Содержание
Введение
Первый закон термодинамики
Второй закон термодинамики
Математический аппарат термодинамики
Применение термодинамики к  фазовым равновесиям
Химические  равновесия.
Растворы
Электропроводность растворов электролитов
Электродные процессы. Электродвижущие силы
Кинетика химических реакций и катализ.
Литература

Предмет физической химии. Основные разделы физической химии. Роль физической химии в биологии. Основные термодинамические понятия и определения (термодинамическая система, типы систем, термодинамические параметры, обобщенные силы и обобщенные координаты, функции состояния и процессы). Понятие о термодинамическом равновесии. Равновесные (обратимые) и неравновесные процессы. Квазистатический процесс. Постулат о температуре. Абсолютная температура и эмпирическая шкала температур (МПТШ). Проблема уравнения состояния. Уравнения состояния идеального газа и газа Ван-дер-Ваальса, вириальное уравнение состояния.

Формулировки первого закона термодинамики. Внутренняя энергия и ее свойства. Зависимость внутренней энергии от температуры и объема. Теплота и работа как формы передачи энергии. Работа расширения идеального газа при различных процессах. Энтальпия. Зависимость энтальпии от температуры. Теплоемкость и ее зависимость от температуры.

Термохимия. Закон Гесса. Измерение и вычисление тепловых эффектов химических реакций. Стандартное состояние вещества и стандартные энтальпии (тепловые эффекты) реакций. Энтальпии образования и энтальпии сгорания. Тепловые эффекты реакций в растворах. Зависимость теплового эффекта химической реакции от температуры. Уравнение Кирхгофа. Значение первого закона термодинамики для изучения процессов в живых системах.

Формулировки второго закона термодинамики. Энтропия и ее свойства. Расчет изменения энтропии в различных равновесных процессах. Энтропия в неравновесных процессах. Абсолютное значение энтропии и ее вычисление из опытных данных. Третий закон термодинамики (постулат Планка, теорема Нернста). Статистический характер второго закона термодинамики. Формула Больцмана.

Фундаментальные уравнения Гиббса. Основные термодинамические функции: энергия Гиббса и энергия Гельмгольца. Анализ фундаментальных уравнений для энергии Гиббса и энергии Гельмгольца. Расчет изменений энергии Гиббса и энергии Гельмгольца при протекании различных процессов.

Уравнения Максвелла и их использование для вывода различных термодинамических соотношений. Характеристические функции. Общие условия равновесия, выраженные через характеристические функции. Критерии самопроизвольного протекания процесса и характеристические функции. Термодинамические потенциалы, их связь с полезной работой. Стандартные энергии Гиббса образования веществ. Таблицы термодинамических величин. Расчет и экспериментальное определение изменения энергии Гиббса в химических реакциях. Уравнения Гиббса-Гельмгольца и их вывод. Применение термодинамического метода в биологии.

Многокомпонентные системы и системы с переменной массой. Химический потенциал идеальных и реальных систем. Условия равновесия и самопроизвольного протекания процессов в многокомпонентных системах.

Основные понятия и определения (гомогенная и гетерогенная системы, компонент, степень свободы). Правило фаз Гиббса, его вывод. Фазовые переходы первого рода. Уравнение Клапейрона-Клаузиуса. Его вывод и применение к фазовым равновесиям в однокомпонентных системах. Диаграммы состояния воды и углекислого газа. Вид диаграммы состояния бинарной системы на примере системы NaCl-вода.

Фундаментальное уравнение Гиббса и его применение к химическим равновесиям. Химическая переменная. Уравнение изотермы химической реакции, его вывод, анализ условий равновесия и самопроизвольного протекания химической реакции. Связь константы равновесия химической реакции и энергии Гиббса. Приведенная энергия Гиббса и ее использование при расчетах химических равновесий. Экспериментальное определение и расчет константы равновесия по таблицам стандартных термодинамических величин. Связь между Кр, Кс и К_N. Вывод зависимости константы равновесия от температуры. Уравнение изобары Вант-Гоффа. Влияние Р и Т на состав равновесной смеси. Равновесия в реальных системах. Равновесия в гетерогенных системах. Особенности изучения химических равновесий в биохимических системах.

Растворы неэлектролитов.

Определение понятия "раствор". Виды растворов. Растворимость газов в жидкостях . Зависимость растворимости газов в жидкостях от Т, Р и присутствия электролитов. Закон Генри. Закон Рауля. Идеальные газовые и жидкие растворы. Реальные растворы. Коэффициенты активности. Способы выбора стандартного состояния для компонентов раствора. Симметричная и несимметричная системы сравнения.

