авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 |
-- [ Страница 1 ] --

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

АЛТАЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ХИМИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

РАБОЧИЕ ПРОГРАММЫ

ПО ДИСЦИПЛИНАМ

КАФЕДРЫ

ФИЗИЧЕСКОЙ

И КОЛЛОИДНОЙ ХИМИИ

БАРНАУЛ • 2003

УДК 542

С о с т ав ит е ли : С.А. Безносюк, В.А. Брамин, О.Н. Логинова,

В.С. Смородинов, И.Е. Стась, Л.В. Фомина, Б.П. Шипунов

Рабочие программы по дисциплинам кафедры физической и

коллоидной химии / Под ред. профессора С.А. Безносюка. Барнаул: Изд во Алт. гос. ун-та, 2003. –107 с.

В сборнике представлены рабочие программы курсов, преподавае мых на кафедре физической и коллоидной химии для очного и вечернего отделений: общие дисциплины, элективные курсы и спецкурсы.

Учебные программы составлены в соответствии с государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования (от 10.03.2000 г. № Гос. рег. 127 ЕН/СП), типовыми программами 1998 г.

для государственных университетов.

Пособие предназначено для студентов химического и биологиче ского факультетов АГУ, обучающихся по специальностям 011000 – Хи мия, 011600 – Биология, 013100 – Экология и 330100 – Безопасность жизнедеятельности в техносфере.

Рекомендовано к печати Ученым советом химического факультета (Протокол № 1 от 28.02.2002 г.) Рабочие программы размещены в Интернете на сайте химического фа культета: http://www.asu.ru/departaments/chemistry/site/ Кафедра физической и коллоидной химии, Издательство Алтайского государственного университета, СОДЕРЖАНИЕ РАБОЧИЕ ПРОГРАММЫ ПО ОБЩИМ ДИСЦИПЛИНАМ............... ПЕРВЫЙ КУРС............................................................................................... ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ. Специальность: «Безопасность жизнедеятельности в техносфере» (химический факультет)...... ВТОРОЙ КУРС................................................................................................ ФИЗИЧЕСКАЯ И КОЛЛОИДНАЯ ХИМИЯ. Специальности:

«Биология» и «Экология» (биологический факультет, дневное и вечернее отделения)...................................................... КВАНТОВАЯ МЕХАНИКА И КВАНТОВАЯ ХИМИЯ.

Специальность: «Химия» (химический факультет, дневное и вечернее отделения)................................................................... ТРЕТИЙ КУРС............................................................................................... ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ. Специальность: «Химия»




(химический факультет, вечернее отделение)............................ ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ И МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ. Специальность:

«Химия» (химический факультет, дневное и вечернее отделения)...................................................................................... ЧЕТВЕРТЫЙ КУРС....................................................................................... КОЛЛОИДНАЯ ХИМИЯ. Специальность: «Химия»

(химический факультет, дневное и вечернее отделения).......... СТРОЕНИЕ ВЕЩЕСТВА. Специальность: «Химия»

(химический факультет, дневное и вечернее отделения).......... РАБОЧИЕ ПРОГРАММЫ ПО ЭЛЕКТИВНЫМ КУРСАМ................ ТРЕТИЙ КУРС............................................................................................... МАТЕМАТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ. Специальность: «Химия»

(химический факультет, дневное и вечернее отделения).......... МЕТОДЫ РАЗДЕЛЕНИЯ И КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ В ХИМИИ. Специальность: «Химия» (химический факультет, дневное и вечернее отделения)................................. ОХРАНА БИОСФЕРЫ. Специальность: «Химия» (химический факультет, дневное и вечернее отделения)................................. ЧЕТВЕРТЫЙ КУРС....................................................................................... ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ В ПРИРОДЕ И ТЕХНИКЕ.

Специальность: «Химия» (химический факультет, дневное и вечернее отделения)................................................................... РАБОЧИЕ ПРОГРАММЫ ПО СПЕЦИАЛЬНЫМ КУРСАМ............ ЧЕТВЕРТЫЙ КУРС....................................................................................... ТЕРМОДИНАМИКА РАСТВОРОВ НЕЭЛЕКТРОЛИТОВ.............. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЭЛЕКТРОХИМИЯ............................................. ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ НАНОСТРУКТУР ВЕЩЕСТВА.............. ФИЗИКО-ХИМИЯ ТВЕРДОГО ТЕЛА............................................... ТЕОРИЯ ДВОЙНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СЛОЯ......................... ЭЛЕКТРОХИМИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВ..................................... КИНЕТИКА ЭЛЕКТРОДНЫХ ПРОЦЕССОВ................................... ФИЗИКОХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СОЛЬВАТАЦИИ И КОМПЛЕКСООБРАЗОВАНИЯ В ВОДНОМ РАСТВОРЕ....... ПЯТЫЙ КУРС.............................................................................................. ВОЛЬТАМПЕРОМЕТРИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА ОБЪЕКТОВ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ.................................... НЕСТАЦИОНАРНЫЕ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕКИЕ ПРОЦЕССЫ..... РАБОЧИЕ ПРОГРАММЫ ПО ОБЩИМ ДИСЦИПЛИНАМ ПЕРВЫЙ КУРС ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ.

Специальность: «Безопасность жизнедеятельности в техносфере» (химический факультет) Семестр – Учебных часов: лекций – практических – лабораторных – Контрольных работ – Самостоятельная работа студентов – 30 ч Форма контроля – зачет Введение Задачи и методы исследования физической химии. М.В. Ломоносов – великий русский ученый и основатель физической химии.

1. Термодинамика – 6 ч Первый закон термодинамики, Аналитическое выражение первого закона термодинамики. Приложение первого закона термодинамики к идеальным газам. Теплоемкость. Равновесные и неравновесные, обрати мые и необратимые процессы. Максимальная работа изотермического, изобарического и адиабатического расширения идеального газа.





Тепловой эффект химического процесса. Закон Гесса. Теплота обра зования химического соединения. Зависимость теплового эффекта реак ции от температуры (формула Кирхгофа).

Второй закон термодинамики. Возможные формулировки второго закона термодинамики. Направление самопроизвольных процессов. По нятие об энтропии. Энтропия идеального газа. Изменение энтропии изо лированной системы и направление процесса. Рост энтропии при необра тимых процессах. Статистический смысл второго закона термодинамики.

Постулат Планка.

Изобарно-изотермический и изохорно-изотермический потенциалы.

Связь между максимальной полезной работой и тепловым эффектом ре акции (уравнение Гиббса–Гельмгольца). Понятие о химическом потен циале. Летучесть и активность. Уравнение изотермы химической реак ции. Закон действующих масс. Константа равновесия. Различные спосо бы выражения констант равновесия химической реакции. Кр и Кс, зави симость между ними. Принцип Ле-Шателье–Брауна и влияние внешних условий на равновесные системы.

2. Растворы – 4 ч Определение понятия «раствор». Растворимость газов в жидкостях.

Закон Генри.

Растворы жидкостей в жидкостях. Закон Рауля. Идеальные и неиде альные растворы. Взаимная растворимость жидкостей. Состав и давление насыщенного пара над раствором. Понятие о диаграмме состояния рас твор–пар.

Азеотропные смеси. Законы Коновалова. Перегонка двойных сме сей. Растворы твердых веществ в жидкостях. Понижение температуры замерзания и повышение температуры кипения растворов нелетучих ве ществ. Криоскопия и эбулиоскопия.

Осмотическое давление растворов. Формула Вант-Гоффа.

3. Равновесие в гетерогенных системах – 1 ч Фазовые равновесия. Общие условия равновесия в гетерогенных системах. Правило фаз. Однокомпонентные системы. Диаграмма состоя ния воды.

Фазовые переходы I рода. Уравнение Клапейрона–Клаузиуса, его приложение к процессам плавления, испарения и возгонки.

Фазовые равновесия в конденсированных системах. Диаграмма со стояния двойных систем с одной эвтектикой.

4. Кинетика и катализ – 3 ч Скорость химической реакции. Константа скорости химической ре акции. Понятие о порядке и молекулярности реакции. Реакции нулевого, первого и второго порядков. Размерность констант скоростей реакций.

Определение порядка реакций. Понятие о сложных реакциях (параллель ных, последовательных, обратимых).

Влияние температуры на скорость реакции. Правило Вант-Гоффа.

Уравнение Аррениуса. Опытная энергия активации и ее определение из экспериментальных данных.

Основы теории активных столкновений. Число активных столкно вений. Стерический множитель и его толкование.

Основы теории активированного комплекса.

Фотохимические реакции. Закон фотохимической эквивалентности Эйнштейна. Квантовый выход. Понятие о цепных реакциях.

Общие принципы катализа (неизменность положения равновесия, участие катализатора в химической реакции, снижение энергии актива ции и избирательность действия катализатора).

5. Электрохимия – 4 ч Теория электролитов Аррениуса. «Сильные» и «слабые» электроли ты. Закон ионной силы. Равновесие в растворах электролитов. Константы диссоциации. Представление о теории «сильных» электролитов. Актив ность и коэффициенты активности. Произведение активностей ионов и растворимость. Повышение температуры кипения, понижение темпера туры замерзания, осмотическое давление и ионная сила растворов элек тролитов.

Электропроводность растворов электролитов. Скорость движения ионов и факторы, влияющие на нее.

Удельная электропроводность. Эквивалентная электропроводность.

Закон Кольрауша. Определение степени диссоциации и константы дис социации «слабого» электролита. Кондуктометрическое титрование.

Электродвижущие силы. Теория возникновения разности потенциа лов на границе электрод–раствор. Двойной электрический слой. Измере ние электродвижущих сил. Формула Нернста. Стандартные электродные потенциалы, методы их определения. Нормальные электроды сравнения.

Концентрационные цепи. Диффузионные потенциалы, причины возник новения и методы их устранения. Химические цепи. Газовые и окисли тельно-восстановительные цепи (редокс-электроды). рН и его измерение.

ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ 1. Определение теплоемкости калориметра.

2. Определение давления пара индивидуальной жидкости в зависимости от температуры.

