МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

ПЕРМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Утверждаю:

Принято:

Ученым Советом химического Декан химического факультета факультета _ Шеин А.Б.

Протокол № _ от (подпись) « _» 2012 г.

Кафедра физической химии

ПРОГРАММА

( химические науки) Зав. кафедрой Доктор химических наук, профессор А.Б. Шеин _ (Личная подпись) Пермь Введение В основу настоящей программы положены следующие дисциплины: химическая термодинамика, учение об электрохимических процессах, теория кинетики химических реакций. Программа разработана зав. кафедрой физической химии ПГНИУ, д.х.н., профессором Шеиным А.Б. на основе дисциплин «Химическая термодинамика», «Химическая кинетика и электрохимия», читаемых на химическом факультете ПГНИУ.

1. Химическая термодинамика Тема 1. Введение. Предмет физической химии. Разделы физической химии. Историческая справка.

Тема 2. Основы химической термодинамики. Предмет и метод термодинамики.

Термодинамические системы. Основные понятия. Закон сохранения и превращения энергии. Первый закон термодинамики. Внутренняя энергия - функция состояния системы. Простейшие термодинамические процессы в идеальном газе.

Основные понятия и определения термодинамики Тема 3. Понятие об энтальпии. Теплоты химических реакций. Закон Гесса и его следствия. Термохимические уравнения. Стандартные состояния и стандартные теплоты химических реакций.

Тема 4. Некоторые химические закономерности. Оценка теплот химических реакций по энергиям связей. Зависимость теплоты процесса от температуры. Уравнение Кирхгоффа.

Тема 5. Обратимые процессы как последовательность состояний равновесия. Работа в обратимых процессах. Цикл Карно. Второй закон термодинамики.

Тема 6. Энтропия. Изменение энтропии изолированной системы и направление процесса.

Энтропия идеального газа. Статистическое толкование энтропии. Постулат Планка и абсолютная энтропия. Вычисление энтропии.

Тема 7. Энергия Гельмгольца и энергия Гиббса. Уравнение Гиббса-Гельмгольца. Общие условия равновесия и самопроизвольного протекания процессов. Характеристические функции.

Тема 8. Термодинамические потенциалы идеальных и реальных газов. Фугитивность реального газа и ее расчет. Метод Льюиса. Коэффициент фугитивности.

Тема 9.Фазовые превращения индивидуальных веществ. Уравнение КлапейронаКлаузиуса. Фазовые переходы 1 и 2 рода, их термодинамическое описание.

2. Растворы Тема 10. Растворы – фазы переменного состава. Способы выражения состава раствора.

Теории растворов. Уравнения для характеристических функций многокомпонентныхъ систем. Химический потенциал. Уравнения Гиббса-Дюгема.

Тема 11. Характеристические функции для смесей идеальных газов. Неидеальные растворы газов. Фугитивность компонентов. Взаимная растворимость газов.

Тема 12. Давление насыщенного пара жидких растворов. Закон Рауля. Идеальные растворы. Отклонения от закона Рауля.

Тема 13. Равновесие жидкость-пар в двухкомпонентных системах. Правило рычага.

Законы Коновалова. Азеотропные смеси и их свойства. Перегонка. Ограниченная взаимная растворимость жидкостей.

Тема 14. Давление пара частично смешивающихся жидкостей. Активности компонентов раствора. Растворимость газов в жидкостях. Законы Генри, Дальтона, Сеченова.

Тема 15. Растворимость твердых веществ в идеальных и предельно разбавленных растворах. Криоскопия. Эбуллиоскопия. Осмотическое давление растворов.

Тема 16. Фазовые равновесия. Гетерогенные системы. Определения фазы, составляющего вещества, компонента, степени свободы. Условия равновесия в гетерогенной системе.

Правило фаз Гиббса, его вывод и анализ.

Тема 17. Однокомпонентные системы. Плоская и объемная диаграммы состояния.

Диаграммы состояния воды, серы, бензофенона. Энантиотропия и монотропия.

Тема 18. Термический анализ. Двухкомпонентные системы. Бинарные сплавы, растворы солей.

Тема 19. Химические соединения в бинарных сплавах с конгруэнтной и инконгруэнтной точками плавления. Ограниченная растворимость веществ в твердом состоянии.

Образование твердых растворов.

Тема 20. Трехкомпонентные системы. Треугольники Гиббса и Розебома. Объемная диаграмма состояния.

Тема 21. Химическое равновесие. Условия равновесия. Закон действующих масс. Различные формы выражения константы равновесия, связь между ними.

Тема 22. Изобарный и изохорный потенциалы химической реакции. Уравнение изотермы реакции Вант-Гоффа. Стандартные изменения изобарного и изохорного потенциалов при химических реакциях, их связь с константой равновесия. Комбинирование равновесий.

Тема 23. Примеры равновесий. Влияние давления на равновесие в идеальных газовых смесях.

Гетерогенные химические равновесия и особенности их термодинамического описания.

Тема 24.Влияние температуры на химическое равновесие. Уравнения изобары и изохоры реакции. Зависимость изобарного потенциала реакции и константы равновесия от температуры.

Тема 1. Введение в химическую кинетику. Основной постулат химической кинетики.

Понятие о порядке и молекулярности реакций. Односторонние реакции нулевого, первого, второго и третьего порядков. Определение порядка. Сложные реакции (обратимые, параллельные и последовательные). Механизм сложных химических процессов. Метод стационарных концентраций.

Тема 2. Влияние температуры на скорость реакции. Термодинамический вывод уравнения Аррениуса. Опытное определение энергии активации. Теория активных столкновений.

