авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< 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

Министерство образования Республики Беларусь

Учебно-методическое объединение по естественнонаучному образованию

УТВЕРЖДАЮ

Первый заместитель Министра образования

Республики Беларусь

А.И.Жук

«» _ 2010 г.

Регистрационный № ТД -/тип.

ФИЗИЧЕСКАЯ И КОЛЛОИДНАЯ ХИМИЯ Типовая учебная программа для высших учебных заведений по специальности:

1-31 05 01 Химия.

Направление специальности 1-31 05 01-05 Химия (радиационная, химическая и биологическая защита) СОГЛАСОВАНО Начальник Управления высшего и СОГЛАСОВАНО Председатель среднего специального образования учебно-методического объединения Министерства образования по естественнонаучному Республики Беларусь образованию Ю.И. Миксюк В.В. Самохвал «» 2010 г.

«» _ 2010 г.

Ректор Государственного учрежде ния образования «Республиканский институт высшей школы»

М.И. Демчук «» 2010 г.

Эксперт-нормоконтролер Н.П. Машерова «» 2010 г.

Минск СОСТАВИТЕЛИ:

Татьяна Александровна Савицкая, доцент кафедры физической химии Белорусского государственного университета, кандидат химических наук, доцент;

Дмитрий Анатольевич Котиков, доцент кафедры физической химии Белорус ского государственного университета, кандидат химических наук.

РЕЦЕНЗЕНТЫ:

Кафедра физической и коллоидной химии Учреждения образования «Бело русский государственный технологический университет».

Боднарь И.В., заведующий кафедрой химии Учреждения образования «Бело русский государственный университет информатики и радиоэлектроники», доктор химических наук, профессор.

РЕКОМЕНДОВАНА К УТВЕРЖДЕНИЮ В КАЧЕСТВЕ ТИПОВОЙ:

Кафедрой физической химии Белорусского государственного университета (протокол № 6 от 30 декабря 2009 г.);

Научно-методическим советом Белорусского государственного университета (протокол № 3 от 11 февраля 2010 г.);

Научно-методическим советом по химии Учебно-методического объединения по естественнонаучному образованию (протокол № 2 от 4 февраля 2010 г.).

Ответственный за редакцию и выпуск: Котиков Д.А.

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА Типовая учебная программа «Физическая и коллоидная химия» разработана для вузов Республики Беларусь в соответствии с требованиями образовательного стандарта по направлению специальности «Радиационная, химическая и биологи ческая защита» и методологическим и научным содержанием курса физической и коллоидной химии с учетом опыта его преподавания в зарубежных вузах.

Цель преподавания дисциплины «Физическая и коллоидная химия» – на ос нове теоретического аппарата и экспериментальных методов показать взаимосвязь физических и химических явлений в макроскопических системах, ознакомить сту дентов с основами учения о дисперсном состоянии вещества, особых свойствах по верхностных слоев и поверхностных явлениях в дисперсных системах.

Лекционный курс дает четкое представление о фундаментальных теоретиче ских и экспериментальных основах этой обширной области знаний в ее современ ном состоянии. Главное внимание при изложении физической химии уделяется изучению законов протекания химических процессов, условий достижении хими ческого равновесия с помощью методов термодинамики и химической кинетики. В коллоидной химии особое внимание обращено на универсальность дисперсного состояния и роль размерного эффекта в физикохимии дисперсных систем. Кроме того предполагается показать большое значение физической и коллоидной химии для развития как химии, так и других естественных наук: биологии, экологии, ме дицины, геологии, метеорологии и др., а также многочисленных приложений в во енном деле, технике, сельском хозяйстве.

Задачи изучения дисциплины:

1. Получение студентами фундаментальных физико-химических знаний, необходимых для последующего освоения общепрофессиональных дисциплин и дисциплин специализации.

2. Формирование у студентов представлений о методах физической и коллоидной химии, которые позволяют изучать и количественно характеризовать реальные объекты.

3. Приобретение компетенций в области управления химическими про цессами, основанных на умении предсказывать их ход и конечный результат.

4. Развитие у студентов коллоидно-химического восприятия окружаю щего мира, основанного на знании универсальности коллоидного состояния веще ства, молекулярного механизма коллоидных процессов.

5. Знакомство студентов с важнейшими закономерностями, которым подчиняется поведение гетерогенных и микрогетерогенных дисперсных систем и поверхностные явления в них.

6. Выработка у будущих специалистов грамотного подхода к решению теоретических и практических задач, умелому выбору экспериментальных физико химических методов исследований, способам обработки полученных результатов измерений, их представлению и использованию для достижения конкретных прак тических целей.

Курс особенно важен для химиков, обучающихся по направлению специаль ности «Радиационная, химическая и биологическая защита». Его изучение предпо лагает овладение навыками предсказания хода физико-химических процессов и их конечных результатов на основе знания:

• строения и свойств индивидуальных веществ и их смесей, • законов протекания химических и фазовых превращений, • условий достижения состояний химического и фазового равновесия, • энергетических эффектов, сопровождающих физико-химические превращения, • кинетических особенностей процессов.

Обучающиеся также будут ознакомлены с основами электрохимических яв лений, процессов адсорбции, экстракции, фильтрации, диализа, осмоса, диффузии, коагуляции, смачивания, растекания и др. Эта информация может быть успешно использована ими в будущей профессиональной деятельности, поскольку дает воз можность планировать и целенаправленно управлять физико-химическими процес сами, обеспечивать оптимальные условия их проведения, разрабатывать и внедрять современные энергоэффективные технологии на основе возобновляемых и эколо гически безопасных источников энергии, получать продукцию с требуемыми свой ствами, выполнять нормы и требования охраны окружающей среды от вредных промышленных загрязнений, совершенствовать старые и разрабатывать новые ме тоды радиационной, химической и биологической защиты.



При чтении лекционного курса применяется демонстрационный материал в виде мультимедийных презентаций.

Для организации самостоятельной работы студентов по курсу используются современные информационные технологии – комплекс учебных и учебно методических материалов (программы, методические указания к лабораторным за нятиям, график прохождения курса, примеры заданий и экзаменационных билетов, задания в тестовой форме, список рекомендуемой литературы и информационных ресурсов и др.), которые размещены в свободном в свободном сетевом доступе.

На практических занятиях студенты учатся решать расчетные задачи, закре пляют пройденный лекционный материал.

Знание теоретической части курса также закрепляется на лабораторном практикуме, который знакомит студентов с основными экспериментальными мето дами физической и коллоидной химии.

Темы «Лиофильные дисперсные системы», «Коллоидно-химические основы охраны окружающей среды», «Основы физико-химической механики» рассматри ваются на семинарских занятиях.

Необходимым условием успешного усвоения дисциплины является система тический текущий контроль знаний студентов в течение всего семестра. Он осуще ствляется в форме тестовых проверочных работ, опросов и коллоквиумов по ос новным модулям курса, самостоятельных и контрольных работ на практических занятиях, выполнения и защиты лабораторных работ. Одной из форм текущего контроля является проведение мини-контрольных во время лекции. Для активиза ции самостоятельной работы студентов рекомендуется применять образовательные методики, предполагающие использование индивидуальных заданий, обучающих и контролирующих компьютерных программ, работу в компьютерном классе. Для общей оценки качества усвоения студентами учебного материала рекомендуется использование рейтинговой системы.

Дисциплина «Физическая и коллоидная химия» неразрывно связана с дисци плинами «Физика» (разделы: молекулярно-кинетическая теория газов, теория жид кого и твердого состояния, электричество и др.), «Высшая математика» (разделы:

методы дифференциального и интегрального исчислений, методы решения диффе ренциальных уравнений, основы математического анализа и теории вероятности и др.), «Общая и неорганическая химия», «Аналитическая химия с основами физико химического анализа», «Основы информационных технологий», а также другими дисциплинами направления специальности «Радиационная, химическая и биологи ческая защита».

