Физическая химия

Физическая химия
1. Предмет физической химии. Значение материалистического мировоззрения и
диалектического метода для развития физической химии.
2. Теоретические основы химии – теория химического строения А.М. Бутлерова и
периодический закон Д.И.Менделеева.
3. Практическое применение физической химии в химической промышленности,
нефтехимическом, углехимическом и металлургическом производстве.
4. Уравнение Планка – связь энергии с частотой; уравнение Де-Бройля – связь
импульса с длиной волны. Уравнение Шредингера для стационарных состояний.
5. Уравнение Шредингера для состояний, зависящих от времени.
6. Вероятное истолкование волновой функции. Соотношение неопределённости для
сопряжённых координат и импульсов, для энергии и времени.
7. Спин электрона. Механический угловой момент и магнитный момент электрона.
8. Принцип запрета Паули. Квантово-механическая формулировка принципа запрета
– антисимметричность волновых функций многоэлектронных систем.
9. Атом водорода, квантовые числа: главное, азимутальное, магнитное, спиновоек.
Энергетические уровни, основное и возбуждённое состояния.
10. Атомные орбитали. Полярные диаграммы угловых множителей волновых функций
для s, p и d состояний.
11. Многоэлектронные атомы. Применение принца запрета к распределению
электронов по орбиталям. Принцип построения. Правило Гунда.
12. Электронные конфигурации атомов и периодический закон Д.И. Менделеева.
Валентность.
13. Ковалентная связь. Расчёт молекулы водорода по методу валентных связей (теория
Гайтлера-Лондона). Ион молекулы водорода по методу молекулярных орбиталей –
линейных комбинаций атомных орбиталей.
14. Молекулярные орбитали двухатомных молекул с одинаковыми ядрами и их связи..
15. Квантово-механическая трактовка многоатомных молекул по методу
молекулярных орбиталей. Принцип максимального перекрывания. Гибридизация
орбиталей sp, sp2 и sp3 гибридизация. Направленность валентностей.
16. Сопряжение связей. Строение молекул бензола и других ароматических
соединений.Полярность связей.
17. Дипольные моменты молекул. Ионная связь. Водородная связь. Молекулярные
силы (силы Ван-дер-Ваальса).
18. Испускание и поглощение света атомами и молекулами. Правило частот Бора.
Фотоны. Спектры поглощения двухатомных молекул. Электронная, колебательная
и вращательная составляющие уровни энергии. \
19. Агармоничность колебаний, потенциальные кривые двухатомных молекул.
Спектры поглощения многоатомных молекул.
20. Комбинационное рассеяние света. Индуцированное излучение, лазеры.
21. Ядерный магнитный резонанс. Химический сдвиг. Спин-спиновое взаимодействие
и расщепление сигналов ЯМР.
22. Электронный парамагнитный резонанс. Свободные радикалы и ЭПР.
23. Кристаллы. Элементы симметрии. Сингония – кубическая, гексагональная и т.д.
Индексы граней. Анизотропия свойств кристаллов.
24. Типы кристаллических решёток: решётка хлористого натрия, решётка алмаза,
кубические гранецентрированные и плотно упакованные гексагональные решётки
металлов. Энергия ионных кристаллов.
25. Электроны в металлах. Модель свободных электронов – теория Зоммерфельда.
Основные понятия зонной теории твёрдых тел. Металлическая проводимость.
Изоляторы. Полупроводники. Электронная и дырочная проводимость, собственная
и примесная.
26. Работа выхода электрона из металла. Фотоэффект, уравнение Эйнштейна. Красная
граница фотоэффекта. Термоэлектронная эмиссия, формула Ричардсона-Дошмана.
Контактные разности потенциалов, их связь с работой выхода.
27. Измерение Контактных разностей потенциалов конденсаторным методом. Влияние
адсорбированных слоёв на работу выхода электрона.
28. Первый закон термодинамики. Внутренняя энергия. Энтальпия. Теплоёмкость.
