Химические науки

ФГБОУ ВПО «САРАТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ ГАГАРИНА Ю.А.»
«УТВЕРЖДАЮ»
Первый проректор
___________А.А. Сытник
«___» __________2015 г.
ПРОГРАММА
ВСТУПИТЕЛЬНОГО ЭКЗАМЕНА В АСПИРАНТУРУ
ПО СПЕЦИАЛЬНОЙ ДИСЦИПЛИНЕ
НАПРАВЛЕНИЕ – 04.06.01 Химические науки
(02.00.04 – Физическая химия; 02.00.05 – Электрохимия)
Саратов, 2015
ПРОГРАММА
ВСТУПИТЕЛЬНОГО ЭКЗАМЕНА В АСПИРАНТУРУ
ПО СПЕЦИАЛЬНОЙ ДИСЦИПЛИНЕ
02.00.04 – Физическая химия
1. Строение вещества
1. Основные положения классической теории химического строения. Структурная
формула молекулы. Конформации молекул. Связь строения и свойств молекул.
2. Механическая модель молекулы. Методы молекулярной механики и
молекулярной динамики при анализе строения молекул.
3. Общие принципы квантово-механического описания молекулярных систем.
Стационарное уравнение Шредингера для свободной молекулы. Адиабатическое
приближение. Электронное волновое уравнение.
4. Электронное строение атомов и молекул. Одноэлектронное приближение.
5. Оптические спектры молекул. Вероятности переходов и правила отбора при
переходах между различными квантовыми состояниями молекул. Связь спектров
молекул с их строением.
6. Основные
составляющие
межмолекулярных
взаимодействий.
Молекулярные комплексы. Ван-дер-ваальсовы молекулы. Кластеры атомов и
молекул. Водородная связь. Супермолекулы и супрамолекулярная химия.
7. Полимеры и биополимеры.
8. Строение конденсированных фаз. Жидкости. Мгновенная и колебательноусредненная структура жидкости. Ассоциаты и кластеры в жидкостях.
9. Структура простых жидкостей. Структура воды и водных растворов.
10. Мицеллообразование и строение мицелл.
11. Поверхность конденсированных фаз. Особенности строения поверхности
жидкостей, структура границы раздела конденсированных фаз.
2.Химическая термодинамика
12. Основные понятия и законы термодинамики. Основные понятия
термодинамики: изолированные и открытые системы, равновесные и
неравновесные системы, термодинамические переменные, температура, Уравнения
состояния.
13. Первый закон термодинамики. Теплота, работа, внутренняя энергия, энтальпия,
теплоемкость.
14. Второй закон термодинамики. Энтропия и ее изменения в обратимых и
необратимых процессах. Теорема Карно - Клаузиуса.
15. Элементы статистической термодинамики. Микро- и макросостояния
химических систем. Термодинамическая вероятность и ее связь с энтропией.
Распределение Максвелла - Больцмана.
16. Растворы.
Фазовые
равновесия.
Гетерогенные
системы.
Понятия
компонента, фазы, степени свободы.
17. Однокомпонентные системы. Диаграммы состояния воды. Фазовые
переходы
первого
рода.
Уравнение
Клапейрона
Клаузиуса.
Двухкомпонентные
системы.
Различные
диаграммы
состояния
двухкомпонентных систем. Равновесие жидкость - пар в двухкомпонентных
системах.
Фазовые переходы второго рода.
2
18. Адсорбция и поверхностные явления
Адсорбция. Адсорбент, адсорбат. Структура поверхности и пористость адсорбента.
Изотермы и изобары адсорбции. Уравнение Генри.
3.Кинетика химических реакций
19. Химическая кинетика. Простые и сложные реакции скорость простой реакции.
Основной постулат химической кинетики. Способы определения скорости
реакции. Кинетические кривые. Кинетические уравнения. Константа скорости.
