Учебно-методический комплекс по дисциплине Физическая химия (стр. 2 )

Программа курса построена по блочно-модульному принципу, в ней выделены несколько разделов/тем:

2. КОМПЕТЕНЦИИ ОБУЧАЮЩЕГОСЯ, ФОРМИРУЕМЫЕ

В РЕЗУЛЬТАТЕ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

·  быть способным и готовым использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ПК-1);

·  использовать знания о современной физической картине мира, пространственно-временных закономерностях, строении вещества для понимания окружающего мира и явлений природы (ПК-2);

В результате освоения дисциплины обучающийся должен:

знать:

·  об основных проблемах и вопросах, решаемых в данном курсе и применительно к биотехнологии;

·  о существующих подходах к рассмотрению вопросов основных разделов физической химии;

·  о связи физической химии с другими дисциплинами – биохимией, физиологией, биофизикой.

уметь:

·  применять теоретические положения физической химии при рассмотрении различных физико-химических свойств и явлений, для анализа конкретных процессов;

·  использовать теоретические знания по физической химии в своей практике;

·  раскрывать взаимосвязь между основными разделами физической химии и другими науками;

·  анализировать, сопоставлять, систематизировать полученные на лекционных, практических и лабораторных занятиях научные факты;

·  выдвигать и обосновывать гипотезы о причинах возникновения того или иного состояния, события, описываемых в физической химии, о возможных путях их развития и последствиях;

владеть:

·  умением выбирать методы физической химии при изучении того или иного явления, учитывая все их преимущества и недостатки;

·  навыками определения параметров, характеристик физико-химических процессов и систем, используя известные методы, средства, закономерности физической химии;

3. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Целью освоения дисциплины ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

является:

формирование у студентов фундаментальных теоретических представлений о сущности основных физико-химических процессов. Курс физической химии в подготовке специалистов данного направления служит базой для изучения многих специальных дисциплин: биохимии, биофизики, физиологии и других. В ходе изучения происходит формирование необходимого кругозора по теоретическим и практическим вопросам химии, о ее тесной взаимосвязи с другими областями знаний. Курс не только помогает студенту усвоить предмет физической химии, но и способствует развитию самостоятельных навыков в применении ее законов, то есть формированию физико-химического мышления. Ядро курса составляют основные разделы физической химии – химическая термодинамика и термохимия, термодинамика растворов, химическое и фазовое равновесия, адсорбция, химическая кинетика, катализ, электрохимия. Лабораторные работы, охватывающие основные разделы физической химии, способствуют более глубокому пониманию физико-химических явлений, развивают умение формулировать и анализировать конкретную проблему, принимать самостоятельное решение

Задачи освоения дисциплины:

·  сформировать понимание, что физическая химия является одной из фундаментальных дисциплин, лежащих в основе естествознания;

·  владеть навыками теоретических методов расчета различных физико-химических процессов;

·  овладеть навыками практического использования физико-химических методов исследования в своей деятельности.

4. СТРУКТУРА ДИСЦИПЛИНЫ ПО ВИДАМ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ,

СООТНОШЕНИЕ ТЕМ И ФОРМИРУЕМЫХ КОМПЕТЕНЦИЙ

Общая трудоемкость дисциплины составляет 10 зачетных единиц, 180 часов.

