Общая и бионеорганическая химия

Москва
Издательство «ФЛИНТА»
Издательство Уральского университета
2017

Министерство образования и науки российской Федерации

уральский Федеральный университет  

иМени первого президента россии б. н. ельцина

общая
и бионеорганическая
хиМия

рекомендовано методическим советом урФу

в качестве учебно-методического пособия  
для студентов, обучающихся по программе бакалавриата 
по направлениям подготовки 06.03.01 «биология»,
05.03.06 «Экология и природопользование»

2-е издание, стереотипное

© уральский федеральный 
     университет, 2016

с о с т а в и т е л и:
н. а. тарасова, и. н. атманских, н. а. кочетова

под общей редакцией
н. а. тарасовой

р е ц е н з е н т ы:
отдел химико-технологических исследований
института физики металлов уро ран
(руководитель отдела главный специалист л. н. кузьминых);
а. в. соколова, кандидат медицинских наук, 
врач отделения функциональной и ультразвуковой диагностики
гбуз со «свердловская областная больница № 2»

удк 54(07)
      о28

Общая и бионеорганическая химия [Электронный ресурс]: 
[учеб.-метод. пособие] / [н. а. тарасова, и. н. атманских, н. а. 
кочетова ; под общ. ред. н. а. тарасовой] ; М-во образования и
науки рос. Федерации, урал. федер. ун-т. — 2-е изд., стер. — М. : 
ФЛИНТА : Изд-во Урал. ун-та, 2017. — 63 с.

ISBN 978-5-9765-3250-2 (ФЛИНТА)
ISBN 978-5-7996-1663-2 (Изд-во Урал. ун-та)

в практической части учебно-методического пособия приведены описания 
лабораторных работ, рекомендации по оформлению отчетов к ним. в теоретической части дано краткое описание биологической роли химических элементов 
и применения их соединений в медицине. 
адресовано студентам бакалавриата, осваивающим дисциплину «общая 
и бионеорганическая химия», которая является частью образовательного модуля 
«Физико-химические основы жизни».

о28

удк 54(07)

ISBN 978-5-9765-3250-2 (ФЛИНТА)
ISBN 978-5-7996-1663-2 (Изд-во Урал. ун-та)

предисловие ................................................................................................... 4

общая и бионеорганическая хиМия. 

содержание дисциплины......................................................................... 6

теМа «строение атоМа и хиМическая связь». 

вопросы для самостоятельной подготовки ......................................... 11

лабораторный практикуМ .............................................................. 14

1. рекомендации к оформлению отчетов по лабораторным работам .. 14
2. лабораторные работы ........................................................................ 16

 
лабораторная работа 1. химическая кинетика и равновесие........ 16

 
лабораторная работа 2. s-Металлы и алюминий............................ 18

 
лабораторная работа 3. кислотно-основные 
и комплексообразующие свойства соединений d-металлов .......... 19

 
лабораторная работа 4. окислительно-восстановительные 
свойства соединений d-металлов ..................................................... 21

 
лабораторная работа 5. свойства основных биогенных 
элементов............................................................................................ 23

 
лабораторная работа 6. кислород и сера......................................... 26

 
лабораторная работа 7. водород. галогены.................................... 28

введение в хиМию биогенных ЭлеМентов.......................... 31

1. классификация элементов, содержащихся в живых организмах .. 31
2. биологическая роль элементов и применение их соединений
в медицине .............................................................................................. 34
3. Экологические аспекты действия неорганических веществ.......... 51

список использованной литературы.......................................................... 57
список рекомендуемой литературы........................................................... 57

приложение.................................................................................................. 58

Оглавление

дисциплина «общая и бионеорганическая химия» является 
первой дисциплиной образовательного модуля «Физико-химические основы жизни», входящего в базовую часть учебного плана 
студентов, обучающихся по направлению «биология» в институте 
естественных наук урФу.
в начальных разделах дисциплины, посвященных изучению общей химии, излагаются основные понятия, теории и законы химии, 
основу которых составляют учение о строении атома и периодический закон д. и. Менделеева. в последующих разделах детально 
рассматриваются строение и свойства химических элементов и их 
важнейших соединений. особое внимание уделяется изучению неорганической химии именно биологически значимых элементов.
таким образом, в основе дисциплины «общая и бионеорганическая химия» лежат базовые компоненты содержания химической 
науки:
— индивидуальность химических объектов, проявляющаяся 
через качественные особенности их свойств и превращений;
— внутренняя активность и реакционная способность веществ, 
объяснение их на основе структурной, энергетической и кинетической теорий;
— взаимосвязь свойств веществ, их состава и строения;
— качественное и количественное описание химических объектов в их единстве как отражение этой взаимосвязи;
— качественные скачки, происходящие под влиянием количественных изменений;
— дискретность и непрерывность организации вещества.
в программу дисциплины включены также элементы бионеорганической химии, которая является междисциплинарной областью 

