
обязаны мы сменой научных парадигм»
А.Н. Вяльцев
Неудовлетворенность состоянием представлений об уровне научного
знания о специфике химической природы вещества, накопленного к началу
XXI века [1–6] и соответствующего его изложения в отечественной и зару-
бежной литературе по химии возникла у авторов данного учебника еще в
1980–1990 годах прошлого века. Именно тогда они сделали первую попытку
наполнения химическим содержанием понятия «металличность» связи как
степени делокализации валентных или в широком смысле – обобществлен-
ных электронов (ОЭ) вдоль оси Х, перпендикулярной оси Y, соединяющей
центры ядер химически связанных элементов. Это, и обеспечивает, по наше-
му мнению, в дополнение к понятию «ковалентность» связи, постепенное
преобразование ковалентного взаимодействия элементов в металлическую
разновидность химической связи элементов, характеризуемую противопо-
ложными ковалентной связи свойствами (ненаправленность, ненасыщае-
мость и т.д.). Ведь понятие «ковалентность» всегда предполагало образова-
ние направленной и насыщаемой связи, ввиду локализации ОЭ в межъядер-
ном пространстве между химически связанными элементами. Причем, тогда
же впервые их количественную оценку, авторы сделали через степень метал-
личности (См) и ковалентности (Ск), на примере гомоядерных химических
связей атомов Периодической системы Д.И. Менделеева, образующих так
называемые «простые» вещества, с использованием значений электроотрица-
тельности и потенциалов ионизации элементов [1].
Затем в 1996 и 1997 годах в Казанском химико-технологическом уни-
верситете по инициативе первого автора настоящего учебника (профессора
О.С. Сироткина) был проведен ряд круглых столов «Современная концепция
химического образования (научные основы преподавания химических дис-
циплин)» на которых вскрылась сложность проблем преподавания химии как
единой фундаментальной научной дисциплины. Учитывая заслуги универси-
тета в создании фундаментальных учебников по общей и неорганической
6химии (профессор Н.С. Ахметов и др.) и современные проблемы в ее изло-
жении, были высказаны рекомендации о необходимости написания учебника
по химии нового поколения. Но, к сожалению, тогда не был найден консен-
сус между сторонниками фундаментальных физических квантовомеханиче-
ских и классических химических подходов в изложении химии. В итоге рек-
торат, в лице профессора С.Г. Дъяконова, поставил задачу написания нового
учебника по химии перед учениками Н.С. Ахметова. Однако до сих пор,
насколько нам известно, ничего нового в химико-технологическом универси-
тете в этом направлении сделано не было.
Со временем, после более 20 летней системной работы авторов в этом
направлении, стало понятно, что подавляющее число учебников по химии до
сих пор, по сути, не раскрывают индивидуальность и фундаментальность объ-
екта и предмета этой науки. И, самое главное, не показывают фундаментальных
различий объекта и предмета химии и физики. Основанием для данного вывода
является осознанное понимание того факта, что традиционное изложение хи-
мии конца XX и начала XXI века не опиралась на единые универсальные и об-
щепризнанные теории химической связи и строения химических веществ, а
также систему, объединяющую все многообразие гомо- и гетероядерных хими-
ческих соединений (простых и сложных химических веществ) в единое целое.
Например, подобно Периодической системе Д.И. Менделеева (ПС), объединя-
ющей известные и неизвестные в свое время индивидуальные атомные веще-
ства (физические соединения элементарных частиц).
Отметим, что большинство используемых сегодня в вузах РФ класси-
ческих учебников по химии, написанных такими авторитетными и уважае-
мыми всеми учеными и педагогами как профессора Н.Л. Глинка, Я.А Угай,
Н.С. Ахметов, Н.В. Коровин и т.д. очень информативны. Они содержат
огромный объем важной эмпирической, но смешанной химической, физиче-
ской, биологической и другой научной информации о веществах их свой-
ствах и превращениях. Это же можно сказать, и о зарубежных учебниках,
например: Хаускрофт К., Констебль Э. Современный курс общей химии. В 2-
х т. Т.1; пер. с англ. М.: Мир, 2002. 540с. и т.д. В качестве учебника, удачно
раскрывающем практическую значимость химии в жизнеобеспечении чело-
вечества (энергия, материалы и т.д.), с упором на подготовку студентов в об-
ласти энергетики, авторы отмечают труд Н.В. Коровина: Общая химия. М.:
Высшая школа, 2000. – 559 с.
