Учебно-методический комплекс по дисциплине Физическая химия (стр. 3 )

5.1 Темы лекционных занятий и их аннотации

Семестр 2.

Тема 1. (2 часа). 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. Применение Первого закона термодинамики для расчета процессов с участием идеальных газов.

Тема 2. (2 часа). Термохимия. Теплоемкости. Тепловой эффект химической реакции. Закон Гесса и его следствия. Зависимость теплового эффекта реакции от температуры, уравнение Кирхгоффа.

Тема 3. (2 часа). Теоремы и лемма Карно. Различные формулировки второго начала термодинамики. Направление естественных процессов. Энтропия. Изменение энтропии в необратимых процессах, неравенство Клаузиуса. Энтропия и вероятность.

Тема 4. (2 часа). Определение абсолютной энтропии. Вычисление изменения энтропии в необратимых процессах, объединенный закон термодинамики. Определение абсолютной энтропии. Вычисление изменения энтропии в необратимых процессах, объединенный закон термодинамики. Расчет изменения энтропии в различных процессах с участием идеальных газов.

Тема 5. (2 часа). Характеристические функции. Термодинамические потенциалы – энергия Гиббса, энергия Гельмгольца и их свойства. Уравнения Максвелла. Уравнение Гиббса-Гельмгольца и его роль в химии.

Тема 6. (2 часа). 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.

Тема 7. (2 часа). Растворы различных классов. Различные способы выражения состава растворов, смеси идеальных газов. Термодинамика растворов. Гомогенные системы, идеальные и реальные растворы.

Тема 8. (2 часа). Общие свойства растворов. Уравнение Гиббса-Дюгема. Давление насыщенного пара жидких растворов. Законы идеальных жидких растворов – закон Генри, закон Рауля.

Тема 9. (2 часа). Коллигативные свойства растворов – эбуллиоскопия, криоскопия, осмотические явления.

Тема 10. (2 часа). Растворимость газообразных и твердых веществ в жидкости. Равновесие жидкость-пар в бинарных системах. Первый закон Коновалова, правило рычага.

Тема 11. (2 часа). Растворы с положительными и отрицательными отклонениями от закона Рауля. Второй закон Коновалова, азеотропные смеси и их свойства. Простая, фракционная перегонка. Ректификация. Перегонка азеотропов.

Тема 12. (2 часа). 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.

Тема 13. (2 часа). 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

Тема 14. (2 часа). Гетерогенные системы. Гетерогенное фазовое равновесие. Правило фаз Гиббса.

Тема 15. (2 часа). Однокомпонентные системы. Диаграмма состояния воды. Диаграмма состояния серы. Двухкомпонентные системы.

Тема 16. (2 часа). Различные диаграммы состояния и их анализ на основе правила фаз Гиббса.

Тема 17. (2 часа). 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.

Тема 18. (2 часа). Изотермы адсорбции – изотермы Генри, Ленгмюра, Фрейндлиха, БЭТ, Гиббса. Адсорбция на границе раздела фаз: твердое тело-газ (Адсорбционная теория Лэнгмюра), жидкость-газ, адсорбция из растворов.

Семестр 3

Тема 1. (2 часа). 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.

Тема 2. (2 часа). Методы определения порядка. Кинетика сложных реакций.

Тема 3. (2 часа). Влияние температуры на скорость химических реакций – правило Вант-Гоффа, уравнение Аррениуса. Основные теории химической кинетики – теория активных столкновений.

Тема 4. (2 часа). Теория переходного состояния. Цепные реакции, свободные радикалы. Фотохимические реакции.

Тема 5. (2 часа). Катализ. Виды катализа – гомогенный, гетерогенный, ферментативный. Основные свойства катализаторов. Факторы, влияющие на катализ. Теория механизма гомогенного катализа.

Тема 6. (2 часа). Общие сведения о кинетике и механизмах ферментативных реакций.

Тема 7. (2 часа). Кислотно-основной катализ.

Тема 8. (2 часа). Гетерогенный катализ – теория мультиплетов Баландина.

Тема 9. (2 часа). Электрохимия, основные понятия. Теория слабых электролитов Аррениуса, ее недостатки.

Тема 10. (2 часа). Теории сильных электролитов. Понятие средней активности и среднего коэффициента активности. Ионная сила, закон Дебая-Гюккеля.

Тема 11. (2 часа). Электропроводность – удельная и эквивалентная. Подвижность ионов. Измерение электропроводности, ее практическое применение. Числа переноса ионов.