20. Феноменологическая кинетика сложных химических реакций. Принцип
независимости элементарных стадий. Кинетические уравнения для обратимых,
параллельных и последовательных реакций. Квазистационарное приближение.
21. Кинетика гомогенных каталитических и ферментативных реакций.
22. Макрокинетика. Роль диффузии в кинетике гетерогенных реакций. Кинетика
гетерогенных каталитических реакций.
23. Зависимость скорости реакции от температуры. Уравнение Аррениуса. Энергия
активации и способы ее определения.
24. Элементарные акты химических реакций и физический смысл энергии
активации. Термический и нетермические пути активации молекул. Обмен
энергией (поступательной, вращательной и колебательной) при столкновениях
молекул. Время релаксации в молекулярных системах.
25. Электрохимические реакции. Двойной электрический слой. Модельные
представления о структуре двойного электрического слоя. Теория Гуи -Чапмена Грэма.
Литература
1. Вилков Л. В., Пентин Ю. А. Физические методы исследования в химии. М.: Издво МГУ. Ч. 1: 1987. Ч. 2: 1989.
2. Минкин В. И., Симкин Б. Я., Миняев Р. М. Теория строения молекул. Ростов-наДону: Феникс, 1997.
3. Степанов Н. Ф. Квантовая механика и квантовая химия. М.: Мир, Изд-во МГУ,
2001.
4. Фларри Р. Квантовая химия. М.: Мир, 1985.
5. Полторак О. М. Термодинамика в физической химии. М.: Высш. шк., 1991.
6. Пригожий
И.,
Кондепуди
Д.
Современная
термодинамика.
От
тепловых двигателей до диссипативных структур. М.: Мир, 2002.
7. Смирнова Н. А. Методы статистической термодинамики в физической
химии. М.: Высш. шк., 1982.
8. Дамаскин Б. Б., Петрий О. А. Введение в электрохимическую кинетику. М.:
Высш. шк., 1983.
9. Денисов Е. Т., Саркисов О. М., Лихтенштейн Г. И. Химическая кинетика. М.:
Химия, 2000.
10. Эмануэль Н. М., Кнорре Д. Г. Курс химической кинетики. М.: Высш. шк., 1984.
11. Эткинс П, де Паула Дж. Физическая химия. В 3 частях. М.:Мир, 2007.
12. Горшков В, Кузнецов И. Основы физической химии. М.: Бином. 2012.
13. Харитонов Ю.Г. Физическая химия. М.: ГЭОТАР-Медиа, 2013.
14. Стромберг А. Г., Семченко Д. П. Физическая химия. М.: Высшая школа. 2009.
15. Кудряшева Н. С., Бондарева Л. Г. Физическая химия. М.: Юрайт. 2013.
3
ПРОГРАММА
ВСТУПИТЕЛЬНОГО ЭКЗАМЕНА В АСПИРАНТУРУ
ПО СПЕЦИАЛЬНОЙ ДИСЦИПЛИНЕ
02.00.05 – Электрохимия
Вопросы
1. Электрохимические системы. Классификация электродов и электродных
реакций. Уравнение Нернста.
2. Термодинамическая и кинетическая картина возникновения скачка потенциала
на границе раздела фаз. Плотность тока обмена.
3. Поверхностный и объемный заряды, их влияние на межфазный скачок
потенциала.
4. Гальвани- и Вольта- потенциалы. Потенциал нулевого заряда.
5. Мембранное равновесие и мембранный потенциал. Ион селективные
электроды. Биосенсоры. Газовые сенсоры.
6. Диаграммы Пурбе потенциал –рН; область устойчивости металлов в водных
средах.
7. Теория электролитической диссоциации и межионного взаимодействия.
8. Неравновесные явления в растворах электролитов: диффузия, миграция ионов,
числа переноса. Законы Фика.
9. Электропроводность. Влияние концентрации природы электролита и
растворителя, температуры; взаимосвязь с вязкостью и плотностью.
