БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ХИМИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

УТВЕРЖДАЮ

Декан химического факультета

_ Д.В. Свиридов

« »_ г.

Регистрационный № УД- /баз

«ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ФИЗИЧЕСКОЙ ХИМИИ.

ЧАСТЬ 1. Методы химической термодинамики»

Учебная программа для специальности 1-31 05 01 Химия Направления специальности:

1-31 05 01-01 научно-производственная деятельность 2011 2

СОСТАВИТЕЛИ:

А. В. Блохин, профессор кафедры физической химии Белорусского государственного университета, доктор химических наук, доцент;

Е. В. Павлечко, доцент кафедры электрохимии Белорусского государственного университета, кандидат химических наук, доцент.

М. П. Шевелева, старший преподаватель кафедры физической химии Белорусского государственного университета, кандидат химических наук РЕЦЕНЗЕНТЫ:

Ю. С. Головко, ассистент кафедры электрохимии Белорусского государственного университета, кандидат химических наук;

Л. С. Карпушенкова, доцент кафедры неорганической химии Белорусского государственного университета, кандидат химических наук

РЕКОМЕНДОВАНА К УТВЕРЖДЕНИЮ:

Кафедрой физической химии Белорусского государственного университета (протокол № 6 от_07.12.10);

Учебно-методической комиссией химического факультета Белгосуниверситета (дата, номер протокола) Ответственный за редакцию: М. П. Шевелева Ответственный за выпуск: М. П. Шевелева

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Специальный курс «Экспериментальные методы физической химии. Ч. 1. Методы химической термодинамики» предназначен для студентов 4-го курса химического факультета по специальности 1-31 05 01-01 «Химия (научно-производственная деятельность)» специализации «Физическая химия» и «Химия твердого тела и полупроводников».

Цель курса: изучение основ современных методов и средств измерения температуры и проведения термохимического эксперимента; изучение принципов построения калориметрической аппаратуры, использования различных термометров и калориметров для решения научных и практических задач, методики проведения калориметрических опытов и обработки их результатов.

Специальный курс включает в себя не только обзор современных экспериментальных методов термометрических и калориметрических измерений, ведущихся в мире, но и рассматривает различные области применения термохимических данных в области химической технологии, физико-химии органических веществ, минералов, неорганических веществ и полимеров.

Семинарские занятия включают в себя решение практических задач: перевод температуры в Международную температурную шкалу, обработку экспериментальных данных калориметрии, вычисление погрешностей экспериментальных величин, расчеты термодинамических свойств веществ на основании калориметрических измерений. Целью семинарских занятий является выработка у студентов навыков обработки экспериментальных данных, полученных с использованием современных прецизионных калориметров.

На лабораторных занятиях студенты овладевают навыками работы с современным термометрическим и калориметрическим оборудованием.

Специальный курс «Экспериментальные методы физической химии. Методы химической термодинамики» непосредственно связан с общим курсом «Физическая химия» и другими специальными курсами специализации «Физическая химия», необходим студентам 4-го и 5-го курсов для качественного проведения научных исследований при выполнении курсовых и дипломных работ.

СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОГО МАТЕРИАЛА

№ п/п Наименование разделов, тем Количество часов Аудиторные Самост.

работа лекции практич, се- Лаб. занятия КСР минары 1 Понятие о температуре. Термо- метрические параметры. Температурные шкалы 5 Основные типы термометров 8 6 0, 6 Классификация калориметров 6 0, 12 Градуировка и проведения опы- 6 6 тов в калориметрах различного типа 15 Обработка результатов калори- 6 6 3 метрических измерений. Расчет термодинамических функций веществ Итого 34 6 18 10

ВВЕДЕНИЕ

Задачи современной термометрии и калориметрии и основные направления их развития.

ОСНОВЫ ТЕРМОМЕТРИИ

Понятие о температуре. Тепловое равновесие и возможность измерения температуры. Термометрические параметры. Температурные шкалы, основные сведения, принципы построения. Условные температуры. Шкалы Цельсия, Фаренгейта, Бойля-Реомюра.

Термодинамическая температура. Абсолютная термодинамическая температура, термодинамическая температура Цельсия. Сравнение абсолютной и логарифмической температурных шкал Кельвина. Реализация термодинамической температурной шкалы, сравнение шкалы Кельвина и шкалы идеального газового термометра (шкалы Авогадро). Газовые термометры, принципиальное устройство, введение поправок к показаниям газовых термометров.

Международная (практическая) температурная шкала. МТШ-90: реперные точки, деление на интервалы по способам определения температуры.

Основные требования, предъявляемые к калориметрическим термометрам.

Ртутные термометры, основные сведения, типы. Расчет поправок к показаниям ртутных термометров. Термическая инертность термометра.

Термометры сопротивления, общие сведения, области применения. Устройство платиновых термометров сопротивления, требования к их конструкции. Другие термометры сопротивления (железо-родиевые, медные, никелевые, германиевые). Сравнение чувствительности платинового и железо-родиевого термометров сопротивления в области низких температур. Термисторы. Измерение сопротивления термометра: потенциометрический и мостовой методы, их сравнение. Использование термометров сопротивления в калориметрии.