В большинстве этих учебников справедливо утверждается, что различ-
ные формы движения материи изучаются разными науками: физикой, хими-
ей, биологией и другими дисциплинами. Отмечается также возможность пе-
рехода одних форм движения материи и соответственно разновидностей ве-
щества в другие их типы. Например, механическая форма движения матери-
альных тел (при трении дерева друг об друга или ударе кремния или голыша
друг о друга) может переходить в химическую форму (горение древесины
или ваты) и далее тепловую. Или электрическая форма движения материи
при ударе молнии в дерево переходит в химическую (горение целлюлозы) и
7далее тепловую. В свою очередь, тепловая форма движения материи может
переходить в химическую при обжиге глины и получении керамики или в
механическую через пар, вращающий турбину и далее в электрическую фор-
му движения материи на тепловых электростанциях.
Но затем в процессе изложения всего огромного количественного мате-
риала, представленного в этих учебниках, именно раскрытие специфики хи-
мической формы движения материи в отличие от физической и других ее
разновидности и не достигается. Основная причина этого заключается в том,
что сегодня образование в целом, включая и химическое, все больше дает
школьникам и студентам частные и избыточные эмпирические знания, в
ущерб фундаментальным, системным и необходимым. Это особенно заметно
в плане раскрытия индивидуальности химической науки.
А поэтому авторы настоящего учебника берут на себя ответственность
утверждать, что большинство из широко используемых сегодня на практике
традиционных учебников не раскрывают специфику химической формы
движения и превращения химического вещества в отличие от физических,
биологических и других его разновидностей.
Например, в том же упомянутом учебнике Н.В. Коровина (как и в
большинстве других) при раскрытии специфики предмета химии приводятся
утверждения, которые по существу уже давно устарели. При этом они не
только не отвечают на поставленные студентами вопросы, но и наоборот ис-
кажают объективную материалистическую реальность о существе этой
науки. Об этом еще в 1967 говорил в своей фундаментальной монографии
«Эволюция представлений об основных законах химии» (М.: Наука, 1967,
310 с.) д.х.н, профессор В.И. Кузнецов, критикуя и квалифицируя как уста-
ревшее, но используемое до сих пор определение химии. Ведь давая такое
традиционное, но неконкретное и очевидно устаревшее определение, что
«химия – это наука о веществах и законах их превращений», авторы не учи-
тывают, что есть вещества химические (гомо- и гетероядерные соединения
элементов), физические (элементарные частицы, атомы), биологические
(клетка и т.д.) и т.д. И поэтому химия не может претендовать на все разно-
видности веществ и их превращений. То есть это определение химии не рас-
крывает специфику материального объекта исследования химии и соответ-
ственно искажает содержание предмета этой науки.
А далее повторяется общеизвестное, но не точное и абстрактное опре-
деление понятия химического элемента, как «вид атомов с одинаковым заря-
дом ядра». А ведь, по мнению А.М. Бутлерова, П.М. Зоркого и других иссле-
дователей, включая авторов данного учебника, индивидуальных атомов в ре-
альных химических веществах нет. В результате во многих учебниках умуд-
ряются утверждать, например, что «Для элементов II группы характерны
низкая температура плавления и высокая летучесть», а в клетках ПС Д.И.
Менделеева рядом с атомами указываются температуры кипения, плавления
и т.д. Но разве у химического элемента и тем более, у индивидуального ато-
ма могут быть такие характеристики? И интересно как их измерили? Ведь
8они не являются химическими веществами, используемыми на практике и
имеющими эти характеристики.