Выпускник университета, усвоивший дисциплину «Физическая и коллоид ная химия», должен знать:

основные задачи, положения, постулаты и законы физической химии, их обоснование;

границы применимости основных законов физической химии, идеализиро ванных моделей и схем;

условия, необходимые для протекания химических процессов, и факторы, определяющие их направление и скорость;

– основные характеристики и особенности коллоидного состояния вещества, методы получения и очистки дисперсных систем;

– теоретические основы диффузии, броуновского движения, седиментации и седиментационно-диффузионного равновесия;

– оптические, электрические и реологические свойства дисперсных систем;

– основы теории устойчивости дисперсных систем;

– основы таких дисперсных систем, как золи, суспензии, эмульсии, пены, аэ розоли;

– новейшие достижения в области коллоидной химии и перспективы их ис пользования для получения новых материалов;

уметь:

– обработать и проанализировать результаты физико-химического экспери мента;

– использовать экспериментальные методы коллоидной химии для изучения и количественной характеристики дисперсных систем;

– использовать основы учения о дисперсном состоянии вещества, особых свойств поверхностных слоев и поверхностных явлений для объяснения поведения дисперсных систем в научных исследованиях и технологических процессах.

Программа содержит два основных раздела, состоящих из 11 глав, каждая из которых включает определенное количество тем:

РАЗДЕЛ I. ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ Глава I-1. Химическая термодинамика I-1.1. Основные понятия, определения и постулаты химической термодина мики. Первый закон термодинамики. Термохимия.

I-1.2. Второй закон термодинамики и его приложения. Фундаментальные уравнения термодинамики.

I-1.3. Термодинамика растворов и гетерогенных систем.

I-1.4. Химическое равновесие.

Глава I-2. Химическая кинетика и катализ I-2.1. Основные понятия и постулаты химической кинетики.

I-2.2. Кинетика химических реакций в статических и динамических услови ях.

I-2.3. Теории химической кинетики.

I-2.4. Основы кинетики некоторых типов химических реакций.

I-2.5. Катализ.

Глава I-3. Электрохимия I-3.1. Предмет и задачи электрохимии. Теория растворов электролитов.

I-3.2. Неравновесные явления в растворах электролитов.

I-3.3. Электрохимические равновесия. Электроды и электрохимические цепи.

I-3.4. Основы электрохимической кинетики.

РАЗДЕЛ II. КОЛЛОИДНАЯ ХИМИЯ Глава II-1. Общая характеристика и классификация дисперсных систем II-1.1. Основные понятия, определения. Коллоидное состояние вещества.

II-1.2. Классификация дисперсных систем.

Глава II-2. Получение лиофобных дисперсных систем II-2.1. Конденсационные и диспергационные методы.

II-2.2. Методы синтеза нанодисперсных систем.

Глава II-3. Поверхностные явления II-3.1. Поверхностное натяжение.

II-3.2. Смачивание и растекание.

II-2.3. Адсорбция на различных межфазных границах.

II-2.4. Двухмерное состояние вещества.

Глава II-4. Свойства и устойчивость дисперсных систем II-4.1. Молекулярно-кинетические свойства.

II-4.2. Оптические свойства.

II-4.3. Электрические свойства.

II-4.4. Виды устойчивости. Теория ДЛФО. Коагуляция.

Глава II-5. Отдельные представители дисперсных систем II-5.1.Эмульсии.

II-5.2.Пены. Аэрозоли.

Глава II-6. Лиофильные коллоидные системы II-6.1. Критические эмульсии и микроэмульсии.

II-6.2. Мицеллярные растворы ПАВ.

Глава II-7. Коллоидно-химические основы охраны окружающей среды II-6.1.Методы водоочистки.

Глава II-8. Основы физико-химической механики II-7.1. Основы реологии. Структурообразование.

Изучение курса физической и коллоидной химии предусматривается в тече ние двух семестров. Согласно типовому учебному плану изучение дисциплины рассчитано на 544 часа, из которых 272 часа отводится на аудиторные занятия ( – лекционных, 106 – лабораторных, 62 – практических и семинарских занятий).

При разработке учебных программ допускается изменении последовательно сти изучения, а также перенесение отдельных вопросов программы на практиче ские занятия или на самостоятельное изучение без нарушения целостности курса.

ПРИМЕРНЫЙ ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН Количество аудиторных № часов Название раздела, темы разде Лек Лабора- Практи ла и ции торные ческие и темы заня- семинар тия ские занятия 1 2 3 4 Введение 1 – – I ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ 59 72 I-1 Химическая термодинамика 23 30 I-1.1 Основные понятия, определения и постула ты химической термодинамики. Первый за- 4 6 кон термодинамики. Термохимия I-1.2 Второй закон термодинамики и его прило жения. Фундаментальные уравнения термо- 6 6 динамики I-1.3 Термодинамика растворов и гетерогенных 7 10 систем I-1.4 Химическое равновесие 6 8 I-2 Химическая кинетика и катализ 16 20 I-2.1 Основные понятия и постулаты химической 2 – кинетики I-2.2 Кинетика химических реакций в статиче 4 10 ских и динамических условиях I-2.3 Теории химической кинетики 4 – I-2.4 Основы кинетики отдельных типов химиче 4 6 ских реакций I-2.5 Катализ 2 4 I-3 Электрохимия 20 22 I-3.1 Предмет и задачи электрохимии. Теория 4 – растворов электролитов I-3.2 Неравновесные явления в растворах элек 6 10 тролитов I-3.3 Электрохимические равновесия. Электроды 8 12 и электрохимические цепи I-3.4 Основы электрохимической кинетики 2 – II КОЛЛОИДНАЯ ХИМИЯ 44 34 II-1 Общая характеристика и классификация – 4 – дисперсных систем II-1.1 Основные понятия, определения. Коллоид 2 – – ное состояние вещества II-1.2 Классификация дисперсных систем 2 – – II-2 Получение лиофобных дисперсных сис 6 6 тем II-2.1 Диспергационные и конденсационные ме 4 3 тоды II-2.2 Новые методы синтеза высокодисперсных 2 3 систем (наносистем) II-3 Поверхностные явления 16 10 II-3.1 Поверхностное натяжение 4 4 II-3.2 Смачивание и растекание 2 – – II-2.3 Адсорбция на различных поверхностях раз 8 6 дела фаз II-2.4 Двухмерное состояние вещества 2 – – II-4 Свойства и устойчивость дисперсных 14 14 систем II-4.1 Молекулярно-кинетические свойства 6 4 II-4.2 Оптические свойства 2 2 II-4.3 Электрические свойства 4 4 II-4.4 Виды устойчивости. Теория ДЛФО. Коагу 2 4 ляция II-5 Отдельные представители дисперсных – 4 систем II-5.1 Эмульсии 2 – II-5.2 Пены. Аэрозоли 2 – – – II-6 Лиофильные коллоидные системы II-6.1 Критические эмульсии и микроэмульсии – – II-6.2 Мицеллярные растворы ПАВ – – II-7 Коллоидно-химические основы охраны – 4 окружающей среды II-7.1 Методы водоочистки – 4 – – II-8 Основы физико-химической механики II-8.1 Основы реологии. Структурообразование – – Всего аудиторных часов 272 104 106 СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОГО МАТЕРИАЛА Введение Предмет, задачи, методы и разделы физической и коллоидной химии. Физи ческая химия как теоретическая основа современной химии. Коллоидная химия как наука о дисперсных системах и поверхностных явлениях (как физикохимия реаль ных тел). Основные этапы развития физической и коллоидной химии.

I. ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ I-1. Химическая термодинамика I-1.1. Основные понятия, определения и постулаты химической термодина мики. Первый закон термодинамики. Термохимия.

Предмет и методы исследования термодинамики. Термодинамический и ста тистический методы исследования. Термодинамическая система и окружающая среда. Типы термодинамических систем: изолированные, закрытые, адиабатически изолированные, замкнутые, открытые. Равновесное состояние системы. Стацио нарное состояние системы.