Уравнение состояния и внутренняя энергия идеального газа. Тепловой эффект
химической реакции при постоянном объёме и при постоянном давлении.
Зависимость теплового эффекта от температуры.
29. Формула Кирхгоффа.Второй закон термодинамики. Энтропия, её изменения в
обратимых и необратимых процессах. Термодинамическая температурная шкала.
Гельмгольцева энергия и максимальная работа изотермического процесса.
30. Гиббсова энергия и максимальная полезная работа изотермического процесса.
Уравнение Гиббса-Гельмгольца. Уравнение Клайперона-Клаузиуса для фазовых
переходов.
31. Термодинамический принцип равновесия, его различные формы – равновесие
изолированной системы, равновесие при постоянной температуре и объёме, при
постоянных температуре и давлении.
32. Химические потенциалы. Уравнение Гиббса-Дюгема. Независимые компоненты,
степени свободы. Правило фаз Гиббса.
33. Равновесия в идеальных газовых смесях и идеальных растворах. Химические
потенциалы в идеальных системах, законы Генри и Рауля. Гиббсова энергия
реакции.
34. Стандартная Гиббсова энергия и константа равновесия. Закон действующих масс.
Равновесие с участием газовых смесей или жидких растворов и чистых твёрдых
фаз. Уравнение Вант-Гоффа для зависимости константы равновесия от
температуры.
35. Неидеальные системы. Парциальные мольные величины. Реальные газы и
реальные газовые смеси, летучесть. Активность в растворах неэлектролитов.
Коэффициент активности.
36. Закон действующих масс в неидеальных системах.Третий закон термодинамики.
Абсолютная величина энтропии. Применение третьего закона для расчета
химических равновесий. Экспериментальная проверкам третьего закона.
37. Термодинамика гальванического элемента. Закон электролиза Фарадея.
Электродвижущая сила, её выражение через Гиббсову энергию реакции в элементе.
Электрохимические потенциалы.
38. Коэффициенты активности в растворах электролитов. Электродные потенциалы.
Формула Нернста, нормальные электродные потенциалы. Подвижности ионов,
числа переноса. Диффузионные потенциалы.
39. Адсорбция. Адсорбционная формула Гиббса. Электрокапиллярная кривая жидкого
металла. Формула Липпмана.
40. Ёмкость двойного электрического слоя на границе металл-раствор. Потенциал
нулевого заряда электрода.
41. Микросостояния и макросостояния. Фазовое пространство молекулы. Элемент
объёма фазового пространства по квантовой теории. Статистико-механический
смысл второго закона термодинамики.
42. Энтропия и термодинамическая вероятность – формула Больцмана. Истолкование
третьего закона термодинамики с помощью квантовой теории. Закон МаксвеллаБольцмана. Распределение газовых молекул по скоростям. Барометрическая
формула.
43. Статистики Бозе-Эйнштейна и Ферми-Дирака.
44. Давление идеального газа. Теорема Вириала. Уравнение Ван-дер-Ваальса.
Критическое состояние.
45. Элементарная теория процессов переноса в газах; длина свободного пути
молекулы, вязкость, теплопроводность, диффузия.
46. Газы при низких давлениях.Закон диффузии Фика.Броуновское движение, его
связь с диффузией. Уравнение Эйнштейна для среднего квадрата смещения.
Флуктуации.
47. Выражение термодинамических функций – гельмгольцевой энергии, внутренней
энергии, энтропии – через сумму по состояним (Статистическую) системы и для
идеального газа – через сумму по состояниям молекулы.
48. Выражение константы равновесия через сумму по состояниям молекул.Сумма по
состояниям для поступательного движения молекул невырожденного газа.
Энтропия одноатомного газа, формула Сакура-Тетроде.
49. Расчёт сумм по состояниям молекул. Главные моменты инерции. Числа симметрии.
Сумма по состояниям для вращения линейной и нелинейной молекулы по
классической механике.