3. Построение диаграммы растворимости системы фенол–вода.

4. Изучение кинетики омыления сложных эфиров в присутствии ионов гидроксила.

5. Определение стандартного потенциала ферри–ферроэлектрода.

ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ 1. Первый закон термодинамики. Вычисление работы и теплоты при различных процессах. Термохимия: законы Гесса и Кирхгофа.

2. Второй закон термодинамики. Вычисление энтропии, энергии Гиббса и Гельмгольца в различных процессах. Идеальные растворы, закон Рауля. Криоскопия. Осмотическое давление.

3. Химическое равновесие: вычисление константы равновесия, выхода реакции;

уравнение изотермы реакции.

4. Уравнение изобары реакции. Расчет равновесия по справочным данным.

5. Понятия химической кинетики. Определение порядка и константы ско рости реакции. Влияние температуры на скорость химических реакций.

6. Электропроводность растворов электролитов.

7. Термодинамика гальванического элемента.

ЛИТЕРАТУРА Основная 1. Евстратова К.Е., Купина М.А., Малахова Е.Е. Физическая и коллоид ная химия. –М.: Высш. шк., 1990. –487 с.

2. Горшков В.И., Кузнецов И.А.. Основы физической химии. 2-е изд., –М.: Изд-во Моск. ун-та, 1993. –336 с.

3. Еремин Е.Н. Основы химической термодинамики. –М.: Высш. шк., 1974. –346 с.

4. Еремин Е.Н. Основы химической кинетики. –М.: Высш. шк., 1974. –375 с.

Дополнительная 1. Герасимов Я.И. и др. Курс физической химии: В 2 т. –М.: Химия, 1969. Т. 1–2.

2. Справочник по стандартным физико-химическим величинам / Под ред. К.П. Мищенко, А.А. Равделя. –Л.: Химия, 1974. –200 с.

3. Малахова А.Я. Практикум по физической и коллоидной химии.

Минск: Вышейшая школа, 1974. –368 с.

4. Киселева Е.В. и др. Сборник примеров и задач по физической химии.

–М.: Высш. шк., 1976. –456 с.

5. Стромберг А.Г., Семченко Д.П. Физическая химия. –М.: Высш. шк., 1988. –496 с.

6. Уильямс В., Уильямс Х. Физическая химия для биологов. –М.: Мир, 1976. –600 с.

Составитель: к.х.н., доцент О.Н. Логинова ВТОРОЙ КУРС ФИЗИЧЕСКАЯ И КОЛЛОИДНАЯ ХИМИЯ.

Специальности: «Биология» и «Экология»

(биологический факультет, дневное и вечернее отделения) ДО ВО Семестр –4 – Учебных часов: лекций – 30 – лабораторных – 28 – консультаций –2 – Контрольных работ –2 – Самостоятельная работа студентов – 30 ч – 18 ч Форма контроля – зачет – зачет Раздел I. ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ – 18 ч 1.1. Термодинамика – 4 ч Задачи и методы исследования физической химии.

М.В. Ломоносов – основатель физической химии. Значение физической химии в биологии.

Основные понятия химической термодинамики. Первое начало термодинамики, приложение первого начала термодинамики к про цессам, протекающим в идеальных газах. Теплоемкость, тепловой эф фект химической реакции, закон Гесса, теплота образования, сгора ния, растворения. Зависимость теплового эффекта от температуры, закон Кирхгофа.

Второе начало термодинамики для обратимых и необратимых про цессов, правило Каратеодори, статистический смысл второго начала тер модинамики. Понятие об энтропии, энтропия идеального газа. Изменение энтропии в различных процессах. Постулат Планка. Энтропия как крите рий обратимости и направления процессов.

Химическое равновесие, закон действующих масс. Константа рав новесия, различные способы выражения константы равновесия, связь между Кр, Кс, КN, Kn. Зависимость константы равновесия от температуры, давления, уравнения изотермы, изобары, изохоры химической реакции.

Применение закона действующих масс к гетерогенным системам. Сме щение равновесия, принцип Ле-Шателье–Брауна.

1.2. Растворы – 4 ч Понятие о парциальных мольных величинах, химический потенци ал. Понятие идеального, реального, предельно разбавленного растворов.

Активность, коэффициент активности. Закономерности давления пара компонента над раствором. Законы Рауля, Генри, Дальтона. Взаимная растворимость жидкостей. Понятие о диаграммах раствор–пар. Перегон ка, уравнение перегонки. Законы Коновалова, их термодинамическое обоснование, азеотропные смеси.

Коллигативные свойства растворов, понижение температуры замер зания, повышение температуры кипения растворов нелетучих веществ.

Криоскопия, эбулиоскопия. Осмотическое давление растворов, закон Вант-Гоффа. Биологическое значение осмотического давления.

1.3. Фазовое равновесие – 2 ч Общее условие равновесия в гетерогенных системах. Фазовое рав новесие в однокомпонентных системах, уравнение Клайперона– Клаузиуса, его применение к процессам испарения, плавления, поли морфного превращения. Диаграмма состояния воды, правило фаз Гиббса.

Диаграммы состояния двухкомпонентных систем: с простой эвтектикой, с химическими соединениями, правило рычага.

1.4. Кинетика и катализ – 4 ч Скорость и константа скорости химической реакции. Кинетические закономерности реакций первого, второго и третьего порядков. Методы определения порядков реакции. Кинетические закономерности сложных реакций (обратимых, параллельных, последовательных). Влияние темпе ратуры на скорость реакции, уравнение Аррениуса, правило Вант-Гоффа.

Определение энергии активации из экспериментальных данных.

Теоретические представления формальной кинетики. Теория актив ных столкновений, теория активированного комплекса. Фотохимические реакции. Закон фотохимической эквивалентности Эйнштейна, квантовый выход. Понятие о цепных реакциях. Общие закономерности катализа.

Гомогенный катализ, кислотно-основной катализ, автокатализ. Гетеро генный катализ. Ферментативный катализ, кинетика ферментативных реакций.

1.5. Электрохимия – 4 ч Растворы электролитов. Теория электролитической диссоциации, сильные и слабые электролиты. Закон разведения Оствальда. Теория Де бая–Хюккеля, теория Онзагера. Электропроводность растворов электро литов, понятие удельной и эквивалентной электропроводности. Зависи мость электропроводности от различных факторов. Подвижность, ско рость движения ионов, числа переноса. Гидратация ионов. Кондуктомет рия, определение константы диссоциации слабых электролитов, произве дения растворимости. Кондуктометрическое титрование.

Электродные потенциалы и электродвижущие силы. Причины воз никновения двойного электрического слоя (ДЭС) на границе электрод – раствор. Измерение потенциалов, уравнение Нернста, стандартные элек тродные потенциалы. Типы электродов и области их применения. Водо родный электрод, каломельный электрод, стеклянный электрод. Химиче ские гальванические цепи. Гальванический элемент Даниэля–Якоби. Ти пы химических цепей. Концентрационные цепи. Типы концентрацион ных цепей: с переносом и без переноса ионов. Диффузионный потенциал, причины возникновения.

Раздел II. КОЛЛОИДНАЯ ХИМИЯ – 12 ч 2.1. Основные понятия коллоидной химии дисперсных систем – 2 ч Основные задачи коллоидной химии, значение коллоидной химии для познания биологических процессов. Основные особенности коллоид ного состояния материии, классификация коллоидных систем, понятие о дисперсности. Получение коллоидных систем: конденсация и дисперги рование, химические способы получения. Очистка дисперсных систем, диализ, электродиализ, ультрафильтрация.

2.2. Молекулярно-кинетические и оптические свойства колло идных систем – 2 ч Броуновское движение, диффузия, распределение коллоидных час тиц в гравитационном поле, седиментация. Осмотические свойства. За кономерности светорассеяния и светопоглощения, явление Тиндаля. Оп тические методы изучения дисперсных систем, ультрамикроскопия, не фелометрия, турбидиметрия.

2.3. Поверхностные явления в дисперсных системах – 2 ч Избыточная поверхностная энергия и поверхностное натяжение на границе раздела фаз, уравнение Гиббса. Виды сорбции. Адсорбция и связь ее с поверхностным натяжением, поверхностно-активные вещества.

Адсорбция из газовой фазы, изотерма Ленгмюра, строение адсорбцион ного слоя на границе раствор–газ. Адсорбция из растворов, обменная адсорбция, избирательная адсорбция, смачивание, флотация. Уравнение Фрейндлиха, области его применения.

2.4. Электрические свойства дисперсных систем – 2 ч Электрокинетические явления, электрофорез, электроосмос. Строе ние двойного электрического слоя, теория Гельмгольца, Гуи–Чапмена, Штерна. Понятие электрокинетического потенциала. Строение мицеллы.

2.5. Устойчивость коллоидных систем – 2 ч Агрегативная и седиментационная устойчивость. Факторы стабили зации дисперсных систем. Коагуляция коллоидных систем. Факторы, вызывающие коагуляцию, коагуляция электролитами. Теории коагуля ции: адсорбционная и электростатическая. Теория Б.В. Дерягина 2.6. Микрогетерогенные системы – 2 ч Эмульсии, классификация, методы получения, стабилизация, обра щение фаз в эмульсиях. Пены, методы получения, устойчивость. Физико химические основы пеногашения. Аэрозоли, классификация, методы по лучения. Методы очистки от аэрозолей. Электрофильтры.

ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ 1. Определение постоянной калориметра.

2. Определение теплоты растворения неизвестной соли.

3. Омыление ацетоуксусного эфира.

4. Определение стандартного потенциала ферри–ферроэлектрода.

5. Получение коллоидных систем. Диализ.

6. Адсорбция уксусной кислоты.

7. Электрофорез золя гидроокиси железа.

8. Коагуляция золя гидроокиси железа.

ЛИТЕРАТУРА Основная 1. Евстратова К.И., Купина Н.А., Малахова Е.Е. Физическая и коллоид ная химия. –М.: Высш. шк., 1990. –487 с.

2. Кузнецов В.В., Усть-Качкинцев В.Ф. Физическая и коллоидная химия.

