Простые молекулы в нашей жизни

Еремин Вадим Владимирович

Доктор физико-математических наук, профессор кафедры физической химии химического факультета МГУ имени М.В.Ломоносова

Расписание занятий:

Курс проводится 2 раза в год дистанционно.

---

О курсе

Курс рассказывает о веществах, которые состоят из очень простых молекул, но играют огромную роль в жизни человека и общества. Эти вещества участвуют в биохимических процессах в организме человека, определяют свойства окружающей его природной среды и служат источником многих материалов, которые приносят пользу человеку и делают его жизнь более комфортной. К таким веществам относятся, в первую очередь, вода, газы – компоненты атмосферы (кислород, азот, углекислый газ, озон), а также газы и жидкости, используемые в крупных промышленных процессах (водород, хлор, аммиак, угарный газ, этилен, бензол).
Курс состоит из 12 лекций. Каждая лекция посвящена одной молекуле. Рассмотрены строение молекулы, ее необычные свойства (они есть у любой молекулы), интересные факты, связанные с веществом, состоящим из этих молекул, практическое значение вещества, его роль в организме человека и в экосистемах. В курсе активно используются связи с другими науками – биологией, геологией, астрофизикой, историей, экономикой.
Курс имеет популярный характер, он предназначен для широкого круга слушателей. Специальная химическая подготовка не требуется, достаточно школьного курса химии, пусть даже и слегка подзабытого.

Цели изучения курса:

1. Развитие представлений об атомно-молекулярной картине мира.
2. Анализ молекулярного строения и свойств веществ, определяющих особенности окружающего мира.
3. Изучение прикладных возможностей химии, ее роли в жизни общества и повседневной жизни людей.

Задачи курса:

1. Рассказать о наиболее важных в жизни человека веществах молекулярного строения.
2. На конкретных примерах объяснить, как строение молекул и связи между ними влияют на физические и химические свойства вещества.
3. Рассмотреть историю открытия важнейших газов, обсудить роль «пневмохимии» в развитии науки.
4. Раскрыть суть фазовых переходов и показать зависимость строения и свойств вещества в разных агрегатных состояниях от температуры и давления.
5. Описать лабораторные и промышленные способы получения изучаемых веществ.
6. Дать представление о круговороте азота, углерода и воды в природе.
7. Рассмотреть роль и значение различных компонентов атмосферы, обсудить антропогенные изменения атмосферы и их влияние на жизнь на Земле.
8. Дать представление о химическом составе Солнечной системы и распространенности различных молекул в космическом пространстве.
9. Описать важнейшие превращения изучаемых веществ в живых системах.
10. Рассмотреть практическое значение изучаемых веществ и описать основные области их применения в промышленности и в повседневной жизни.
11. Дать достоверную информацию об антропогенном воздействии на окружающую среду и глобальных экологических проблемах, стоящих перед человечеством.

Формат

Форма обучения заочная (дистанционная)

Еженедельные занятия будут включать просмотр тематических видео-лекций и выполнение тестовых заданий с автоматизированной проверкой результатов и творческих заданий с последующим обсуждением в форумах.

Требования:

Курс является общеобразовательным, не требует специальной подготовки и рассчитан на широкую аудиторию слушателей, в первую очередь – студентов нехимических вузов и факультетов и людей, уже получивших высшее образование, но желающих больше узнать об окружающем мире и повысить свой общенаучный уровень. Он будет полезен учителям, желающим повысить свою квалификацию, а также различным категориям слушателей, не связанных с наукой и образованием.
Рабочий язык курса: русский.

Программа курса

Курс состоит из 12 лекций.

