Физическая и коллоидная химия
Кафедра физической и коллоидной химии факультета физико-математических и естественных наук.
Обязательный курс
Объем учебной нагрузки: 72 часа – лекции, 108 час.- практические занятия.
Цель курса
Целью курса является дать представление о взаимосвязи различных физических и химических свойств материи, включая исследование механизмов и скоростей химических реакций, зависимость их от внешних факторов, а также устанавливающая связь между химическими свойствами, составом и строением вещества.
Содержание курса
Тема 1. Основные понятия физической химия. Термодинамика.
Предмет физической химии. Основные понятия физической химия. Классификация термодинамических систем, процессов, параметров. Энергия. Теплота. Работа. Внутренняя энергия системы как функция состояния. Первый закон термодинамики (теоретические и математические формулировки ) Первый закон термодинамики. Применение первого закона термодинамики к различным системам и процессам. Энтальпия как функция состояния системы. Теплоемкость. Физический смысл универсальной газовой постоянной. Термохимия. Тепловой эффект химической реакции. 3акон Гесса Стандартные теплоты образования и сгорания веществ. Зависимость теплового эффекта химической реакция от температуры (формула Кирхгоффа) для изобарического и изохорического процессов. Энтропия функция состояния Второй закон термодинамики. Применение второго закона термодинамики к изолированной системе. Второй закон термодинамики для равновесных и неравновесных ,Расчет энтропии в различных процессах (изохорическом, изобарическом, изотермическом, фазовым переходе). Термодинамический потенциал. Объединенный первый и второй законы термодинамики. Энергия Гиббса и энергия Гельмгольца. Понятия свободной и связанной энергия. Термодинамические потенциалы как критерия протекания самопроизвольных процессов. Максимальная работа системы. Зависимость термодинамических потенциалов от температуры. Уравнение а з Гельмгольца. Тепловая теорема Нернста. Расчет абсолютной энтропии.
Тема 2. Электрохимия
Электролиты как проводники электрического тока. Слабые электролиты. Основные положения теории электролитической диссоциации Аррениуса. Электролиты как проводники электрического тока. Сильные электролиты. Основные положения теории Дебая-Хюккеля. Электрофор этический и релаксационный эффекты. Электропроводность растворов электролитов. Зависимость молярной и удельной электропроводностей от концентрация сильного и слабого электролитов. Молярная электропроводность - Подвижность ионов. Закон Кольрауша. Предельные подвижности ионов Числа переноса. Расчет константы диссоциации слабого электролита (на примере уксусной кислоты). Активность электролитов. Коэффициент активности. Ионная сила раствора. Кондуктометрическое титрование как метод определения концентрации сильных и слабых электролитов. Возникновение двойного электрического слоя на границе раздела двух фаз ( Ме — вода, Ме - раствор соли Ме). Гальвани потенциал. Электродный потенциал. Определение знака к величины электродного потенциала. Уравнение Нернста (с выводом). Гальванический элемент как источник электрического тока (на примере медно-цинкового гальванического элемента). ЭДС гальванического элемента. Электроды сравнения. Хлорсеребряный электрод. Электроды сравнения. Водородный электрод. Электрохимический ряд напряжений металлов. Электроды сравнения. Каломельный электрод. Классификация электродов( электроды первого, второго родов, окислительно - восстановительные). Зависимость ЭДС от температуры. Температурный коэффициент ЭДС.
Тема 3. Фазовые равновесия
Понятия фаза. компонент. Типы равновесий. Правило фаз Гяббса (с выводом). Фазовые переходы. Уравнение Клайперояа —Клаузиуса. .Однокомпонентные системы. Диаграмма состояния воды. Растворы. Коллегативные свойства растворов ( концентрация, способ. ее, выражения)Термодинамика процессов растворения. Растворы. Колл свойства растворов (закон Рауля). Отклонения от закона Рауля, азеотропные смеси. Растворы. Коллигативные свойства растворов (эбуляоскопия, криоскопия). Растворы. Коллигативные свойства растворов (осмос. осмотическое Давление). Диаграмма состояния бинарного раствора. состоящего из двух летучих веществ. неограниченно растворимых как в жидком так и в парообразном состояниях. Правило рычага. Азеотропные смеси. Законы Гиббса-Коновалова. Диффузия в растворах Закон Фика. Роль диффузии в процессах переноса веществ в биологических системах. Перегонка (дистилляция) и ректификация — методы очистки и разделения веществ ( на примере системы без экстремумов). Принцип работы ректификационной колоны. Перегонка (дистилляция) — метод очистки я разделения веществ( на примере системы с экстремумами). Перегонка. с паром. Распределение вещества между двумя несмешивающимися жидкостями. Закон Нернста - Шялова. Экстракция веществ. Термический анализ. Диаграмма состояния двухкомпонентной системы с неограниченной растворимостью в жидком и ограниченной растворимостью в твердом состояниях. Диаграмма состояния двухкомпонентной системы с ограниченной растворимостью. Растворы газов в жидкостях. Законы Генри, Дальтона, Сеченова. Химический потенциал. Уравнение Клайперона — Менделеева. Летучесть, коэффициент летучести.
