Министерство образования Российской Федерации

Министерство образования Российской Федерации
Московский физико - технический институт ( государственный университет)
ПРОГРАММА
ОСНОВ ХИМИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ (ОХФ)
__________________________________________________
(полное название дисциплины в соответствии с учебным планом)
по направлению 511600 «Прикладные математика и физика»
факультет _Молекулярной и биологической физики
_______________________________________________________________
(полное наименование факультета)
кафедра _Молекулярной физики
_________________________________________________________________
(полное наименование кафедры)
курс _2 – 3 _______________
экзамен__ΙΙΙ , Υ_ ___________
(семестр)
семестр_ΙΙΙ, ΙΥ, Υ____________
зачет (с оценкой)_ΙΥ, Υ ________
(семестр)
Самостоятельная работа____4_____
(часов в
неделю)
Лекции____100____часов
Практические (семинарские) занятия____100____ часов
Лабораторные занятия_____132___ часа
Всего _____332_____ часа
Программу составили:_Простов В. Н. доц.,к.т.н. _____________
Пурмаль А. П. проф., д.х.н.___________
___________________________________
Программа обсуждена на заседании кафедры
_Молекулярной Физики
)
«____»_____________2000 г.
Заведующий кафедрой_____________________/Кудрявцев Н. Н./
(подпись)
(фамилия, инициалы)
Третий семестр(14 лекций)
Ι. Х И М И Ч Е С К А Я Т Е Р М О Д И Н А М И К А
1.ЭНЕРГЕТИКА ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ
1.1. Превращение вещества. Взаимосвязь термодинамики и кинетики.
1.2. Основные определения и понятия.
1.3. Первый закон термодинамики. Внутренняя энергия и энтальпия.
1.4. Стандартные состояния и условия. Простые вещества.
1.5. Энтальпия реакции. Стандартная энтальпия.
1.6. Температурная зависимость энтальпии реакции.
1.7. Закон Гесса. Вычисление стандартной энтальпии реакции ∆rH0T.
1.8. Энергия связи атомов в молекуле.
2.ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ И ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ПОТЕНЦИАЛЫ
2.1. Обратимые, необратимые и самопроизвольные процессы.
2.2. ΙΙ закон термодинамики.
2.3. Условия термодинамического равновесия.
2.4. Термодинамические потенциалы и характеристические функции.
2.5. Химический потенциал.
2.6. Зависимость термодинамических потенциалов F и G от температуры.
2.7 Зависимость термодинамического потенциала G от давления.
2.8 Уравнение состояния Ван-дер-Ваальса. Теория соответственных состояний.
Вычисление летучести.
3.СТАТИСТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ РАСЧЁТА ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ
3.1. Ансамбли и распределение Больцмана.
3.2. Большая статистическая сумма Q.
3.3. Выражения термодинамических функций через Q и Ζ.
3.4. Разделение статсуммы по видам движения.
3.5. Вычисление поступательной статсуммы молекулы.
3.6. Поступательная энтропия идеальных газов.
3.7 Вычисление статсуммы вращательного движения Zвр.
3.8 Вычисление колебательной статсуммы Zкол.
3.9. Вклад вращения и колебаний в энтропию.
3.10. Электронная статистическая сумма.
3.11. Степени свободы молекул.
3.12. Классические и квантовые представления о системе.Характеристические
температуры.
3.13. Теплоёмкость идеальных газов.
3.14.Внутренне вращение в многоатомных молекулах.
3.15. Определение энтропии из калориметрических измерений.
3.16. Энтропия и вероятность. Формула Больцмана.
4 семестр (13 лекций)
4. ФАЗОВЫЕ РАВНОВЕСИЯ В ОДНОКОМПОНЕНТНЫХ СИСТЕМАХ.
4.1. Условие равновесного распределения компонента между фазами.
4.2. Правило фаз Гиббса.
4.3.Фазовые переходы в однокомпонентной системе. Уравнение Клапейрона –
Клаузиуса.
4.4. Стабильность фаз.
4.5 Фазовый переход твёрдое тело – жидкость.
4.6 Фазовый переход твёрдое тело – газ.