ПредислОвие

знания, развивается на стыке биологии, химии, медицины, биохимии, молекулярной биологии и является своеобразным мостом 
между неорганической химией и биохимией.
занятия по дисциплине «общая и бионеорганическая химия» 
проводятся в виде лекций и лабораторных работ. 
настоящее учебно-методическое пособие включает программу 
дисциплины и перечень вопросов для самостоятельной подготовки 
студентов по ряду разделов общей химии. приводятся описания 
лабораторных работ, направленных на закрепление знаний по химии 
биогенных элементов, а также на формирование умений проведения 
лабораторного эксперимента. в описание каждой лабораторной 
работы включены домашние задания по подготовке к занятию. 
в заключительной части пособия представлен раздел, содержащий краткое описание биологической роли химических элементов 
и применения их соединений в медицине. в приложение включена 
справочная информация (таблицы произведений растворимости, 
степеней диссоциации электролитов, констант комплексных соединений).

Раздел I. Атомно-молекулярное учение. Строение 
атома. Периодический закон

основные положения атомно-молекулярного учения. основные понятия химии: атом, молекула, химический элемент, простое 
и сложное вещество, химическое соединение. основные стехиометрические законы. 
история развития представлений о строении атома. Модели 
строения атома. двойственная природа электрона. принцип неопределенности гейзенберга. уравнение Шредингера.
понятие об электронном облаке. квантовые числа как характеристики состояния электрона в атоме. s-, p-, d-, f-Элементы. 
Электронная конфигурация атома. правила заполнения электронных оболочек атомов. Электронные и энергетические формулы 
атомов и ионов.
периодический закон д. и. Менделеева. Физический смысл 
порядкового номера, номера группы и периода. периодичность 
свойств атомов элементов. изменение атомных и ионных радиусов 
по периодам и группам. Энергия ионизации и сродство к электрону. 
закономерности их изменения по периодам и группам. понятие об 
электроотрицательности элементов.

Раздел II. Химическая связь

природа химической связи и механизм образования химической 
связи. валентные и невалентные силы сцепления. основные типы 
химической связи.

Общая и биОнеОрганическая химия
содержание дисциплины

ковалентная связь. обменный и донорно-акцепторный механизмы образования связи. σ- и π-связи.
количественные характеристики химических связей. Энергия 
связи. длина связи. кратность связи. валентный угол. полярность 
связи. 
ионная связь. Межмолекулярное взаимодействие. водородная 
связь. Металлическая связь.

Раздел III. Кинетика химических реакций. 
Равновесие в растворах электролитов

скорость химических реакций и факторы, ее определяющие. 
константа скорости химической реакции. катализ и катализаторы. 
химическое равновесие, константа равновесия.
растворение как физико-химический процесс. растворимость 
веществ. способы выражения состава растворов.
Электролитическая диссоциация. сильные и слабые электролиты. степень диссоциации электролитов. Факторы, определяющие 
степень диссоциации. основные представления теории сильных 
электролитов. константа диссоциации. ионное произведение воды. 
водородный показатель, шкала рн.
труднорастворимые электролиты. произведение растворимости. 
перевод труднорастворимых осадков в растворимое состояние.
гидролиз солей. Молекулярные и ионные уравнения гидролиза солей. константа гидролиза. влияние концентрации раствора, 
температуры, рн среды на степень гидролиза. случаи полного 
гидролиза.
обменные реакции между ионами в растворе. ионные уравнения. реакции обмена, осложненные реакциями гидролиза.

Раздел IV. Металлы — элементы главных подгрупп

общая характеристика элементов. строение атомов. изменение 
атомных радиусов, ионизационных потенциалов, электроотрицательности по подгруппе. изменение металлических свойств 

в подгруппе. природные соединения и способы получения простых 
веществ из них.
строение и физические свойства простых веществ: изменение 
плотности, температур плавления с увеличением атомного номера 
по подгруппе.
химические свойства простых веществ. изменение восстановительных свойств. отношение металлов к водороду, кислороду, 
галогенам, азоту, углероду, сере, металлам, воде. кислородные 
соединения металлов. соединения с неметаллами: получение, 
строение и свойства. гидроксиды: получение, свойства, строение, 
применение. соли. галогениды.
области применения, вытекающие из физических и химических 
свойств простых и сложных веществ. биогенная роль элементов. 
токсичность соединений.