А далее традиционно ошибочно утверждается, что «атом – это
наименьшая частица химического элемента, сохраняющая все его химиче-
ские свойства». Ну, во-первых, утверждение, что размер атома всегда меньше
размера химического элемента не соответствует действительности. Ведь в
ионном соединении, типа NаCI, химический элемент в виде катиона Nа +, по
размеру не больше, а меньше атома Nа, а анион CI– действительно больше
атома CI. И, во-вторых, сегодня совершенно очевидно, что индивидуальный
атом не может иметь собственно химических свойств, в принципе, и тем
более их сохранять, так как он не имеет химической структуры по А.М. Бут-
лерову. Ведь свойство всегда является функцией структуры вещества. И, ес-
ли данная атомарная (физическая) разновидность вещества состоит из эле-
ментов (элементарных частиц), не связанных химической связью и, соответ-
ственно не обладает, химической структурой, то она очевидно также и не
может обладать собственно химическими свойствами.
Ну и как следствие, далее окончательно искажается смысл важнейшего
классического химического понятия – молекулы. Ведь в результате к молеку-
лярным химическим веществам часто относят с одной стороны только
«наименьшую частицу индивидуального вещества» (а что делать с макромо-
лекулой, ведь назвать ее наименьшей не получиться). А с другой стороны,
молекулами умудряются называть и любые другие разновидности химиче-
ских соединений, в том числе, металлические и ионные химические соедине-
ния и даже одноатомные инертные газы, типа аргона? Таким образом, дела-
ется принципиальная ошибка, которая противоречит смыслу атомно-
молекулярного учения (1860г) как двухуровневому взгляду на строение веще-
ства, указывающего на фундаментальную разницу в структуре и свойствах
этих физических (атомов) и химических (молекулярных) разновидностей ве-
щества. В результате в этих учебниках обычно не раскрывается специфика
молекулярных химических соединений элементов, связанных преимуще-
ственно ковалентной связью, в отличие от немолекулярных ионных и метал-
лических соединений. А ведь, еще в 1848 году французский химик Ш. Жерар
в своем учебнике «Введение к изучению химии по унитарной системе» обос-
новал принципиально новое учение о молекуле как единой целостной систе-
ме – «унитарной системе», четко разграничив понятия атома и молекулы. И
затем великий немецкий химик Вильгельм Оствальд создал трехтомный
учебник химии, в котором слово атом не упоминается ни разу!
Поэтому не удивительно, что сегодня в XXI веке авторы настоящего
учебника затрудняются привести примеры учебников по химии, где прямо ста-
виться ставится вопрос о поиске химического (а не физического) смысла, в том
или ином разделе этой науки. Еще сложней найти труды, где делается попытка
показать фундаментальность различий в элементном составе и типе связи,
структуре и свойствах химических веществ и их превращений (или химической
формы движения) в отличие от физических веществ, типа элементарных частиц
9или атомов. А поэтому и студентам часто преподносят в качестве аксиомы, что
атом это объект исследования химии и он обладает химическими свойствами,
ошибочно полагая под ними способность атомов в процессе межуровневого
физико-химического, а не собственно химического превращения, образовывать
молекулы. Ну и далее в учебниках используются такие некорректные термины
как «ядерная химия» и т.д. Например, в учебнике уважаемого нами профессора
и учителя Н.С. Ахметова (Общая и неорганическая химия, М: Высшая школа,
1988) на 12 странице обосновывается, что «…при химических превращениях
веществ ядро не изменяется», а уже на 13 странице того же учебника утвержда-
ется, что «Закономерности превращения ядер химических элементов изучает
ядерная химия». Но ведь ядерные превращения это объект изучения физики, а
не химии, так как в них происходит превращение веществ не на химическом
уровне организации материи, а на атомарном – физическом. И как тут не запу-
таться не только студенту, но и многим современным ученым и молодым педа-
гогам.