Фазовые диаграммы: давление пара - состав раствора, состав пара и температура кипения - состав раствора, состав пара . Растворы твердых веществ в жидкостях. Коллигативные свойства растворов неэлектролитов: относительное понижение давления пара растворителя над раствором, понижение температуры замерзания раствора (без вывода), повышение температуры кипения раствора (без вывода), осмотическое давление. Использование коллигативных свойств растворов для расчета коэффициентов активности и определения молярной массы растворенных веществ. Уравнение Вант-Гоффа, его термодинамический вывод. Осмотический коэффициент. Значение осмотических явлений в биологии.

Понятия о парциальных мольных величинах и методах их определения. Уравнение Гиббса-Дюгема. Взаимосвязи парциальных мольных величин, активностей и коэффициентов активностей, вытекающие из уравнения Гиббса-Дюгема. Функции смешения для идеальных и реальных растворов.

Растворы электролитов.

Изотонический коэффициент. Основные положения теории электролитической диссоциации Аррениуса. Причины электролитической диссоциации. Гидратация ионов. Константа диссоциации слабого электролита. Активность и коэффициент активности электролита и иона. Средняя ионная активность и средний ионный коэффициент активности. Ионная сила раствора. Стандартное состояние растворенного электролита и растворителя. Теория Дебая-Гюккеля (без вывода). Применение теории Дебая-Гюккеля для расчета среднего ионного коэффициента активности (первое, второе и третье приближения). Зависимость растворимости аминокислот и белков от ионной силы раствора. Полиэлектролиты.

Удельная электропроводность и ее зависимость от концентрации для слабых и сильных электролитов. Эквивалентная электропроводность и ее зависимость от концентрации и разведения. Закон Кольрауша (без вывода) и подвижность ионов. Понятие о числах переноса ионов.

Электрохимический потенциал. Условия равновесия с участием заряженных частиц. Скачок потенциала на границе металл-раствор. Контактный и диффузионный потенциал. Схема и правили записи электрохимической цепи (гальванического элемента). Электродвижущие силы (ЭДС). Электродные потенциалы. Уравнение Нернста для электродного потенциала и ЭДС цепи. Правила расчета ЭДС цепи с помощью электродных потенциалов. Термодинамика гальванического элемента. Определение с помощью метода ЭДС энтальпии (теплового эффекта) и энтропии химической реакции. Связь константы равновесия с ЭДС. Электроды первого и второго рода, газовые электроды (водородный и кислородный электроды), окислительно-восстановительные электроды (редокс-электроды). Стеклянный электрод. Понятие о мембранном потенциале. Электроды сравнения. Классификация электрохимических цепей. Применение метода ЭДС для определения коэффициентов активности и рН растворов.

Скорость химической реакции и методы ее экспериментального определения. Факторы, влияющие на скорость химической реакции. Основной постулат химической кинетики (закон действия масс). Константа скорости химической реакции. Молекулярность и порядок реакции. Кинетические уравнения необратимых (односторонних) реакций 0-го,
1-го, 2-го и n-го порядков. Методы определения порядка и константы скорости реакции (метод подстановки, метод Вант-Гоффа, метод Оствальда-Нойеса). Зависимость скорости реакции от температуры. Уравнение Аррениуса. Энергия активации и методы ее экспериментального определения. Представления о сложных реакциях. Катализ. Представления о механизме действия катализаторов. Ферменты как биокатализаторы. Кинетика ферментативных реакций. Уравнение Михаэлиса-Ментен

1. В.И.Горшков, И.А.Кузнецов. Основы физической химии. М. МГУ, 1993.
2. В.И.Горшков, И.А.Кузнецов. Физическая химия. М. МГУ, 1986.
3. В.И.Горшков, И.А.Кузнецов. Физическая химия. Методические указания. М. МГУ, 1988.

Дополнительная

1. В.Уильямс, Х.Уильямс. Физическая химия для биологов. М. Мир, 1976.
2. Ф.Даниэльс, Р.Олберти. Физическая химия. М. Мир, 1978.
3. И.А.Семиохин. Физическая химия для геологов. М. МГУ, 1991.
4. О.Чанг. Физическая химия с приложениями к биологическим системам. М. Мир, 1980.
5. Л.Лабовиц, Дж.Аренс. Задачи по физической химии с решениями. М. Мир, 1972.
6. Краткий справочник физико-химических величин (любой год издания).