№	Разделы, темы дисциплины	Неделя семестра	Виды учебной работы (в часах)	Формы текущего контроля успеваемости	Формируемые компетенции (код)	Всего компе-тенций
Л.	Лабраб.	Сам. раб.
Семестр 2
1	Тема 1. Предмет физической химии, основные разделы и методы исследования. Химическая термодинамика, основные определения и понятия - термодинамические системы, термодинамические состояния, параметры, процессы, функции состояния. Термодинамические равновесные системы и процессы. Внутренняя энергия, закон сохранения энергии. Теплота и работы различного рода. Первый закон термодинамики. Энтальпия	1	2	6	6	Домашнее задание	ПК-1, ПК-2	3
2	Тема 2. Термохимия. Теплоемкости. Тепловой эффект химической реакции. Закон Гесса и его следствия. Зависимость теплового эффекта реакции от температуры, уравнение Кирхгоффа.	2	2	6	6	Домашнее задание. Письменный опрос (10 мин.). Решение задач.	ПК-1, ПК-2	3
3	Тема 3. Теоремы и лемма Карно. Различные формулировки второго начала термодинамики. Направление естественных процессов. Энтропия. Изменение энтропии в необратимых процессах, неравенство Клаузиуса. Энтропия и вероятность.	3	2		6	Домашнее задание. Письменный опрос (10 мин.). Решение задач.	ПК-1, ПК-2	3
4	Тема 4. Определение абсолютной энтропии. Вычисление изменения энтропии в необратимых процессах, объединенный закон термодинамики. Определение абсолютной энтропии. Вычисление изменения энтропии в необратимых процессах, объединенный закон термодинамики.	4	2		6	Домашнее задание. Письменный опрос (10 мин.). Решение задач.	ПК-1, ПК-2	3
5	Тема 5. Характеристические функции. Термодинамические потенциалы – энергия Гиббса, энергия Гельмгольца и их свойства. Уравнения Максвелла. Уравнение Гиббса-Гельмгольца и его роль в химии.	5	2		6	Домашнее задание. Письменный опрос (10 мин.). Решение задач.	ПК-1, ПК-2	3
6	Тема 6. Критерии возможности протекания самопроизвольных химических реакций для открытых систем. Химический потенциал. Характеристические функции идеальных и реальных газов. Химический потенциал для идеальных и реальных систем, активность, фугитивность.	6	2		6	Домашнее задание. Письменный опрос (10 мин.). Решение задач.	ПК-1, ПК-2	3
7	Тема 7. Растворы различных классов. Различные способы выражения состава растворов, смеси идеальных газов. Термодинамика растворов. Гомогенные системы, идеальные и реальные растворы.	7	2	6	6	Домашнее задание. Письменный опрос (10 мин.). Решение задач.	ПК-1, ПК-2	3
8	Тема 8. Общие свойства растворов. Уравнение Гиббса-Дюгема. Давление насыщенного пара жидких растворов. Законы идеальных жидких растворов – закон Генри, закон Рауля.	8	2		6	Домашнее задание. Письменный опрос (10 мин.). Решение задач.	ПК-1, ПК-2	3
9	Тема 9. Коллигативные свойства растворов – эбуллиоскопия, криоскопия, осмотические явления.	9	2	6	6	Домашнее задание. Письменный опрос (10 мин.). Решение задач.	ПК-1, ПК-2	3
10	Тема 10. Растворимость газообразных и твердых веществ в жидкости. Равновесие жидкость-пар в бинарных системах. Первый закон Коновалова, правило рычага.	10	2		6	Домашнее задание. Письменный опрос (10 мин.). Решение задач.	ПК-1, ПК-2	3
11	Тема 11. Растворы с положительными и отрицательными оклонениями от закона Рауля. Второй закон Коновалова, азеотропные смеси и их свойства. Простая, фракционная перегонка. Ректификация. Перегонка азеотропов.	11	2		6	Домашнее задание. Письменный опрос (10 мин.). Решение задач.	ПК-1, ПК-2	3
12	Тема 12. Химическое равновесие, условия химического равновесия. Закон действия масс, его кинетический вывод. Закон действия масс для гетерогенных реакций. Принцип Ле-Шателье. Зависимость констант равновесия от температуры, уравнения изотермы, изохоры, изобары химической реакции.	12	2	6	6	Домашнее задание. Письменный опрос (10 мин.). Решение задач.	ПК-1, ПК-2	3
13	Тема 13. Фазовые переходы первого рода, уравнение Клайперона-Клаузиуса и его применение к различным фазовым переходам первого рода. Условия самопроизвольного перехода вещества из одной фазы в другую	13	2		6	Домашнее задание. Письменный опрос (10 мин.). Решение задач.	ПК-1, ПК-2	3
14	Тема 14. Гетерогенные системы. Гетерогенное фазовое равновесие. Правило фаз Гиббса.	14	2		6	Домашнее задание. Письменный опрос (10 мин.). Решение задач.	ПК-1, ПК-2	3
15	Тема 15. Однокомпонентные системы. Диаграмма состояния воды. Диаграмма состояния серы. Двухкомпонентные системы.	15	2		6	Домашнее задание. Письменный опрос (10 мин.). Решение задач.	ПК-1, ПК-2	3
