Поиск в базе сайта:
I. Физическая химия. Введение icon

I. Физическая химия. Введение




Скачать 79.85 Kb.
НазваниеI. Физическая химия. Введение
Дата конвертации04.02.2013
Вес79.85 Kb.
КатегорияТексты

I. Физическая химия.

Введение.

Предмет физической химии и общая характеристика ее основных разделов (строение вещества, термодинамика, кинетика).

  1. Химическая термодинамика.

  1. Понятие о термодинамической системе и постулат о равновесии. Классификация систем. Термодинамические свойства. Внутренние и внешние параметры. Гомогенные и гетерогенные системы. Фазы и компоненты. Экстенсивные и интенсивные свойства гомогенной системы. Транзитивность термического равновесия и температуры. Уравнения состояния. Принцип соответственных состояний.

  1. Термодинамические процессы. Работа и теплота. Первый закон термодинамики и его аналитическое выражение. Внутренняя энергия и энтальпия. Понятие о функции состояния системы. Термические и калорические коэффициенты. Теплоемкость. Зависимость теплоемкости от температуры.

  1. Применение 1-го закона к химическим реакциям в многокомпонентных системах (закон Гесса); термохимические уравнения. Стандартные состояния. Энтальпии образования и сгорания. Зависимость теплового эффекта процесса от температуры (уравнение Кирхгофа).

  2. Второй закон термодинамики. Энтропия. Изменение энтропии изолированной системы и направление самопроизвольного процесса. Неравенство Клаузиуса. Условия термодинамического равновесия в изолированной системе. Обратимые и необратимые процессы. Изменение энтропии в закрытых системах при различных равновесных процессах. Энтропия идеального газа.

  3. Третий закон термодинамики. Теорема Нернста и постулат Планка. Вычисление абсолютной энтропии твердых, жидких и газообразных веществ. Стандартные энтропии.

  4. Метод потенциалов Гиббса. Фундаментальное уравнение и характеристические функции. Термодинамические потенциалы (внутренняя энергия, энтальпия, энергия Гиббса и энергия Гельмгольца). Соотношения Максвелла. Термодинамические уравнения состояния. Уравнения Гиббса-Гельмгольца. Критерий равновесия систем и самопроизвольности процессов в изоэнтропических (адиабатических) и изотермических условиях. Термодинамические функции идеального газа.

7. Растворы. Экстенсивные свойства гомогенной системы как однородные функции первого рода чисел молей компонентов. Теорема Эйлера. Парциальные и интегральные (среднемольные) величины. Связь между ними. Химический потенциал. Уравнение Гиббса-Дюгема. Выражения для химического потенциала идеальных и реальных растворов (твердых, жидких, газообразных). Летучесть. Активность. Методы их определения. Выбор стандартных состояний. Идеальные, регулярные, атермальные растворы. Избыточные термодинамические функции. Осмос. Криоскопия. Эбулиоскопия.

8. Общие условия термодинамического равновесия в приложении к
гетерогенным системам. Понятие фазы и независимого компонента. Межфазовые равновесие Степени свободы системы и правило фаз Гиббса. Уравнение Клапейрона–Клаузиуса. Устойчивые, метастабильные и неустойчивые фазы.

9. Диаграммы состояния. Однокомпонентные системы. Диаграммы состояния воды, серы, фосфора. Двухкомпонентные системы. Диаграммы состояния бинарных систем с полной взаимной растворимостью. Законы Гиббса-Коновалова. Диаграммы с простой эвтектикой и с конгруэнтно и инконгруэнтно плавящимися химическими соединениями.

10. Общие условия термодинамического равновесия в приложении к закрытым системам с химическими реакциями. Условия химического равновесия. Химическое сродство и направление самопроизвольной реакции. Связь сродства с изменением термодинамических потенциалов. Закон действующих масс в идеальных и реальных системах. Выражение константы равновесия через летучесть и активность для гомогенных и гетерогенных реакций. Изотерма химической реакции. Стандартные термодинамические характеристики реакций HT, ST, UT, FT, GT. Связь констант равновесия со стандартными изменениями энергии Гиббса и Гельмгольца. Приведенный потенциал Гиббса и его связь с H0 (). Уравнения изобары и изохоры химической реакции.

  1. Статистическая термодинамика.