10. Двойной электрический слой: модели, уравнения для расчета емкости, заряда
поверхности, пограничного натяжения, толщины д.э.с.
11. Методы исследования двойного электрического слоя.
12. Электрокапиллярные явления на межфазной границе. Смачиваемость. Влияние
состава, концентрации и температуры раствора.
13. Потенциал нулевого заряда, методы его определения.
14. Электродная поляризация и перенапряжение. Лимитирующая стадия
электрохимического процесса. Особенности поляризации полупроводниковых
электродов.
15. Основные закономерности диффузионной кинетики при стационарной
нестационарной диффузии. Уравнение Фика-Фарадея.
16. Предельный ток, критерии распознавания его природы. Методы расчета.
17. Электрохимическое перенапряжение (перенапряжение стадии переноса заряда).
Теории замедленного разряда Фрумкина А.Н. Энергия активации стадии переноса
заряда, ее связь с перенапряжением, методы измерения и расчета.
18. Перенапряжение химической стадии электродной реакции. Гомогенные и
гетерогенные химические реакции. Предельный ток химической реакции.
19. Перенапряжение гетерогенной химической стадии образования и роста
зародышей новой фазы при электровыделении металлов, сплавов, газообразного
водорода, при анодном оксидировании.
20. Особенности
массопереноса
и
автоколебательные
окислительновосстановительные процессы в сложных оксидах с каркасной и слоистой
структурой.
21. Переходное время процесса, его связь с поверхностной концентрацией и
предельным током диффузии. Методы определения коэффициента диффузии.
4
22. Механизм формирования новой кристаллической фазы (образование и рост
зародышей).
23. Кинетические закономерности электроосаждения металлов и сплавов. Влияние
состава электролита, рН среды, ПАВ, режима электролиза на скорость процесса и
качество покрытия.
24. Пассивация электродов. Теории перехода металлов в пассивное состояние.
25. Кинетические закономерности, механизм и термодинамика процесса катодного
внедрения.
26. Метод вращающегося дискового электрода. Основные уравнения для расчета
коэффициента диффузии.
27. Определение кинетических параметров электродной реакции методом
хронопотенциометрии.
28. Определение кинетических параметров электродной реакции методом
хроноамперометрии.
29. Методы измерения рНs в приэлектродном слое раствора.
30. Методы импедансной спектроскопии.
31. Метод стационарных поляризационных кривых.
32. Механизм коррозионного разрушения металлов, влияние факторов
коррозионной среды, состава и структуры металлов и сплавов.
33. Классификация методов защиты от коррозии, противокоррозионные
гальванические покрытия.
34. Электрохимическая защита трубопроводов и подземных сооружений,
требования к материалам и конструкции заземлителей. Сравнение эффективности с
другими методами.
35. Электрохимическое оксидирование и полирование.
36. Основные направление разработки малоотходных электрохимических
технологий (показать на конкретных электрохимических процессах).
37. Условия получения блестящих гальванических покрытий: Ni, Zn, Cd, Cu, Ag и
др.
38. Теоретические основы работы и конструкции основных химических
источников тока: литиевые, резервные ХИТ, свинцовые, Ni – Cd, Ni – Fe, Ag – Zn
аккумуляторы, топливные элементы. Основные характеристики ХИТ.
Литература
1. Дамаскин Б.Б., Петрий О.А., Цирлина Г.А. Электрохимия. – Москва.: Химия,
2001. – 623 с.
2. Лукомский Ю.Я., Гамбург Ю.Д. Физико-химические основы электрохимии:
Учебник. Долгопрудный: Интеллект, 2008. – 424 с.
3. Ролдугин
В.И.
Физикохимия
поверхности:
Учебник-монография.
Долгопрудный: Интеллект, 2008. – 568 с.
4. Прикладная электрохимия: Учебник / Под ред. А.П. Томилова – Изд. 3-е, пер. и
доп. – М.: Химия, 1984. – 520 с.