50. Нормальные колебания. Классическая и квантовая сумма по состояниям для
гармонических колебаний. Основы теории Дебая о тёплоёмкости твёрдых тел.
51. Статические веса электронных состояний атомов. Внутреннее квантовое число
(суммарный угловой момент атома) и статический вес. Статические веса
двухатомных молекул.
52. Вычисление термодинамических функций газов и расчёт газовых равновесий из
атомных и молекулярных постоянных – статических весов, масс, моменитов
инерции и частот колебаний.
53. Скорость реакции. Закон действующих масс для скоростей реакций. Уравнение
Аррениуса. Энергия активации. Предэкспоненциальный множитель. Обратимые
реакции, связь константы скорости с константой равновесия. Определение
катализа.
54. Отталкивание несвязанных электронов как источник энергии активации
химических реакций. Потенциальная поверхность при реакции атома с
двухатомной молекулой; формула Лондона.
55. Адиабатические и неадиабатические процессы, коэффициент прохождения
(трансмиссионный коэффициент). Туннельный эффект.
56. Метод активированного комплекса (переходного состояния). Выражение
константы скорости гомогенной газовой реакции через сумму по состояниям
молекул и высоту энергетического барьера. Гиббсова энергия активации, энтропия
активации, энтальпия активации.
57. Скорости бимолекулярных газовых реакций по методу активированного
комплекса. Число столкновений молекул. Стерический фактор.
58. Мономолекулярные газовые реакции при низких давлениях; отклонения от первого
порядка реакции, скорость активации.
59. Фотохимические реакции. Закон фотохимической эквивалентности. Отклонения от
этого закона. Квантовый выход. Химическое действие излучений высокой энергии.
60. Сложные реакции. Цепные реакции. Теория разветвляющихся цепей Семёнова.
Стационарное и нестационарное течение реакции. Пределы воспламенения.
61. Жидкофазные реакции. Уравнение Смолуховского для числа встреч молекул в
растворе. Число встреч и число столкновений, эффект клетки.
62. Диффузионная кинетика. Ламинарное и турбулентное течение. Число Рейнольдса.
Диффузионный слой. Диффузия в порах, объёмная и кнудсеновская.
63. Физическая адсорбция Хемосорбция. Теплоты адсорбции. Теория адсорбции
Лангмюра. Изотерма адсорбции газа на однородной поверхности. Изотерма
адсорбции смеси газов. Скорость гетерогенной реакции.
64. Кинетика гетерогенно-каталитических реакций на однородных поверхностях по
теории Лангмюра.Концентрационная поляризация. Перенапряжение Уравнение
Тафеля. Замедленный разряд.
65. Гельмгольцева и диффузная части двойного электрического слоя на скорость
электродных процессов.Феноменологические уравнения переноса,
термодинамические силы. Химическая сила.
66. Эффекты наложения сил. Теорема Кюри.Сродство по де Донде. Химическая
переменная. Принцип де ДондеСоотношения взаимности и принцип Ле-ШательеБрауна. Теорема модерации состава.
67. Понятие о локальном равновесии.Соотношения Онзагера. Термодинамическое
сопряжение для химических реакций.
68. Скорость возникновения энтропии. Функция диссипации, работы Пригожина.
Устойчивость по Ляпунову.
69. Эффект Бенара. Диссипативные структуры.Химические системы в состояниях
равновесия, стационарные и неравновесные. Управляющий фактор для
неравновесных химических реакций.
70. Пульсирующие реакции.Понятие об аттракторе. Брюсселятор. Модель ЛоткиВольтера.
71. Прямые методы решения систем линейных уравнений. Вычисление собственных
значений и векторов.
72. Нелинейные уравнения. Метод Ньютона. Поиск минимума функций.
Обыкновенные дифференциальные уравнения. Задача Коши.. Метод Рунге-Курта.
Краевые задачи.
73. Уравнения с частными производными. Разностный метод решения стационарных
уравнений.