Учебные курсы по химии
для студентов нехимических факультетов МГУ

ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

Программа курса для студентов геологического факультета МГУ для специальности «Полезные ископаемые»

Введение

Основные задачи и разделы курса физической химии. Краткий обзор истории развития физической химии. Роль физической химии в геологии.

Основные понятия и определения термодинамики

Система и окружающая среда, функции и параметры состояния, внешние и внутренние параметры, экстенсивные и интенсивные величины, равновесие, температура, стандартное состояние и стандартные условия.
Уравнения состояния и их использование в расчетах работы различных процессов. Обобщенные функции и координаты.

Законы термодинамики

1ый закон термодинамики, его различные формулировки. Внутренняя энергия, теплота, энтальпия, способы их расчета. Теплоемкость, ее зависимость от температуры. Термохимия: закон Гесса, закон Кирхгоффа, стандартная теплота образования и горения вещества, представления о термометрии и калориметрии.
2ой закон термодинамики. Энтропия, ее свойства, зависимость от различных параметров. Статистический характер энтропии. Обратимые и необратимые процессы. Неравенство Клаузиуса.
3ий закон термодинамики. Способы вычисления энтропии из опытных данных.

Математический аппарат термодинамики

Энергия Гиббса, свободная энергия. Фундаментальное уравнение Гиббса. Преобразования Лежандра. Понятие характеристической функции. Условия протекания самопроизвольных процессов. Зависимость термодинамических функций от объема и давления (термические и калорические коэффициенты и их взаимосвязь). Стандартные термодинамические функции химических реакций. Зависимость термодинамических функций от состава системы. Понятие химического потенциала. Летучесть и коэффициент летучести газа.

Учение о растворах

Способы выражения состава растворов. Парциальные мольные величины. Уравнение Гиббса-Дюгема. Идеальные растворы. Закон Рауля. Закон Генри. Реальные растворы. Активность, коэффициент активности. Избыточные термодинамические функции и диаграммы состояния. Законы Гиббса–Коновалова. Взаимная растворимость жидкостей .Закон распределения Нернста–Шилова. Геологический термометр Барта. Растворимость газов и твердых тел в жидкостях. Криоскопия и эбуллиоскопия.

Учение о равновесии

Химическое равновесие. Уравнение изотермы химической реакции. Константа равновесия. Комбинирование равновесия. Влияние температуры на химическое равновесие. Изохора и изобара химической реакции. Расчет равновесных выходов. Принцип Ле-Шателье. Расчет равновесия с помощью минимизации энергии Гиббса.
Фазовое равновесие. Фаза, компонент, число степеней свободы. Правило фаз Гиббса. Однокомпонентные системы. Уравнение Клапейрона–Клаузиуса. Фазовые диаграммы, представление об их построение на основе экспериментальных и расчетных данных. Двухкомпонентные системы, содержащие эвтектику, соединение, плавящееся конгруэнтно или инконгруэнтно, с полной или частичной взаимной растворимостью. Способы изображения трехкомпонентных фазовых диаграмм на плоскости (сечения и проекции).
Адсорбционное равновесие. Адсорбция (физическая и хемосорбция), адсорбент, адсорбат. Адсорбция по Генри и Лэнгмюру. Адсорбция по Гиббсу. Представление о полимолекулярной адсорбции.

Химическая кинетика

Скорость химической реакции. Основной постулат химической кинетики. Константа скорости, порядок реакции, молекулярность, период полураспада. Кинетическая кривая. Необратимые реакции 1-ого и n-ого порядка. Зависимость скорости реакции от температуры. Энергия активации. Сложные химические реакции: обратимые, последовательные и параллельные. Принцип независимости. Понятие о цепных реакциях. Представление о катализе. Гомогенный и гетерогенный катализ.

Электрохимия

Электрохимический потенциал, средняя ионная активность и коэффициент активности. Ионная атмосфера. Модель Дебая–Гюккеля. Электропроводность раствора и ее зависимость от концентрации. Электрохимическая ячейка. Электролит, электрод, токоотвод. Потенциалобразующий процесс и электродвижущая сила. Представление о перенапряжении.

Рекомендуемая литература
Основная:
1. Семиохин И.А. Физическая химия для геологов. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1990.
2. Горшков В.И., Кузнецов И.А.. Основы физической химии. 3-е изд. М.: БИНОМ Лаборатория знаний, 2006, 407 с.
3. Еремин В.В., Каргов С.И., Успенская И.А., Кузьменко Н.Е., Лунин В.В. Основы физической химии. Теория и задачи, Учеб. пособие для вузов М: Издательство "Экзамен", 2005. - 480 с.

Дополнительная:
1. Б. Вуд, Д. Фрейзер Основы термодинамики для геологов. М.: «Мир», 1981.
2. Герасимов Я. И. и др. Курс физической химии, т. 1, т. 2. Москва, Изд-во Химия 1966
3. Леванов А.В., Антипенко Э.Е.. Введение в химическую кинетику. М.: Хим.ф-т МГУ, 2006

Программа составлена
проф.Ткаченко С.Н.