–М.: Высш. шк., 1976. –277 с.

3. Фридрихсберг Д.А. Курс коллоидной химии. –Л.: Химия, 1995. –385 с.

4. Воюцкий С.С. Курс коллоидной химии. –М.: Химия, 1975. –512 с.

5. Фролов Ю.Г. Курс коллоидной химии. –М.: Химия, 1989. –462 с.

6. Щукин Е.Д., Перцов А.В., Амелина Е.А. Коллоидная химия. –М.:

Высш. шк., 1992. –416 с.

7. Герасимов Я.И. и др. Курс физической химии: В 2 т. –М.: Химия, 1969. Т. 1–2.

Дополнительная 1. Стромберг А.Г., Семченко Д.П. Физическая химия. –М.: Высш. шк., 1977. –527 с.

2. Дамаскин Б.Б., Петрий О.А. Электрохимия: Учеб. пособие. –М.:

Высш. шк., 1987. –296 с.

3. Еремин Е.Н. Основы химической кинетики: Учеб. пособие. –М.:

Высш. шк., 1976. –374 с.

4. Захарченко В.Н. Коллоидная химия. –М.: Высш шк., 1989. –238 с.

5. Эмануэль Н.М., Кнорре Д.Г. Курс химической кинетики: Учеб. –М.:

Высш. шк., 1984. –463 с.

6. Эткинс П. Физическая химия: В 2 т. –М.: Мир, 1980. Т. 1–2.

7. Физическая химия / Под ред. К.С. Краснова. –М.: Высш. шк., 1995.

Кн. 1 – 512 с., Кн. 2 – 319 с.

Составитель: ст. преподаватель Л.В. Фомина КВАНТОВАЯ МЕХАНИКА И КВАНТОВАЯ ХИМИЯ.

Специальность: «Химия»

(химический факультет, дневное и вечернее отделения) ДО ВО Семестр –4 – Учебных часов: лекций – 54 – семинарских – 34 – консультаций –4 – Контрольных работ –2 – Самостоятельная работа студентов – 60 ч – 36 ч Форма контроля – экз. – экзамен Введение – 2 ч Предмет квантовой механики и квантовой химии. Основные этапы развития квантовой теории. Главные тенденции в развитии квантовой механики и квантовой химии.

1. Математический и понятийный аппарат квантовой механи ки – 6 ч Элементы функционального анализа: функционалы, гильбертово пространство, линейные и эрмитовы операторы. Коммутационные соот ношения. Обозначения Дирака. Матричные представления векторов, функционалов и операторов в гильбертовом пространстве. Разложение по полной системе ортонормированных базисов собственных векторов са мосопряженных линейных операторов.

Постулат о состоянии квантовой частицы и ее волновой функции.

Принцип суперпозиции состояний. Плотность вероятности распределе ния частиц в физическом пространстве. Постулат о физических наблю даемых квантовой частицы. Принципы дополнительности и соответствия.

Операторы координат, импульсов, угловых моментов, кинетической и потенциальной энергии. Оператор Гамильтона.

Постулат о средних значениях наблюдаемых физических вели чин. Физический смысл соотношения неопределенностей Гейзенбер га. Полные наборы физических величин. Постулат об эволюции со стояний и уравнение Шредингера. Стационарное уравнение Шре дингера. Дискретный и непрерывный спектры. Уравнение непрерыв ности.

2. Решение модельных задач механики квантовой частицы – 12 ч Одномерные задачи: Свободная квантовая частица в прямоугольном потенциальном ящике. Циклические граничные условия. Дискретный вырожденный спектр энергии, квантовые числа.

Одномерные задачи: Гармонический осциллятор (ГО). Дискретный невырожденный спектр энергии, энергия нулевых колебаний, четность и нечетность волновых функций ГО.

Теория момента импульса. Основные следствия коммутационных соотношений для компонент момента импульса. Правила сложения мо ментов импульса.

Жесткий сферический ротатор. Дискретный вырожденный спектр энергии, квантовые числа квадрата орбитального углового момента.

Азимутальное квантовое число и квантование энергии плоского жесткого ротатора.

Задача кулоновского центра. Водородоподобный ион. Разделение переменных. Водородоподобные орбитали. Квантовые числа атомных орбиталей (АО).

Атом водорода. Графическое представление угловых и радиаль ных частей АО. Радиальная плотность вероятности нахождения элек трона и связь с ней средних значений физических величин атома водо рода.

3. Приближенные методы решения задач для систем квантовых частиц – 8 ч Вариационный принцип квантовой механики и вариационный ме тод. Метод Ритца. Применение к расчету энергии и волновой функции основного состояния атома водорода.

Теория возмущений для стационарных состояний в отсутствии и при наличии вырождения. Снятие вырождения под влиянием постоянно го электрического или магнитного поля (эффекты Штарка и Зеемана) на примере витка электронного тока.

Временная теория возмущений. Переходы под влиянием внезапного возмущения. Золотое правило Ферми. Переходы под влиянием излучения и правила отбора.

Спин элементарных квантовых частиц и связанный с ним магнит ный момент. Операторы спина. Полный угловой момент. Спин орбитальное взаимодействие. Проявление спина в перестановочной сим метрии волновой функции систем тождественных частиц. Фермионы.

Определитель Слэтера.

4. Основные положения и методы квантовой химии – 12 ч Уравнение Шредингера для атомов и молекул как мультиплексов ядер и электронов. Спутывание электронного и ядерного движения. Раз деление электронного и ядерного движения в адиабатическом приближе нии.

Поверхность потенциальной энергии. Электронные, колебательные и вращательные состояния. Роль представлений о поверхности потенци альной энергии в современной структурной теории химии. Равновесные конфигурации и конформации молекул. Малые колебания ядер вблизи положения равновесия.

Электронное волновое уравнение. Электронная плотность и ее из менения при переходе от разделенных атомов к молекуле. Квантовая то пология электронной плотности и «атомы в молекуле».

Построение приближенных решений электронного уравнения на основе вариационного принципа. Одноэлектронное приближение. Метод Хартри–Фока (самосогласованного поля). Орбитали и орбитальные энер гии.

Полная энергия квантово-химической частицы. Теорема Купманса и фотоэлектронные спектры. Метод конфигурационных взаимодействий.

Метод функционала плотности.

Электронное строение атомов. Электронные конфигурации и тер мы атомов. Сложение моментов для атомов. Правила Хунда. Электрон ное строение атомов и периодическая система элементов Д.И. Менде леева.

5. Квантовая теория химической связи – 4 ч Представление молекулярных орбиталей (МО) в виде линейной комбинации атомных орбиталей (ЛКАО). АО Слейтеровского типа Гаус совские орбитали (ГО). Метод ССП МО ЛКАО.

Симметрия и свойства молекул. Элементы операции симметрии каркаса ядер. Операции симметрии и классификация молекулярных ор биталей двухатомных молекул. -, -Орбитали. Связывающие и разрых ляющие орбитали.

6. Прикладные задачи квантовой химии – 8 ч Полуэмпирические методы квантовой химии. Метод Хюккеля для -электронных систем. Сопряженные соединения, ароматичность Индек сы реакционной способности: индексы свободной валентности, заряды на атомах.

Двухатомные молекулы. Молекулярный ион и молекула водорода.

Корреляционные диаграммы МО для двухатомных молекул.

Квантово-химическое описание элементарного акта химической ре акции. Путь реакции и координата реакции на потенциальной поверхно сти. Переходное состояние. Симметрия реагентов, переходного состоя ния и продуктов реакции.

Качественный анализ возможных механизмов химических реакции на основе ППЭ. Корреляционные правила Вудворда–Хофмана при анали зе возможных механизмов химических реакций. Теория граничных орби талей Фукуи. Роль туннелирования в химических реакциях.

Заключение – 2 ч Связь концепций квантовой химии с современными направлениями химии: фемто-секундной химией, нанотехнологиями поатомной сборки материалов, созданием квантового компьютера и Бозе–Эйнштейновских конденсатов атомов и молекул.

ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ СЕМИНАРСКИХ ЗАНЯТИЙ 1. Конечномерные линейные пространства. Пространства Гильберта.

Эрмитовы линейные операторы. Координатное представление опера торов физических наблюдаемых. Алгебра операторов. Вычисление вероятности нахождения квантовой частицы в заданной области фи зического пространства.

2. Коммутационные соотношения. Матричные представления векторов, функционалов и операторов в гильбертовом пространстве. Разложе ние по полной системе ортонормированных базисов собственных век торов самосопряженных линейных операторов. Соотношение неопре деленностей Гейзенберга и расчет с его помощью энергии локализа ции квантовых частиц.

3. Нахождение собственных функций и собственных значений операто ров квантовой механики для задачи о частице в одномерном двухмер ном и трехмерном ящиках.

4. Применение решений модельной задачи гармонического осциллятора к нахождению спектров энергии колебаний и равновесных параметров димеров.

5. Применение решений модельной задачи жесткого сферического рота тора к нахождению спектров энергии вращения и равновесных пара метров димеров.

6. Задача об атоме водорода. Выделение центра масс, переход к сфери ческой системе координат. Форма атомных орбиталей.

7. Расчет средних значений энергии и радиусов электронных орбиталей с помощью радиальных функций плотности вероятности АО.

8. Спин электрона и спиновые операторы, собственные вектора и собст венные значения операторов спина электрона. Атомные спин орбитали. Правила Хунда для термов многоэлектронного атома.

9. Вариационный метод в приложении к расчету энергии основного со стояния атома гелия.

10. Формулы стационарной теории возмущения. Эффекты Штарка и Зее мана для простых модельных систем 11. Оператор Гамильтона для атомных и молекулярных систем на приме рах: атом С, молекулы LiH, BeH2, и др.). Построение электронной волновой функции в виде определителя.

12. Уравнения метода Хартри–Фока для простейших молекул, например, LiH.

13. Молекулы Н2+ и Н2. Простейшие подходы к построению волновых функций и потенциальных кривых.

14. Точечные группы симметрии. Неприводимые представления групп.

Характеры представлений. Правила отбора для электронных переходов.