Параметры состояния системы: внешние и внутренние, интенсивные и экс тенсивные. Независимые параметры и функции. Основные параметры. Функции состояния и функции процесса, их математическое описание. Термодинамические процессы: равновесные, неравновесные, обратимые, необратимые, циклические.





Характеристики равновесных и обратимых процессов.

Исходные постулаты термодинамики. Постулат о термодинамическом рав новесии (исходное положение термодинамики). Постулат о существовании темпе ратуры. Внутренняя энергия системы, теплота, работа, их определение, единицы измерения. Правила выбора знаков теплоты и работы.

Первый закон термодинамики, его формулировки. Аналитическое выраже ние первого закона термодинамики. Виды работы, потерянная работа. Работа рас ширения идеальных и реальных газов в различных обратимых и необратимых про цессах. Энтальпия. Средняя и истинная теплоемкость, их связь. Пределы измене ния теплоемкости. Соотношения между СР и СV. Классическая теория теплоемко сти идеального газа. Эмпирические правила для теплоемкости твердых тел Дюлон га и Пти, Коппа и Неймана. Теплоемкость газов и жидкостей.

Термохимия. Теплота и тепловой эффект химической реакции. Закон Гесса и следствия из него. Стандартное состояние и стандартные условия, базисные темпе ратуры. Выбор стандартного состояния газов и конденсированных фаз. Стандарт ные энтальпии образования химических соединений, нуль отсчета. Стандартная энтальпия образования элементов. Стандартные теплоты сгорания и их определе ния. Стандартные энтальпии химических реакций.

I-1.2. Второй закон термодинамики и его приложения. Фундаментальные уравнения термодинамики.

Самопроизвольные и несамопроизвольные процессы. Направление самопро извольных процессов и диссипация энергии. Энтропия как мера необратимого рас сеяния энергии. Формулировки второго закона термодинамики Клаузиуса, Томсо на, Томсона-Оствальда. Вечный двигатель второго рода. Формулировка второго закона в химической термодинамике. Энтропия и приведенная теплота. Неравенст во Клаузиуса. Второй закон термодинамики как закон о неубывании энтропии в изолированной системе. Обоснование существования энтропии как функции со стояния системы. Принцип адиабатической недостижимости Каратеодори. Стати стический характер второго закона термодинамики, формула Больцмана. Матема тическая запись второго закона термодинамики для обратимых и необратимых процессов. Абсолютная температура. Температурные шкалы. Вычисление измене ния энтропии в различных обратимых и необратимых процессах. Энтропия иде ального газа, энтропийная газовая постоянная. Изменение энтропии при изобарно изотермическом смешении идеальных газов, парадокс Гиббса. Третий закон термо динамики, постулат Планка, остаточная энтропия. Абсолютные энтропии веществ.

Значения энтропии веществ в стандартных условиях, их вычисления, эмпирические соотношения для оценки энтропии в стандартных условиях. Вычисление измене ния энтропии в химических реакциях.

Фундаментальные уравнения термодинамики. Характеристические функции.

Фундаментальное уравнение термодинамики (уравнение Гиббса) для простых и сложных систем. Независимые переменные фундаментального уравнения термо динамики, их характеристики. Функции состояния энтальпия, энергия Гельмголь ца, энергия Гиббса. Характеристические функции и их свойства. Внутренняя энер гия как термодинамический потенциал. Энтальпия простых и сложных систем.

Вычисление изменения энтальпии как функции температуры и давления. Энталь пии фазовых переходов. Энтальпия как характеристическая функция и термодина мический потенциал. Энергия Гельмгольца и направление самопроизвольного про цесса. Связь энергии Гельмгольца с внутренней энергией, другими термодинами ческими функциями и максимальной работой. Энергия Гиббса как термодинамиче ский потенциал и характеристическая функция. Связь энергии Гиббса с макси мальной полезной работой. Характеристические функции идеального газа. Общие условия равновесия изолированных и закрытых систем и критерии самопроизволь ного протекания процессов, выраженные через характеристические функции.

Уравнение Гиббса-Гельмгольца в дифференциальной и интегральной форме, его роль в химии. Работа и теплота обратимых и необратимых процессов.

Условия равновесия в однокомпонентных гетерогенных системах. Уравне ние Клаузиуса-Клапейрона. Фазовые переходы I и II рода. Плавление, испарение, сублимация. Зависимость температуры плавления от внешнего давления. Энтропия плавления. Зависимость давления насыщенного пара вещества от температуры.

Правила Трутона и Гильдебрандта.

I-1.3. Термодинамика растворов и гетерогенных систем.

Фундаментальные уравнения термодинамики для открытых систем. Внут ренняя энергия и другие термодинамические потенциалы открытых систем. Хими ческий потенциал. Химический потенциал и энергия Гиббса индивидуальных ве ществ. Химический потенциал идеального газа. Уравнения Гиббса-Дюгема для различных термодинамических функций. Парциальные молярные величины и их определение. Соотношения между парциальными молярными и интегральными ве личинами. Методы вычисления парциальных молярных величин. Химический по тенциал компонента в смеси идеальных газов. Закон Дальтона для смеси идеаль ных газов. Функции смешения идеальных газов.

Растворы. Определение понятия «раствор». Классификация растворов. Спе цифика растворов, роль межмолекулярного и химического взаимодействий, поня тие о сольватации. Термодинамические условия образования растворов. Закон Рау ля, идеальные растворы и их определение. Закон Генри. Растворимость газов в жидкостях. Состав насыщенного пара над идеальным раствором. Общее давление насыщенного пара идеального раствора как функция состава раствора и состава на сыщенного пара. Диаграммы равновесия «жидкость – пар», правило рычага. Тем пература кипения идеальных растворов, физико-химические основы перегонки растворов. Неидеальные растворы, виды отклонений от закона Рауля, энергия взаимообмена и размерный фактор. Различные виды диаграмм равновесия. Законы Гиббса-Коновалова, азеотропные растворы. Ограниченная растворимость жидко стей. Равновесие «пар жидкий раствор» в системах с ограниченной взаимной растворимостью и полной взаимной нерастворимостью жидкостей. Химический потенциал компонента в идеальном, предельно разбавленном и реальном раство рах. Активность, методы определения активностей и коэффициентов активностей.

Растворимость в идеальных и предельно разбавленных растворах. Уравнение рас творимости Шредера. Коллигативные свойства растворов. Криоскопия, криоскопи ческая константа растворителей, изотонический коэффициент Вант-Гоффа, прак тическое использование криоскопии. Эбулиоскопия. Осмотические явления. Урав нение Вант-Гоффа, его термодинамический вывод и область применимости.

Гетерогенные фазовые равновесия. Условия равновесия в многокомпонент ных гетерогенных системах. Правило фаз Гиббса и его вывод. Однокомпонентные системы. Диаграммы состояния воды, серы, фосфора, углерода. Энантиотропные и монотропные превращения. Двухкомпонентные системы и их анализ на основе правила фаз. Двухкомпонентные системы с одной фазой переменного состава: с химическими соединениями, плавящимися конгруэнтно и инконгруэнтно. Эвтек тические и перитектические точки. Твердые растворы, условия их образования.

Трехкомпонентные системы. Графическое изображение состава трехкомпонентной системы, треугольник Гиббса-Розебума.

I-1.4. Химическое равновесие.

Условия химического равновесия. Закон действующих масс. Термодинами ческая константа равновесия, другие виды констант равновесия и связь между ни ми. Уравнение изотермы химической реакции Вант-Гоффа. Стандартная энергия Гиббса химической реакции и ее связь с термодинамической константой равнове сия. Химические равновесия в гетерогенных системах и растворах. Принцип сме щения равновесия ле ШательеБрауна. Зависимость констант равновесия от тем пературы. Уравнения изобары и изохоры реакции. Влияние давление на химиче ские равновесия. Расчет константы равновесия химических реакций с использова нием таблиц стандартных значений термодинамических функций. Расчеты выхода продуктов химических реакций. Тепловая теорема Нернста, следствия. Химические равновесия в реальных газовых системах. Фугитивность, методы ее вычисления.