То же самое можно сказать и о школьных учебниках по химии. Напри-
мер, критикуя устаревшие подходы преподавания химии д.х.н. Г.В. Лисичкин в
своей статье «Химия, школа, учебник» (Химия и жизнь, 2015, № 11, с. 46–50)
отмечает, что все традиционные и изданные в последнее время в РФ учебники
по химии систематизируют материалы по классической немецкой схеме, при-
нятой еще в довоенные годы. При этом он отмечает, что некоторые ученые в
качестве современного подхода в изложении химии в 8 классе предлагают при-
вести в начале учебника уравнение Шредингера и из него вывести все осталь-
ное. Но реалии таковы, что общение профессора О.С. Сироткина со школьными
преподавателями по химии на IV Всероссийской (2013) и затем на V Междуна-
родной научно-практической конференции «Инновации в преподавании хи-
мии» (2014), проводимой кафедрой химического образования химического ин-
ститута им. А.М. Бутлерова Казанского федерального университета показало,
что эти преподаватели действительно не понимают фундаментального суще-
ства химии и отличий этой дисциплины от физики. Они вынуждены повторять
вышерассмотренные ошибки, часто не понимая, что не все химические веще-
ства имеют молекулярную структуру, дают давно устаревшее определение хи-
мии, рассмотренное выше, думают, что атом это объект изучения химии и т.д.
Но ведь это их беда, переносимая на школьников, а не вина, так как их учат по
давно устаревшим учебникам. Но классические химические школы, в силу тра-
диционного консерватизма, неохотно принимают новые идеи.
Например, выступление того же О.С. Сироткина с анализом сложив-
шейся ситуации и конкретными предложениями по совершенствованию пре-
подавания химии на упомянутых выше конференциях привело к тому, что в
2016 организаторы отказались от химического формата их проведения. И по-
этому не случайно такое преподавание химии уже приводит к крайне нега-
тивным результатам в химическом образовании. Иллюстрацией критичности
сложившейся ситуации может служить мнение «тысяч учащихся специали-
зированного учебно-научного центра (СУНЦ) имени академика
10А.Н.Колмогорова при МГУ (в свою очередь, имени основоположника отече-
ственной химической науки – М.В. Ломоносова), которые хором считают:
«Химия – не наука»!». Это мнение приведено в статье С. Березинской в 4-м
номере журнала «Химия и жизнь – XXI век» (1998, с.70).
Однако сегодня в XXI веке уже совершенно очевидно, что это уста-
ревший взгляд на свойства атома, так как индивидуальный атом, не имея
химического строения по А.М. Бутлерову, обладать собственно химически-
ми свойствами, не может в принципе. Ведь свойство всегда определяется
структурой вещества. И основная причина вышеперечисленных ошибок, это
использование в этих учебниках устаревших парадигм и взглядов на строе-
ние вещества, типа «все вещества состоят из атомов», связанных с отстава-
нием современного материалистического эволюционного развития теорий
строения материи и вещества и нарушения фундаментального научного
принципа первичности материи над сознанием.
Именно ликвидации этих фундаментальных недостатков и были в зна-
чительной степени посвящены научные исследования авторов данного учеб-
ника, которые и положены в современную методологию изложения единых
основ химии (теория единой химии) излагаемых в данном труде.
Отметим, что многие идеи и научные результаты, лежащие в основе
предлагаемой методологии изложения химии, были получены в течение дли-
тельного периода времени (приблизительно начиная с 1985 г. по настоящее
время). Вначале во время работы и учебы авторов на кафедре «Химическая
технология пластмасс» (основатель кафедры, ее многолетний заведующий,
профессор, д.х.н., заслуженный деятель науки и техники РТ и РФ, Евгений
Васильевич Кузнецов) в Казанском химико-технологическом институте –
КХТИ (ныне Технологический университет – КНИТУ), а затем, уже с 2001
года уже на кафедрах «Материаловедение и технологии материалов» и «Хи-
мия» Казанского государственного технологического университета (КГЭУ).
Основные обобщения авторов приведены в ряде нижеприведенных статьях,
монографиях, учебных пособиях и учебниках [1–25].