15. Метод Хюккеля. Простейшие примеры расчетов. Заряды на атомах, порядки связей. Граничные орбитали.

16. Метод Хюккеля. Простейшие примеры расчетов. Заряды на атомах, порядки связей. Граничные орбитали.

ЛИТЕРАТУРА Основная 1. Мелешина А.М. Курс квантовой механики для химиков: Учеб. посо бие. 2-е изд., перераб. и доп. –М.: Высш. шк., 1980. –215 с.

2. Фларри Р. Квантовая химия. –М.: Мир, 1985. –472 с.

3. Степанов Н.Ф. Квантовая механика и квантовая химия –М.: Мир, 2001. –519 с.

4. Цюлике Л. Квантовая химия. –М.: Мир, 1976. –458 с.

5. Заградник Р., Полак Р. Основы квантовой химии. –М.: Мир, 1979.

–504 с.

Дополнительная 1. Краснов Л.С. Молекулы и химическая связь. –М.: Высш. шк., 1977.

–315 с.

2. Блюменфельд Л.А., Кукушкин А.К. Курс квантовой химии и строения молекул. –М.: Изд-во МГУ, 1985. –346 с.

3. Яцимирский К.Б., Яцимирский В.К. Химическая связь. Киев: Вища шк., 1975. –304 с.

4. Фларри Р. Группы симметрии. Теория и химические приложения.

–М.: Мир, 1983. –396 с.

5. Дяткина М.Е. Основы теории молекулярных орбиталей. –М.: Наука, 1975. –276 с.

6. Флайгер У. Строение и динамика молекул: В 2 т. –М.: Мир, 1982.

Т.1–2.

7. Хофман Р. Строение твердых тел и поверхностей. –М.: Мир, 1990.

–167 с.

8. Мулдахметов З.М., Минаев Б.Ф., Безносюк С.А. Теория электронного строения молекул. (Новые аспекты). Алма-Ата: Наука, 1988. –216 с.

Составитель: д.ф-м.н., профессор С.А. Безносюк ТРЕТИЙ КУРС ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ.

Специальность: «Химия»

(химический факультет, вечернее отделение) ДО ВО Семестр –5 –6 –5 – Учебных часов: лекций – 56 – 40 – 34 – лабораторных – 80 – 72 – 50 – семинарских – 24 – 24 – 14 – консультаций –4 –4 –4 – Контрольных работ –3 –3 –3 – Самостоятельная работа студентов – 110 ч – 94 ч – 66 ч – 54 ч Форма контроля – экз. – экз. – экз. – экз.

и зачет и зачет по курс. раб. по к/раб.

Введение – 2 ч Предмет и составные части физической химии. Основные этапы развития физической химии как современной теоретической основы хи мии. Методы термодинамики, кинетики и квантовой химии в описании химических явлений. Роль полуэмпирических закономерностей в теории химии.

1. Основы химической термодинамики – 14 ч Макроскопические системы и термодинамический метод их описа ния. Термическое равновесие системы. Термодинамические переменные.

Температура. Интенсивные и экстенсивные величины. Обратимые и не обратимые процессы и их свойства. Уравнения состояния. Уравнение состояния идеального газа, газа Ван-дер-Ваальса. Теорема о соответст венных состояниях и общая проблема уравнения состояния. Вириальные уравнения состояния.

Теплота и работы различного рода. Работа расширения для различ ных процессов. Первый закон термодинамики. Внутренняя энергия. Эн тальпия. Закон Гесса и его следствия. Стандартные состояния и стан дартные теплоты химических реакций. Теплота сгорания. Теплоты обра зования. Зависимость теплового эффекта реакции от температуры. Фор мула Кирхгоффа. Зависимость теплоемкости от температуры и расчеты тепловых эффектов реакций. Таблицы стандартных термодинамических величин и их использование в термодинамических расчетах.

Второй закон термодинамики и его различные формулировки. Эн тропия. Уравнение второго начала термодинамики для обратимых и не обратимых процессов. Некомпенсированная теплота Клаузиуса и работа, потерянная в необратимом процессе. Обоснование второго начала термо динамики. Теорема Карно–Клаузиуса. Различные шкалы температур.

Энтропия как функция состояния. Изменение энтропии при разных процессах. Изменение энтропии изолированных процессов и направление процесса.

Фундаментальные уравнения Гиббса. Характеристические функции.

Энергия Гельмгольца, энергия Гиббса и их свойства. Уравнения Мак свелла. Использование уравнения Максвелла для вывода различных тер модинамических соотношений.

Связь между калорическими и термодинамическими переменными.

Методы вычисления энтропии, внутренней энергии, энтальпии, энергии Гельмгольца и энергии Гиббса. Условия равновесия и критерии самопро извольного протекания процессов, выраженные через характеристиче ские функции.

Уравнение Гиббса–Гельмгольца и его роль в химии. Работа и тепло та химического процесса.

Химические потенциалы, их определение, вычисление и свойства.

Химический потенциал идеального и неидеального газов. Метод летуче сти. Различные методы вычисления летучести из опытных данных.

2. Растворы. Фазовые равновесия – 14 ч Растворы различных классов. Различные способы выражения соста ва раствора. Смеси идеальных газов. Термодинамические свойства газо вых смесей. Идеальные растворы в различных агрегатных состояниях и общее условие идеальности растворов.

Давление насыщенного пара жидких растворов. Закон Рауля и его термодинамический вывод. Неидеальные растворы и их свойства. Метод активностей. Коэффициенты активности и их определение по парциаль ным давлениям компонент. Концентрационная зависимость коэффициен тов активности в двухкомпонентных жидких системах неэлектролитов.

Стандартные состояния при определении химических потенциалов компонент. Симметричная и несимметричная системы отсчета.

Коллигативные свойства растворов. Изменение температуры за твердевания различных растворов. Криоскопический метод. Зонная плав ка и ее практические применения. Осмотические явления. Уравнения Вант-Гоффа, его термодинамический вывод и область применимости.

Общее рассмотрение коллигативных свойств растворов.

Термодинамическая классификация растворов. Функция смешения для идеальных и неидеальных растворов. Предельно разбавленные раство ры, атермальные, регулярные, строго регулярные растворы и их свойства.

Парциальные мольные величины и их определение из опытных данных для бинарных систем. Уравнения Гиббса–Дюгема.

Равновесие жидкость – пар в двухкомпонентных системах. Равно весные составы пара и жидкости. Различные виды диаграмм состояния.

Законы Гиббса–Коновалова. Разделение веществ путем перегонки. Азео тропные смеси и их свойства.

Гетерогенные системы. Понятие фазы, компонента, степени свобо ды. Правило фаз Гиббса и его вывод.

Однокомпонентные системы. Диаграммы состояния воды, серы, фосфора и углерода. Фазовые переходы первого рода. Уравнение Кла пейрона–Клаузиуса и его применение к различным фазовым переходам первого рода. Фазовые переходы второго рода. Уравнения Эренфеста.

Двухкомпонентные системы. Различные диаграммы состояния двухкомпонентных систем и их анализ на основе правила фаз. Трехком понентные системы. Треугольник Гиббса. Диаграммы плавкости трех компонентных систем.

3. Химические и адсорбционные равновесия – 10 ч Закон действия масс. История его открытия и современная трактов ка. Различные виды констант равновесия и связь между ними. Химиче ская переменная. Химическое равновесие в идеальных и неидеальных системах. Термодинамический вывод закона действия масс.

Изотерма Вант-Гоффа. Изменение энергии Гиббса и энергии Гельм гольца при химической реакции. Термодинамическая трактовка понятия о химическом сродстве. Принцип Бертло и область его применимости.

Расчеты констант равновесия химических реакций с использованием таб лиц стандартных значений термодинамических функций. Приведенная энергия Гиббса и ее использование для расчетов химических равновесий.

Расчеты выхода продуктов химических реакций различных типов.

Выходы продуктов при совместном протекании нескольких химических реакций.

Зависимость констант равновесия от температуры. Уравнения изо бары и изохоры реакции их термодинамический вывод. Использование различных приближений для теплоемкостей реагентов при расчетах хи мических равновесий при различных температурах.

Гетерогенные химические равновесия и особенности их термодина мического описания.

Явления адсорбции. Адсорбент. Адсорбат. Структура поверхности и пористость адсорбента. Вид адсорбции. Локализованная и делокализо ванная адсорбция. Мономолекулярная и полимолекулярная адсорбция.

Изотермы и изобары адсорбции. Уравнение Генри. Константа адсорбци онного равновесия. Уравнение Ленгмюра, условия применимости. Ад сорбция из растворов. Гиббсовская адсорбция.

Полимолекулярная адсорбция, ее приближенное описание методом Брунауэра–Эмета–Теллера (БЭТ).

4. Элементы статистической термодинамики – 8 ч Статистические средние значения макроскопических величин. Ос новные постулаты статистической термодинамики.

Сумма по состояниям как статистическая характеристическая функция. Статистические выражения для основных термодинамических функций – внутренней энергии, энтропии, энергии Гельмгольца и энер гии Гиббса. Статистические расчеты энтропии. Формула Больцмана. По стулат Планка и абсолютная энтропия.

Молекулярная сумма по состояниям. Поступательная сумма по со стояниям. Составляющие энтропии, внутренней энергии и теплоемкости, обусловленные поступательным движением.

Вращательная сумма по состояниям для жесткого ротатора. Состав ляющие для внутренней энергии, теплоемкости, энтропии, обусловлен ные вращательным движением.

Колебательная сумма по состояниям для гармонического осцилля тора. Составляющие внутренней энергии, теплоемкости и энтропии, обу словленные колебательным движением.

Расчет констант равновесия химических реакций в идеальных газах методом статистической термодинамики.

5. Элементы линейной термодинамики необратимых процессов –2ч Описание необратимых процессов в термодинамике. Феноменоло гические законы для скоростей процессов. Необратимые процессы и про изводство энтропии. Теорема Пригожина.

Потоки при совместном воздействии нескольких сил. Соотношения взаимности Онзагера.