I-2. Химическая кинетика и катализ I-2.1. Основные понятия и постулаты химической кинетики.

Химическая кинетика наука о скоростях и механизмах химических реак ций. Термодинамические и кинетические критерии возможности протекания хими ческого процесса и его практическая реализация. Особенности кинетического под хода к описанию химических реакций. Промежуточные вещества и понятие эле ментарной стадии химической реакции. Простые и сложные химические реакции.

Механизм химической реакции и несоответствие механизмов реакций стехиомет рическим уравнениям.

Основные понятия химической кинетики. Истинная и средняя скорость хи мической реакции, скорость по отдельному реагенту. Особенности определения скорости химической реакций, протекающей в потоке. Факторы, влияющие на ско рость химической реакции. Экспериментальное определение скорости химической реакции. Кинетические кривые и кинетические уравнения. Порядок химической реакции. Общий и частный порядок. Реакции переменного порядка и изменение порядка в ходе реакции. Временной и концентрационный порядок реакции. Кине тическая классификация реакций по их порядку. Реакции псевдо n-го порядка. Мо лекулярность элементарной химической реакции.

Закон действующих масс основной постулат химической кинетики. Об ласть применения закона действия масс. Составление кинетических уравнений для известного механизма реакции. Прямая и обратная задачи химической кинетики.

Константа скорости химической реакции, ее физический смысл и размерность для реакций различных порядков. Основные принципы химической кинетики: принцип независимости химических реакций и область его применения, принцип лимити рующей стадии химического процесса, принцип детального равновесия.

I-2.2. Кинетика химических реакций в статических и динамических условиях.

Кинетические особенности протекания простых необратимых реакций – ки нетические уравнения, константа скорости, зависимость концентрации участников реакции от времени, время полупревращения. Реакции нулевого порядка. Реакции первого порядка, средняя продолжительность жизни молекулы в реакции первого порядка. Кинетические особенности реакций второго порядка при одинаковой и различной начальной концентрации участников реакции. Реакции третьего поряд ка. Общее выражение для константы скорости реакции n-го порядка.

Методы определения порядка реакции и константы скорости по эксперимен тальным данным. Понятие об интегральных и дифференциальных методах опреде ления порядка реакции и константы скорости. Определение частного порядка ре акции, метод избытка (метод Оствальда). Метод равных концентраций. Метод под бора уравнений в графическом и аналитическом вариантах. Метод определения по рядка реакции по времени полупревращения (метод ОствальдаНойеса). Диффе ренциальный метод Вант-Гоффа. Особенности применения метода Вант-Гоффа для определения временного и концентрационного порядков реакции.

Кинетические особенности протекания сложных необратимых реакций – ки нетические уравнения, константа скорости, зависимость концентрации участников реакции от времени. Обратимые реакции первого порядка, нахождение константы скорости прямой и обратной реакций по экспериментальным данным. Параллель ные реакции. Последовательные реакции на примере двух необратимых реакций первого порядка. Кинетический анализ процессов, протекающих через образование промежуточных продуктов. Метод квазистационарных концентраций Боденштейна и условия его применения. Лимитирующая стадия сложного процесса. Квазиравно весное приближение.

Кинетика реакций в динамических условиях. Режимы идеального смешения и идеального вытеснения. Кинетика реакций в потоке на примере необратимой и обратимой реакций первого порядка.

Зависимость скорости реакции от температуры. Эмпирическое правило Вант-Гоффа и область его применения. Температурный коэффициент скорости ре акции. Уравнение Аррениуса и его термодинамический вывод. Понятие об энергии активации химической реакции. Истинная и кажущаяся энергия активации. Нахож дение энергии активации химической реакции по экспериментальным данным. Эм пирические правила оценки энергии активации.

I-2.3. Теории химической кинетики.

Теория активных соударений. Основы молекулярно-кинетической теории га зов. Бимолекулярные реакции в теории активных соударений. Скорость реакции и число активных соударений. Стерический фактор. Расчет константы скорости би молекулярной химической реакции. Истинная энергия активации. Мономолеку лярные реакции в теории активных соударений. Достоинства и недостатки теории активных соударений.

Теория активированного комплекса. Основные положения теории активиро ванного комплекса. Активированный комплекс и его свойства. Понятие о стати стическом методе расчета константы скорости бимолекулярной реакции. Транс миссионный коэффициент. Особенности применение теории активированного комплекса для расчета константы скорости моно-, би- и тримолекулярных реакций и сопоставление ее результатов с результатами теории активных соударений. Тер модинамический аспект теории активированного комплекса. Энтропия и энтальпия активации. Достоинства и недостатки теории активированного комплекса.

I-2.4. Основы кинетики отдельных типов химических реакций.

Основы кинетики цепных реакций, особенности их протекания. Элементар ные процессы возникновения, продолжения, развития и обрыва цепи. Разветвлен ные и неразветвленные цепные реакции. Особенности кинетики неразветвленных цепных реакций на примере реакции образования HCl. Особенности кинетики раз ветвленных цепных реакций на примере реакции окисления водорода.

Основы кинетики фотохимических реакций. Основные законы фотохимии:

законы Гротгуса, Вант-Гоффа и Эйнштейна. Квантовый выход. Элементарные фо тохимические процессы, происходящие при поглощении света веществом. Флуо ресценция и фосфоресценция. Кинетика фотохимических реакций на примере флуоресценции. Фотохимические реакции в природе.

Основы кинетики гетерогенных процессов. Роль диффузии при протекании гетерогенной химической реакции. Диффузионная и кинетическая области проте кания реакции. Роль адсорбции при протекании поверхностной реакции.

I-2.5. Катализ.

Основные понятия и определения теории катализа. Роль катализаторов в хи мии. Активность катализатора. Активаторы и ингибиторы. Специфичность и се лективность катализатора. Промоторы. Основные механизмы катализа. Общая ха рактеристика и классификация каталитических реакций.

Механизм и энергетический профиль каталитической реакции. Скорость ката литической реакции. Автокатализ – возможные механизмы и скорость автокатали тической реакции. Кислотно-основной катализ. Классификация и механизмы реак ций кислотно-основного типа. Ферментативный катализ. Причины высокой ката литической активности ферментов. Механизм реакций ферментативного катализа.

Уравнение Михаэлиса-Ментен. Влияние температуры и рН среды на скорость фер ментативной реакции. Ингибирование ферментативных реакций и эксперимен тальное установление механизма ингибирования.

Гетерогенные каталитические реакции. Общие принципы гетерогенного ка тализа. Активационный процесс в гетерогенном катализе. Роль адсорбции в проте кании гетерогенной каталитической реакции. Энергетический профиль гетероген ной каталитической реакции. Истинная и кажущаяся энергия активации гетероген ного каталитического процесса. Учет массопереноса в гетерогенном катализе. Тео рия активных центров. Отравление катализатора. Мультиплетная теория Баланди на. Принципы геометрического и энергетического соответствия. Теория активных ансамблей Кобозева. Электронная теория катализа Волькенштейна. Важнейшие классы промышленных катализаторов. Промышленные каталитические процессы.

I-3. Электрохимия I-3.1. Предмет и задачи электрохимии. Теория растворов электролитов.

Предмет и основные разделы электрохимии. Проводники с электронной и ионной проводимостью. Электролиты. Химический и электрохимический способы осуществления окислительно-восстановительных реакций. Электрохимическая цепь и ее компоненты. Законы Фарадея. Выход по току.

Развитие представлений о строении растворов электролитов. Основные по ложения теории электролитической диссоциации Аррениуса. Ионные равновесия в растворах электролитов: диссоциация сильных и слабых электролитов, гидролиз солей, буферные растворы. Достоинства и недостатки теории электролитической диссоциации Аррениуса.