5. Грилихес С.Я., Тихонов К.И. Электролитические и химические покрытия.
Теория и практика. Л.: Химия, 1990. – 288 с.
6. Ковенский И.М., Поветкин В.В. Металловедение покрытий. – М.: СП Интермет
Инжиниринг, 1999.
5
7. Дамаскин Б.Б., Петрий О.А. Введение в электрохимическую кинетику. М.:
Высшая школа, 1975. – 416 с.
8. Теоретическая электрохимия: учебник для образоват. учреждений высш. проф.
образования / А.Л. Ротинян, К.И. Тихонов, И.А. Шомина, А.М. Тимонов. – 2-е изд.,
перераб. и доп. - М.: Студент, 2013. – 496 с.: ил.
9. Фрумкин А.Н, Электродные процессы. Избранные труды. – М.: Наука, 1987. –
336 с.
10. Багоцкий В.С. Основы электрохимии. М.: Химия, 1988. – 281 с.
11. Двойной слой и электродная кинетика. – М.: Наука, 1981. – 376 с.
12. Кинетика сложных электрохимических реакций. – М.: Наука, 1981. – 312 с.
13. С.С. Попова Фазы внедрения в электрохимии и электрохимической технологии.
– Саратов: СГТУ, 1993. – 78 с.
14. С.С. Попова Методы исследования кинетики электрохимических процессов. –
Саратов: СПИ, 1991. – 64 с.
15. М. Фольмер Кинетика образования новой фазы. – М.: Наука, 1986. – 208 с.
16. Электрохимия / Итоги науки и техники. – Т.10. – М.: ВИНИТИ, 1975. – 257 с.
17. Электрохимия / Итоги науки и техники. – Т.10. – М.: ВИНИТИ, 1975. – 272 с.
18. Электроосаждение металлов и сплавов / Сб. науч. трудов. – М.: МХТИ, 1991. –
198 с. / под ред. д.х.н., проф. В.Н. Кудрявцева.
19. В.В. Кузнецов, Г.В, Халдеев, В.И. Кичигин Наводораживание металлов и
сплавов в электролитах. – М. – Машиностроение, 1993. – 244 с.
20. Ю.Д. Гамбург Электрохимическая кристаллизация металлов и сплавов. – М. –
Янус – К., 1997. – 384 с.
21. Взаимодействие водорода с металлами / Агеев В.Н., Бекман И.Н., Бурмистрова
О.П. и др. – М.: Наука, 1987. – 296 с.
22. К.Маккей Водородные соединения металлов. – М.: Изд-во «Мир», 1968. – 244 с.
23. А.И. Жихарев, И.Г. Жихарева Ориентированная электрокристаллизаци. –
Тюмень: Тюм. гос. нефтегазовый ун-т, 1994. – 288 с.
24. А.И. Жихарев, И.Г. Жихарева Моделирование структуры электроосаждаемых
металлов и сплавов – Тюмень: Тюм. ИИ, 1992. – 125 с.
25. Методы и результаты исследования кислотности в зоне реакции / Т.М.
Овчинникова, Б.А. Равдель, К.И. Тихонов, А.Л. РОтинян. – Горький, 1977. – 39 с.
26. Попова С.С. Тонкослойная электрохимия. Учебное пособие. Саратов: СГТУ,
2006. – 39 с.
27. Попова С.С. Метод вращающегося дискового электрода. Учебное пособие.
Саратов: СГТУ, 2006. – 52 с.
28. Материалы Междунарродных и Российских конференций по фундаментальным
проблемам электрохимии и электрохимической технологии.
29. Химические источники тока: Справочник / под ред. Н.В. Коровина, А.М.
Скундина. – М.: Изд-во МЭИ, 2003. – 740 с.
30. Коровин Н.В. Топливные элементы и энергоустановки. – М.: Изд-во МЭИ,
2005. – 280 с.
Председатель экзаменационной
комиссии
декан ФТФ,
проф. Гороховский А.В.
6