Главная Главная

Главная -> Образование -> Учебные материалы ->

Содержание лекций по дисциплине "Физическая химия"

Посетить электронный читальный зал
Учебное пособие 1 New
Учебное пособие 2 New

Нравится

Введение
Предмет и содержание физической химии. Ее основные разделы. Значение физической химии для технологии. Методы физической химии: термодинамический, статистический, квантово-механический. Философские основы физической химии.

Раздел 1. Элементы учения о строении вещества и агрегатные состояния

Тема 1. Межчастичные взаимодействия
Взаимодействие между ионами и молекулами. Молекулярные (Ван-дер-ваальсовые) взаимодействия: ориентационное, индукционное и дисперсионное. Водородная связь. Силы отталкивания. Реальные газы. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Критические параметры. Метод соответственных состояний для определения фугитивности. Изотермы Амага.

Тема 2. Классическая и квантовая теории теплоемкости
Основы классической и квантовой теории теплоемкости газов. Квантовая теория теплоемкости твердых тел и газов. Типы колебаний в молекулах. Таблицы термодинамических функций линейного гармонического осциллятора (по Эйнштейну). Интерполяционные уравнения теплоемкости.

Раздел 2. Основы химической термодинамики

Тема 1. Первое начало термодинамики
Закон сохранения и превращения энергии. Внутренняя энергия, энтальпия, теплота и работа. Функции состояния и функции процесса. Основные формулировки первого начала термодинамики. Взаимосвязь теплоты, работы и изменения внутренней энергии в процессах. Теплота и работа расширения (сжатия) идеального газа в изотермическом, изобарном, изохорном, изобарно-изотермическом, адиабатическом процессах. Связь тепловых эффектов при постоянном объеме и постоянном давлении. Термодинамическое обоснование закона Гесса. Тепловые эффекты: сгорания, образования, агрегатных превращений, растворения и др. Способы вычисления тепловых эффектов из теплот образования, сгорания, энергий связей, комбинированием термохимических уравнений. Таблица стандартных теплот образования и сгорания. Зависимость теплового эффекта от температуры (уравнение Кирхгофа), его вывод и анализ. Расчеты (аналитический и графический) теплот процессов при различных температурах. Калориметрический метод измерения тепловых эффектов.

Тема 2. Второе начало термодинамики
Термодинамически обратимые и необратимые процессы. Работа обратимого и необратимого процесса, работа компенсации. Энтропия. Аналитическое выражение второго начала термодинамики для обратимых и необратимых процессов. Применение энтропии как критерия равновесия и направления самопроизвольных процессов в изолированных системах. Изменение энтропии в различных процессах (нагревание, расширение, смешение, фазовые переходы). Энтропия как функция давления, температуры, объема. Термодинамические потенциалы как критерии направления процесса и мера работоспособности системы. Энергия Гиббса и энергия Гельмгольца. Характеристические функции. Соотношение Максвелла. Уравнение Гиббса-Гельмгольца. Зависимость энергии Гиббса от состава. Химический потенциал идеального и реального газов. Фугитивность (летучесть), активность и коэффициент фугитивности реального газа. Определение коэффициента фугитивности графическим методом.

Тема 3. Химическое равновесие
Вывод уравнения изотермы химической реакции, мера химического сродства, термодинамические константы равновесия (Ка, К) и практические (Кс, Кп, Кх, Кр). Вычисление состава равновесной смеси, выхода продукта, степени диссоциации. Влияние давления и добавки инертных газов на сдвиг равновесия. Влияние температуры на константу равновесия. Вывод уравнения изобары (изохоры) химической реакции. Интегрирование уравнения изобары. Гетерогенные реакции. Влияние поверхности на смещение равновесия. Тепловая теорема Нернста. Формулировка теоремы, следствия. Постулат Планка. Вычисление абсолютных стандартных величин энтропии из термохимических данных. Вычисление константы равновесия: приближенные и точные методы. Применение таблиц стандартных величин.