Причины электролитической диссоциации и механизм образования раство ров. Ион-дипольное взаимодействие в растворах электролитов как основное усло вие устойчивости раствора электролита. Энергия кристаллической решетки и энер гия сольватации. Особенности гидратации протонов.

Ион-ионные взаимодействия в растворах сильных электролитов. Термоди намика реальных растворов. Понятия активности, средней ионной активности и среднего ионного коэффициент активности, их связь с активностью и коэффициен том активности отдельных ионов. Основные положения теории сильных электро литов ДебаяГюккеля. Потенциал ионной атмосферы. Радиус ионной атмосферы.

Уравнения для расчета среднего ионного коэффициента активности в первом, вто ром и третьем приближении теории Дебая–Гюккеля. Применение результатов тео рии ДебаяГюккеля к слабым электролитам и смешанным растворам электролитов.

Ионная ассоциация и современные представления о теории растворов электроли тов.

I-3.2. Неравновесные явления в растворах электролитов.

Электропроводность растворов электролитов. Удельная, эквивалентная и молярная электропроводность растворов электролитов. Зависимость электропро водности сильных и слабых электролитов от концентрации и температуры. Физи ческий смысл электрофоретического и релаксационного эффектов. Методы изме рения электропроводности.

Закон Кольрауша. Экспериментальное определение предельной подвижно сти ионов. Аномальная подвижность ионов водорода и гидроксид-ионов.

Применение метода измерения электропроводности для экспериментального определения предельной подвижности ионов, степени и константы диссоциации слабых электролитов, произведения растворимости труднорастворимых соедине ний. Числа переноса ионов и их зависимость от концентрации и температуры.

Представление о механизме проводимости неводных растворов, ионных рас плавов и твердых электролитов.

I-3.3. Электрохимические равновесия. Электроды и электрохимические цепи.

Электрохимическое равновесие на границе раздела фаз. Природа скачка по тенциала на границе раздела фаз. Электрохимический потенциал. Уравнение Нерн ста. Равновесие в электрохимической цепи. ЭДС равновесной электрохимической цепи, ее связь с изменением энергии Гиббса электрохимической реакции. Понятие электродного потенциала. Стандартный электродный потенциал. Эксперименталь ное измерение потенциала отдельного электрода. Международная конвенция об ЭДС и электродных потенциалах.

Классификация электродов. Электроды первого рода, обратимые по катиону и аниону, амальгамные электроды. Элемент Вестона. Электроды второго рода, на сыщенный каломельный и хлорсеребряный электроды. Окислительно восстановительные и газовые электроды. Стандартный водородный электрод.

Мембранные электроды. Стеклянный электрод.

Классификация электрохимических цепей. Физические, химические и кон центрационные цепи. Простые и сложные цепи. Электрохимические цепи с пере носом и без переноса. Механизм возникновения диффузионного потенциала, мето ды его учета и устранения. Экспериментальное измерение ЭДС гальванического элемента. Термодинамика гальванического элемента.

Практическое применение метода измерения ЭДС гальванических элементов для определения термодинамических характеристик потенциалобразующих реак ций, рН, ПР труднорастворимых солей, средней ионной активности и среднего ионного коэффициента активности, констант равновесия ионных реакций.

I-3.4. Основы электрохимической кинетики.

Основные стадии электродного процесса. Электродное перенапряжение. Ка тодное восстановление водорода. Плотность тока как мера скорости электродного процесса.

Электрохимическая коррозия и способы защиты металлов от коррозии. Хи мические источники тока. Представление о водородной энергетике.

II-КОЛЛОИДНАЯ ХИМИЯ II-1. Общая характеристика и классификация дисперсных систем II-1.1. Основные понятия, определения. Коллоидное состояние вещества.

Определение, основные понятия, объекты и цели изучения коллоидной хи мии. Причины возникновения поверхностных явлений в дисперсных системах. Ос новные количественные характеристики дисперсности. Коллоидное состояние ве щества.

Краткий исторический обзор развития коллоидной химии.

Коллоидная химия как научная основа оптимизации и интенсификации гете рогенных химико-технологических процессов, протекающих с участием дисперс ных фаз;

значение коллоидной химии для биологии, геологии, медицины и других областей науки, техники и сельского хозяйства. Современные направления и пер спективы развития коллоидной химии. Использование принципов зеленой химии при проведении коллоидно-химических процессов в условиях промышленных про изводств. Устойчивое развитие, университетское образование для устойчивого раз вития. Роль и место коллоидной химии в процессе движения человеческого обще ства к устойчивому развитию.

II-1.2. Классификация дисперсных систем.

Различные типы классификации дисперсных систем: по размерам частиц, по агрегатному состоянию дисперсной фазы и дисперсионной среды, по числу харак теристических размеров дисперсной фазы, по межчастичному взаимодействию, по межфазному взаимодействию, по характеру распределения фаз, по фракционному составу частиц дисперсной фазы. Особое место растворов высокомолекулярных соединений в коллоидно-химической классификации. Лиофильные и лиофобные системы;

сходство и различия между ними и растворами и дисперсиями высокомо лекулярных соединений. Особенности свойств наноразмерных систем. Поли- и мо нодисперсные коллоидные системы. Коллоидные кристаллы.

II-2. Получение лиофобных дисперсных систем II-2.1. Диспергационные и конденсационные методы Диспергационные методы получения дисперсных систем. Связь работы дис пергирования с поверхностной энергией твердых тел. Использование эффекта Ре биндера для уменьшения работы диспергирования. Процессы диспергирования в природе, современной технике и химической технологии.

Конденсационные способы получения дисперсных систем. Строение струк турных единиц дисперсной фазы гидрофобных золей (мицелл). Методы очистки коллоидных растворов: диализ, электродиализ, ультрафильтрация.

II-2.2. Новые методы синтеза высокодисперсных систем (наносистем) Синтез в нанореакторах: микроэмульсиях, мицеллярных системах (темплат ный синтез), высокопористых телах (цеолитах и др.).

II-3. Поверхностные явления II-3.1. Поверхностное натяжение.

Граница раздела фаз, ее силовое поле. Удельная поверхностная энергия (по верхностное натяжение) как характеристика этого поля;

молекулярное давление.

Определение поверхностного натяжения. Факторы, влияющие на поверхностное натяжение жидкостей: химическая природа вещества, температура, кривизна по верхности и др.). Межфазное натяжение на границе раздела двух жидкостей;

пра вило Антонова. Методы измерения поверхностного натяжения на легкоподвижных границах фаз.

II-3.2. Смачивание и растекание.

Явления капиллярности и смачивания. Количественные характеристики сма чивания: краевой угол, работа адгезии, теплота смачивания. Закон Юнга. Соотно шение между работами когезии и адгезии при смачивании. Избирательное смачи вание как метод характеристики поверхностей твердых тел;

лиофильные и лиофоб ные поверхности. Смачивание реальных твердых поверхностей. Капиллярное дав ление. Закон Лапласа. Капиллярное поднятие жидкости, уравнение Жюрена. Зави симость давления насыщенного пара и растворимости от кривизны поверхности раздела сосуществующих фаз;

закон Томсона (Кельвина). Капиллярная конденса ция. Роль капиллярных явлений в промышленности и агротехнике.

II-2.3. Адсорбция на различных поверхностях раздела фаз.

Адсорбция на жидкой поверхности. Адсорбция как самопроизвольное кон центрирование на границе раздела фаз компонентов, понижающих поверхностное натяжение. Адсорбционное уравнение Гиббса. Поверхностно-активные и поверх ностно-инактивные вещества на разных межфазных границах.

Органические поверхностно-активные вещества (ПАВ) с дифильными моле кулами;

их классификация по молекулярному строению (анионные, катионные, амфолитные, неионогенные, низко- и высокомолекулярные) и по механизму дейст вия (смачиватели, диспергаторы, стабилизаторы, моющие вещества). Представле ние о гидрофильно-олеофильном балансе молекул ПАВ.

Зависимость поверхностного натяжения от концентрации раствора ПАВ.