Тема 12. (2 часа). Электрохимические элементы. ЭДС гальванического элемента. Правило знака ЭДС. Уравнение Гиббса - Гельмгольца. Уравнение Нернста для ЭДС. Определение ЭДС.

Тема 13. (2 часа). Возникновение межфазных скачков на границах раздела фаз. Двойной электрический слой. Электродный потенциал.

Тема 14. (2 часа). Классификация электродов, электроды I, II, рода. Газовые электроды.

Тема 15. (2 часа). Неравновесные электродные процессы. Электролиз. Перенапряжение водорода.

Тема 16. (2 часа). Элементы неравновесной термодинамики. Понятие о стационарном состоянии и методах его анализа и определения. Аттрактор. Устойчивость стационарных состояний (случай одного уравнения): понятие об устойчивости, аналитический метод определения типа устойчивости (метод Ляпунова), графический метод определения типа устойчивости.

Тема 17. (3 часа). Элементы кинетики биологических процессов. Модели Мальтуса, Ферхюльста. Решение системы двух линейных автономных ОДУ. Анализ устойчивости поведения данных моделей вблизи особых точек. Типы особых точек. Фазовая плоскость. Изоклины. Построение фазовых портретов. Кинетические кривые. Анализ кинетической модели системы линейных химических реакций, модель хищник-жертва.

Тема 18. (1 час). Обобщение: место физической химии в окружающем мире и ее роль в биохимических исследованиях.

5.2. Планы практических занятий

Практические занятия в учебном плане не предусмотрены

5.3. Планы лабораторного практикума

Описание базы лабораторных занятий, форм их проведения.

Материально-техническое база: занятия проводятся в специализированной лаборатории физической химии имеющей в наличии следующие основное оборудование, необходимое для выполнения лабораторного практикума: фотоколориметр, термостат, водяные бани, весы, калориметр, криостат, мерная посуда, химическая посуда, потенциометр и т. д.

Лабораторные работы выполняются в соответствии с практикумом: [4], в котором определены вопросы, касающиеся целей и задач конкретной лабораторной работы, описано необходимая материальная база, обращено внимание на технику безопасности при выполнении данной работы, дано небольшое теоретическое вступлении и описан ход выполнения работы, методика обработки полученных результатов, даны рекомендации по форме отчетности и представлены примерные контрольные вопросы и задачи по теме лабораторной работы. Оперативные изменения в ходе выполнения лабораторной работы осуществляются в виде размещения новой версии лабораторной работы через систему ИИАС (но обязательно выдается 1 копия на бумажном носителе).

Техника безопасности. Перед началом цикла лабораторных работ каждый студент проходит инструктаж по технике безопасности (под роспись). Каждая лабораторная работа включает в себя раздел, посвященный технике безопасности по данной работе.

Форма отчетности, перечень заданий и вопросов, выносимых на защиту (сдачу) лабораторной работы определен в практикуме после описания соответствующей лабораторной работы.

Лабораторные работы обеспечивают формирование ПК1, ПК2, ПК7, ОК1, ОК2, ОК7 компетенций.

Лабораторные работы помогают:

·  овладеть пониманием о практическом применении законов физической химии в ходе исследования физико-химических систем;

·  освоить типичные практические операции и навыки определения различных характеристик свойств и состояний объектов изучения физической химии и развитие навыков у студентов в применении данных методов.

Освоить опыт применения химических законов в практической деятельности.

Тема 1. (6 часов). Вводная лабораторная работа.

Перечень заданий, задач, выносимых на лабораторную работу: Инструктаж по технике безопасности. Распределение лабораторных работ на учебный семестр и краткая характеристика каждой работы. Подготовка к выполнению общей лабораторной работы по Теме 2.

Рекомендуемая литература: Смотри список учебно-методической литературы.

Тема 2. (6 часов). Приготовление растворов различной концентрации и определение их концентрации методом титрования.

Перечень заданий, задач, выносимых на лабораторную работу:

Теоретическая часть. Способы выражения концентрации растворов и практика использования титриметрического и денсиметрического методов для анализа пищевых продуктов.

Практическая часть. Проверка готовности к выполнению лабораторной работы. Задания по работе выдаются индивидуально преподавателем. По окончании выполнения работы и выполнения необходимых расчетов и построений сдается устный индивидуальный отчет по работе (теоретические и практические задания).