|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ФНКЦ РР |
||
общий курс "Физическая химия" для студентов почвоведов третьего курсаучебный курс
- Авторы: Ткаченко Сергей Николаевич, Ткаченко Илья Сергеевич
- Год создания: 2013
- Организация: МГУ имени М.В. Ломоносова
- Описание: Факультет почвоведения МГУ Программа общего курса дисциплины «ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ» для студентов 3 курса, специальности: «Физика и мелиорация почв», «География почв», «Биология почв», «Земельные ресурсы и оценка земель», «Агроинформатика», «Агрохимия», «Эрозия почв», «Общее почвоведение», «Радиоэкология», «Химия почв» Программа рассчитана на 56 часов: лекции – 38 часов, лабораторные работы и коллоквиумы – 18 часов. 1. Основы химической термодинамики Предмет физической химии. Основные этапы развития физической химии. Методы исследования. Основные термодинамические понятия и определения: система, термодинамические параметры, функции состояния, обратимые и необратимые процессы, квазистатический процесс. Нулевой закон термодинамики – закон транзитивности теплового равновесия. Следствие из нулевого закона. Уравнения состояния идеальных и реальных газовых систем: уравнение Менделеева-Клапейрона, уравнения Ван-дер-Ваальса и с вириальными коэффициентами. Уравнения изотермы и адиабаты и их графическое Первый закон термодинамики. Основные формулировки и аналитическое выражение. Внутренняя энергия системы, ее определение и свойства. Расчет изменения внутренней энергии при изменении температуры и объема. Внутренняя энергия идеальных и реальных систем. Энтальпия, определение, свойства. Расчет изменения энтальпии при фазовых переходах, при изменении температуры и давления. Работа расширения при различных процессах. Максимальная работа. Графическое изображение работы при различных процессах. Теплота процесса. Закон Гесса и следствия из него: расчет теплового эффекта химической реакции путем комбинирования уравнений реакции, по энтальпиям образования и сгорания веществ, по энергиям связи. Закон Гесса как следствие первого закона термодинамики и условия его выполнения. Стандартное состояние вещества. Стандартные энтальпии образования. Связь тепловых эффектов при постоянном объеме и постоянном давлении. Интегральная и дифференциальная теплоты растворения. Энтальпия образования ионов. Энтальпия образования раствора. Калориметрический метод определения теплоты процесса. Теплоёмкость и ее зависимость от температуры. Теплоемкость идеальных газов. Зависимость теплоты процесса от температуры, формула Кирхгофа. Различные приближения при расчете. Второй закон термодинамики. Его формулировки и аналитические выражения. Цикл Карно. Теорема Карно-Клаузиуса. Абсолютная температура. Энтропия, ее определение и свойства. Расчет энтропии при различных процессах. Энтропия как термодинамический критерий равновесия и самопроизвольности процессов в изолированной системе. Теорема Нернста. Постулат Планка. Расчет абсолютных энтропий. Стандартная энтропия. Статистическое толкование энтропии. Статистический характер второго закона термодинамики. Формула Больцмана. Фундаментальное Термодинамические функции: энергия Гельмгольца и энергия Гиббса. Определение, свойства, связь с работой. Энергии Гиббса и Гельмгольца как характеристические функции системы. Расчет изменения этих функций при протекании химических реакций, при изменении температуры, при изменении давления (или объема), в процессах смешения и растворения веществ, при фазовых переходах. 1 2. Уравнения Гиббса-Гельмгольца. Приведенная энергия Гиббса. Соотношения Максвелла и их использование при расчетах изменения внутренней энергии, энтальпии, энтропии в реальных системах. Зависимость давления пара от температуры. Уравнение Клапейрона-Клаузиуса. Многокомпонентные системы и системы с переменной массой. Понятие о химическом потенциале. Химический потенциал в идеальных и реальных системах. Метод Льюиса. Понятие об активности и летучести. Принципы расчета этих величин. Условия равновесия и самопроизвольного протекания процессов в многокомпонентных системах. Уравнение Химическое равновесие Условия равновесия химической реакции. Закон действующих масс. Различные выражения для константы равновесия. Уравнение изотермы химической реакции. Анализ условий равновесия и самопроизвольного протекания реакции. Связь величины стандартного