Раздел 3. Фазовые равновесия

Тема 1. Правило фаз Гиббса
Понятие "фаза", "компонент", "составные части", "степень свободы". Вывод и анализ правила фаз Гиббса.

Тема 2. Однокомпонентные системы
Связь между теплотой фазового перехода, температурой и давлением. Вывод и анализ уравнения Клайперона-Клаузиуса. Применение правила фаз к однокомпонентным системам. Диаграммы состояния воды и серы. Диаграмма состояния воды при высоких давлениях.

Тема 3. Равновесие кристаллы - жидкость в бинарных системах. Диаграмма плавкости
Физико-химический анализ многокомпонентных систем. Принцип непрерывности в соответствии Н.С. Курчатова. Термический анализ, кривые охлаждения. Диаграммы плавкости (растворимости) двухкомпонентных систем. Идеальная растворимость твердых веществ в жидкости - уравнение Шредера. Система с простой эвтектикой; с неограниченной взаимной растворимостью и с ограниченной растворимостью в твердом состоянии; с образованием устойчивых и неустойчивых химических соединений.

Тема 4. Трехкомпонентные системы
Графическое выражение состава в треугольниках Гиббса и Розебума и в прямоугольных координатах. Свойства концентрационного треугольника. Диаграмма плавкости трехкомпонентной системы с простой эвтектикой. Ее проекция на плоскость. Изотермы растворимости двух солей с одинаковым ионом. Диаграммы растворимости с образованием устойчивых и неустойчивых двойных солей; с образованием кристаллогидратов.

Раздел 4. Растворы неэлектролитов

Тема 1. Гомогенные двухкомпонентные системы. Термодинамика растворов
Общая характеристика растворов. Роль межчастичных взаимодействий. Явление сольватации. Учение Д.И. Менделеева о растворах. Идеальные, предельно разбавленные, атермальные, регулярные растворы. Закон Рауля. Причины отступления от него. Повышение температуры кипения и понижение температуры замерзания. Парциальные мольные величины. Методы их определения. Уравнение Гиббса-Дюгема. Химический потенциал компонента в идеальном и реальном растворах. Растворимость. Факторы, влияющие на растворимость твердых веществ. Уравнение Шредера. Растворы газов в жидкостях. Закон Генри. Влияние давления и температуры на растворимость газов в жидкостях. Растворимость газов в растворах электролитов, уравнение Сеченова.

Тема 2. Бинарные жидкие системы с неограниченной взаимной растворимостью
Вычисление давления и состава пара над идеальными растворами. Законы Коновалова. Термодинамическое обоснование законов Коновалова. Виды перегонки. Законы Вревского. Активность и коэффициент активности. Выбор стандартного состояния для растворителя и растворенного вещества. Вычисление активности компонентов по давлению пара, понижению температуры замерзания.

Тема 3. Системы с ограниченной взаимной растворимостью
Влияние температуры на растворимость. Давление насыщенного пара в системах с ограниченной растворимостью жидкостей. Состав пара. Диаграмма "общее давление - состав", "Температура - состав". Изменение характера диаграммы состояния в зависимости от внешних условий.

Тема 4. Взаимно нерастворимые жидкости
Давление пара над смесью взаимно нерастворимых жидкостей. Состав пара. Теоретические основы перегонки с водяным паром. Закон Нернста. Экстракция.

Раздел 5. Химическая кинетика и катализ

Тема 1. Феноменологическая (формальная) кинетика
Скорость реакции. Закон действия масс и кинетическое уравнение реакции. Молекулярность и порядок реакции. Константа скорости реакций нулевого, первого, второго порядков. Период полупревращения. Уравнения текущей концентрации для таких реакций. Способы определения порядка реакции. Сложные реакции: обратимые, параллельные, последовательные, сопряженные. Расчет констант скорости и концентраций сложных реакций. Различия простых и сложных реакций. Реакции в потоке (в реакторе идеального вытеснения).