Однако перевести накопленное химическое количество в новое фундамен-
тальное качество оказалось совсем непросто и поэтому лишь приблизительно че-
рез четверть века после формулировки основной проблемы химии на пороге XXI
века [2] и апробации полученных результатов, в том числе и в материаловедении,
авторы, наконец, решились на написание данного учебника. Ведь фактически в
настоящем учебнике авторы решились на смену традиционной фундаментальной
парадигмы изложения химии, перенеся центр тяжести при раскрытии ее сущно-
сти с атомистики Дальтона – Менделеева на фундаментальные идеи Ш. Жера-
ра и В. Оствальда, рассматривающих молекулу как унитарную систему, отлич-
ную от атома, а также теорию химического строения вещества А. Бутлерова.
При этом авторы, опираясь на единую модель химической связи и Систему хи-
мических связей и соединений (СХСС) в виде «Химического треугольника» эво-
люционно трансформировали последнюю в единую теорию строения химиче-
ских соединений, заложив основы теории единой химии.
11Отметим также, что закладываемая в данном учебнике новая методоло-
гия изложения химии в итоге должна опираться на симбиоз двух фундамен-
тальных парадигм в оценке факторов определяющих свойства вещества:
менделеевской («состав-свойство») и бутлеровской («химическое строение-
свойство»). Эта современная химическая парадигма представляет собой сле-
дующую логическую цепочку понятий «состав и тип химической связи эле-
ментов – химическое строение – свойство». При этом сегодня в рамках бут-
леровской парадигмы необходимо учитывать, что состав химического соеди-
нения представляют не индивидуальные атомы, а химические элементы в ви-
де ядер или атомных остовов.
Сложность стоящей перед авторами задачи по изложению химии в
рамках изложенной выше новой парадигмы наложила отпечаток и на моно-
графическую форму изложения материала данного учебника. Она заключает-
ся в необходимости в этом первом издании особое внимание уделить обосно-
ванию, расшифровке и сравнительному анализу терминов, теорий и обобще-
ний, применяемых в традиционных и настоящем учебниках, что сопровожда-
ется достаточно частыми ссылками на оригинальную литературу. Хотя это
принято делать в основном в монографиях. И поэтому в настоящем учебни-
ке- монографии, с учетом ограничений по объему в печатных листах, авто-
рам удалось обобщить лишь базовый фактический материал по современным
началам общей и неорганической химии. А поэтому со временем будет необ-
ходимо расширить содержание настоящего учебника с более полным рас-
крытием традиционных разделов общей и неорганической химии, а также
включением в него глав и разделов по теории химических процессов, раз-
личным агрегатным состояниям веществ, химии элементов, высокомолеку-
лярным и комплексным соединениям и т.д.
Выпускник, освоивший программу бакалавриата, должен обладать сле-
дующими общепрофессиональными компетенциями:
способностью представлять адекватную современному уровню зна-
ний научную картину мира на основе знания основных положений, законов и
методов естественных наук (ОПК-1);
способностью осуществлять поиск, хранение, обработку и анализ
информации из различных источников и баз данных, представлять ее в тре-
буемом формате (ОПК-2);
способностью выявлять естественно-научную сущность проблем,
возникающих в ходе профессиональной деятельности (ОПК-3);
способностью учитывать современные тенденции развития химии,
техники и технологий в своей профессиональной деятельности (ОПК-4);
способностью обрабатывать и представлять данные эксперименталь-
ных исследований (ОПК-5);
способностью собирать, обрабатывать, анализировать и систематизи-
ровать научно-техническую информацию по тематике исследования (ОПК-6).