изменения энергии Гиббса с константой равновесия. Расчет константы равновесия по табличным значения стандартных термодинамических величин. Принципы расчета состава равновесной смеси по термодинамическим данным. Применение закона действующих масс к гетерогенным равновесиям. Принципы расчета состава равновесной смеси при протекании реакции в реальных системах. Зависимость константы равновесия от температуры (уравнение изобары Вант-Гоффа). Зависимость КN от давления. Фазовые равновесия Основные понятия: гомогенная и гетерогенная система, фаза, составляющие системы, компоненты, вариантность системы. Термодинамическое уравнение состояния фазы – уравнение Гиббса-Дюгема. Условия равновесия фаз. Правило фаз Гиббса. Однокомпонентные системы. Анализ диаграммы состояния воды. Двухкомпонентные системы и их анализ на основе правила фаз. Правило рычага. Трехкомпонентные системы. Метод термического анализа. 3 Растворы Определение понятия «раствор». Типы растворов. Теории растворов. Термодинамические свойства идеальных растворов. Функции смешения. Закон Рауля. Диаграммы; давление насыщенного пара – состав раствора, давление пара – состав пара, состав раствора. Реальные системы. Вид диаграмм: давление пара – состав пара, состав раствора; температура кипения – состав пара, состав раствора. Термодинамические свойства реальных растворов. Понятие об избыточных функциях. Стандартные состояния Парциальные мольные величины и их зависимость от состава раствора. Коллигативные свойства растворов неэлектролитов и их использование для определения коэффициентов активности. Закон Генри. Растворимость газов и твердых веществ в жидкостях. Взаимная растворимость жидкостей. Ограниченная растворимость. Закон распределения и метод экстракции. 2 Адсорбция Основные понятия: адсорбент, адсорбат, объемная концентрация поверхностного слоя, удельная поверхность, толщина слоя, степень заполнения. Типы адсорбции : хемосорбция и физичесая адсорбция. Теплота адсорбции. Изотерма адсорбции. Монослойная адсорбция. Уравнение изотермы Ленгмюра. Многослойная адсорбция. Уравнение Брунауера –Эммета-Теллера (БЭТ). Графическое изображение изотерм Ленгмюра и БЭТ. Линеаризация уравнений Ленгмюра и БЭТ. Растворы электролитов Свойства растворов электролитов. Изотонический коэффициент. Теория электролитической диссоциации Аррениуса. Основные положения, значение теории и недостатки. Закон разведения Оствальда. Теория Дебая-Гюккеля. Основные положения, принятые допущения. Современные представления о растворах электролитов. Активность электролитов. Средняя ионная активность, средний ионный коэффициент активности. Выражение для общей активности электролита через средний ионный коэффициент активности и моляльность раствора. Выбор стандартного состояния для растворов электролитов. Понятие о методах определения коэффициентов активности электролитов. Уравнение Дебая-Гюккеля для расчета среднего ионного коэффициента активности. Электропроводность электролитов Удельная электропроводность. Понятие, размерность, методы экспериментального определения, влияние температуры. Зависимость удельной электропроводности от концентрации для сильных и слабых электролитов. Эквивалентная электропроводность. Понятие, размерность, связь с удельной электропроводностью, экспериментальное определение, зависимость от концентрации раствора: уравнения Аррениуса, Кольрауша, Онзагера. Понятие об абсолютной скорости движения ионов, подвижность ионов, числе переноса ионов. Аномальная подвижность ионов гидроксония и гидроксила. Закон Кольрауша. Применение метода электропроводности (кондуктометрия). Экспериментальное определение константы диссоциации слабой кислоты. Кондуктометрическое титрование сильных и слабых кислот. Электрохимические цепи. Гальванические элементы. Схема и форма записи простейшего элемента. Скачок потенциала на границе металл-раствор. Контактный и диффузионный потенциалы. Электродвижущие силы. Компенсационный метод их определения. Примеры простейших элементов. Уравнение Нернста – уравнение зависимости ЭДС гальванического элемента от активностей ионов в растворе. Термодинамика гальванического элемента. Зависимость ЭДС от температуры. Электродный потенциал. Зависимость от активности ионов в растворе. Стандартный электродный потенциал. Нормальный водородный электрод. Определение знака электродного потенциала. Электроды