Термопары, общие сведения. Термоэлектрические явления, особенности термоэлектрических цепей. Выбор термоэлектродов, изготовление термопар. Характеристика наиболее распространенных и стандартизированных термопар. Дифференциальные термопары. Применение термопар в калориметрии.

Кварцевый термометр, основные сведения. Использование термометров различных типов в калориметрических исследованиях.

ОСНОВЫ КАЛОРИМЕТРИИ

Общие сведения о калориметрах. Классификация калориметров по режиму и методу измерения, конструкции прибора.

Изотермические калориметры: калориметры фазовых переходов; калориметры, в которых тепловой эффект процесса компенсируется термоэлектрическими эффектами;

калориметры, в которых теплота процесса компенсируется теплотой другой химической реакции.

Калориметры, основанные на измерении разности температур. Жидкостные и массивные калориметры. Проточные калориметры. Калориметры теплового потока.

Теплопередача в калориметрических системах. Теплообмен через теплопроводность, конвекцию и излучение.

Режимы калориметрических измерений: изотермический, адиабатический, изопериболический, сканирующий. Адиабатический калориметр, бомбовый калориметр сгорания, калориметр растворения. Дифференциальные сканирующие калориметры. Метод тройного теплового моста.

Градуировка калориметров, общие принципы. Градуировка жидкостных и массивных калориметров с изотермической оболочкой, калориметров-контейнеров.

Проведение калориметрического опыта и вычисление результатов. Расчет поправки на теплообмен и особенности проведения опытов в калориметрах с изотермической оболочкой. Проведение опыта в адиабатических калориметрах, расчет поправки на теплообмен между калориметром и оболочкой. Температура, к которой следует относить измеренный тепловой эффект. Проведение опытов в калориметрах теплового потока. Калориметр Тиана. Дифференциальный калориметр Кальве. Проведение опыта в дифференциальных сканирующих калориметрах.

Использование результатов термохимических измерений. Измерение и расчет тепловых эффектов различных процессов. Измерение теплоемкости веществ, расчет термодинамических функций соединений на основе данных по теплоемкости. Расчет химических равновесий.

Калориметрические исследования фазовых превращений органических веществ веществ в конденсированном состоянии. Калориметрическое определение степени чистоты и температуры плавления веществ.

Современные методы и области термохимических исследований минералов и неорганических материалов. Изучение процессов разупорядоченности в сплавах. Определение энергии образования и концентрации дефектов в сплавах.

Термодинамика полимеров. Экспериментальные методы исследования термодинамических свойств полимеров и особенности полимеров как объектов калориметрических исследований. Калориметрическое определение степени кристалличности полимеров.

ТЕМЫ ПРАКТИЧЕСКИХ (СЕМИНАРЫ) ЗАНЯТИЙ:

1. Обработка результатов экспериментальных исследований теплоемкости веществ методами дифференциальной сканирующей и адиабатической калориметрии.

2. Обработка результатов калориметрического определения теплот растворения и сгорания веществ.

3. Использование результатов термохимических исследований в технологических расчетах.

Расчет термодинамических функций веществ, констант равновесия химических реакций.

ТЕМЫ ЛАБОРАТОРНЫХ ЗАНЯТИЙ:

1. Калибровка термопары и температурного датчика по образцовому платиновому термометру сопротивления.

2. Определение энергии сгорания органических веществ методом бомбовой калориметрии.

3. Измерение теплоемкости и энтальпий фазовых переходов веществ методами дифференциальной сканирующей и адиабатической калориметрии.

4. Калориметрическое определение теплоты растворения веществ.

ОСНОВНАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Колесов В. П. Основы термохимии. М. – 1996.

2. Скуратов С. М., Колесов В. П., Воробьев А. Ф.. Термохимия, ч. 1 и 2. М. – 1966.

3. Куинн Т. Температура. М. – 1985.

4. В. Г. Лисиенко, Е. М. Шлеймович, М. Г. Ладыгичев и др. Температура: теория, практика, эксперимент. В 3 т. Т.1. Кн.1. Методы контроля температуры. М.: Теплотехник –

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА

5. Хеммингер В., Хене Г. Калориметрия. Теория и практика. М. – 1989.

6. Попов М. М. Термометрия и калориметрия. 2-е изд. М. – 1954.

7. Киселева И.А., Огородова Л.П. Термохимия минералов и неорганических материалов. М.: Научный мир – 1997.

8. Лебедев Б.В. Термодинамика полимеров. Учебное пособие. Горький: ГГУ – 1989.

9. Берштейн В.А., Егоров В.М. Дифференциальная сканирующая калориметрия в физикохимии полимеров. Л.: Химия – 1990.

10. В. Г. Лисиенко, Е. М. Шлеймович, М. Г. Ладыгичев и др. Температура: Теория, практика, эксперимент. В 3 т. Т.1. Кн. 2. Методы контроля температуры : справочное издание. М.: Теплотехник – 2007.