Уравнение Шишковского. Поверхностная активность и ее изменение в гомологи ческих рядах. Работа адсорбции. Теоретическое обоснование правила Дюкло Траубе. Уравнение Ленгмюра, его связь с уравнениями Гиббса и Шишковского.

Адсорбция газов на твердой поверхности. Понятие о физической адсорбции и хемосорбции. Локализованная адсорбция газов на твердой поверхности по тео рии Ленгмюра. Потенциальная теория полимолекулярной адсорбции Поляни. Тео рия БЭТ. Определение удельной поверхности адсорбентов.

Особенности адсорбции молекул и ионов из растворов на твердой поверхно сти. Правило уравнивания полярностей Ребиндера. Модифицирующее действие ПАВ: гидрофилизация и гидрофобизация поверхностей.

II-2.4. Двухмерное состояние вещества.

Двухмерное состояние вещества в адсорбционном слое. Слои малораство римых ПАВ на поверхности воды. Весы Ленгмюра. Двухмерное (поверхностное) давление. Уравнение двухмерного состояния вещества. Изотерма двухмерного давления. Основные типы поверхностных пленок нерастворимых ПАВ. Пленки Ленгмюра-Блоджетт как модели организованных структур.

II-4. Свойства и устойчивость дисперсных систем II-4.1. Молекулярно-кинетические свойства.

Универсальность молекулярно-кинетических свойств растворов и дисперс ных систем. Теория броуновского движения по Эйнштейну-Смолуховскому, экспе риментальная проверка теории Перреном, Сведбергом. Диффузия в коллоидных системах. Уравнение Эйнштейна. Осмотическое давление. Обратный осмос. Осмо тические свойства дисперсных систем и мембранное равновесие, их роль в биоло гических процессах.

Седиментация в дисперсных системах: в гравитационном и центробежном полях. Устройство ультрацентрифуги. Седиментационный анализ суспензий. Урав нение Сведберга-Одена.

Седиментационно-диффузионное равновесие коллоидных частиц. Экспери ментальное определение числа Авогадро.

Научно-философское значение исследований молекулярно-кинетических свойств дисперсных систем.

II-4.2. Оптические свойства.

Рассеяние и поляризация света в коллоидных системах. Закон Релея и усло вия его применимости. Поглощение света и окраска золей.

Нефелометрия и турбидиметрия. Ультрамикроскопия. Применение элек тронной микроскопии к исследованию коллоидных систем.

II-4.3. Электрические свойства.

Причины образования и строение двойного электрического слоя (ДЭС) на границе раздела фаз. Модели строения ДЭС (теории Гельмгольца-Перрена, Гуи Чепмена, Штерна). Современная модель строения мицеллы. Потенциалы ДЭС.

Электрокинетический потенциал как фактор устойчивости гидрофобных золей.

Влияние индифферентных и неиндифферентных электролитов, концентрации и температуры на электрокинетический потенциал.

Электрокинетические явления: электрофорез, электроосмос, потенциалы протекания и седиментации. Методы измерения электрокинетического потенциала.

Формула Гельмгольца-Смолуховского.

II-4.4. Виды устойчивости. Теория ДЛФО. Коагуляция.

Агрегативная и седиментационная устойчивость дисперсных систем. Роль теплового движения.

Основы теории устойчивости лиофобных золей – теория Дерягина-Ландау Фервея-Овербека (ДЛФО). Расклинивающее давление по Дерягину. Молекулярная составляющая расклинивающего давления. Ионно-электростатическая составляю щая расклинивающего давления.

Факторы агрегативной устойчивости лиофобных дисперсных систем. Струк турно-механический барьер по Ребиндеру как фактор сильной стабилизации.

Коагуляция гидрофобных золей электролитами. Стадии коагуляции. Кине тика коагуляции. Концентрационная и нейтрализационная коагуляция. Порог коа гуляции;

правила электролитной коагуляции. Зоны устойчивости при перезарядке коллоидных частиц. Пептизация. Коагуляция смесью электролитов. Взаимная коа гуляция золей. Коллоидная защита. Сенсибилизация. Гетерокоагуляция, адагуля ция. Устойчивость и коагуляция золей и суспензий в технологических процессах и в природе.

II-5. Отдельные представители дисперсных систем II-5.1. Эмульсии.

Классификация эмульсий. Методы получения эмульсий. Основные характе ристики эмульсий. Агрегативная устойчивость эмульсий. Типы эмульгаторов. Спо собы разрушения эмульсий. Практическое применение эмульсий.

II-5.2. Пены. Аэрозоли.

Классификация пен. Методы получения пен. Основные характеристики пен.

Устойчивость пен. Методы разрушения пен. Практическое применение пен.

Классификация аэрозолей. Методы получения аэрозолей. Общая характери стика аэрозолей. Методы разрушения аэрозолей. Физико-химические основы дис пергирования веществ при помощи аэрозольных баллонов. Практическое примене ние аэрозолей.

II-6. Лиофильные коллоидные системы II-6.1. Критические эмульсии и микроэмульсии.

Условия образования и термодинамическая стабильность лиофильных кол лоидных систем. Критерий Ребиндера-Щукина самопроизвольного диспергирова ния объемных фаз. Критические эмульсии как лиофильные коллоидные системы.

Микроэмульсии: состав и строение. Области применения микроэмульсий.

II-6.2. Мицеллярные растворы ПАВ.

Поверхностно-активные вещества (ПАВ) и высокомолекулярные вещества (ВМС), способные образовывать лиофильные коллоидные системы. Мицеллобра зование в растворах ПАВ. Термодинамика мицеллобразования. Строение мицелл ПАВ. Критическая концентрация мицеллобразования. Температура Крафта. Солю билизация в растворах мицеллобразующих ПАВ. Области применения мицелляр ных растворов ПАВ.

II-7. Коллоидно-химические основы охраны окружающей среды II-7.1. Методы водоочистки.

Характеристика основных механических, химических и микробиологиче ских загрязнителей воды. Методы очистки природных и сточных вод, основанные на изменении агрегативной и седиментационной устойчивости дисперсных систем.

Использование принципов коагуляции и флокуляции. Механические методы раз рушения дисперсий. Микрофлотация и фильтрование. Обратный осмос, ультра фильтрация и микрофильтрация. Очистка воды от токсичных загрязнений, раство римых в воде. Методы обеззараживания воды.

II-8. Основы физико-химической механики II-8.1. Основы реологии. Структурообразование.

Понятие о физико-химической механике и ее основных задачах. Структуро образование в дисперсных системах;

типы дисперсных структур. Природа контак тов между элементами структуры;

прочность дисперсной структуры. Образование и свойства гелей. Коагуляционные структуры;

явление тиксотропии. Кристаллиза ционные структуры.

Основы реологии. Реологические модели: упругость, вязкость, пластичность.

Описание реологического поведения дисперсных систем на основе моделей Мак свелла, Кельвина, Бингама, Шведова. Полные реологические кривые свободнодис персной системы с анизометричными частицами и связнодисперсной системы с коагуляционными контактами между частицами.

ИНФОРМАЦИОННО-МЕТОДИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ Приложение РУКОМЕНДУЕМАЯ УЧЕБНАЯ ЛИТЕРАТУРА Основная:

1. Краснов К.С., Воробьев Н.К., Годнев И.Н. и др. Физическая химия / Под ред. К.С. Краснова, в 2-х кн. – М.: Высшая школа, 2001 г.

2. Герасимов Я.И., Древинг В.П., Еремин Е.Н. и др. Курс физической химии / Под ред. Я.И. Герасимова, в 2-х т. М.: Химия, 1973 г.

3. Киреев В.А. Краткий курс физической химии – М.: Химия, 1978 г., 622 с.

4. Еремин В.В., Каргов С.И., Успенская И.А., Кузьменко Н.Е., Лунин В.В.

Основы физической химии. Теория и задачи: уч. пособие для вузов М.: Экзамен, 2005 г., 320 с.