*** 6. Химическая кинетика – 24 ч Химическая кинетика – наука о скоростях и механизмах химиче ских реакций. Несоответствие механизмов реакций и их стехиометриче ских уравнений. Механизм разложения N2О, N2O5, синтеза НВr и HI.

Основные понятия химической кинетики. Определение скорости реакции. Кинетические кривые. Кинетические уравнения. Определение константы скорости и порядка реакции. Реакции переменного порядка и изменение порядка в ходе реакции на примере реакции образования HBr.

Молекулярность элементарных реакций.

Кинетический закон действия масс и область его применимости.

Составление кинетических уравнений для известного механизма реакции.

Прямая и обратная задачи химической кинетики. Зависимость константы скорости от температуры. Уравнение Аррениуса. «Эффективная» и «ис тинная» энергии активации.

Необратимые реакции первого, второго и третьего порядков. Опре деление констант скорости из опытных данных. Методы определения порядка реакции и вида кинетического уравнения.

Сложные реакции. Принцип независимости элементарных стадий.

Методы составления кинетических уравнений. Обратимые реакции пер вого порядка. Определение элементарных констант из опытных данных.

Параллельные реакции. Последовательные реакции на примере двух не обратимых реакций первого порядка.

Кинетический анализ процессов, протекающих через образование промежуточных продуктов. Принцип квазистационарности Боденштейна и область его применимости.

Цепные реакции. Элементарные процессы возникновения, продол жения, разветвления и обрыва цепей. Длина цепи. Различные методы расчета скорости неразветвленных цепных реакций. Применение метода стационарности для составления кинетических уравнений неразветвлен ных цепных реакций на примере темнового образования HBr.

Разветвленные цепные реакции. Кинетические особенности раз ветвленных цепных реакций. Предельные явления в разветвленных цеп ных реакциях на примере реакции окисления водорода. Полуостров вос пламенения. Период индукции. Зависимость скорости реакции на ниж нем пределе воспламенения от диаметра сосуда и природы его поверхно сти. Применение метода квазистационарных концентраций для описания предельных явлений в окрестностях первого и второго пределов воспла менения. Тепловой взрыв и условия воспламенения на третьем пределе.

Реакции в потоке. Определение кинетических постоянных для раз личных реакций первого порядка в реакторе идеального смешения.

Макрокинетика. Роль диффузии в кинетике гетерогенных реакций.

Различные режимы протекания реакций (кинетическая и внешняя кине тическая области;

область внешней и внутренней диффузии).

Элементарные акты химических реакций и физический смысл энер гии активации. Поверхность потенциальной энергии для взаимодействия трех атомов водорода. Сопоставление результатов приближенных и точ ных расчетов поверхности потенциальной энергии для этой системы.

Метод переходного состояния (активированного комплекса). Свой ства активированного комплекса. Статистический расчет константы ско рости. Основные допущения теории активированного комплекса и об ласть его применимости. Трансмиссионный коэффициент.

Термодинамический аспект теории активированного комплекса.

Энтропия активации. Соотношения между опытной и истинной энергией активации.

Теория соударений в химической кинетике. Ее приближенная и бо лее строгая формулировка.

Мономолекулярные реакции. Теория активированного комплекса в применении к мономолекулярным реакциям. Область применимости по лученных соотношений. Объяснение «повышенных» и «заниженных»

значений предэкспоненциального множителя. Теория соударений в при менении к мономолекулярным реакциям. Схема Линдемана и ее сопос тавление с опытными данными. Причины неточности схемы Линдемана.

Бимолекулярные реакции. Теория активированного комплекса в применении к бимолекулярным реакциям различного типа. Теория со ударений в применении к бимолекулярным реакциям Сопоставление ре зультатов теории соударений и теории активированного комплекса.

Тримолекулярные реакции. Реакции в растворах.

Фотохимические реакции. Элементарные фотохимические процес сы. Фотохимические активные частицы. Квантовый выход. Закон фото химической эквивалентности Эйнштейна.

7. Катализ – 8 ч Определение катализа. Общие принципы катализа. Роль катализа в химии. Основные промышленные каталитические процессы. Примеры механизмов каталитических процессов.

Гомогенный катализ. Кислотно-основной катализ. Классификация реакций кислотно-основного типа. Кинетика и механизм реакций специ фического кислотного катализа. Функции кислотности Гаммета и их ис пользование для вычисления скорости реакции и кинетических постоян ных. Кинетика и механизм реакций общего кислотного катализа. Уравне ние Бренстеда и его использование в кинетике каталитических реакций.

Специфический и общий основной катализ, нуклеофильный и электро фильный катализ.

Ферментативный катализ. Общие сведения о кинетике и механиз мах ферментативных реакций. Уравнение Михаэлиса-Ментэн.

Гетерогенный катализ. Определение скорости гетерогенной катали тической реакции. Удельная и атомная активность. Явления отравления катализаторов. Активность и селективность катализаторов. Роль адсорб ции в кинетике гетерогенных каталитических реакций. Энергия актива ции каталитических реакций. Нанесенные катализаторы.

Металлы как катализаторы. Теория мультиплетов Баландина. Прин цип геометрического и энергетического соответствия. Область примене ния теории мультиплетов. Теория активных ансамблей Кобозева.

8. Электрохимия – 14 ч Химический и электрохимический способы осуществления окисли тельно-восстановительных реакций. Электрохимическая цепь и ее ком поненты. Определение теоретической электрохимии, ее разделы и связь с задачами прикладной электрохимии. Понятие электрохимического по тенциала.

Развитие представлений о строении растворов электролитов (T. Гротгус, М. Фарадей, С. Аррениус, И.А. Каблуков). Основные поло жения теории Аррениуса. Недостатки этой теории. Ион-дипольное взаи модействие как основное условие устойчивости растворов электролитов.

Термодинамическое описание ион-ионного взаимодействия. Понятия средней активности и среднего коэффициента активности;

их связь с ак тивностью и коэффициентом активности отдельных ионов. Основные допущения теории Дебая–Хюккеля. Уравнения для коэффициента актив ности в первом, втором и третьем приближении теории Дебая–Хюккеля.

Современные представления о растворах электролитов.

Неравновесные явления в растворах электролитов. Потоки диффу зии и миграции. Формула Нернста–Эйнштейна. Диффузионный потенци ал. Удельная и эквивалентная электропроводность. Числа переноса и ме тоды их определения. Подвижности ионов и закон Кольрауша. Физиче ские основы теории Дебая–Хюккеля–Онзагера;

электрофоретический и релаксационный эффекты;

эффекты Вина и Дебая–Фалькенгагена. Зави симость подвижности ионов от их природы, от природы растворителя, от температуры и концентрации раствора. Механизм электропроводности водных растворов кислот и щелочей.

Условия электрохимического равновесия на границах раздела фаз и в электрохимической цепи. Связь ЭДС со свободной энергией Гиббса.

Уравнения Нернста и Гиббса–Гельмгольца для равновесной электрохи мической цепи. Понятие электродного потенциала. Классификация элек тродов и электрохимических цепей.

Электрокапиллярные явления;

основное уравнение электрокапил лярности;

уравнение Липпмана. Емкость двойного электрического слоя;

причины ее зависимости от потенциала электрода. Адсорбционный метод изучения двойного электрического слоя. Модельные представления о структуре двойного слоя.

Плотность тока как мера скорости электродного процесса;

поляри зация электродов. Стадии электродного процесса. Механизмы массопе реноса: диффузия, миграция и конвекция. Три основных уравнения диф фузионной кинетики и общий подход к решению ее задач. Полярография.

Уравнение для тока в теории замедленного разряда;

ток обмена и перена пряжение. Методы защиты металлов от коррозии. Химические источники тока;

их виды и основные характеристики.

ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ 1. Определение теплоемкости калориметра.

2. Определение теплоты растворения неорганических соединений.

3. Определение теплоты нейтрализации.

4. Определение давления пара индивидуальной жидкости в зависимости от температуры.

5. Определение коэффициентов уравнения Антуана по р, Т – данным на ЭВМ.

6. Исследование равновесия двухкомпонентной системы пар–раствор (полностью смешивающиеся жидкости).

7. Вывод эмпирического уравнения с помощью МНК (объемные свойст ва растворов).

8. Построение диаграммы растворимости системы фенол–вода.

9. Исследование кристаллизации бинарных легкоплавких систем (фе нол-нафталин).

10. Определение константы равновесия реакции этерификации и гидро лиза сложных эфиров.

11. Расчет термодинамических свойств индивидуальных веществ по мо лекулярным постоянным на ЭВМ.

12. Определение порядка реакции окисления иодид-ионов ионами трех валентного железа.

13. Изучение кинетики омыления сложных эфиров в присутствии ионов гидроксила.

14. Определение констант скоростей реакций методом кондуктометрии.

15. Изучение скорости реакции иодирования ацетона.

16. Изучение скорости разложения пероксида водорода газометрическим методом: гомогенный катализ.

17. Изучение скорости разложения пероксида водорода газометрическим методом: гетерогенный катализ.

18. Изучение скорости инверсии тростникового сахара.

19. Измерение электропроводности растворов электролитов и расчет кон станты диссоциации.

20. Определение растворимости труднорастворимой соли при различных температурах методом электрической проводимости.

21. Определение предельных подвижностей ионов в водном растворе Н2SO4 или HCl: определение чисел переноса.

22. Определение предельных подвижностей ионов в водном растворе Н2SO4 или HCl: определение предельных подвижностей ионов.

23. Определение рН образования гидроксидов металлов.

24. Определение стандартного потенциала ферри–ферроэлектрода.

25. Определение произведения растворимости труднорастворимой соли методом ЭДС.

26. Определение коэффициентов активности электролитов методом изме рения ЭДС.

27. Определение температурного коэффициента ЭДС гальванического элемента и расчет термодинамических величин.

28. Определение константы равновесия химической реакции в жидких системах методом рН-потенциометрического титрования.

ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ СЕМИНАРСКИХ ЗАНЯТИЙ 1. Первый закон термодинамики. Вычисление работы и теплоты при различных процессах.

2. Термохимия: законы Гесса и Кирхгофа.