1. Задачи статистической термодинамики. Микро- и макросостояния системы в классической статистике. Понятие о фазовом пространстве. - и -фазовые пространства. Эргодическая гипотеза. Принцип равной вероятности микросостояний в изолированной системе. Метод ячеек Больцмана. Термодинамическая вероятность, ее связь с энтропией. Вывод распределения Максвелла-Больцмана.

  1. Метод ансамблей Гиббса. Микроканоническое распределение. Канонический ансамбль и вывод функции распределения систем ансамбля по энергии. Каноническая сумма по состояниям. Квазиклассическое приближение. Расчет числа состояний. Распределение Гиббса и распределение Максвелла (сравнение).

  2. Связь суммы по состояниям с термодинамическими функциями. Сумма по состояниям для отдельной частицы и системы из N частиц. Связь между ними.

  3. Поступательная сумма по состояниям и расчет термодинамических функций одноатомного идеального газа. Статистический расчет. Энтропия и парадокс Гиббса.

  4. Внутренние степени свободы молекул и возможность разделения полной энергии молекулы на составляющие. Приближение "жесткий ротатор – гармонический осциллятор". Электронная, колебательная и вращательная суммы по состояниям молекул.

  5. Статистическая теория идеального кристалла в приближении Эйнштейна.

  6. Молекулярная статистика реального газа. Потенциал межмолекулярного взаимодействия. Конфигурационный интеграл и его вычисление в приближении групповых интегралов.

8. Химический потенциал идеального газа. Стандартные суммы по состояниям. Выражение Кр и Кс через суммы по состояниям.

Ш. Элементы термодинамики неравновесных процессов.

Второй закон термодинамики для неравновесных процессов – некомпенсированная теплота Клаузиуса и производство энтропии. Скорость производства энтропии и функция диссипации энергии. Их билинейная зависимость от обобщенных сил и вызываемых ими потоков. Неравенство де-Донде. Локальное равновесие и границы применимости линейной термодинамики неравновесных процессов. Линейное феноменологическое уравнение для скорости производства энтропии. Соотношения взаимности Онзагера. Применение уравнений неравновесной термодинамики к химической кинетике, диффузии и термодиффузии.

  1. Поверхностные явления, адсорбция.

Свойства поверхности раздела фаз. Поверхностное натяжение. Адсорбция. Адсорбционная формула Гиббса. Адсорбция на твердых поверхностях. Физическая и химическая адсорбция. Изотермы адсорбции. Уравнение Ленгмюра. Полимолекулярная адсорбция. Уравнение БЭТ. Определение удельной поверхности.

  1. Электрохимия.

  1. Теория электролитической диссоциации. Ион-ионное и ион-дипольное взаимодействие. Энергия кристаллической решетки и энергии сольватации. Термодинамическое описание химического равновесия в растворах электролитов, коэффициенты активности и методы их определения. Теория Дебая-Хюккеля.

  2. Неравновесные явления в растворах электролитов. Удельная и эквивалентная электропроводность. Закон Кольрауша. Числа переноса и подвижность ионов.

  3. Электрохимический потенциал и общие условия электрохимического равновесия на границе электрод-раствор. Равновесие в электрохимической цепи. Формула Нернста. Уравнение Гиббса-Гельмгольца. Определение констант химического равновесия и коэффициентов активности методом ЭДС. Различные типы электродов и электрохимических цепей. Система знаков для электродных потенциалов.

  4. Двойной электрический слой и явления адсорбции на границе электрод-раствор. Уравнение Линнмана. Электрокапиллярные кривые. Понятие потенциала нулевого заряда. Модельные представления о строении двойного электрического слоя.

  5. Кинетика электродных процессов. Электролиз и законы Фарадея. Поляризация электродов. Стадии электрохимического процесса. Лимитирующая стадия. Уравнения диффузионной кинетики. Полярография. Теория замедленного разряда. Ток обмена и перенапряжение.

  1. Химическая кинетика и катализ.

  1. Элементарные химические реакции. Молекулярность реакции. Основной постулат химической кинетики.

  2. Скорость химической реакции. Кинетическое уравнение для моно- и бимолекулярных реакций.

  3. Сложные химические реакции. Кинетические уравнения для обратимых, параллельных и последовательных реакций. Порядок реакции.

  4. Метод квазистационарных концентраций (метод Боденштейна); область применимости.

  5. Влияние температуры на скорость химической реакции. Уравнение Аррениуса. Энергия активности и определение ее по экспериментальным данным.