Закон распределения энергии для двух степеней свободы. Общее число столкновений и число активных столкновений в газе. Теоретический расчет константы скорости бимолекулярной реакции.

Тема 3. Применение теории столкновений к реакциям в растворах. Стерический множитель. Быстрые реакции в растворах. Теория столкновений мономолекулярных реакций. Теория активированного комплекса. Поверхность потенциальной энергии.

Активированный комплекс. Путь и координаты реакции.

Тема 4. Вывод и анализ основного уравнения теории активированного комплекса.

Фотохимические реакции. Закон Энштейна. Квантовый выход. Примеры реакций, для которых = 1, 1. Различие в кинетике фотохимических и темновых реакций.

Тема 5. Цепные реакции. Основные понятия и примеры. Кинетика неразветвленных цепных реакций. Тепловой взрыв. Теория воспламенений.

Тема 6. Кинетика реакций в гетерогенных системах. Диффузионная теория гетерогенной кинетики. Кинетический режим гетерогенных реакций.

Тема 7. Катализ. Общие сведения о катализе. Гомогенный катализ. Механизм действия гомогенного катализатора. Схема расчета кинетики гомогенных каталитических реакций.

Автокатализ в гомогенных реакциях. Кислотно-основной катализ.

Тема 8. Гетерогенный катализ. Кинетические уравнения гетерогенных каталитических реакций. Теории гетерогенного катализа.

Тема 9. Электрохимия. Ионика. Основы теории электролитической диссоциации Аррениуса ее недостатки. Ион-дипольное взаимодействие и причины устойчивости ионных систем. Методы расчета энергии кристаллической решетки и энергии сольватации. Ион-ионное взаимодействие в растворах электролитов. Термодинамическое описание химических равновесий в растворах электролитов; коэффициенты активности и методы их определения. Закон ионной силы.

Тема 10. Теория Дебая и Гюккеля. Вывод уравнений для потенциала ионной атмосферы и коэффициента активности.

Тема 11. Неравновесные явления в растворах электролитов. Удельная и эквивалентная электропроводности. Закон Кольрауша. Электрофоретический и релаксационный эффекты. Уравнение Онзагера. Эффекты Вина и Дебая-Фалькенгагена.

Тема 12. Числа переноса и подвижности отдельных ионов. Методы определения чисел переноса. Причины аномальной электропроводности в растворах электролитов.

Тема 13. Электродика. Понятие электрохимического потенциала и общее условие электрохимического равновесия на границе электрод/раствор. Формула Нернста.

Тема 14. Применение 2-го закона термодинамики к электрохимическим цепям; уравнение Гиббса-Гельмгольца.

Тема 15. Определение и выбор знака электродного потенциала. Различные типы электродов и электрохимических цепей.

Тема 16. Метод ЭДС при определении константы химического равновесия, коэффициентов активности и чисел переноса, при определении рН раствора.

Тема 17. Двойной электрический слой и адсорбции на границе электрод/раствор. Формула Липпмана. Электрокапиллярные кривые ртутного электрода. Потенциал нулевого заряда.

Емкость двойного электрического слоя.

Тема 18. Электролиз и законы Фарадея. Поляризация электродов и ее причина. Стадии электрохимического процесса; понятие лимитирующей стадии.

Тема 19. Зависимость тока от потенциала в замедленной стационарной диффузии.

Полярография. Теория замедленного разряда.

Тема 20. Ток обмена и перенапряжение. Перенапряжение выделения водорода. Коррозия металлов и методы защиты. Химические источники тока.

(полужирным шрифтом выделена основная литература) Шеин А. Б.Физическая химия.курс лекций : учебное пособие для студентов химического факультета, изучающих дисциплину "Химическая термодинамика" Ч.

1.Термодинамика, химическая термодинамика, основы теории растворов/А. Б.

Шеин, М. А. Виноградова ; Федеральное агентство по образованию, Пермский государственный университет им. А. М. Горького.-Пермь:Изд-во Перм. гос. унта,2008.-255.-Библиогр.: с. Шеин А. Б.Физическая химия.курс лекций : учебное пособие для студентов химического факультета, изучающих дисциплину "Химическая термодинамика" Ч.

2. Химическая кинетика, электрохимия/А. Б. Шеин, М. А. Виноградова ;

Федеральное агентство по образованию, Пермский государственный университет им. А. М. Горького.-Пермь:Изд-во Перм. гос. ун-та,2010.-403 с.-Библиогр.: с. 400.

Cтромберг А. Г.,Семченко Д. П. Физическая химия:учебник для студентов вузов, обучающихся по хим. спец./А. Г. Стромберг, Д. П. Семченко ; под ред. А. Г.

Стромберга.-М.:Высш. шк.,2006.-527.-Библиогр.: с. 511- Полторак О. М. Термодинамика в физической химии М.: Высшая школа.

Дамаскин Б. Б., Петрий О. А., Цирлина Г. А. Электрохимия. М.: Химия. 2001.

624 с.

Дамаскин Б. Б., Петрий О. А. Введение в электрохимическую кинетику. М.:

Высшая школа. 1983.

Денисов Е. Т., Саркисов О. М., Лихтенштейн Г. И. Химическая кинетика. М.:

Химия. 2000.

Эмануэль Н. М., Кнорре Д. Г. Курс химической кинетики. М.: Высшая школа.

1984.

Панченков Г. М., Лебедев В. П. Химическая кинетика и катализ. М.: Химия. 1985.

Физическая химия: В 2 кн. Кн.1,2: Учеб. пособие/Под ред. К.С. Краснова. М.:

Высш. Шк.,2001.

Основы физической химии/. Теория и задачи: Учеб. пособие для вузов/В.В. Еремин и др. М.: Изд.»Экзамен».2005.