TY  - JOUR
T1  - Опыт преподавания дисциплины «Строение атома и химическая связь» первокурсникам
AU  - Лисневская, И. В.
AU  - Горбунова, В. В.
AU  - Вахрушев, А. Ю.
Y1  - 2023-03-27
UR  - https://rep.herzen.spb.ru/publication/532
N2  - На химическом факультете Южного федерального университета в рамках обязательного цикла образовательной программы бакалавриата, направление подготовки 04.03.01 - Химия, студентам I курса в первом семестре преподается дисциплина «Строение атома и химическая связь». Используются традиционные формы преподавания - лекция, семинар, консультация, а также самостоятельная работа, при этом часть лекционных занятий проводится в режиме онлайн, что досталось нам в наследство от ковидного периода, в то же время семинарские и консультационные занятия происходят полностью в очном формате, что, безусловно, повышает качество усвоения материала. Несколько лет назад изучение этого учебного предмета завершалось экзаменом, однако теперь он переведен в число зачетных дисциплин. В 2021 году в издательстве Южного федерального университета вышел в свет учебник «Строение вещества» , в основу которого положен курс лекций по названной дисциплине. При написании учебника ставилась задача: с одной стороны, адаптировать преподаваемый довольно сложный учебный контент к восприятию вчерашних школьников, с другой стороны, максимально донести до студентов современное понимание основ строения атома и химической связи на базе квантовомеханических представлений, раскрыть суть современных подходов к описанию строения молекулярных и немолекулярных веществ, привить практические навыки применения полученных знаний для прогноза строения и свойств соединений различных типов. В ряде разделов учебника материал, с одной стороны, изложен более кратко, чем в других аналогичных учебных изданиях, ориентированных на ту же аудиторию, с другой стороны, в представленном учебнике есть много информации, которую обычно не встретишь в учебной литературе подобного рода, тем не менее она важна настолько, что без овладения ею невозможно сформировать верные представления о строении больших групп веществ, особенно неорганических соединений немолекулярного строения. Содержание учебника делится на два больших блока - «Строение атома» и «Химическая связь». Краткое содержание первого из них: I. Экспериментальные факты, доказывающие сложность строения атома. Ранние модели строения атома; II. Корпускулярно- волновой дуализм микрочастиц. Экспериментальные факты, доказывающие двойственную природу микрочастиц; III. Квантовомеханическое описание одноэлектронных атомов; IV. Состояние электронов в многоэлектронных атомах. Структура периодической системы и периодический закон. Закономерности изменения свойств атомов в периодах и подгруппах. Кульминационным разделом этой части учебника, конечно же, является квантовомеханическое описание одноэлектронных и многоэлектронных атомов, что дается несколько более расширенно, т.е. наряду с обычно обсуждаемыми вопросами, такими как принцип неопределенности Г ейзенберга, уравнение Шрёдингера, волновая функция, атомная орбиталь, квантовые числа, радиальная и угловая часть волновой функции, энергии и радиусы атомных орбиталей в водородоподобных системах, дается представление об узловых поверхностях, кайно- и некайносимметричных орбиталях, обсуждаются способы полного графического представления атомных орбиталей при помощи контурных диаграмм. Что касается многоэлектронных атомов, то здесь особое внимание уделено таким понятиям, как одноэлектронное приближение, эффекты экранирования и проникновения, константа экранирования, эффективный заряд ядра и эффективное главное квантовое число и способы расчета с их помощью энергий и радиусов атомных орбиталей в многоэлектронных системах. Второй блок «Химическая связь» включает в себя традиционные разделы I. Ковалентная связь; II. Межмолекулярные взаимодействия; III. Металлическая связь и IV. Ионная связь. В каждом из них есть вопросы, которые в аналогичных учебниках обсуждаются либо недостаточно, либо вообще не затрагиваются, как, например, принцип изоэлектронности, идея резонанса валентных схем, модель Гиллеспи, некоторые аспекты зонной теории (такие как плотность состояний и уровень Ферми) и др., и особенно много новой информации содержится в разделе «Ионная связь», так как именно этот материал в учебной литературе для студентов I курса обычно освещен поверхностно. Вот краткая программа этого раздела: Ионная связь - причины и механизм образования. Ионный кристалл. Энергия кристаллической решетки и ее расчет на основе термодинамических констант и с помощью теоретических моделей (цикл Борна-Г абера, константа Маделунга, модели Борна-Майера и Борна-Ланде). Описание и изображение строения ионных кристаллов на основе плотнейших шаровых упаковок. Координационное число, координация. Важнейшие структурные типы ионных веществ (ИаС1, МЛз, 2н8, СаБ2 и некоторые другие). Критерии прочности ионных веществ (длины связей, заряды ионов, координационные числа, объемные отношения), примеры. Некоторые принципы строения ионных веществ (ограничения координации размерами атомов, ограничения по валентным углам, условия совместимости координационных групп, условия координационного баланса и локального баланса валентности), примеры. Без верных представлений о строении немолекулярных веществ с преимущественно ионных характером связи, каковых среди неорганических большинство, невозможно формирование необходимого уровня компетенций в области неорганической химии.