В результате освоения содержания данного учебника химии студенты
должны:
12знать: проблемы и перспективы развития химии XXI века, материаль-
ный объект и особенности предмета исследования в химии, положение хи-
мического вещества в системе Мироздания, значимость химии в мире Земли
и в жизнеобеспечении человечества, особенности химической связи элемен-
тов и критерии отнесения к этому типу взаимодействия, теории разновидно-
стей химических связей, единую модель химической связи и систему хими-
ческих связей и соединений (СХСС), основные классы гомо- и гетероядер-
ных химических соединений и влияние на их структуру и свойства соотно-
шения компонент, особенности химических реакций и положения единой
теории строения химических соединений;
уметь: различать особенности химического, физического и других вза-
имодействий в различных видах вещества и материальных тел; показать ин-
дивидуальность химического вещества и химии в целом в отличие от других
наук, количественно оценивать соотношения химических компонент гомо- и
гетероядерных связей элементов, прогнозировать структуру и свойства моле-
кулярных и немолекулярных гомо- и гетероядерных соединений в зависимо-
сти от соотношения химических компонент связей и их положения в СХСС,
раскрывать химический смысл особенностей строения, окислительно-
восстановительных, кислотно-основных и других свойств соединений (вклю-
чая типы химических реакций, экзо- и эндотермичность процессов превра-
щения веществ и т.д.);
владеть: терминологией и системой фундаментальных понятий химии;
навыками и методологией прогнозирования химической структуры и свойств
различных гомо- и гетероядерных соединений и металлических и неметалли-
ческих химических веществ на их основе; навыками применения полученной
информации для обоснованного использования в конструировании химиче-
ской структуры вещества с целью управления его свойствами, включая реак-
ционную способность и оценки типа химической реакции превращения его в
вещество с другим химическим строением и комплексом требуемых новых
свойств.
Отметим, что развиваемая в настоящем учебнике новая идеология по
изложению основных разделов современной химии были успешно апробиро-
вана авторами в преподаваемых ими курсах по общей и неорганической хи-
мии, химии высокомолекулярных соединений, технологии полимеров и ма-
териаловедению целом. Эта идеология и эволюция ее развития изложена
также в учебных пособиях и учебниках, изданных в разных издательствах
Казани и Москвы, начиная с 1992 года [6, 11, 12, 18–25], а также в моногра-
фии, посвященной анализу интегрально-дифференциальных основ современ-
ной концепции естествознания [26], позволившей конкретизировать положе-
ние химического вещества в системе Мироздания.
Авторы считают необходимым выразить благодарность всем коллегам,
единомышленникам и оппонентам по Казанской химической научной школе,
а также ученым из КНИТУ (КХТИ), РХТУ им. Д.И. Менделеева, КФУ, МАИ,
МЭИ, МВТУ им. Баумана, Саратовского, Тольятинского, Нижегородского,
13Уфимского, Самарского, Белгородского, Йошкар-Олинского (ПГТУ) и дру-
гих технических университетов, КГЭУ и т.д. за организацию соответствую-
щих мероприятий и обсуждение, дискуссии, критику или поддержку в реали-
зации этих идей в жизнь.
Понимая, что такая первая попытка изложения химии на новом инноваци-
онном научном фундаменте вряд ли будет сразу совершенной, авторы просят с
вопросами и предложениями по дальнейшему развитию настоящего учебника
обращаться по следующим электронным адресам: sirotkin-49@mail.ru и
rsir@mail.ru. Уважаемый читатель наверняка найдет определенные недостат-
ки, но надеемся не такие принципиальные, как рассмотренные выше содер-
жащиеся в большинстве традиционных учебников. Но при этом авторы, ува-
жая своего читателя и осознавая очевидную новизну в подходах изложения
химии, просят его не торопиться с поспешными выводами, а попробовать вна-
чале прочитать, вдуматься и разобраться в существе развиваемой в данном
учебнике идеологии. Она заключается прежде всего в поиске химического, а
не физического смысла в объекте исследования, явлениях и форме движения
материи, изучаемых в настоящей науке. А затем и попытаться ответить само-
му себе, на главный вопрос, решаемый авторами в настоящем учебнике. Уда-
лось ли авторам лучше и точнее раскрыть индивидуальность предмета хими-
ческой науки в новом свете, по сравнению с традиционными учебниками, и
показать ее отличия от других естественных наук?