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

шк., 1992 г., 416 с. (2004 г., 445 с.) 6. Фридрихсберг Д.А. Курс коллоидной химии – Л.: Химия, 1995 г., 385 с.

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

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

Дополнительная:

1. Физическая химия. Теоретическое и практическое руководство / под ред.

Никольского Б.П. Л.: Химия. 1987 г., 880 с.

2. Стромберг А.Г., Семченко Д.П. Физическая химия – М.: Высшая школа, 527 с.

3. Карякин Н.В. Основы химической термодинамики М.: ACADEMIA, 2003 г., 462 с.

4. Эткинс П. Курс физической химии, в 2-х т. М.: Мир, 1980 г.

5. Физическая химия в вопросах и ответах / Под ред. К.В.Топчиевой, Н.Ф.Федорович М.: МГУ, 1981 г., 264 с.

6. Даниэльс Ф., Олберти Р. Физическая химия – М.: Мир, 1978 г., 643 с.

7. Мелвин-Хьюз Э.А. Физическая химия, в 2-х т. – М.: Изд. иностр. лит., 1962 г.

8. Антропов Л.И. Теоретическая электрохимия – М.: Высш. школа, 1975 г., 512 с.

9. Эмануэль Н.И., Кнорре Д.Г. Курс химической кинетики – М.: Высш. шко ла 1974 г., 483 с.

10. Евстратова К.И., Купина Н.А., Малахова Е.Е. Физическая и коллоидная химия – М.: Высш. шк., 1990 г., 487 с.

11. Балезин С.А., Ерофеев Б.В., Подобаев Н.И. Основы физической и колло идной химии – М.: Просвещение, 1975 г., 398 с.

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

13. Ребиндер П.А. Поверхностные явления в дисперсных системах: Колло идная химия – М.: Наука, 1978 г., 368 с.

14. Ребиндер П.А. Поверхностные явления в дисперсных системах: Физико химическая механика – М.: Наука, 1979 г., 381 с.

15. Шелудко А. Коллоидная химия, 2-е изд. / Под ред. Б.В. Дерягина и Е.Д.

Щукина – М.: Мир, 1984 г., 319 с.

16. Яминский В.В. и др. Коагуляционные контакты в дисперсных системах – М.: Химия, 1982 г., 185 с.

17. Сумм Б.Д., Горюнов Ю.В. Физико-химические основы смачивания и рас текания – М.: Химия, 1976 г., 230 с.

18. Фелленберг Г. Загрязнение природной среды – М.: Мир, 1997 г., 198 с.

19. Микроэмульсии: структура и динамика / Пер с англ., под ред.

С. Фриберга и П. Ботореля – М.: Мир, 1990 г., 320 с.

20. Миттел К. Мицеллообразование, солюбилизация и микроэмульсии – М.:

Мир, 1980 г., 600 с.

Приложение ПРИМЕРЫ ЗАДАНИЙ ДЛЯ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ КОЛЛОКВИУМОВ Задание 1.

1. Предмет физической химии. Задачи и методы исследования физической химии. Основные термодинамические понятия и определения: система, типы сис тем, термодинамические параметры, функции состояния и процесса, равновесные и неравновесные, обратимые и необратимые процессы, теплота, работа.

2. Растворы, классификация растворов, способы выражения концентраций.

Законы для идеальных растворов: Рауля, Генри, Вант-Гоффа.

3. Первый закон термодинамики. Основные формулировки и его аналитиче ское выражение. Внутренняя энергия системы, ее определение и свойства. Теплота и работа как формы передачи энергии.

Задание 2.

1. Влияние температуры и давления на смещение химического равновесия, принцип Ле-Шателье. Расчет константы равновесия на основе стандартных термо динамических величин.

2. Расчет работы объемного расширения идеального газа в различных про цессах: изохорическом, изобарическом, изотермическом, адиабатическом.

3. Анализ условий равновесия и самопроизвольного протекания химической реакции. Связь стандартного изменения энергии Гиббса реакции с константой рав новесия.

Задание 1. Шотландский ботаник Роберт Броун в 1987 г. был увлечен наблюдением с помощью микроскопа за движением частиц, взвешенных в воде. Для опытов он брал цветочную пыльцу, споры растений и даже измельченный кирпич. Укажите, для частиц каких из перечисленных веществ и при каких условиях он мог наблю дать броуновское движение. В чем его причина? Каким уравнением оно описыва ется? Что Вы можете сказать о скорости броуновского движения?

2. Ультрацентрифугирование, его применение для анализа дисперсных сис тем.

3. Получите уравнение, описывающее диффузионно-седиментационное рав новесие. Для каких систем оно характерно? Для каких целей его применяют?

Задание 1. Осмотическое давление и его особенности в коллоидных системах. Пред положите, как будет вести себя полиэлектролитный гель в растворе низкомолеку лярного электролита.

2. Теория броуновского движения и ее значение для естествознания. Почему броуновское движение вечно? Может ли оно быть вращательным?

3. Опишите процедуру обработки данных седиментационного анализа. Не забудьте упомянуть уравнение Сведберга-Одена и пояснить, на какой стадии рабо ты с седиментационной кривой оно применяется. Представьте графически резуль таты седиментационного анализа эмульсии до и после введения в нее дополни тельного количества эмульгатора.

Приложение ПРИМЕРЫ ТЕСТОВЫХ ВОПРОСОВ 1. Изменение энтропии при нагревании 1 моля вещества А от температуры Т1 до температуры Т2 можно определить следующим образом:

в) S=SO(Т2-Т1) г) все ответы неверны а) S=Н/(Т2-Т1) б) S=СРln(T2/T1) 2. Если процесс необратим, то:

а) S H в) S = 0 г) dS Q/T д) dS dQ/T б) dS = dQ/T 3. Формула TdS dU+A + pdV выражает:

а) 1-й закон термодинамики б) 2-й закон термодинамики в) объединенный 1-й и 2-й закон термодинамики г) 3-й закон термодинамики 4. Что понимают под удельной электропроводностью электролита?

Как зависит удельная электропроводность водного раствора сильного электролита от концентрации?

а) проходит через максимум б) проходит через минимум в) не зависит г) падает и достигает предельной величины.

Нарисуйте соответствующий график зависимости.

5. Какая реакция протекает на катоде гальванического элемента?

а) восстановление б) окисление в) обе реакции протекают одновременно г) в зависимости от условий может протекать как окисление, так и восстановление 6. Что является электродным потенциалом цинкового электрода? Запишите соот ветствующую цепь.

а) ЭДС элемента, составленного из данного электрода и каломельного б) ЭДС элемента, составленного из данного электрода и стандартного водородного в) ЭДС элемента, составленного из данного электрода и водородного электрода с активностью Н+, равной г) ЭДС элемента, составленного из данного электрода и любого электрода, для ко торого активность потенциалопределяющего компонента в растворе равна 7. Запишите кинетическое уравнение реакции первого порядка типа АВ, пояс ните смысл входящих в него параметров dС A dС A 1C dС A а) б) в) г) k 1 + k 2 = ln OA = k1 = k 1C A = k 1C В dt dt dt t CA 8. Что такое поверхностное натяжение? Зависит ли его величина от концентрации раствора? При добавлении к воде поверхностно-активных веществ поверхностное натяжение а) увеличивается б) уменьшается в) зависит от природы ПАВ (ионогенные или неионогенные) г) поверхностное натяжение определяется только температурой 9. По Ленгмюру величина адсорбции определяется:

а) числом молей адсорбированного вещества в поверхностном слое, отнесенным к единице площади поверхности адсорбента б) избытком вещества в поверхностном слое по сравнению с объемной фазой, от несенным к единице площади поверхности адсорбента в) максимальным количеством вещества, способным адсорбироваться на единице площади поверхности адсорбента при данной температуре 10. Интенсивность света, рассеянного при прохождении через коллоидную систему а) не зависит от длины волны падающего света и пропорциональна интенсивности падающего света и концентрации коллоидного раствора б) обратно пропорциональна длине волны падающего света, интенсивности па дающего света и прямо пропорциональна концентрации коллоидного раствора в) не зависит от длины волны падающего света, прямо пропорциональна концен трации коллоидного раствора и обратно пропорциональна радиусу частиц г) все ответы неверны Приложение ПРИМЕРЫ ЗАДАЧ ДЛЯ РАСЧЕТНЫХ КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ 1. Идеальный газ в количестве 4,5 моль расширяется в изотермическом обра тимом процессе от давления 800652 до 241000 Па при температуре 135°С. Рассчи тать Q, A, U, H данного процесса.

