Физическая химия

Основные понятия химической термодинамики. Термодинамические систе­мы и термодинамический метод их описания. Термодинамические переменные, функции состояния и функции процес­са. Термодинамические процессы. Уравнения состояния идеального и реального газов. Вириальные уравнения состо­яния.

Исхо­дное положение термодинамики. Нулевой закон термодинамики, темпера­тура. Внутренняя энергия, теплота и работы различного рода. Первый закон термо­динамики, его аналитическое выражение. Вычисление изменения внутрен­ней энергии для обратимых и необратимых процессов. Теплоемкость и энтальпия. Теплоемкость, связь С_р и С_v. Зависимость теплоемкости от температуры. Энтальпия. Закон Гесса и его следствия. Стандартные состояния и стандартные теплоты химических реакций. Зависимость теплового эффекта реакции от температуры. Формула Кирхгофа и расчет тепловых эффек­тов реакции.

Второй закон термодинамики и его различные формулировки. Энтропия. Уравнения второго начала термодинамики для обратимых и необра­тимых процессов. Энтропия как функция состояния. Вычисление измене­ния энтропии при различных процессах. Постулат Планка абсолютная энтропия. Тепловая теорема Нернста. Третий закон тер­модинамики.

Фундаментальные уравнения термодинамики. Характеристические функции, зависимость характеристи­ческих функций от их естественных переменных. Уравнения Максвелла и их использование для вывода различ­ных термодинамических соотношений.

Растворы. Растворы различных классов. Способы выражения состава раствора. Жидкие растворы. Закон Рауля и Генри, растворимость газов в жидкостях. Состав насыщенного пара над идеальным раствором. Диаграммы жидкость-пар, правило рычага. Температура кипения растворов, ректификация, перегонка с водяным паром.От­клонения от закона Рауля, неидеальные раст­воры. Законы Коновалова. Азеотропные смеси.Активность, методы определения активности и коэффициентов активности. Стандартные состояния. Симметричная и несимметричная система отсчета. Коллигативные свойства растворов, эбулиоскопия, криоскопия, осмотическое давление.

Фазовые равновесия. Гетерогенные системы. Понятия фазы, компонента, степени свободы. Условия равновесия в многокомпонентных ге­терогенных системах. Правило фаз Гиббса и его вывод. Однокомпонентные системы. Диаграммы состояния воды, серы. Двухкомпонентные системы и их анализ на основе правила фаз. Системы образующие твердые растворы, химические соединения с конгруэнтной и инконгруэнтной точкой плавления. Трехкомпонентные системы.

Химическое равновесие. Условия хи­мического равновесия. Закон действия масс, его термодинамический вывод. Различные вида констант равновесия связь между ними. Стандартная энергия Гиббса химической реакции. Химические равновесия в гетерогенных систе­мах и растворах. Зависимость константы равновесия от температуры, уравнения изобары и изохоры реакции. Влияние давления на химическое равновесие. Расчеты констант равновесия химических реакций с использованием таблиц стандартных значений термодинамических функций.

Элементы статистической термодинамики. Микро- и макросостояние системы. Термодинамическая вероятность и энтропия, формула Больцмана. Статистический характер второго закона термо­динамики. Основные постулаты статистической термо­динамики. Молекулярная сумма по состояниям и сумма по состояниям макроскопической системы. Вычисление термодинамических свойств идеальных газов и расчет констант равновесия химических реакций в идеальных газах.

Элементы термодинамики необратимых процессов. Описание необратимых процессов в термодинамике. Некомпенсированная теплота Клаузиуса и возникновение энтропии. Необратимые процессы и производство энтропии. Стационар­ное состояние системы и теорема Пригожина.

Кинетика. Предмет, прямая и обратная задачи кинетики. Термодинамический и кинетический подход к изучению химических систем. Элементарный химический акт. Механизм химических реакций. Скорость химической реакции и методы ее определения. Основной постулат химической кинетики и область его применения. Константа скорости, порядок и молекулярность химической реакции. Необратимые реакции нулевого, первого, второго и n-ого порядка. Методы определения порядка реакции и константы скорости по экспериментальным данным.

Сложные реакции. Принцип независимости элементарных стадий. Обрати­мые реакции. Параллельные реакции. Последовательные реакции на примере двух необратимых реакций первого порядка.

Зависимость скорости реакций от температуры. Температурный коэффици­ент реакции. Уравнение Аррениуса. Определение энергии активации по экспери­ментальным данным.

Катализ. Общие сведения и классификация. Гомогенные каталитические реакции. Кинетические особенности протека­ния гомогенных каталитических реакций. Ферментативный катализ. Уравнение Михаэлиса–Ментэн. Гетерогенный катализ. Области кинетических режимов гетерогенного ката­литического процесса.

Электрохимия, предмет и задачи. Электро­химическая цепь и ее компоненты.

Теория растворов электролитов. Теория электро­литической диссоциации Аррениуса. Ион-дипольные взаимодействия в растворах электролитов. Энергия крис­таллической решетки и энергия сольватации. Понятие средней активности и среднего коэффициента активности. Экспериментальное определение коэффици­ентов активности. Основные положения теории Дебая–Гюккеля. Удельная, эквивалентная и молярная электропроводность, подвижность ионов. Закон Кольрауша. Числа переноса и методы их определения. Влияние концентрации и температуры на подвижность ионов, электропроводность и числа переноса. Методы измерения электропровод­ности.

Электродные равновесия. Электрохимический потенциал и термодинамическое выражение для электро­химического потенциала. Уравнение Нернста. Понятие электродного потенциала. Стандартный электродный потен­циал. Измерение ЭДС электрохимических цепей. Классифи­кация электродов и электрохимических цепей. Практические применения метода измерения ЭДС. Двойной электрический слой на границе элеткрод-раствор. Электрохимическая коррозия и способы защиты от коррозии. Химические источники электрического тока.