Литература (к предисловию)
1. Сироткин, О.С., Сироткин Р.О. Об оценке степени ковалентности (металлич-
ности) связи в металлоковалентных моно- и полимерных соединениях // Строительные
материалы на основе полимеров и неорганических вяжущих: Межвузовский тематический
сборник научных трудов. Казань : КИСИ, 1992. С. 55—61.
2. Сироткин О.С. Химия на пороге XXI века (О месте химии в современном мире, ин-
дивидуальности и единстве ее фундаментальных начал). Казань : КХТИ, 1998. 120 с.
3. Сироткин О.С., Сироткин Р.О. О концепции химического образования // Высшее
образование в России. 2001. № 6. С. 137—139.
4. Сироткин О.С. Начала единой химии (Унитарность как основа формирования ин-
дивидуальности, раскрытия уникальности и фундаментальности химической науки). Казань :
Фэн, 2003. 252 с.
5. Сироткин О.С. Химия на своем месте // Химия и жизнь. 2003. № 5. С. 26.
6. Сироткин О.С, Сироткин Р.О. Теоретические основы химии (индивидуаль-
ность и единство), Казань : КГЭУ, 2004. 168 с.
7. Сироткин О.С. Сироткин Р.О., Трубачева А.М. О необходимости и методике
учета металлической компоненты гетероядерной связи // Журнал неорганической химии.
2005. Т. 50. № 1. С. 71.
8. Sirotkin O.S., Sirotkin R.O., Trubacheva A.M. On the necessity and procedure of
taking into account the metallic component of a heteronuclear bond // Russian Journal of
Inorganic Chemistry. 2005. V. 50. № 1. P. 67—71.
9. Сироткин Р.О. Электронно-ядерная, молекулярная и надмолекулярная
структура полимерных материалов и их физико-механические свойства («Состав — тип
связи — структура — свойства» в полимерах и металлах). Казань : КГЭУ, 2007. 240 с.
1410. Сироткин О.С., Сироткин Р.О., Трубачева А.М. Характеристики гомо- и гете-
роядерных связей тонкой электронно-ядерной структуры и их влияние на свойства метал-
лических и неметаллических материалов. Казань : КГЭУ, 2009. 302 с.
11. Сироткин Р.О., Сироткин О.С. Химическая связь. Казань : КГЭУ, 2010. 52 с.
12. Сироткин О.С. Сироткин Р.О. Основы теоретического материаловедения : учеб-
ное пособие. Казань : КГЭУ, 2010. 300 с.
13. Sirotkin O.S., Sirotkin R.O. Unified model of chemical bonds and system, which
unites them, as fundamental basis for new stage of development of A.M. Butlerov’s theory of
chemical structure of substance // International Congress on Organic Chemistry dedicated to the
150-th anniversary of the Butlerov’s Theory of Chemical Structure of Organic Compounds, Sep-
tember 18-23, 2011, Kazan, Russia. Book of Abstracts. P. 73.
14. Сироткин О.С., Сироткин Р.О., Шибаев П.Б. Характер влияния специфики
гомо- и гетероядерной химической связи на энергию межмолекулярного взаимодействия и
свойства веществ // Журнал неорганической химии. Т. 56. 2011. № 7. С. 1—6.
15. Sirotkin O.S. Sirotkin R.O., Shibaev P.B. Effect of the character of homo- and
heteronuclear chemical bond on the intermolecular interaction energy and properties of halogens
and hydrogen // Russian Journal of Inorganic Chemistry. V. 56. 2011. № 7. P. 1104—1108.
16. Сироткин О.С. Основы инновационного материаловедения. М. : ИНФРА-М,
2011. 158с.
17. Сироткин О.С. Эволюция теории химического строения вещества А.М. Бут-
лерова в унитарную теорию строения химических соединений (основы единой химии). М.
:ИНФРА-М, 2013. 272 с.
18. Сироткин О.С. Введение в материаловедение (Начала общего материалове-
дения), Казань : КГЭУ, 2002.184 с. ; 2-е изд., доп. 2004. 212с.