Раздел V. Металлы — элементы побочных подгрупп

переходные металлы первого переходного ряда (3d-элементы). 
изменение физических и химических свойств простых веществ 
и соединений 3d-металлов (кислотно-основные и оксилительновосстановительные свойства, склонность к комплексообразованию). 
биогенная роль элементов.
комплексообразующая способность ионов металлов. номенклатура комплексных соединений. классификация комплексных 
соединений. диссоциация комплексных ионов в растворе, константы 
нестойкости и устойчивости комплексных соединений. 
участие соединений 3d-элементов в окислительно-восстановительных реакциях. типы окислительно-восстановительных реакций. 
составление уравнений окислительно-восстановительных реакций.

Раздел VI. Неметаллы IIIA–VA подгрупп

бор. углерод. кремний. азот. Фосфор. общая характеристика 
элементов. строение атомов и возможные степени окисления. нахождение в природе и получение. строение, физические и химические свойства простых веществ.

углерод, его аллотропные модификации. химические свойства 
углерода. карбиды. оксиды углерода (II) и (IV), строение молекул, 
химические свойства. угольная кислота и ее соли. 
кремний. диоксид кремния и кремниевые кислоты. силикаты 
и их полимерная структура.
азот, строение молекулы, химические свойства. реакции, приводящие к фиксации атмосферного азота. аммиак, физические и химические свойства. соли аммония, их поведение при нагревании. 
участие соединений азота в кислотно-основных и окислительновосстановительных реакциях. оксиды азота. азотная и азотистая 
кислоты, строение молекул, устойчивость, кислотные и окислительно-восстановительные свойства. термическое разложение нитратов.
Фосфор, аллотропные модификации. оксокислоты фосфора, 
строение молекул, кислотные и окислительно-восстановительные 
свойства. 
круговорот углерода, азота и фосфора в природе. биологическая 
роль неметаллов IIIA–VA подгрупп.

Раздел VII. Неметаллы VIA подгруппы

кислород. сера. общая характеристика VIA подгруппы.
кислород. Молекулярный кислород и озон: строение молекул, 
физические и химические свойства. озоновый слой в атмосфере, 
его роль и реакции, приводящие к разрушению. пероксид водорода. окислительно-восстановительные свойства пероксида 
водорода.
сера. взаимодействие с металлами и неметаллами. сульфиды: 
классификация и растворимость. оксид серы (IV). сернистая кислота и ее соли, участие в окислительно-восстановительных реакциях. серная кислота. зависимость окислительных свойств серной 
кислоты от концентрации. термическая устойчивость сульфатов.
биологическая роль кислорода и серы, их круговорот в природе.

Раздел VIII. Неметаллы VIIA подгруппы  
и водород

галогены. общая характеристика элементов. строение атомов 
и возможные степени окисления. нахождение в природе и получение. строение, физические и химические свойства простых 
веществ.
специфические свойства фтора и его соединений. галогеноводороды, получение, изменение физических и химических свойств 
в подгруппе. кислородные соединения галогенов.
биологическая роль галогенов.
водород. особенности положения водорода в периодической 
системе д. и. Менделеева, его физические и химические свойства 
как простого вещества, промышленные и лабораторные способы 
получения, применение. соединения водорода в степени окисления 
«–1».

Атомно-молекулярное учение

1. какие частицы называются атомами и молекулами? приведите 
примеры.
2. дайте современное определение понятия «химический элемент».
3. определите понятие «вещество». какие вещества называются 
простыми и сложными?
4. отличаются ли понятия «вещество» и «химическое соединение»? чем отличается химическое соединение от смеси веществ?

Теория строения атома

1. какие открытия послужили основой для создания моделей 
строения атома?
2. объясняет ли планетарная модель строения атома, предложенная резерфордом, линейчатые спектры газообразных атомов?
3. сформулируйте основные положения теории строения одноэлектронных атомов бора.
4. в чем суть принципа неопределенности гейзенберга? 
5. что характеризуют радиальная и угловая части волновой 
функции в уравнении Шредингера для атома водорода?
6. что называется атомной орбиталью?
7. что характеризует главное квантовое число (n) и какие значения оно может принимать?
8. что характеризует орбитальное квантовое число (ℓ), какие 
значения оно принимает и какова форма s-, p- и d-орбиталей?
9. что характеризует магнитное квантовое число (m), какие 
значения оно принимает? 

тема «стрОение атОма  
и химическая связь» 

вопросы для самостоятельной подготовки