4.7 Фазовый переход жидкость – газ.
4.8. Примеры фазовых диаграмм.
5. ФИЗИЧЕСКИЕ РАВНОВЕСИЯ В РАСТВОРАХ
5.1 Парциальные мольные величины компонентов смеси.
5.2 Идеальные растворы. Закон Рауля.
5.3. Растворимость газов.
5.4. Растворимость твёрдых веществ.
5.5. Разбавленные неидеальные растворы. Закон Генри.
5.6. Интегральная и дифференциальная теплоты растворения.
5.7 Реальные растворы. Активности компонентов.
5.8. P – N фазовая диаграмма равновесия жидкость – пар в бинарных растворах.
6. АДСОРБЦИЯ
6.1 Физическая и химическая адсорбция.
6.2 Изотерма адсорбции Лэнгмюра.
6.3 Адсорбция из смеси газов.
6.4 Полимолекулярная адсорбция.
6.5 Адсорбция на жидких поверхностях. Изотерма Гиббса.
7. ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ
7.1. Условие химического равновесия в гомогенной системе.
7.2. Химическое равновесие между идеальными газами.
7.3. Равновесие в гетерогенных системах с участием газов.
7.4. Влияние давления на равновесие. Реальные газы.
7.5. Уравнение изотермы химической реакции.
7.6. Влияние температуры на константу равновесия.
7.7. Равновесие в растворах. Коэффициенты активности электролитов.
7.8. Расчёт константы равновесия через молекулярную статсумму Ζ.
7.9. Расчёт равновесия сложных химических систем.
8. ВВЕДЕНИЕ В ТЕРМОДИНАМИКУ РЕАЛЬНЫХ СИСТЕМ
8.1 Статистика реальных газов. Понятие конфигурационного интеграла.
8.2. Вычисление термодинамических функций реальных систем через уравнение
состояние.
5 семестр (14 лекций).
ΙΙ. Х И М И Ч Е С К А Я К И Н Е Т И К А
1. ЭМПИРИЧЕСКАЯ ИЛИ ФОРМАЛЬНАЯ КИНЕТИКА
1.1 Основные определения и понятия химической кинетики и краткая история ее
формирования.
1.2 Типы химических частиц и их характерные реакции.
1.3 Кинетика односторонних реакций.
1.4 Односторонние реакции в открытых системах. Струевые методы изучения
быстрых реакций.
1.5 Обратимые реакции. Релаксационные методы изучения быстрых реакций.
1.6 Параллельные реакции. Метод конкурентных реакций. Сопряженные реакции.
1.7 Промежуточные вещества в химических превращениях. Последовательные
реакции. Метод квазиравновесных и квазистационарных концентраций.
Лимитирующая стадия.
2. ЭЛЕМЕНТАРНАЯ ТЕОРИЯ ОДНОСТАДИЙНЫХ РЕАКЦИЙ
2.1 Признаки одностадийных реакций и принципы их осуществления.
2.2 Теория активных столкновений (ТАС).
2.2.1 Бимолекулярные реакции.
2.2.2 Тримолекулярные реакции.
2.2.3 Мономолекулярные реакции.
2.2.4 Гетерогенные реакции.
2.2.5 Реакции в растворах.
2.3 Теория переходного состояния (ТПС).
2.3.1 Основные положения ТПС.
2.3.2 Пример расчета стерического фактора по теории ПС.
2.3.3 Температурная зависимость предэкспоненциального множителя для
мономолекулярных реакции.
2.3.4 Температурная зависимость предэкспоненциального множителя для би – и
тримолекулярных реакций.
2.4 Влияние растворителя на скорость реакции.
2.5 Зависимость константы скорости от свойств среды.
2.5.1 Влияние ионной силы раствора.
2.5.2 Влияние зарядов ионов и диэлектрической постоянной растворителя на
скорость реакции.
3.КИНЕТИКА СЛОЖНЫХ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ
3.1. Типы сложных реакций.
3.1.1 Методология изучения сложных процессов.
3.1.2 Прямая и обратная задачи кинетики.
3.2 Каталитические реакции.
3.2.1 Общие положения учения о катализе.