3. Второй закон термодинамики. Вычисление энтропии, энергии Гиббса и Гельмгольца в различных процессах.

4. Термодинамика растворов: парциальные мольные величины, идеаль ные растворы, закон Рауля.

5. Идеальная растворимость твердых тел. Криоскопия. Осмотическое давление.

6. Фазовые равновесия: правило фаз, уравнение Клапейрона–Клаузиуса, диаграммы состояния (4 ч).

7. Химическое равновесие: вычисление константы равновесия, выхода реакции;

уравнение изотермы реакции (4 ч).

8. Уравнение изобары реакции. Расчет равновесия по справочным данным. Статистическая термодинамика. Расчет термодинамиче ских функций одно- и двухатомного газа и константы равновесия (4 ч).

9. Понятия химической кинетики. Определение порядка и константы скорости реакции (4 ч).

10. Кинетика сложных реакций.

11. Влияние температуры на скорость химических реакций.

12. Теории химической кинетики гомогенных реакций.

13. Термодинамический аспект теории активированного комплекса. Рас чет энтропии и энтальпии активации.

14. Термодинамика растворов электролитов.

15. Энергия сольватации, энергия кристаллической решетки.

16. Электропроводность растворов электролитов.

17. Числа переноса. Подвижность ионов.

18. Электродвижущие силы гальванического элемента.

19. Термодинамика гальванического элемента.

20. Строение д.э.с. Кинетика электродных процессов.

ТЕМЫ КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ 1. Первое и второе начало термодинамики. Энтропия, характеристиче ские функции. Термодинамика растворов неэлектролитов.

2. Фазовые и химические равновесия. Статистическая термодинамика.

3. Формальная кинетика. Сложные реакции. Цепные реакции.

4. Теории химической кинетики. Катализ.

5. Электропроводность растворов электролитов. Числа переноса.

6. Электродвижущие силы гальванического элемента. Электрохимиче ская кинетика.

ЛИТЕРАТУРА Основная 1. Герасимов Я.И. и др. Курс физической химии: В 2 т. –М.: Химия, 1969. Т. 1–2.

2. Дамаскин Б.Б., Петрий О.А. Электрохимия: Учеб. пособие. –М.:

Высш. шк., 1987. –296 с.

3. Еремин Е.Н. Основы химической кинетики: Учеб. пособие. –М.:

Высш. шк., 1976. –374 с.

4. Эмануэль Н.М., Кнорре Д.Г. Курс химической кинетики: Учеб. –М.:

Высш. шк., 1984. –463 с.

5. Эткинс П. Физическая химия: В 2 т. –М.: Мир, 1980. Т. 1–2.

Дополнительная 1. Стромберг А.Г., Семченко Д.П. Физическая химия. –М.: Высш. шк., 1988. –496 с.;

1999. –527 с.

2. Физическая химия: В 2 кн. / Под ред. К.С. Краснова. –М.: Высш. шк., 1995. Кн. 1 –512 с. Кн. 2 –319 с.

3. Смирнова Н.А. Методы статистической термодинамики в физической хи мии: Учеб. пособие. 2-е изд., перераб. и доп. –М.: Высш. шк., 1982. –456 с.

4. Дамаскин Б.Б., Петрий О.А. Введение в электрохимическую кинети ку: Учеб. пособие. –М.: Высш. шк., 1983. –400 с.

Составители: к.х.н., доцент О.Н. Логинова к.х.н., доцент В.С. Смородинов ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ И МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ.

Специальность: «Химия»

(химический факультет, дневное и вечернее отделения) ДО ВО Семестр –6 –7 –7 – Учебных часов: лекций – 26 – 18 – 16 – лабораторных – 50 – 34 – 30 – консультаций –4 –4 –4 – Контрольных работ –3 –3 –3 – Самостоятельная работа студентов – 42 ч – 30 ч – 24 ч – 18 ч Форма контроля – зачет – экз. – зачет – экз.

1. Общие вопросы химической технологии – 6 ч Классификация основных процессов химической технологии. Гид ромеханические, тепловые, массообменные, механические, химические.

Непрерывные и периодические процессы. Установившиеся и неустано вившиеся процессы.

Основные показатели технологических процессов. Показатели пре вращения, целевого использования материалов, расхода, реализации, пе рерасхода.

Общие принципы анализа и расчета процессов и аппаратов. Мате риальный и энергетический балансы.

Химическое производство как сложная система. Основные этапы создания химико-технологических систем (ХТС);

принципы и общая стра тегия системного подхода. Структурная иерархия технологических систем:

молекулярные процессы – макрокинетика – аппараты – производства – глобальные проблемы развития техносферы. Роль математического моде лирования в решении задач проектирования и эксплуатации ХТС.

Критерии интенсивности ХТП и компактности технологических устройств. Конкурирующий характер показателей интенсивности (ком пактности) и термодинамического совершенства. Фундаментальный ха рактер проблем управления абсолютными скоростями процессов.

Экономические показатели эффективности химических произ водств. Технико-экономические особенности химической промышленно сти. Основные производственные фонды, оборотные средства и трудовые ресурсы производств. Критерии эффективности их использования.

Структура затрат на производство и реализацию продукции. Себестои мость продукции, прибыль и ценообразование в химической промыш ленности. Оценка эффективности инвестиционных проектов.

2. Теоретические основы химической технологии – 8 ч Макроскопическая теория физико-химических явлений – теоретиче ская база химической технологии. Основные макроскопические перемен ные параметры, характеризующие перенос и превращение вещества, им пульса и энергии в распределенных неравновесных системах. Обобщен ная форма дифференциальных уравнений баланса, связывающих функ ции плотности, потока и источника субстанции. Конвективный и кондук тивный перенос субстанции. Классические законы пропорциональности кондуктивных потоков химического компонента, импульса и теплоты градиентам концентрации, скорости и температуры. Характеристика ко эффициентов переноса в различных средах. Конкретные частные формы дифференциальных уравнений баланса вещества, импульса и энергии.

3. Гидромеханические процессы – 12 ч Основы гидравлики. Понятие жидкости. Идеальные я реальные, ка пельные и упругие жидкости.

Физические свойства жидкостей: плотность, давление, вязкость по верхностное натяжение. Закон внутреннего трения Ньютона.

Гидростатика. Дифференциальные уравнения равновесия Эйлера.

Основное уравнение гидростатики. Приложения основного уравнения гидростатики: принцип сообщающихся сосудов и его использование, гидростатические машины, давление жидкости на дно и стенки сосуда.

Гидродинамика. Основные характеристики движения жидкостей:

скорость, расход, гидравлический радиус, эквивалентный диаметр, уста новившийся и неустановившийся потоки, субстанциональная производ ная. Режимы движения жидкости.

Распределение скоростей и расход жидкости при установившемся ламинарной потоке. Уравнение Пуазейля. Закон Стокса.

Уравнение неразрывности потока. Уравнение постоянства расхода, его физический смысл и практическое значение.

Дифференциальные уравнения движения Эйлера. Уравнение Бер нулли для идеальной и реальной жидкости, его энергетический смысл.

Приложения уравнения Бернулли для измерения расхода и скорости.

Трубка Пито–Прандтля. Дроссельные приборы. Дифференциальное уравнения движения Навье–Стокса.

Основы теории подобия. Необходимость моделирования. Условия и теоремы подобия. Константы и индикаторы подобия, симплексы и комплек сы. Геометрическое подобие. Временное подобие. Подобие физических ве личин, начальных и граничных условий. Условия однозначности. Подобное преобразование дифференциальных уравнений. Критерии подобия.

Гидродинамическое подобие. Критерии гидродинамического подо бия и их физический смысл. Определяемый и определяющий критерии гидродинамического подобия. Общий вид критериального уравнения.

Приближенное моделирование.

Гидравлические сопротивления в трубопроводах. Сопротивление трения, местные сопротивления. Потерянный напор и потерянное давле ние. Расчет потерь напора на трение и местные сопротивления. Уравне ние Гагена–Пуазейля. Коэффициенты сопротивления трения и коэффи циенты местных сопротивлений.

Движение тел в жидкостях. Сила сопротивления. Режимы движения тел в жидкостях. Движение тел шарообразной формы. Движение тел ша рообразной формы. Понятия диаметра эквивалентного вара и фактора формы. Осаждение частиц под действием силы тяжести. Свободное и стесненное осаждение. Расчет отстойников.

Гидродинамика псевдоожиженных слоев. Характеристики зерни стого слоя. Понятия фиктивной скорости газа, скорости псевдоожижения, скорости свободного витания. Число псеввоожижения. Неоднородное псевдоожижение. Поршневой режим, каналообразование. Псевдоожи женне в плотной и разбавленной фазе.

Структура потоков и распределение времени пребывания жидкости в аппаратах. Мгновенное возмущение. Кривые отклика. Аппарат идеального вытеснения. Обратное и радиальное перемешивание. Аппарат идеального перемешивания. Дифференциальная и интегральная функции распределе ния. Ячеечная и диффузионная модели. Коэффициент продольного пере мешивания. Критерий Пекле для продольного перемешивания.

*** 4. Тепловые процессы – 8 ч Общие сведения о тепловых процессах;

Способы распространения тепла: теплопроводность, конвекция, излучение. Теплоотдача и теплопе редача.

Тепловые балансы. Температурное поле и температурный градиент.

Передача тепла теплопроводностью. Закон Фурье. Коэффициент тепло проводности.

Дифференциальное уравнение теплопроводности. Коэффициент температуропроводности. Теплопроводность плоской стенки. Теплопро водность цилиндрической стенки.

Конвективный теплообмен. Закон охлаждения Ньютона. Механизм конвективного теплообмена. Турбулентный перенос. Коэффициент тур булентной теплопроводности. Коэффициент турбулентной температуро проводности. Коэффициент теплоотдачи.

Дифференциальное уравнение конвективиого теплообмена. Тепло вое подобие. Критерии теплового подобия. Обобщенное критериальное уравнение конвективного теплообмена.

Теплопередача при постоянных температурах теплоносителей. Ко эффициент теплопередачи для плоской и цилиндрической стенок.