16	Тема 16. Различные диаграммы состояния и их анализ на основе правила фаз Гиббса.	16	2	6	6	Домашнее задание. Письменный опрос (10 мин.). Решение задач.	ПК-1, ПК-2	3
17	Тема 17. Поверхностные явления. Внутреннее давление жидкости. Поверхностное натяжение. Влияние природы вещества, температуры, концентрации на поверхностное натяжение. Понятие о ПАВ и ПИВ. Поверхностная активность. Понятие адсорбции, адсорбента, адсорбата. Силы адсорбционного взаимодействия. Виды адсорбции.	17	2	6	5	Домашнее задание. Письменный опрос (10 мин.). Решение задач.	ПК-1, ПК-2	3
18	Тема 18. Изотермы адсорбции – изотермы Генри, Ленгмюра, Фрейндлиха, БЭТ, Гиббса. Адсорбция на границе раздела фаз: твердое тело-газ (Адсорбционная теория Лэнгмюра), жидкость-газ, адсорбция из растворов.	18	2	6	5	Домашнее задание. Письменный опрос (10 мин.). Решение задач.	ПК-1, ПК-2	3
Семестр 3
1	Тема 1. Химическая кинетика, ее основные понятия. Скорость химической реакции. Основной постулат химической кинетики. Понятие порядка, молекулярности. Кинетика необратимых гомогенных реакций 1-го, 2-го,3-го порядков.	1	2	6	4	Домашнее задание. Письменный опрос (10 мин.). Решение задач.	ПК-1, ПК-2	3
2	Тема 2. Методы определения порядка. Кинетика сложных реакций.	2	2		4	Домашнее задание. Письменный опрос (10 мин.). Решение задач.	ПК-1, ПК-2	3
3	Тема 3. Влияние температуры на скорость химических реакций – правило Вант-Гоффа, уравнение Аррениуса. Основные теории химической кинетики – теория активных столкновений.	3	2		4	Домашнее задание. Письменный опрос (10 мин.). Решение задач.	ПК-1, ПК-2	3
4	Тема 4. Теория переходного состояния. Цепные реакции, свободные радикалы. Фотохимические реакции.	4	2		4	Домашнее задание. Письменный опрос (10 мин.). Решение задач.	ПК-1, ПК-2	3
5	Тема 5. Катализ. Виды катализа – гомогенный, гетерогенный, ферментативный. Основные свойства катализаторов. Факторы, влияющие на катализ. Теория механизма гомогенного катализа.	5	2		4	Домашнее задание. Письменный опрос (10 мин.). Решение задач.	ПК-1, ПК-2	3
6	Тема 6. Общие сведения о кинетике и механизмах ферментативных реакций.	6	2		4	Домашнее задание. Письменный опрос (10 мин.). Решение задач.	ПК-1, ПК-2	3
7	Тема 7. Кислотно-основной катализ.	7	2		4	Домашнее задание. Письменный опрос (10 мин.). Решение задач.	ПК-1, ПК-2	3
8	Тема 8. Гетерогенный катализ – теория мультиплетов Баландина.	8	2		4	Домашнее задание. Письменный опрос (10 мин.). Решение задач.	ПК-1, ПК-2	3
9	Тема 9. Электрохимия, основные понятия. Теория слабых электролитов Аррениуса, ее недостатки.	9	2		4	Домашнее задание. Письменный опрос (10 мин.). Решение задач.	ПК-1, ПК-2	3
10	Тема 10. Теории сильных электролитов. Понятие средней активности и среднего коэффициента активности. Ионная сила, закон Дебая-Гюккеля.	10	2		4	Домашнее задание. Письменный опрос (10 мин.). Решение задач.	ПК-1, ПК-2, ПК-7	3
11	Тема 11. Электропроводность – удельная и эквивалентная. Подвижность ионов. Измерение электропроводности, ее практическое применение. Числа переноса ионов.	11	2		4	Домашнее задание. Письменный опрос (10 мин.). Решение задач.	ПК-1, ПК-2	3
12	Тема 12. Электрохимические элементы. ЭДС гальванического элемента. Правило знака ЭДС. Уравнение Гиббса - Гельмгольца. Уравнение Нернста для ЭДС. Определение ЭДС.	12	2	6	5	Домашнее задание. Письменный опрос (10 мин.). Решение задач.	ПК-1, ПК-2	3
13	Тема 13. Возникновение межфазных скачков на границах раздела фаз. Двойной электрический слой. Электродный потенциал.	13	2		5	Домашнее задание. Письменный опрос (10 мин.). Решение задач.	ПК-1, ПК-2	3
14	Тема 14. Классификация электродов, электроды I, II, рода. Газовые электроды.	14	2		5	Домашнее задание. Письменный опрос (10 мин.). Решение задач.	ПК-1, ПК-2	3
15	Тема 15. Неравновесные электродные процессы. Электролиз. Перенапряжение водорода.	15	2		5	Домашнее задание. Письменный опрос (10 мин.). Решение задач.	ПК-1, ПК-2	3
16	Тема 16. Элементы неравновесной термодинамики. Понятие о стационарном состоянии и методах его анализа и определения.	16	2		5	Домашнее задание. Письменный опрос (10 мин.). Решение задач.	ПК-1, ПК-2	3
17	Тема 17. Элементы кинетики биологических процессов.	17	3	6	5	Домашнее задание. Письменный опрос (10 мин.). Решение задач.	ПК-1, ПК-2	3
18	Тема 18. Обобщение: место физической химии в окружающем мире и ее роль в биохимических исследованиях.	18	1	6	5		ПК-1, ПК-2	3

5. Содержание дисциплины