Тема 2. Теории элементарного акта химической реакции
Теория активных столкновений. Энергия активации. Зависимость скорости реакции от температуры . Уравнение Аррениуса. Определение энергии активации. Связь между теплотой реакции и энергией активации. Стерический фактор. Теория переходного состояния (активированного комплекса). Поверхность потенциальной энергии. Выражение константы скорости по методу переходного состояния (через термодинамические и статистические величины). Свободная энергия, энтальпия и энтропия активации. Сопоставление уравнений теории активных столкновений и теории переходного состояния. Кинетические особенности реакций в растворах. Роль растворителя.

Тема 3. Цепные реакции
Особенности цепных реакций. Механизм возникновения и обрыва цепи. Кинетические уравнения реакций с неразветвленными и разветвленными цепями. Взрывной характер цепных реакций.

Тема 4. Гетерогенные реакции
Законы диффузии (Фика). Соотношение диффузионных и кинетических факторов скорости процесса. Стационарные состояния гетерогенных реакций первого порядка, сопровождаемых диффузией реагирующего вещества к зоне реакции.

Тема 5. Катализ
Классификация каталитических реакций. Катализ и химическое равновесие. Активность и селективность. Влияние катализаторов на энергию активации. Яды, промоторы, модификаторы, трегеры. Гомогенный катализ. Роль промежуточных продуктов. Вывод кинетического уравнения. Кислотно-основной катализ. Гетерогенный катализ. Роль адсорбции в гетерогенном катализе. Адсорбционные теории катализа. Мультиплетная теория А. Баландина. Следствия из нее. Теория активных ансамблей Н. Кобозева. Электронные представления в катализе.

Раздел 6. Электрохимия

Тема 1. Растворы электролитов
Сильные и слабые электролиты. Теория электролитической диссоциации Аррениуса. Степень и константа диссоциации. Средние и ионные коэффициенты активности. Теория сильных электролитов Дебая и Хюккеля. Радиус ионной атмосферы. Потенциальная ионная атмосфера. Уравнение, связывающее коэффициент активности электролитов с ионной силой растворов.

Тема 2. Электрическая проводимость растворов электролитов
Электропроводность растворов. Подвижность ионов. Удельная, молярная, эквивалентная электропроводность. Зависимость от концентрации. Числа переноса. Основные положения теории электропроводности сильных электролитов Дебая - Хюккеля - Онзагера. Электрофоретический и релаксационный эффекты. Эффекты Вина и Дебая - Фалькенгагена. Практическое использование измерений электропроводности (кондуктометрическое титрование, определение степени и константы диссоциации слабых электролитов, растворимости трудно растворимых солей).

Тема 3. Термодинамика гальванических элементов
Современные представления о механизме возникновения электродных потенциалов. Роль сольватации в возникновении электродного потенциала на границе металл - раствор. Потенциалы в водородной шкале. Выражение равновесного потенциала для электродов (уравнение Нернста). Классификация электродов (первого, второго рода, окислительно-восстановительные). Стандартные потенциалы. Типы гальванических элементов: химические, концентрационные. Диффузионный потенциал, механизм его возникновения, зависимость от активности и природы ионов. Цепи с переносом и без переноса. Значение ЭДС. Использование ЭДС для расчета ΔS, ΔG , ΔH, константы равновесия реакции, протекающей в гальваническом элементе. Практическое использование потенциометрических измерений, определение рН, потенциометрическое титрование, определение произведения растворимости. Химические источники тока.

Тема 4. Кинетика электрохимических процессов. Коррозия
Электролиз. Катодные и анодные процессы. Зависимость скорости электродных процессов от потенциала. Концентрационная и химическая поляризация. Перенапряжение. Законы электролиза. Выход по току.

    Список рекомендуемой литературы

Благодарим за поддержку компанию "Калипсо" - наружная реклама и оформление интерьеров. Особое внимание в своей деятельности компания уделяет созданию стильных и неповторимых интерьеров дошкольных и учебных учреждений. Согласитесь, что оформление начальной школы или детского сада играет огромную роль в создании хорошего настроения и является важным для успешного развития детей.

Главная -> Образование -> Учебные материалы -> Лекции

Яндекс цитирования