Программу составила:
доцент Т.М.Рощина

ВВЕДЕНИЕ

Предмет спектрохимии. Прямые и обратные задачи ее методов. Модели разного уровня, их отображение и описание. Основы классической теории строения молекул. Типы изомерии и динамическая изомерия молекул. Квантово-механическая модель молекулы, как динамической системы ядер и электронов. Виды внутримолекулярного движения.

СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА МОЛЕКУЛ

Геометрия молекулы. Равновесная геометрическая конфигурация молекулы, число и вид характеризующих ее параметров. Закономерности в валентных углах, межатомных расстояниях и двугранных углах. Типичные стереохимические конфигурации и конформации молекул, их модельные объяснения. Концепции ОЭПВО, гибридизации АО, отрицательный лаплассиан полной электронной плотности, атом-атомные потенциалы. Внутреннее вращение. Инверсия и другие виды нежесткости молекул, случаи полной неприменимости классической модели. Свойства симметрии молекул. Точечные группы симметрии.

Электрические свойства молекул. Электрический дипольный момент и поляризуемость молекулы. Поляризация вещества в электрических полях, уравнения Ланжевена-Дебая и Клаузиуса-Мосотти. Анизотропия поляризуемости. Молекулярная рефракция, уравнение Лоренца-Лоренца. Экспериментальное определение дипольного момента и поляризуемости молекулы. Векторная схема расчета дипольных моментов. Закономерности в молекулярных рефракциях. Связь дипольного момента и поляризуемости с симметрией молекулы. Точечные группы симметрии полярных и неполярных молекул. Виды тензоров поляризуемости.

Средние энергетические свойства молекул. Определение средних энергетических свойств. Связь средних энергий образования со строением молекул. Представление об аддитивных схемах расчета стандартных энтальпий и внутренних энергий вещества, а также других физико-химических свойств, основывающихся на структуре молекул и суммировании парциальных вкладов отельных фрагментов молекул.

МОЛЕКУЛЯРНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ

Энергетические состояния и спектры молекул. Составляющие полной энергии молекулы. Квантованные энергетические состояния и переходы между ними с испусканием и поглощением энергии. Спектр электромагнитного излучения, его характеристики и диапазоны, соответствующие различным типам молекулярных переходов. Методы оптической спектроскопии: УФ, ИК, комбинационного рассеяния света (КР). Классическое и квантово-механическое объяснение спектров испускания, поглощения и КР. Микроволновая спектроскопия (МВ),

Вращательные спектры молекул (МВ и КР). Вращательные уровни энергии и спектры двухатомных молекул. Приближения жесткого и нежесткого ротаторов. Вращательные состояния и спектры многоатомных молекул, представляющих различные виды волчков. Вращательная спектроскопия как метод определения геометрических параметров молекул, другие данные получаемые из вращательных спектров.

Колебательно-вращательные спектры молекул (ИК и КР). Классическое и квантово-механическое рассмотрение колебаний молекул. Колебательные энергетические уровни и колебательно вращательные спектры двухатомных молекул. Приближения гармонического и ангармонического осцилляторов. Функция Морзе. Определение энергии диссоциации. Вращательная структура.

Колебательные спектры многоатомных молекул. Уровни энергии и типы переходов. Анализ нормальных колебаний. Групповые и характеристические частоты. Активность колебаний в ИК спектрах поглощения и КР. Определение симметрии молекул по ИК и КР спектрам. Вращательная структура. Данные, получаемые из колебательных спектров.

Электронные состояния и электронно-колебательно-вращательные спектры молекул (УФ). Спектры двухатомных молекул. Классификация электронных состояний и разрешенные переходы. Колебательная структура. Таблица и серии Деландра. Принцип Франка-Кондона. Определение энергии диссоциации. Вращательная структура.

Электронные состояния и электронно-колебательные (вибронные) спектры многоатомных молекул. Классификация и вероятность электронных и вибронных переходов. Применения УФ и видимых спектров поглощения и флуоресценции многоатомных молекул.

ЛИТЕРАТУРА

1. В.М.Татевский. Строение молекул. М. Химия. 1977.
2. В.И.Минкин, Б.Я.Симкин, Р.М.Миняев. Теория строения молекул. М. Высшая школа. 1979.
3. А.А.Мальцев. Молекулярная спектроскопия. Изд. МГУ. 1980.
4. Л.В.Вилков, Ю.А.Пентин. Физические методы исследования в химии. Структурные методы и оптическая спектроскопия. М. Высшая школа. 1987.
5. Р.Гиллеспи, И.Харгиттаи. Модель отталкивания электронных пар валентной оболочки и строение молекул. М. Мир. 1992.

Программу составил
проф. Ю.А. Пентин