Общая и бионеорганическая химия

Екатеринбург
Издательство Уральского университета
2016

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»

© уральский федеральный университет, 2016
ISBN 978-5-7996-1663-2

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 : [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. — екатеринбург : изд-во урал. ун-та, 2016. — 63 с.
ISBN 978-5-7996-1663-2

в практической части учебно-методического пособия приведены описания 
лабораторных работ, рекомендации по оформлению отчетов к ним. в теоретиче-
ской 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)

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-химиче-
ские основы жизни», входящего в базовую часть учебного плана 
студентов, обучающихся по направлению «биология» в институте 
естественных наук урФу.
в начальных разделах дисциплины, посвященных изучению об-
щей химии, излагаются основные понятия, теории и законы химии, 
основу которых составляют учение о строении атома и периодиче-
ский закон д. и. Менделеева. в последующих разделах детально 
рассматриваются строение и свойства химических элементов и их 
важнейших соединений. особое внимание уделяется изучению не-
органической химии именно биологически значимых элементов.
таким образом, в основе дисциплины «общая и бионеоргани-
ческая 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 кинетиче-
ской теорий;
— взаимосвязь свойств веществ, их состава и строения;
— качественное и количественное описание химических объ-
ектов в их единстве как отражение этой взаимосвязи;
— качественные скачки, происходящие под влиянием количе-
ственных изменений;
— дискретность и непрерывность организации вещества.
в программу дисциплины включены также элементы бионеор-
ганической химии, которая является междисциплинарной областью 

ПредислОвие

знания, развивается на стыке биологии, химии, медицины, био-
химии, 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, содержа-
щий 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 со-
единений).

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

основные положения атомно-молекулярного учения. основ-
ные понятия химии: атом, молекула, химический элемент, простое 
и сложное вещество, химическое соединение. основные стехиоме-
трические законы. 
история развития представлений о строении атома. Модели 
строения атома. двойственная природа электрона. принцип не-
определенности гейзенберга. уравнение Шредингера.
понятие об электронном облаке. квантовые числа как харак-
теристики состояния электрона в атоме. s-, p-, d-, f-Элементы. 
Электронная конфигурация атома. правила заполнения электрон-
ных 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 механиз-
мы 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 электро-
литы. 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 гидроли-
за солей. константа гидролиза. влияние концентрации раствора, 
температуры, рн среды на степень гидролиза. случаи полного 
гидролиза.
обменные реакции между ионами в растворе. ионные уравне-
ния. реакции обмена, осложненные реакциями гидролиза.

Раздел IV. Металлы — элементы главных подгрупп

общая характеристика элементов. строение атомов. изменение 
атомных радиусов, ионизационных потенциалов, электроотри-
цательности 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 восстано-
вительных 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 оксилительно-
восстановительные свойства, склонность к комплексообразованию). 
биогенная роль элементов.
комплексообразующая способность ионов металлов. номен-
клатура комплексных соединений. классификация комплексных 
соединений. диссоциация комплексных ионов в растворе, константы 
нестойкости и устойчивости комплексных соединений. 
участие соединений 3d-элементов в окислительно-восстанови-
тельных 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. на-
хождение в природе и получение. строение, физические и химиче-
ские 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, приво-
дящие к фиксации атмосферного азота. аммиак, физические и хи-
мические свойства. соли аммония, их поведение при нагревании. 
участие соединений азота в кислотно-основных и окислительно-
восстановительных реакциях. оксиды азота. азотная и азотистая 
кислоты, строение молекул, устойчивость, кислотные и окислитель-
но-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 водо-
рода. окислительно-восстановительные свойства пероксида 
водорода.
сера. взаимодействие с металлами и неметаллами. сульфиды: 
классификация и растворимость. оксид серы (IV). сернистая кис-
лота и ее соли, участие в окислительно-восстановительных реак-
циях. 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 полу-
чение. строение, физические и химические свойства простых 
веществ.
специфические свойства фтора и его соединений. галогеново-
дороды, 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 эле-
мент».
3. определите понятие «вещество». какие вещества называются 
простыми и сложными?
4. отличаются ли понятия «вещество» и «химическое соедине-
ние»? 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, предло-
женная резерфордом, линейчатые спектры газообразных атомов?
3. сформулируйте основные положения теории строения одно-
электронных 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 зна-
чения 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