«УТВЕРЖДАЮ» - Институт структурной макрокинетики и проблем

«УТВЕРЖДАЮ»
Директор ИСМАН
___________М.И. Алымов
«___» ______________ 2013 г.
ПРОГРАММА
по курсу общей химии для поступающих в аспирантуру Федерального государственного
бюджетного учреждения науки Института структурной макрокинетики и проблем
материаловедения Российской академии наук (ИСМАН) по специальности 02.00.04
(физическая химия)
Часть I. СТРОЕНИЕ ВЕЩЕСТВА
Волновые свойства частиц. Уравнение Шредингера. Квантовый характер
изменения состояния, в том числе, энергии и пространственного расположения
электронных орбиталей. Главное, азимутальное и магнитные квантовые числа. Спин
электрона и протона. Правило максимальной мультиплетности (правило Гунда). Принцип
Паули. Периодическая система элементов как проявление квантовых свойств атомов.
Магнитный момент атомов, молекул, свободных радикалов и ионов. Соотношение
магнитного и механического моментов. Парамагнетизм. Эффект Зеемана. Фактор Ланде.
Понятие о методах ЭПР и ЯМР.
Основные типы химической связи: ионная, ковалентная и координационная связь.
Металлическая связь. Потенциальные кривые. Кривая потенциальной энергии двухатомной
молекулы. Энергия химической связи. Принцип Франка-Кондона. Фото-диссоциация.
Потенциал ионизации и сродство к электрону. Взаимное влияние атомов в молекулах,
индукционный эффект. Сопряженные связи.
Электронные и вращательно- колебательные спектры. Понятие о комбинационном
рассеянии света. Спектры в видимой, ультрафиолетовой и инфракрасной областях.
Дипольные моменты. Поляризация молекул. Межмолекулярные силы. Связь межу
рефракцией
и
поляризуемостью.
Эффект
Штарка.
Основные
понятия
о
рентгеноструктурном анализе.
Часть II. ХИМИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА
Внутренняя энергия системы, теплота и работа. Первое начало термодинамики, закон
Гесса. Тепловой эффект реакции при постоянном объеме и постоянном давлении.
Энтальпия, ее отличие от внутренней энергии. Теплота образования молекул и радикалов из
элементов. Методы ее определения. Расчет тепловых эффектов реакций с помощью энергий
связей. Теплоемкость, связанная с поступательной, вращательной и колебательной
энергией. Теплоемкость твердого тела. Уравнение Эйнштейна для теплоемкости.
Зависимость теплового эффекта реакции от температуры.
Обратимые и необратимые процессы. Физическая суть второго закона термодинамики.
Работа в обратимом и необратимом процессах. Энтропия, ее связь с необратимостью
процесса. Зависимость энтальпии и энтропии от давления и объема. Термодинамическая
вероятность и статистический вес. Их связь с энтропией. «Полезная» работа. Ее
максимальная величина. «Свободная энергия» при постоянном объеме и давлении (Энергии
Гельмгольца и Гиббса). Условие термодинамического равновесия. Химический потенциал.
Термодинамическая фаза и компонент смеси (определение понятий). Условие равновесия
между фазами. Уравнение Клаузиуса-Клапейрона. Правило фаз.
Уравнение изотермы реакции. Константа равновесия, ее зависимость от температуры.
Стандартные термодинамические потенциалы. Расчет равновесного состава реакционной
смеси с помощью констант равновесия. Понятие о метастабильных состояниях.
Основы кинетической теории газов. Газокинетический поперечник сечения атомов и
молекул.
Распределение частиц по скоростям и энергиям (распределение Гиббса и распределение
Максвелла). Среднеарифметическая и средне квадратичная скорости частиц. Число
двойных и тройных столкновений. Статистические суммы поступательной, вращательной
колебательной степеней свободы.
Идеальные растворы. Закон Рауля. Перегонка. Активность. Физический смысл
коэффициента активности.
Фазовые диаграммы. Эвтектика и перитектика. Типы кристаллической решетки.
Твердые растворы (внедрения и замещения). Дефекты в кристаллах. Отличительные
особенности кристаллов металлов.
Часть III. ОСНОВЫ ХИМИЧЕСКОЙ КИНЕТИКИ
Скорость химической реакции. Физический смысл константы скорости. Кинетические
типы реакций простого типа. Последовательные реакции. Метод квазистационарных
концентраций. Химическая индукция. Катализ конечным продуктом. Цепные реакции.
Отличие от катализа конечным продуктом. Выражение скорости неразветвленно-цепной
реакции. Длина цепи. Разветвленно-цепные реакции. Определяющая роль реакций
разветвления и обрыва цепей. Цепное воспламенение и цепное горение. Критические явления.
Ингибирование.
Тепловое воспламенение. Тепловой взрыв и цепно-тепловой взрыв.
Понятие поверхности потенциальной энергии химически взаимодействующих частиц.
«Путь реакции». Истинная энергия активации. Предэкспоненциальный множитель, ее связь с
суммами состояний исходных веществ и активированного комплекса.
Основные представления о переносе тепла и массы. Уравнения Фурье и Фика.
Кинетика реакций в условиях значительной роли диффузии компонентов.
Диффузионный и кинетический режимы реакций.
Поверхностное натяжение, смачивание, капиллярные явления. Зависимость упругости
пара от кривизны поверхности жидкости. Адсорбция и хемосорбция. Изотерма адсорбции,
уравнения Ленгмюра и Фрейндлиха. Полимолекулярная адсорбция. Теория Поляни. Теория
БЭТ. Реакции на поверхности. Гетерогенный катализ. Области протекания гетерогеннокаталитических реакций. Теории катализа.
ЛИТЕРАТУРА
1. Физическая химия. Том 1,2. Мелвин-Хьюз Э.А..1962 .
2. Курс физической химии. Том 1,2. Под ред. Герасимова Я.И.. 1986.
3. Физическая химия. Эткинс П. Том 1,2. 1980.
4. Физическая химия. Стромберг А.Г., Семченко Д.П.. 2003.
5. Физическая химия. Том 1,2. Под ред. Краснова К.С.. 2001.
6. Химическая термодинамика. Карапетьянц М.Х.. 1975.
7. Кинетика гомогенных химических реакций. Денисов Е.Т.. 1988.
8. Кинетика газовых химических реакций. Кондратьев В.Н., Никитин Е.Е.. 1981.
9. Химическая связь. Маррелл Дж., Кеттл С., Теддер Дж.. 1980.
10. Гетерогенный катализ. О.В. Крылов. 2004.
Председатель комиссии
д.х.н. В.В. Азатян _______________
Утверждено Ученым советом
Института от 02.11.2012 г., протокол № 13.