Часть I. Молекулы простых веществ

Лекция 1. Молекулярный водород

1. Что такое молекула? Вещества молекулярного строения. Молекула H2
2. Уникальные свойства водорода: распространенность в природе, физические свойства
3. История открытия
4. Получение и химические свойства водорода
5. Водород как источник энергии
6. Цепные реакции с водородом

Лекция 2. Кислород – молекула, которая изменила мир

1. Молекула кислорода
2. Свойства кислорода
3. История открытия кислорода. Получение и химические свойства кислорода
4. Кислород в организме. Дыхание
5. Фотосинтез и «кислородная катастрофа»
6. Кислород в промышленности

Лекция 3. Озон – молекула, которая защищает нас от Солнца

1. Молекула озона
2. Свойства и способы получения озона
3. Озон защищает нас от Солнца
4. Озон в воздухе и в воде

Лекция 4. Азот – самая инертная молекула

1. Молекула N2
2. Физические свойства азота. Жидкий азот
3. Способы получения и химические свойства азота
4. Проблема связывания азота. Круговорот азота в природе

Лекция 5. Хлор – цветной, ядовитый, полезный

1. Молекула Cl2
2. История открытия. Физические свойства
3. Способы получения и химические свойства хлора
4. Полезные и вредные применения хлора

Часть II. Молекулы сложных веществ

Лекция 6. Вода – молекула жизни

1. Молекула H2O
2. Вода в жидком, твердом и газообразном состоянии
3. Вода во Вселенной
4. Обычные и необычные свойства воды
5. Вода в нашей жизни
6. Мифы и заблуждения о воде

Лекция 7. Аммиак – азотсодержащий аналог воды

1. Молекула NH3
2. История открытия. Физические свойства
3. Жидкий аммиак как растворитель
4. Способы получения и химические свойства аммиака
5. Роль аммиака в жизни человека и общества

Лекция 8. Углекислый газ – продукт дыхания и горения

1. Молекула CO2
2. История открытия. Физические свойства
3. Способы получения, химические свойства и применение CO2
4. Углекислый газ в организме
5. Углекислый газ в атмосфере. Парниковый эффект

Лекция 9. Угарный газ – самая прочная молекула

1. Молекула CO
2. История открытия. Физические свойства и способы получения CO
3. Химические свойства CO
4. CO во Вселенной и вокруг нас

Лекция 10. Метан – самая легкая органическая молекула

1. Молекула CH4
2. История открытия. Физические свойства
3. Получение и химические свойства метана
4. Метан в природе
5. Метан в энергетике

Лекция 11. Этилен – молекула, которая соединяется сама с собой

1. Молекула C2H4
2. История открытия. Физические свойства
3. Получение и химические свойства этилена
4. Полимеры на основе этилена
5. Этилен в органическом синтезе

Лекция 12. Бензол – молекула с особыми химическими связями

1. Молекула бензола. Резонансные структуры
2. История открытия бензола
3. Ароматичность в органической химии
4. Физические и химические свойства бензола
5. Бензол в органическом синтезе

Результаты обучения:

По итогам обучения слушатели курсов должны:

знать/понимать
• физические и химические свойства важнейших веществ молекулярного строения;
• геометрическое строение простейших молекул;
• связь между строением молекул и свойствами вещества;
• влияние водородных связей на физические свойства вещества;
• историю открытия важнейших газов – водорода, кислорода, азота, аммиака, углекислого газа;
• лабораторные и промышленные способы получения изучаемых веществ;
• важнейшие химические и физические процессы, определяющие круговорот азота, углерода и воды в природе;
• состав атмосферы Земли, важнейшие химические и физические процессы, происходящие в ней;
• распространенность различных молекул в Солнечной системе и в космическом пространстве;
• процессы, происходящие с участием кислорода и углекислого газа в живых организмах;
• важнейшие области применения изучаемых веществ в промышленности и в повседневной жизни.

уметь
• характеризовать геометрическое строение молекул;
• объяснять зависимость свойств веществ от их состава, строения и природы межмолекулярных связей;
• анализировать фазовые диаграммы и объяснять зависимость свойств вещества от температуры и давления;

использовать приобретенные знания и умения в практической деятельности и повседневной жизни для:
• объяснения химических явлений, происходящих в природе и в повседневной жизни;
• объяснения химических явлений в живых организмах;
• экологически грамотного поведения в окружающей среде;
• оценки влияния состава атмосферы и воды на организм человека и другие живые организмы;
• реального представления о глобальных экологических, сырьевых и энергетических проблемах, стоящих перед человечеством;
• критической оценки достоверности химической информации, поступающей из разных источников.

Направления подготовки:

• 04.00.00 Химия
• 04.03.01 Химия
• 04.03.02 Химия, физика и механика материалов
• 04.05.01 Фундаментальная и прикладная химия