Теплопередача при переменных температурах теплоносителей.

Движение теплоносителей прямотоком, противотоком, перекрестным током, смешанным током. Движущая сила теплопередачи при прямотоке и противотоке теплоносителей.

Тепловое излучение. Абсолютно черные, абсолютно белые и абсо лютно прозрачные тела. Закон Стефана-Больцмана. Закон Кирхгофа.

Взаимное излучение двух твердых тел. Применение экранов. Сложная теплоотдача. Коэффициенты теплоотдачи конвекцией и лучеиспускание.

Нагревающие агенты и способы нагревания. Нагревание водяным паром. Нагревание горячей водой. Нагревание топочными газами. Нагре вание высокотемпературными теплоносителями. Поверхностные тепло обменники и теплообменники смешения. Кожухотрубчатые теплообмен ники: с линзовым компенсатором, с плавающей головкой, с U-образными трубами. Двухтрубчатые теплообменники. Теплообменные аппараты с турбулизованными потоками.

5. Массообменные процессы – 8 ч Виды процессов массопередачи. Способы выражения состава фаз.

Фазовое равновесие, материальный баланс. Уравнение рабочей ли нии. Направление массопередачи.

Молекулярная диффузия. Первый закон Фика. Градиент концентра ций. Коэффициент диффузия. Турбулентная диффузия. Коэффициент турбулентной диффузии.

Конвективный перенос. Дифференциальное уравнение конвектив ний диффузии. Второй закон Фика. Механизм процессов массопереноса.

Уравнение массоотдачи. Коэффициенты массоотдачи.

Подобие процессов переноса массы. Критерии диффузионного подобия. Обобщенное критериальное уравнение конвективной диффу зии.

Уравнение массопередачи. Коэффициенты массопередачи. Зависи мость между коэффициентами массопередачи и массоотдачи. Обьемные коэффициенты массопередачи и массоотдачи. Виды взаимного движения фаз в массообменных аппаратах. Движущая сила массопередачи.

Число единиц переноса. Высота единиц переноса. Расчет основных размеров массообменных аппаратов. Концепция теоретической ступени разделения.

Абсорбция. Физические основы процесса. Закон Генри, константа Генри. Связь между составом жидкой и газовой фаз.

Материальный и тепловой балансы абсорбции. Кинетические зако номерности. Уравнение аддитивности фазовых сопротивлений для аб сорбции хороню растворимых и плохо растворимых газов.

Устройство абсорбционных аппаратов. Поверхностные абсорберы.

Пленочные абсорберы. Насадочные абсорберы. Пристеночный эффект.

Требования, предъявляемые к насадкам. Основные типы насадок и их характеристики. Тарельчатые абсорберы. Основные типы тарелок.

Дистилляция и ректификация. Основные понятия и определения.

Графическое изображение состава многокомпонентных смесей. Класси фикация жидких смесей по взаимной растворимости. Идеальные я реаль ные смеси. Азеотропные смеси, Ректификация бинарных смесей. Принцип ректификации. Непре рывная ректификация. Ректификационная установка непрерывного дей ствия.

Тепловой баланс ректификационной. Уравнения рабочих линий ук репляющей и исчерпывающей частей колонны. Флегмовое число. Расчет числа теоретических тарелок методом Мак-Кэба и Тилле.

Ректификация многокомпонентных смесей. Дифференциальные уравнения непрерывной ректификации. Понятия первого и второго за данного разделений. Синтез принципиальных технологических схем рек тификации.

Специальные методы ректификации. Методы, основанные на изме нении внешних условий проведения процесса. Методы, основанные на использовании эффекта расслаивания жидкости. Азеотропная и экстрак тивная ректификация.

6. Моделирование технологических процессов – 2 ч Системы и процессы. Понятие химико-технологической системы.

Большие системы и их основные признаки. Основные подсистемы боль ших систем. Единичные операторы технологических схем.

Типовые процессы химической технологии. Детерминированные и стохастические процессы. Иерархия систем. Химическое предприятие как химико-технологическая система. Анализ функционирования боль ших систем.

Физическое и математическое моделирование, математические мо дели. Этапы математической модели. Принцип изоморфности математи ческих моделей. Основные виды математических моделей. Статическая модель. Динамическая модель. Жесткие я вероятностные модели. Прин цип «черного ящика».

ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ 1. Вводное занятие. Изучение техники безопасности в лаборатории хи мической технологии. Проверка знаний по технике безопасности и охране труда – 4 ч 2. Измерение температуры, калибрование термопары – 4 ч 3. Измерение расхода реометром – 4 ч 4. Подготовка и технический анализ воды – 4 ч 5. Получение никелевого покрытия электролитическим методом – 4 ч 6. Хромирование металлов – 4 ч 7. Получение серной кислоты нитрозным способом – 6 ч 8. Синтез аммиака – 6 ч 9. Флотационное обогащение медной сульфидной руды – 4 ч 10. Получение фенолформальдегидных смол – 8 ч 11. Открытие функциональных групп в полимерах – 4 ч 12. Сухая перегонка древесины – 8 ч 13. Анализ твердого топлива – 8 ч 14. Окисление парафина и получение карбоновых кислот – 4 ч 15. Получение уксусной кислоты – 6 ч 16. Установление математической модели аппарата с мешалкой – 8 ч 17. Изучение модели реактора идеального смешения – 8 ч 18. Изучение модели реактора идеального вытеснения – 8 ч 19. Определение числа теоретических тарелок ректификационной колон ны – 8 ч ЛИТЕРАТУРА Основная 1. Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии: В 2-х кн. –М.: Химия, 1995.

2. Кутепов A.M. и др. Общая химическая технология. –М.: Высш. шк., 1990.

3. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической техноло гии. –М.: Химия, 1971.

4. Кафаров В.В. Методы кибернетики в химии и химической техноло гии. –М.: Химия, 1971.

5. Мухленов И.П. Общая химическая технология: В 2-х т. –М.: Высш.

шк., 1984.

6. Амелин Дополнительная 1. Берд Р., Стьюарт В., Лайтфут Е. Явления переноса. –М.: Химия, 1974.

2. Вест А. Химия твердого тела (теория и приложения): В 2-х т. –М.:

Мир, 1988.

3. Вольфкович С.И. и др. Общая химическая технология: В 2-х т. –Л., 1952. Т. 1;

1959. Т.2.

4. Франк-Каменецкий Д.А. Диффузия и теплопередача в химической ки нетике. –М.: Наука, 1987.

5. Шервуд Т., Пингфорд Р.Л., Уилки Ч. Массопередача. –М.: Химия, 1982.

7. Якименко Л.М. Производство хлора, каустической соды и неоргани ческих хлорпродуктов. –М.: Химия, 1974.

8. Гальперин Н.И. Основные процессы и аппараты химической техноло гии: В 2-х т. –М.: Химия, 1981.

9. Лебедев Н.Н. Химия и технология основного органического и нефте химического синтеза. –М.: Химия, 1988.

10. Основы технологии переработки пластмасс / Под ред. В.Н. Кулезнева, В.К. Гусева. –М.: Химия, 1995.

11. Кузнецов Л.Д. и др. Синтез аммиака. –М.: Химия, 1982.

Составитель: к.х.н., доцент В.А. Брамин ЧЕТВЕРТЫЙ КУРС КОЛЛОИДНАЯ ХИМИЯ.

Специальность: «Химия»

(химический факультет, дневное и вечернее отделения) ДО ВО Семестр –7 – Учебных часов: лекций – 28 – лабораторных – 44 – консультаций –4 – Контрольных работ –2 – Самостоятельная работа студентов – 48 ч – 28 ч Форма контроля – экз. – экзамен Введение Основные понятия коллоидной химии, объекты и цели изучения.

Коллоидные частицы и коллоидные системы.

Коллоидное (дисперсное) состояние вещества. Количественное оп ределение дисперсности: дисперсность и удельная поверхность, кривизна поверхности частиц дисперсной фазы. Роль поверхностных явлений в процессах, протекающих в дисперсных системах.

Различные типы классификации дисперсных систем: по агрегатно му состоянию дисперсной фазы и дисперсионной среды, по размерам частиц, по концентрации и т.д. Лиофильные и лиофобные дисперсные системы.

Взаимосвязь коллоидной химии с другими химическими дисципли нами, с физикой, биологией, геологией, медициной. Основные этапы раз вития коллоидной химии.

Раздел I. ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ 1.1. Термодинамика поверхностных явлений Поверхность раздела фаз. Свободная поверхностная энергия. По верхностное натяжение, силовая и энергетическая трактовки. Метод из быточных термодинамических функций поверхностного слоя (Гиббс).

Понятие о поверхности разрыва и разделяющей поверхности. Обобщен ное уравнение первого и второго законов термодинамики для поверхно сти раздела фаз.

Изменение поверхностного натяжения жидкости на границе с соб ственным паром в зависимости от температуры, критическая температура по Менделееву.

Связь свободной поверхностной энергии с теплотой сублимации (правило Стефана), модулем упругости, идеальной прочностью и други ми свойствами вещества.

Поверхность раздела между двумя конденсированными фазами.

Правило Антонова, условия его применения.

1.2. Капиллярные явления Капиллярное давление. Закон Лапласа.

Зависимость давления пара от кривизны поверхности жидкости. За кон Томсона. Капиллярная конденсация. Изотермическая перегонка ве щества.

Смачивание. Краевой угол. Закон Юнга (силовой и энергетический выводы). Соотношение между работами адгезии и когезии при смачива нии. Капиллярное поднятие жидкости, уравнение Жюрена, капиллярная постоянная жидкости. Избирательное смачивание как метод характери стики поверхностей твердых тел (лиофильных и лиофобных). Полное смачивание (термодинамическое условие).

Основные методы измерения поверхностного натяжения жидкостей и поверхностной энергии твердых тел.

1.3. Поверхностные явления и механические свойства твердых тел Разрушение и измельчение (диспергирование) твердых тел как фи зико-химический процесс образования новой поверхности.