сравнения. Классификация электродов: электроды первого и второго рода, газовые, окислительно-восстановительные, мембранный электрод, стеклянный электрод. Классификация электрохимических цепей. Химические, концентрационные, окислительно-восстановительные цепи (примеры). Применение метода ЭДС (потенциометрия): определение термодинамических величин, среднего ионного коэффициента активности, рН растворов, потенциометрическое титрование. Электродные равновесия. Электродвижущие силы 3 Кинетика реакций. Катализ Скорость химической реакции и методы ее экспериментального определения. Основной постулат химической кинетики. Константа скорости реакции, молекулярность и порядок реакции. Методы определения порядка и константы скорости реакции. Кинетические уравнения реакций нулевого, первого и второго порядков. Зависимость константы скорости от температуры. Энергия активации. Уравнение Аррениуса. Понятия о сложных, цепных и фотохимических реакциях. Катализ. Представление о механизме действия катализаторов. Понятие о роли физической химии в «зеленой химии». Основные принципы ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ. Определение тепловых эффектов растворения различных солей. Термический анализ и получение диаграмм плавкости бинарной системы. 3.1. Определение ЭДС химических цепей. Определение pH с помощью 3.2. Электропроводность электролитов и определение константы 1. Термохимия. 2. Правило фаз. 3. Электрохимия. хингидронного и стеклянного электродов. диссоциации уксусной кислоты. 4. Химическая кинетика. Определение константы скорости реакции первого порядка. Определение энергии активации. ЛИТЕРАТУРА Основная. 1. Горшков В.И., Кузнецов И.А. Основы физической химии. М.: БИНОМ, 2011. - 408 с. 2. Филиппов Ю.В., Попович М.П. Физическая химия. М.: Изд-во МГУ, 1980. - 400 с. 3. Семиохин И.А. Физическая химия. Изд-во МГУ. 2001. - 272 с. 4. Еремин В.В., Каргов С.И., Успенская И.А., Кузьменко Н.Е., Лунин В.В. Задачи по физической химии. М.: Изд-во «Экзамен», 2005. - 320 c. Дополнительная. 1. Еремин В.В., Каргов С.И., Успенская И.А., Кузьменко Н.Е., Лунин В.В. Основы физической химии. 1. Теория. 2. Задачи. М.: БИНОМ, 2013. – 584 с. 2. П. Эткинс, Дж. Д. Паула. Физическая химия. Равновесная термодинамика. М.: Мир , 3. Полторак О.М. Термодинамика в физической химии. М.: Высш. школа, 1991. – 319 с. 4. Лунин В.В., Попович М.П., Ткаченко С.Н. Физическая химия озона. М.: Изд-во МГУ, 5. Ткаченко С.Н. Гетерогенный катализ. Кинетика. М.: Изд-во «Книжный дом Университет», 2006.- 107 с. 6. Спозито Г. Термодинамика почвенных растворов. Л.: Гидрометеоиздат, 1984. - 240 с. Программа составлена профессором, д.х.н. Ткаченко С.Н., с.н.с., к.ф-м.н. Ткаченко И.С.
- Добавил в систему: Ткаченко Сергей Николаевич
Преподавание курса
- 5 сентября 2023 - 26 декабря 2023 Иванов Владимир Александрович
- МГУ имени М.В. Ломоносова, Факультет почвоведения
- обязательная, базовой части, практические занятия, 24 часов
- Авторы: Ткаченко Сергей Николаевич, Ткаченко Илья Сергеевич
- 1 сентября 2022 - 30 декабря 2022 Ткаченко Илья Сергеевич
- МГУ имени М.В. Ломоносова, Факультет почвоведения
- обязательная, базовой части, лекции, 2 часов
- Авторы: Ткаченко Сергей Николаевич, Ткаченко Илья Сергеевич
- 1 сентября 2022 - 30 декабря 2022 Ткаченко Илья Сергеевич
- МГУ имени М.В. Ломоносова, Факультет почвоведения
- обязательная, базовой части, семинары, 15 часов
- Авторы: Ткаченко Сергей Николаевич, Ткаченко Илья Сергеевич
- 1 сентября 2020 - 31 декабря 2020 Ткаченко Илья Сергеевич
- МГУ имени М.В. Ломоносова, Факультет почвоведения
- обязательная, базовой части, семинары, 10 часов
- Авторы: Ткаченко Сергей Николаевич, Ткаченко Илья Сергеевич
- 1 сентября 2020 - 30 декабря 2019 Ткаченко Илья Сергеевич
- МГУ имени М.В. Ломоносова, Факультет почвоведения
- обязательная, базовой части, лекции, 2 часов
- Авторы: Ткаченко Сергей Николаевич, Ткаченко Илья Сергеевич
- 1 сентября 2015 - 31 декабря 2015 Ткаченко Илья Сергеевич
- МГУ имени М.В. Ломоносова, Химический факультет
- обязательная, базовой части, практические занятия, 24 часов
- Авторы: Ткаченко Сергей Николаевич, Ткаченко Илья Сергеевич
- 1 сентября 2015 - 31 декабря 2015 Ткаченко Сергей Николаевич
- МГУ имени М.В. Ломоносова, Химический факультет
- обязательная, базовой части, лекции, 54 часов
- Авторы: Ткаченко Сергей Николаевич, Ткаченко Илья Сергеевич