Тема 4. Химическое равновесие
Равновесие в реакциях, протекающих в газовой фазе. Активность, коэффициент активности. Равновесие в реакциях, протекающих в растворах. Связь константы равновесия для реакций, протекающих в газовой фазе, с константой равновесия для реакцией, протекающих в растворах. Равновесие в гетерогенных системах. Факторы, влияющие на константу химического равновесия. Принцип Ла-Шателье-Брауна. Влияние температуры. Изобара химической реакции. Экспериментальные методы определения термодинамических параметров растворах. Факторы, влияющие на константу химического равновесия. Принцип Ла-Шателье - Брауна. Влияние концентрации и давления (с доказательством).
Тема 5. Химическая кинетика
Кинетика химических реакций. Классификация химических реакций. Связь химической реакции ( истинная, средняя).Химическая переменная. Связь скорости химической реакции с химической переменной. Молекулярность и порядок реакции. Закон действующих масс. Физический м вероятностный смысл константы скорости химической реакции. Порядок реакции ( частный, общий). Вывод кинетического уравнения реакции нулевого порядка. Период полупревращения. Порядок реакции(частный, общий).Вывод кинетического у равнения реакции первого порядка. Вывод кинетического Уравнения реакций второго порядка. Период полупревращения Методы определения порядков реакции. Энергия активации химической реакции. - Уравнение Аррениуса. Экспериментальные методы определения энергии активации химической реакции. Теория активированного комплекса. Основное уравнение ТАК. Иллюстрация ТАК. Координата химической реакции. Стерический фактор. Теория активных столкновений. 1-Iллюстраиия теории Расчет числа эффективных столкновений. Эффективный диаметр столкновения. Кинетика сложных реакций. Обратимые, последовательные химические реакции. Кинетика сложных реакций. Параллельные, сопряженные химические реакции. Кинетика цепных реакций. Реакции с нетермической активацией реагирующих веществ. Фотохимические реакции. Законы Бугера-Ламберта-Бера и квантовой эквивалентностиЭйнштейна. Кинетика фотохимических реакций. Сенсибилизированные реакции. Фотосенсибилизация. Кинетика сложных химических реакций. Метод стационарных состояний ( на примере реакции А+АЕ М-)Катализ. Классификация. Скорость и причины каталитических реакций. Ферментальный катализ. Особенности ферментативного катализа. Уравнение Михаэлиса Ментен (с выводом).Определение кинетических параметров ферментативных реакций по экспериментальным данным. Способы Лайнувера - и Эди-Хофсти. Ингибирование ферментативных реакций ( конкурентное, неконкурентное, бесконкурентное).
Перечень лабораторных работ
1. Определение электропроводности и константы диссоциации слабого электролита. (№5)
2. Кондуктометрическое титрование. (№6)
3. Измерение ЭДС гальванического элемента. (№7)
4. Измерение окислительно-восстановительных потенциалов. (№8)
5. Определение изотонического коэффициента электролита методом криоскопии. (№4)
6. Физико-химический анализ двухкомпонентной смеси. (№1)
7. Кинетика инверсии сахарозы. (№15)
8. Кинетика разложения перекиси водорода. (№14)
Темы коллоквиумов
Коллоквиум 1.
Коллоквиум 2.
Литература.
Обязательная
1. . , Физическая химия, Москва, Изд. « Агар», 2001
Программа составлена
,
доктор химических наук, профессор,
,
кандидат химических наук ,доцент,
кафедра физической и коллоидной химии, факультета
физико-математических и естественных наук
