Кристаллохимические задачи всероссийских химических олимпиад. Методическое пособие. Александр Банару

Предисловие

      В настоящем сборнике собраны задачи заключительного этапа Всероссийских олимпиад школьников по химии (далее ВХО) в XXI веке. Общая черта собранных задач – их тематическая принадлежность к кристаллохимии.

      Теоретический тур заключительного этапа ВХО проводится в два этапа: 1 – задачи, обязательные для участников конкретного возраста (9, 10 и 11 классы); 2 – задачи, из которых участнику требуется решить несколько по выбору (широта выбора тоже зависит от возраста), причем на этом этапе задачи классифицированы не по возрастам, но тематически. Они относятся к одной из рубрик: «Неорганическая химия», «Органическая химия», «Физическая химия», «Химия и жизнь».

      Некоторые важные разделы химии, такие как аналитическая, коллоидная, кристаллохимия, не имеют самостоятельной рубрики, однако типичные задачи по этим дисциплинам иногда включаются в смежные рубрики. Кристаллохимия как наука о взаимосвязи кристаллической структуры и химических свойств вещества может быть представлена в каждой из перечисленных рубрик. При этом до настоящего времени она оказывалась лишь в двух рубриках: «Неорганическая химия» и «Физическая химия». Это может быть связано с тем, что в органической химии и биохимии кристаллическим структурам традиционно уделяется меньше внимания, чем структурам молекулярным, ведь молекулярных веществ там гораздо больше, чем среди неорганических соединений.

      Больше всего кристаллохимических задач оказалось на ВХО в последние годы: в настоящее время они встречаются практически каждый год. Эта тенденция наблюдается и на Международных химических олимпиадах (см. сборник «Кристаллохимические задачи Международных химических олимпиад», М., 2017).

      Вопреки обычному движению от простого к сложному, кристаллохимические задачи на олимпиадах из года в год отнюдь не становятся все менее простыми. Это означает, что в данной области нет устоявшихся школьных знаний, которые можно считать необходимым минимумом. По сравнению с традиционными разделами физической химии (химическая термодинамика, кинетика, электрохимия и др.) и неорганической химии кристаллохимия до сих пор не популяризирована в массовых школьных учебниках по химии. Можно ожидать, что это произойдет не ранее чем через 10—15 лет.

      Поскольку нас интересовало только кристаллохимическое содержание олимпиадных задач, при составлении сборника мы использовали большинство заданий не целиком, а частично. В некоторых случаях от оригинальных текстов задач отсекались вопросы, ответ на которые был необходим для ответа на кристаллохимические вопросы. В таких случаях менялась нумерация вопросов, а недостающие для решения сведения добавлялись в качестве примечания. Оригинальные тесты заданий, а также ответы и решения доступны на сайте химического факультета МГУ: http://www.chem.msu.su/rus/olimp/

      Кристаллохимия как самостоятельно оформленная учебная дисциплина преподается в очень небольшом числе российских ВУЗов и касается, в основном, геологических специальностей. Среди крупнейших университетов России единственным, где кристаллохимия преподается студентам-химикам автономно от смежных дисциплин, является Московский государственный университет. С помощью нашего сборника мы надеемся привлечь внимание школьников, увлекающихся химией, и школьных педагогов к этому красивому разделу химии.

      <Без названия> (ВХО 2006, Уфа, неорг. химия)

      Можно представить себе, какую бурную реакцию вызвало сообщение швейцарских физиков, ныне лауреатов Нобелевской премии, Беднорца и Мюллера, обнаруживших осенью 1986 г существование сверхпроводимости (СП) при 30—35 К. Открытие Беднорца и Мюллера разрушило все теоретические, технологические и психологические барьеры, и в течение нескольких месяцев новые сверхпроводники почти одновременно были синтезированы в США, Японии, Китае и СССР. Сама хронология событий, происшедших в начале минувшего года, передает их исключительный динамизм: январь 1987 г. – несколько американских и японских лабораторий подтверждают открытие швейцарских исследователей; февраль – в научном семинаре в ИФП АН СССР сделаны сообщения о первых в нашей стране испытаниях новых сверхпроводников на основе оксидов лантана-меди-бария-стронция с температурой перехода в сверхпроводящее состояние (Т_с ~ 40 К); март – сообщение американских ученых о синтезе сверхпроводящей керамики из оксидов бария-иттрия-меди с Тс ≈ 98 К, т.е. выше точки кипения жидкого азота… (Акад. АН СССР Третьяков Ю. Д., 1988 г.)