Введение. Химия как наука о веществах и их превращениях
Химия как наука о веществах и их превращениях. Терминология химии. Сущность химических и физико-химических процессов, их отличие от физических и технологических, их взаимная обусловленность. Общая характеристика и систематизация химических процессов в горном производстве. Общие представления о химических и физико-химических свойств минералов и горных пород. Роль химии в горнодобывающей промышленности.
1. УЧЕНИЕ О ВЕЩЕСТВЕ.
1.1. Понятие о веществе. Вещество как система. Классификация веществ. Уровни организации вещества: элементарная частица, атомное ядро, атом, молекулярный ион, молекула, конденсированное состояние, коллоидная частица, кристалл. Составные части, фазы, компоненты. Агрегатное состояние вещества.
1.2. Основные законы химии. Закон сохранения массы и энергии при химических превращениях. Соотношение Эйнштейна. Законы постоянства состава и кратных отношений. Закон Авогадро. Моль и эквивалент. Химические превращения. Химические уравнения.
2. СТРОЕНИЕ АТОМА И СИСТЕМАТИКА ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ.
2.1. Атомы. Квантово-механическая модель атома. Устойчивость атомных ядер. Изотопы. Квантовые числа. Принцип Паули. Типы атомных орбиталей. Принципы и порядок заполнения электронов в атомных орбиталях. Правило Гунда (Хунда). Правило Клечковского.
2.2. Химические элементы. Валентность элементов. Гибридизация атомных орбиталей. Энергия ионизации и эффективный заряд атома. Периодическая система элементов Д.И.Менделеева. Прогноз свойств элементов и веществ по периодической системе. Основные физико-химические характеристики элементов: порядковый номер, радиус атома, сродство к электрону, электроотрицательность, потенциал ионизации.
3. ХИМИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ.
3.1. Природа и механизм образования химических связей. Простые вещества. Минералы - самородные элементы. Аллотропия. Сложные вещества.
3.2. Теория валентных связей. Ковалентная связь, полярность связи. Ионная связь. Энергия связи и энергия диссоциации. Геометрия химических связей. Донорно-акцепторная связь. Комплексообразование. Металлическая связь. Водородная связь.
4. АГРЕГАТЫ ХИМИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ.
4.1. Строение и свойства твёрдых тел и минералов. Отличие твердых тел от жидкостей и газов. Химическая связь между молекулами вещества. Кристаллическое и аморфное состояние твердых тел. Координационные числа. Типы кристаллов. Строение и молекулярные свойства основных групп минералов: оксидов, силикатов, карбонатов и др. Изоморфизм. Полиморфизм минералов. Энергия кристаллической решетки. Энергия ионных кристаллов по Ф.Капустинскому. Дефектность реальных кристаллов. Строение, состав и молекулярные свойства твердого полезного ископаемого топлива.
5. ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ И РАСТВОРЫ.
5.1. Дисперсные системы - общая характеристика и классификация. Суспензии и эмульсии. Аэрозоли. Гетерогенность дисперсных систем. Структуры коллоидных частиц. Физико-химические свойства коллоидных систем. Использование дисперсно-коллоидных систем в горном производстве.
5.2. Жидкости. Строение и свойства жидкостей. Растворы. Общая характеристика растворов, их классификация. Свойства растворов. Концентрация растворов. Законы Рауля. Осмотические процессы. Понятие растворимости. Изменение энтальпии, энтропии и энергии Гиббса при растворении. Особенности воды как растворителя. Электролитическая диссоциация. Степень диссоциации. Сильные и слабые электролиты. Константы диссоциации и произведение растворимости. Ионное произведение воды. Водородный показатель. Гидролиз солей. Индикаторы. Нефть - естественные природные растворы.
5.3. Природные воды. Классификация природных вод по степени минерализации, по ионному составу. Жесткость воды. Методы умягчения, воды. Взаимодействие природных вод с горными породами, крепью горных выработок, механизмами и агрегатами. Выщелачивание, растворение.
6. УЧЕНИЕ О ХИМИЧЕСКИХ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ.
6.1. Законы термодинамики. Введение в химическую термодинамику. Понятие термодинамической системы. Закон сохранения энергии. Первый закон термодинамики. Закон Гесса. Понятие энтальпии. Теплоемкость веществ. Второй закон термодинамики. Направленность самопроизвольно протекающих процессов. Необратимые и обратимые процессы. Энтропия. Свободная энергия Гиббса (изобарный потенциал), химический потенциал. Горные породы как термодинамическая система.
6.2. Фазовые равновесия и превращения. Фазовые переходы первого и второго рода. Агрегатные превращения. Полиморфные превращения. Теплота и температура плавления, испарения минералов и горных пород. Изменения свойств веществ при фазовых превращениях.
7. ХИМИЧЕСКАЯ КИНЕТИКА.
7.1. Механизм химических реакций. Классификация химических реакций. Скорость химических реакций. Зависимость скорости химических реакции от концентраций реагирующих веществ. Константа скорости. Скорость гетерогенных и гомогенных реакций.
7.2. Обратимые и необратимые реакции. Влияние температуры и давления на скорость химических реакций. Правило Вант-Гоффа и уравнение Аррениуса. Энергия активации. Смещение химического равновесия. Константа равновесия. Принцип Ле-Шателье. Химическое равновесие в гомогенных и гетерогенных системах.
7.3 .Катализ. Сущность каталитических реакций. Гомогенный и гетерогенный катализ.
8. ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ И ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ.
8.1. Окисление и восстановление. Степень окисления элементов в соединениях. Особенности расчетов в окислительно-восстановительных реакциях. Виды этих реакций. Процессы окисления - восстановления в горных породах.
8.2. Процесс горения. Особый вид окисления - горение. Механизм горения углерода, метана. Химическое равновесие реакций горения. Химическая сущность самовозгорания углей, химические способы предупреждения самовозгорания.
8.3. Коррозия. Классификация коррозийных процессов. Коррозия металлов, бетона и других веществ. Способы борьбы с коррозией.
8.4. Электрические явления в процессах окисления - восстановления. Электродные потенциалы. Сольватация и механизм возникновения потенциалов. Окислительно-восстановительные потенциалы. Гальванические элементы. Двойной электрический слой на границе электрод-раствор. Водородный электрод. Ряд стандартных потенциалов. Сущность электролиза. Законы Фарадея.
9. ХИМИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ.
9.1. Химия очистки жидкостей, газов, минерального сырья. Сущность физико-химических методов очистки атмосферы, воды, полезных ископаемых от вредных примесей и загрязнения. Дезактивация.
9.2. Процессы получения информации. Методы аналитической химии. Методы определения состава, свойств и состояния горных пород. Качественный анализ. Количественный анализ. Определение элементарного и фазового состава минерального сырья, жидкостей и газов. Определение качественных характеристик руд и других полезных ископаемых. Химический анализ углей. Государственные стандарты на определение состава горных пород.
Перспективы развития химии и химической технологии применительно к задачам горного производства. Основные проблемы, требующие решения. Плодотворность развития научных исследований на стыке различных наук.