19. Сироткин О.С. Основы физикохимии неорганических (безуглеродных) поли-
меров. Казань : КХТИ, 1990. 52 с.
20. Сироткин О.С. Безуглеродные полимеры : учебное пособие. Казань : КХТИ,
1992. 80 с.
21. Сироткин О.С. Анализ способности атомов элементов к образованию гомо- и
гетероцепных полимеров : учебное пособие. Казань : КХТИ, 1992. 32 с.
22. Сироткин О.С. Основы полимерообразования. Казань : КГТУ, 1995. 95 с.
23. Сироткин О.С. Современное материаловедение. Программа, методические
указания и контрольные задания для студентов-заочников / О.С. Сироткин, Р.О. Сирот-
кин, А.М. Трубачёва [и др.]. Казань : КГЭУ, 2004. 40 с.
24. Сироткин О.С. Основы материаловедения. М. : КНОРУС, 2014. 264 c.
25. Сироткин О.С. Основы современного материаловедения. М. : ИНФРА-М,
2015. 364 c.
26. Сироткин О.С. Интегрально-дифференциальные основы унитарной концеп-
ции естествознания (Парадигма многоуровневой организации материи как естественная
основа многообразия и единства природы объектов системы Мироздания). Казань : КГЭУ,
2011. 268 с.
15СИРОТКИН ОЛЕГ СЕМЕНОВИЧ
Доктор технических наук (1993), профессор
(1994), с 2008 г. академик Российской академии есте-
ствознания (РАЕ). В 1972 году окончил Казанский хи-
мико-технологический институт (сегодня технологи-
ческий университет), а с 2001 г. – организатор и заве-
дующий кафедрой материаловедения и технологии ма-
териалов в Казанском государственном энергетиче-
ском университете.
Основатель научной школы «Школа интеграль-
но-дифференциального совершенствования теории и
практики единой химии (включая органические и не-
органические соединения и полимеры), унитарного
материаловедения и естествознания в целом».
В рамках ее развития защищены 1 докторская и более 10 кандидатских дис-
сертаций. Автор и соавтор более 500 научных и методических работ, включая 8 (6
без соавторов) монографий, два учебника и 10 учебных пособий (7 с грифами
УМО и НМС Минобразования и науки РФ), включая 40 авторских свидетельств и
патентов на изобретения СССР и РФ.
К наиболее значимым научным результатам автора следует отнести созда-
ние и развитие: научного направления по безуглеродным (неорганическим) высо-
комолекулярным соединениям со связями Э-О и полимерам на их основе (1992);
теории единой (унитарной) химии (2003), включая разработку единой (для трех ее
разновидностей) модели химической связи и Системы химических связей и со-
единений (СХСС) как альтернативы Периодической системе физических соедине-
ний элементарных частиц – атомов (1992); единой материалистической Системы
Мироздания (1998–2003); базисных инноваций, раскрывающих единство природы
и специфику структуры и свойств металлических и неметаллических химических
соединений, веществ и материалов как основы современной общей и неорганиче-
ской химии и материаловедения (1991–2015).
Мастер спорта СССР по спортивной акробатике (1973), Заслуженный дея-
тель науки и образования РАЕ (2007) и Почетный работник высшего профессио-
нального образования Российской федерации (2008).
Сироткин Ростислав Олегович
Doctor of Philosophy (в области науки о полиме-
рах), кандидат химических наук.
Окончил с отличием бакалавриат и аспирантуру
Школы технологии полимеров Университета Северно-
го Лондона (Великобритания) и кафедру технологии
пластических масс Казанского государственного тех-
нологического университета. Занимался научной рабо-
той в докторантуре Казанского государственного
энергетического университета (КГЭУ).
362В настоящее время доцент КГЭУ. Автор более 150 научных и методических работ в области химии и материаловедения (включая 1 индивидуальную и 5 кол- лективных монографий, 9 учебных пособий и 5 изобретений). Подготовил одного кандидата наук.
Вы также можете почитать