Эффект Ребиндера: изменение прочности и пластичности как след ствие снижения поверхностной энергии твердых тел. Основные формы проявления эффекта: пластифицирование, возникновение хрупкости, са мопроизвольное диспергирование. Термодинамические условия проявле ния эффекта Ребиндера. Влияние химической природы твердых тел и жидкостей на возможность его проявления. Проявление эффекта Ребин дера в природных и технологических процессах.

1.4. Адсорбция на поверхности раздела фаз Адсорбция как самопроизвольное концентрирование на поверхно сти раздела фаз веществ, снижающих межфазное натяжение. Поверхно стно-активные и инактивные вещества (примеры). Относительность по нятия «поверхностная активность» (зависимость от природы контакти рующих фаз).

Термодинамика процесса адсорбции. Уравнение адсорбции Гиббса.

Органические поверхностно-активные вещества (ПАВ). Классифи кация ПАВ по молекулярному строению (анионо- и катионоактивные, неионогенные, амфолитные);

области применения ПАВ. Высокомолеку лярные ПАВ (примеры, отличия от низкомолекулярных ПАВ). Класси фикация ПАВ по механизму их действия (смачиватели, диспергаторы, стабилизаторы, моющие средства). Понятие о гидрофильно-липофильном балансе (ГЛБ) молекул ПАВ.

Зависимость поверхностного натяжения от концентрации ПАВ.

Урвнение Шишковского. Поверхностная активность, ее изменение в го мологических рядах ПАВ. Термодинамическое обоснование правила Траубе–Дюкло. Методы оценки поверхностной активности органических ПАВ. Работа адсорбции. Динамический характер адсорбционного равно весия на поверхности раздела раствор ПАВ–газ. Уравнение Ленгмюра, его связь с уравнениями Гиббса, Шишковского и Фрумкина.

Строение монослоев растворимых ПАВ. Двумерное состояние ве щества в поверхностном слое, ориентация молекул в разреженных и на сыщенных слоях. Уравнение состояния монослоя ПАВ. Расчет размеров молекул ПАВ.

Поверхностные пленки нерастворимых ПАВ;

поверхностное давле ние, методы его измерения. Изотермы двухмерного давления. Основные типы пленок: газообразные, жидкорастянутые, жидкие и твердые. Усло вия перехода пленки от одного состояния к другому.

Адсорбция ПАВ из растворов на поверхности твердых тел. Правило уравнивания полярностей Ребиндера. Модифицирующие свойства ПАВ:

гидрофилизация и гидрофобизация твердой поверхности. Управление смачиванием в процессах флотации.

1.5. Электроповерхностные явления в дисперсных системах Двойной электрический слой (ДЭС). Причины образования ДЭС.

Термодинамическое равновесие поверхности раздела фаз с учетом элек трической энергии.

Модели строения ДЭС (теории Гельмгольца, Гуи-Чепмена, Штер на). Изменение потенциала в зависимости от расстояния от поверхности для сильно и слабо заряженных поверхностей;

влияние концентрации и заряда ионов электролита.

Электрокинетические явления: электрофорез, электроосмос, потен циалы течения и оседания;

теория Гельмгольца–Смолуховского. Элек трокинетический потенциал;

граница скольжения. Методы определения электрокинетического потенциала.

Строение мицеллы гидрофобного золя. Влияние концентрации и природы электролита на величину и знак заряда коллоидных частиц. Ос новы ионного обмена. Лиотропные ряды. Изоэлектрическое состояние в дисперсных системах;

методы определения изоэлектрической точки.

Практические приложения электрокинетических явлений.

Раздел II. КОЛЛОИДНЫЕ (ДИСПЕРСНЫЕ) СИСТЕМЫ 2.1. Лиофобные системы Диспергационные методы получения дисперсных систем (золей, эмульсий, пен, аэрозолей). Роль ПАВ в процессах получения дисперсных систем. Связь работы диспергирования с поверхностной энергией твер дых тел. Использование эффекта Ребиндера для уменьшения работы дис пергирования. Процессы диспергирования в природе и технике.

Конденсационные способы получения дисперсных систем. Образо вание золей в процессах химических реакций.

Основные методы очистки золей (диализ и ультрафильтрация).

Коллоидно-химические свойства ВМС.

Универсальность молекулярно-кинетических свойств растворов и дисперсных систем. Теория броуновского движения по Эйнштейну– Смолуховскому. Диффузия в коллоидных системах. Уравнение Эйн штейна. Осмотические явления в коллоидных системах, их роль в биоло гических процессах.

Рассеяние и поляризация света в коллоидных системах. Закон Релея и условия его применимости. Индикатрисы светорассеяния. Нерелеев ское рассеяние.

Поглощение света непроводящими и проводящими частицами.

Применение закона Ламберта–Бера к мутным средам. Окраска коллоид ных систем, окрашенные коллоиды в природе и технике.

Нефелометрия и турбидиметрия. Ультрамикроскопия. Применение электронной микроскопии к исследованию коллоидных систем.

Методы определения концентрации и размеров частиц золей.

Раздел III. УСТОЙЧИВОСТЬ ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ 3.1. Седиментационная устойчивость Седиментационно-диффузионное равновесие. Метод Перрена опре деления числа Авогадро.

Седиментационный анализ полидисперсных систем. Константа се диментации. Дифференциальная кривая распределения частиц по разме рам;

интегральная кривая;

построение их из данных по кинетике накоп ления осадка. Применение ультрацентрифуг для измерения массы ульт радисперсных частиц и макромолекул (Думанский, Сведберг).

3.2. Агрегативная устойчивость Теория устойчивости лиофобных золей (теория ДЛФО). Термоди намика тонких пленок. Расклинивающее давление по Дерягину.

Молекулярная составляющая расклинивающего давления. Учет мо лекулярной природы контактирующих фаз для тонких пленок и сфериче ских частиц. Электростатическая составляющая расклинивающего дав ления. Зависимость энергии взаимодействия частиц дисперсной фазы от расстояния между ними.

Структурно-механический барьер (теория Ребиндера). Реологиче ские свойства адсорбционных слоев ПАВ – стабилизаторов коллоидов.

Защитные коллоиды.

3.3. Коагуляция золей электролитами Порог коагуляции;

зависимость критической концентрации электроли та от размера и заряда коагулирующего иона (правило Шульце–Гарди). Ан тагонизм и синергизм в действии электролитов на процесс коагуляции.

Коагуляция сильно и слабо заряженных золей (концентрационная и нейтрализационная коагуляция). Обоснование правила Шульце–Гарди в теории ДЛФО.

Флокуляция, гетерокоагуляция, адагуляция (определения, примеры).

Кинетика коагуляции. Теория быстрой коагуляции (Смолуховский).

Основные положения теории медленной коагуляции (Фукс). Обрати мость процесса коагуляции. Пептизация.

Темы 2.2–2.4, 3.4 и 3.5 читаются в элективном курсе «Дисперсные системы в природе и технике».

ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ 1. Отработка методики измерения поверхностного натяжения.

2. Получение коллоидных растворов. Диализ. Коагуляция.

3. Измерение величины адсорбции уксусной кислоты на поверхности активированного угля.

4. Электрофорез золя гидроксида железа.

5. Определение полной поверхностной энергии жидкостей.

6. Изучение кинетики образования золя серы методом нефелометрии.

7. Изучение явления неправильных рядов.

8. Изучение влияния строения молекул ПАВ на их поверхностную ак тивность. Определение параметров адсорбционного слоя.

9. Седиментационный анализ дисперсии мела.

ЛИТЕРАТУРА Основная 1. Щукин Е.Д., Перцов А.В., Амелина Е.А. Коллоидная химия. –М.:

Высш. шк., 1992. –416 с.

2. Фридрихсберг Д.А. Курс коллоидной химии. –Л.: Химия, 1995. –385 с.

3. Воюцкий С.С. Курс коллоидной химии. –М.: Химия, 1975. –512 с.

4. Фролов Ю.Г. Курс коллоидной химии. –М.: Химия, 1989. –462 с.

Дополнительная 1. Шелудко А. Коллоидная химия / Под ред. Б.В. Дерягина, Е.Д. Щуки на. –М.: Мир, 1984. –320 с.

2. Адамсон А. Физическая химия поверхностей. –М.: Мир, 1979. –568 с.

3. Ребиндер П.А. Избранные труды. Поверхностные явления в дисперс ных системах. Коллоидная химия. –М.: Наука. 1978. –368 с.

Составитель: к.х.н., доцент И.Е. Стась СТРОЕНИЕ ВЕЩЕСТВА.

Специальность: «Химия»

(химический факультет, дневное и вечернее отделения) ДО ВО Семестр –7 – Учебных часов: лекций – 52 – семинарских – 34 – консультаций –4 – Контрольных работ –3 – Самостоятельная работа студентов – 34 ч – 20 ч Форма контроля – экз. – экзамен Введение Содержание понятий «строение вещества» и «структура вещества».

Различные аспекты термина «строение молекул»: топологический, гео метрический, электронный и др. Упорядоченные и неупорядоченные структуры конденсированных фаз.

Общий обзор методов экспериментального и теоретического изуче ния строения молекул и строения веществ.

Раздел I. СТРОЕНИЕ МОЛЕКУЛ 1.1. Основы классической теории химического строения Основные положения классической теории химического строения.

Молекулярные модели различного уровня в современной теории химиче ского строения.

Структурная формула и граф молекулы. Величины, определяющие геометрическую конфигурацию молекулы: межъядерные расстояния, валентные углы, двугранные и торсионные углы. Внутреннее вращение.

Конформации молекул.

1.2. Физические основы учения о строении молекул Механическая модель молекулы. Потенциалы парных взаимодейст вий. Метод молекулярной механики при анализе строения молекул.

Общие принципы квантово-механического описания молекулярных систем. Стационарное уравнение Шредингера для свободной молекулы.

Адиабатическое приближение. Квантовые состояния молекулы (элек тронные, колебательные, вращательные).

Потенциальные поверхности электронных состояний молекул. Их общая структура и различные типы. Равновесные конфигурации молекул.



Pages:   || 2 | 3 |
 





<

 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.