  6. Теория активных столкновений. Общее число двойных столкновений в газе. Расчет константы скорости бимолекулярной реакции. Мономолекулярные реакции; схема Линдемана.

  7. Теория активированного комплекса (теория переходного состояния) исходные постулаты. Расчет предэкспоненциального множителя. Поверхность потенциальной энергии и расчет энергии активации.

  8. Фотохимические реакции; закон Эйнштейна. Квантовый выход.

  9. Цепные реакции. Кинетика простых и разветвленных цепей. Тепловой взрыв.

  10. Образование промежуточных соединений при катализе. Понижение энергии активации при каталитической реакции. Принцип энергетического соответствия.

  11. Гомогенный катализ. Механизмы кислотно-основного гомогенного катализа. Влияние растворителя.

  12. Гетерогенный катализ. Стадии гетерогенного катализа. Кинетика гетерогенных каталитических реакций. Рель процессов переноса в гетерогенном катализе.

  13. Представление об активных центрах в катализе.

  14. Ферментативный катализ. Строение ферментов. Активность и избирательность действия. Кинетика и механизм ферментативных реакций.

    1. Строение молекул.

      1. Изолированная система как система из ядер и электронов. Квантово-механическая задача для изолированной молекулы. Квантовая и классическая теория строения молекул.

      2. Электронная, колебательная, вращательная, поступательная энергия молекулы. Симметрия молекул и ее использование для классификации состояний.

      3. Электронные состояния молекул. Квантово-механические подходы к описанию электронных состояний. Одноэлектронное приближение. Метод молекулярных орбиталей.

      4. Поверхности потенциальной энергии для молекулярных систем (двух- и многоатомных). Энергия диссоциации. Равновесная конфигурация молекул. Экспериментальные методы определения геометрической конфигурации молекул.

      5. Колебательные и вращательные степени свободы для линейных и нелинейных молекул. Малые колебания. Модель жесткий ротатор-гармонический осциллятор. Колебательные и вращательные уровни энергии молекул. Вырожденные и невырожденные колебания. Молекулы типа асимметричного, симметричного и сферического волчка. Ядерный спин и его влияние на систему энергетических уровней молекулы.

      6. Электрические свойства молекул и веществ. Дипольный момент и поляризуемость молекул. Поляризация вещества (диэлектрика). Экспериментальные методы определения дипольных моментов и поляризуемости.

      7. Взаимодействие изолированной молекулы с электромагнитным излучением. Поглощение, испускание (спонтанное и вынужденное), релеевское и комбинационное рассеяние.

      8. Электронные спектры. Колебательная структура электронных спектров. Принцип Франка-Кондона. Колебательные спектры. Вращательная структура колебательных спектров. Вращательные спектры. Спектры магнитного резонанса.

Литература.

  1. Герасимов Я.И., Древинг В.П., Еремин Е.Н., Киселев А.В., Лебедев В.П., Панчекков Г.М., Шлыгин А.И. Курс физической химии, т.1, М., "Химия", 1975; т.2, М., "Химия", 1973.

  2. Еремин Е.Н. Основы химической термодинамики. М., "Высшая школа", 1974.

  3. Еремин Е.Н. Основы химической кинетики в газах и растворах. М., изд-во МГУ, 1971.

  4. Полторак О.М. Лекции по химической термодинамике. М., "Высшая школа", 1971.

  5. Полторак О.М. Лекции по теории гетерогенного катализа. М., изд-во: МГУ, 1970.

  6. Даниэльс Ф., Олберти Р. Физическая химия. М., "Мир", 1978.

  7. Дамаскин Б.Б., Петрий О.А. Введение в электрохимическую кинетику. М., "Высшая школа", 1983.

  8. Антропов Л.И. Теоретическая электрохимия. М., "Высшая школа", 1985.

  9. Смирнова Н.А. Методы статистической термодинамики в физической химии. М., "Высшая школа", 1982.

  10. Татевский В.М. Строение молекул. М., "Химия", 1977.

  11. Краснов К.С. Молекулы и химическая связь. М., "Высшая школа", 1977.

  12. Минкин В.И., Симкин Б.Я., Миняев P.M. Теория строения молекул, М., "Высшая школа", 1979.

Похожие:




©fs.nashaucheba.ru НашаУчеба.РУ
При копировании материала укажите ссылку.
свазаться с администрацией