3.2.2 Кинетика гомогенно-каталитических реакций.
3.2.3 Гетерогенные катализаторы.
3.2.4 Кинетика гетерогенно-каталитических реакций.
3.3. Цепные реакции.
3.3.1 Общие положения учения о цепных реакциях.
3.3.2 Ингибиторы цепных реакций.
3.3.3 Окисление органических веществ.
3.3.4 Радикальная полимеризация ненасыщенных соединений.
3.3.5 Крекинг насыщенных углеводородов.
3.3.6 Нерадикальные цепные процессы.
3.3.7 Катализ цепных реакций.
3.4 Нестационарные химические процессы.
3.4.1 Тепловой взрыв.
3.4.2 Разветвлённо – цепные реакции.
3.4.3 Реакции с энергетическим разветвлением цепей.
3.4.4 Реакции с вырожденным разветвлением цепей.
3.4.5 Автокаталитические реакции.
3.4.6 Автоколебательные реакции.
3.5 Кинетика и механизм основных химических процессов в атмосфере.
ЛИТЕРАТУРА
1. Герасимов Я. И., Древинг В. П., Еремин Е. Н., Киселев А. В., Лебедев В. П.,
Панченков Г. М., Шлыгин А. И. Курс физической химии. Т. 1. М. Химия, 1970. 592 с.
2. Даниэльс Ф., Олберти Р. Физическая химия / Пер. с англ. под ред. Топчиевой
К. В. М.: Мир, 1978. 645 с.
3. Карапетьянц М. Х. Химическая термодинамика. М.: Химия, 1975. 520 с.
4. Мелвин – Хьюз Э. А. Физическая химия / Пер с англ. под ред. Герасимова Я. И.
в двух книгах. М.: Издатинлит. 1962. 1148 с.
5. Полторак О. М. Термодинамика в физической химии. М.: Высшая школа, 1991.
319 с.
6. Смирнова Н. А. Методы статистической термодинамики в физической химии.
М.: Высшая школа, 1982. 456 с.
7. Физическая химия. Теоретическое и практическое руководство. Уч. пособие
для вузов / Под ред. Никольского Б. П. Л.: Химия, 1987. 880 с.
8. Хачкурузов Г. А. Основы общей и химической термодинамики. М.: Высшая
школа, 1979. 268 с.
9. Шляпинтох В. Я., Замараев К. И., Пурмаль А. П. Химическая термодинамика.
М.: МФТИ,1975.280 с.
10. Эткинс П. Физическая химия / Пер. с англ. Бутина К. П.Т 1 и 2. М.: Мир, 1980.
580 и 584 с.
Литература по химической кинетике
1. Веденеев В. И., Лебедев Я. С., Энтелис С. Г. Лекции по химической кинетике.
(Вводный курс). М.: МФТИ, 1974. 292 с.
2. Глестон С.Ю., Лейдлер К., Эйринг Г. Теория абсолютных скоростей реакций.
/Пер. с англ.; под ред. А. А. Баландина и Н. Д. Соколова. М.: Издатинлит, 1948. 583 с.
3. Денисов Е. Т. Кинетика гомогенных химических реакций. М.: Высшая школа,
1978. 367 с, (2-е издание 1988г.)
4. Ерёмин Е. Н. Основы химической кинетики. М.: Высшая школа, 1976. 374 с.
5. Кондратьев В. Н., Никитин Е. Е. Кинетика и механизм газофазных реакций. М.:
Наука, 1974. 558 с.
6. Панченков Г. М., Лебедев В. П. Химическая кинетика и катализ. Учебное
пособие для вузов. М.: Химия,1985. 592 с.
7. Пурмаль А. П. Химическая кинетика. Учебное пособие. М.: МФТИ, 1993. 80 с.
8. Пурмаль А.П. Простая кинетика сложных реакций. Курс лекций. М.: МФТИ,
1998. 100 с.
9. Пурмаль А. П. А, Б, В… химической кинетики. Курс лекций; М.,МФТИ, 2001 г.
10. Эмануэль Н. М., Кнорре Д. Г. Курс химической кинетики. М.: Высшая школа,
1974. 400 с.