Геологический факультет МГУ
Программа общего курса дисциплины
«ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ»
для студентов 1 курса,
специальности: «Гидрогеология, инженерная геология и геокриология»
Программа расчитана на 26 часов: лекции-20 часов, семинары - 6 часов.
Введение. Определение и содержание физической химии. Методы физической химии.
Раздел 1. Химическая термодинамика
1.1. Нулевой закон термодинамики. Следствия из нулевого закона. Модель идеального газа. Уравнения состояния реальных газов. Уравнения изотермы и адиабаты, их графическое изображение.
1.2.Первый закон термодинамики. Основные понятия термодинамики. Внутренняя энергия, энтальпия и тепловые эффекты различных процессов. Закон аддитивности теплот Гесса. Теплоемкости веществ. Зависимость тепловых эффектов от температуры (формула Кирхгоффа).
1.3.Второй закон термодинамики. Самопроизвольные процессы. Энтропии веществ. Изменения энтропии в равновесных и неравновесных процессах. Постулат Планка. Теорема Нернста. Энергии Гельмгольца и Гиббса.
Характеристические функции, их свойства. Критерии протекания самопроизвольных процессов и равновесия в изолированных и неизолированных системах.
Уравнение Гиббса–Гельмгольца. Свободная энергия идеальных и реальных газов. Понятие о летучести (фугитивность) и активности. Фундаментальное уравнение Гиббса, химические потенциалы.
1.4.Химические равновесия. Закон действующих масс. Уравнение изотермы химической реакции. Различные виды констант равновесия. Гетерогенные равновесия: диссоциация карбонатов и кристаллогидратов. Влияние температуры и давления на равновесие. Расчет равновесных выходов.
1.5.Учение о растворах. Основные понятия. Способы выражения состава растворов. Фазовые переходы. Уравнение Клапейрона–Клаузиуса для процессов плавления, испарения и возгонки.
Парциальные мольные величины, уравнение Гиббса–Дюгема. Идеальные растворы. Закон Рауля. Диаграммы состояния в бинарных растворах. Отклонения от закона Рауля. Атермальные и регулярные растворы. Законы Гиббса–Коновалова.
Взаимная растворимость жидкостей. Закон распределения Нернста–Шилова.
Растворимость газов в жидкостях. Закон Генри, его применение в гидрогеологии. Высаливающее действие электролитов, уравнение Сеченова. Растворимость твердых веществ в жидкостях, влияние температуры и давления.
Коллигативные свойства растворов, их применение для определения молекулярных масс веществ и средних коэффициентов активностей ионов. Симметричная и несимметричная системы стандартизации состояния растворов.
1.6.Фазовые и адсорбционные равновесия. Правило фаз Гиббса. Классификация систем. Однокомпонентные системы. Полная диаграмма состояния воды при высоких давлениях. Полиморфизм, энантиотропные и монотропные превращения. Диаграммы состояния серы и фосфора.
Двухкомпонентные системы. Диаграммы состояния: температура плавления – состав. Химические соединения с конгруентной и инконгруентной точками плавления. Трехкомпонентные системы. Треугольные диаграммы состояния тройных систем.
Адсорбционные равновесия. Основные понятия. Мономолекулярная и полимолекулярная адсорбции. Уравнения изотерм адсорбции, их графическое изображение.
Раздел 2. Химическая кинетика
2.1.Основные понятия. Скорость химической реакции. Основной постулат химической кинетики. Порядок и молекулярность реакций. Влияние температуры на скорость реакций. Уравнение Аррениуса.
2.2. Кинетика химических реакций. Односторонние реакции первого и второго порядков. Сложные реакции. Методы определения порядка реакций.
2.3. Катализ. Основные понятия. Энергия активации каталитических реакций. Представления о гомогенном и гетерогенном катализе.
Раздел 3. Электрохимия растворов
3.1. Равновесия в растворах электролитов. Электролиты, теория Аррениуса и ее недостатки. Основные положения теории сильных электролитов. Активность электролитов. Предельный закон Дебая–Гюккеля. Коэффициенты активности отдельных ионов. Произведение растворимости.
3.2. Неравновесные свойства электролитов. Электропроводность электролитов: удельная и эквивалентная. Уравнение Кольрауша–Онзагера. Подвижность ионов, закон Кольрауша. Числа переноса ионов. Закон разведения Оствальда.
3.3. Электрохимические цепи. Понятие об электродвижущих силах (ЭДС) и скачках потенциалов. Электродные потенциалы, уравнение Нернста.
Электроды сравнения. Химические, концентрационные и окислительно-восстановительные цепи. Определение рН, чисел переноса и коэффициентов активности ионов методом ЭДС.
Рекомендуемая литература
Основная:
Дополнительная:
, , Лунин физической химии. 1. Теория. 2. Задачи. М.: БИНОМ, 2013. – 584 с. П. Эткинс, Дж. Д. Паула. Физическая химия. Равновесная термодинамика. М.: Мир, 2007. – 494 с. , , Ткаченко химия озона. М.: Изд-во МГУ, 1998. – 480 с. Ткаченко катализ. Кинетика. М.: Изд-во «Книжный дом Университет», 2006.- 107 с.Программа составлена проф., д. х.н. ,
с. н.с., к. ф-м. н.