2. Определить H0, U0, F0, S0, G0 при 25°С для реакции:

СН2=СН2 (г) + НСl (г) СН3–СН2Сl (ж) на основании следующих данных fH0298, кДж/моль S0298, Дж/(моль К) fG0298, кДж/моль Вещество СН2=СН2 (г) 52,30 219,45 68, НСl (г) –92,31 186,79 –95, СН3–СН2Сl (ж) –164,60 161,34 –62, 3. Ниже приведены результаты измерения среднеквадратичного сдвига час тиц суспензии гуммигута в воде, полученные Перреном, Время сдвига,с 30 60 90 Сдвиг, мкм 7,09 10,65 11,31 12, На основании этих результатов вычислите среднее значение числа Авогадро.

Радиус частиц суспензии 0,212 мкм, температура опыта 290 К, вязкость среды 1,1·10-3 Па·с.

4. Осмотическое давление гидрозоля золота (форма частиц сферическая) с концентрацией 2гдм-3 при 293 К равно 3,72 Па. Рассчитайте коэффициент диффу зии частиц гидрозоля при тех же условиях, если плотность золота 19,4 гсм-3, а вяз кость дисперсионной среды 110-3 Па с.

5. Величина адсорбции красителя (ПАВ) из раствора может быть использо вана для оценки удельной поверхности порошков. При введении 1 г активного угля в 100 мл водного раствора метиленового голубого концентрация красителя изменя ется от начальной 1·10-4 моль/л до конечной равновесной 6·10-5 моль/л, а при до бавлении 2 г угля к такому же исходному раствору равновесная концентрация со ставила 4·10-5 моль/л. Считая, что адсорбция описывается уравнением Ленгмюра, рассчитайте sуд угля. Площадь занимаемую молекулой красителя на поверхности, примите равной 0,65 нм2.

Приложение ПРИМЕРЫ ЭКЗАМЕНАЦИОННЫХ БИЛЕТОВ БИЛЕТ № 1. Предмет, задачи и методы исследования физической химии. Основные понятия термодинамики: система, типы систем, термодинамические параметры, функции состояния и процесса. Равновесные и неравновесные, обратимые и необратимые процессы.

2. Электродный потенциал. Стандартный электродный потенциал. Нормальный во дородный электрод. Электроды сравнения. Уравнение Нернста для электродного потенциала.

3. Кинетика гетерогенных химических процессов.

4. Температурная зависимость давления насыщенного пара метаналя выражается следующими уравнениями: lgPтверд. = 14,25–2150/Т, lgPжидк. = 5,10–1256/Т. Рассчи тать для энтальпию испарения, энтальпию сублимации, координаты тройной точки, энтальпию плавления в тройной точке.

БИЛЕТ № 1. Определение, основные понятия, объекты и цели изучения коллоидной химии.

Причины возникновения поверхностных явлений в дисперсных системах.

2. Седиментация в дисперсных системах: в гравитационном и центробежном полях.

Устройство ультрацентрифуги. Седиментационный анализ суспензий.

3. Основы реологии. Реологические модели: упругость, вязкость, пластичность.

Описание реологического поведения дисперсных систем на основе моделей Мак свелла, Кельвина, Бингама, Шведова.

4. Гемоглобин крови человека имеет коэффициент седиментации 4,48 Сб и коэф фициент диффузии 6,910-11 м2с-1 в водном растворе при 20 оС. Плотность гемогло бина 1,34 гсм-3. Чему равна молекулярная масса частицы гемоглобина?

Приложение ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ РЕКОМЕНДУЕМЫХ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ Раздел «Физическая химия»

1. Определение теплоты растворения соли.

2. Определение молекулярной массы криоскопическим методом.

3. Определение теплоты ионизации воды.

4. Определение теплоты образования кристаллогидратов.

5. Определение давления насыщенного пара индивидуальной жидкости.

6. Определение давления паров и теплоты сублимации.

7. Исследование кристаллизации легкоплавких систем методом термическо го анализа.

8. Определение константы равновесия реакции.

9. Определение электропроводности электролитов.

10. Определение степени и константы диссоциации слабых электролитов.

11. Определение растворимости малорастворимых соединений.

12. Определение зависимости ЭДС от температуры 13. Определение pH буферного раствора.

14. Определение порядка реакции.

15. Определение константы скорости реакции.

16. Изучение кинетики каталитических реакций;

Раздел «Коллоидная химия»

1. Методы оценки поверхностного натяжения на границе жидкость-газ и жидкость-жидкость.

2. Седиментационный анализ.

3. Методы получения и очистки дисперсных систем.

4. Определение удельной поверхности адсорбентов.

5. Определение порога электролитной коагуляции золей, взаимная коагуля ция золей.

6. Определение электрокинетического потенциала.

7. Определение концентрации золя нефелометрическим методом.

8. Определение изоэлектрической точки растворов белков.

9. Исследование кинетики набухания желатина в водных растворах с различ ными pH.

10. Синтез нанодисперсных систем.

11. Очистка загрязненных сточных вод.

Приложение РЕКОМЕНДУЕМАЯ ТЕМАТИКА ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ Раздел «Физическая химия»

1. Первый закон термодинамики. Основные понятия. Температура. Внутрен няя энергия, работа, теплота. Формулировка I закона термодинамики и применение его к различным процессам. Закон Гесса.

2. Второй закон термодинамики. Формулировка II закона термодинамики.

Энтропия. Энтропия различных процессов 3. Термодинамические свойства многокомпонентных систем. Химический потенциал. Термодинамика смесей идеальных газов. Идеальные смеси жидкостей.

Законы Рауля и Генри.

4. Коллигативные свойства растворов. Растворимость газов в жидкостях.

Понижение температуры замерзания и повышение температуры кипения раство ров. Осмотическое давление растворов. Распределение растворенного вещества между двумя несмешивающимися растворителями. Экстракция.

5. Термодинамика системы с химической реакцией. Химическая переменная.

Условия химического равновесия. Константа равновесия.

6. Энергия Гиббса химической реакции. Влияние температуры и давления на химическое равновесие. Гетерогенное химическое равновесие. Расчет константы равновесия и определение направления химической реакции.

7. Химическая кинетика. Скорость химической реакции и основной постулат химической кинетики. Простые и сложные реакции, их формальная кинетика.

8. Растворы электролитов. Электролитическая диссоциация и ее причины.

Термодинамическая и электростатическая теории растворов электролитов.

9. Электропроводность растворов электролитов. Удельная и молярная элек тропроводность. Подвижность и числа переноса ионов. Влияние концентрации и температуры на электропроводность.

10. Термодинамика электрохимических процессов. Условия электрохимиче ского равновесия. Равновесный и стандартный электродный потенциал. Типы элек тродов. Химические источники тока.

Контрольные работы по разделу «Физическая химия»:

1. Уравнения состояния идеальных и реальных газов. Первый закон термо динамики. Второй закон термодинамики. Расчет энтропии в различных процессах.

2. Растворы. Химические равновесия.

3. Кинетика простых реакций в статических условиях. Зависимость скорости реакции от температуры. Кинетические особенности реакций различных типов.

4. Неравновесные явления в растворах электролитов. Электродные равнове сия. Термодинамика электрохимических цепей.

Раздел «Коллоидная химия»

1. Лиофильные коллоидные системы. Условия образования и термодинами ческая стабильность лиофильных коллоидных систем. Критические эмульсии как лиофильные коллоидные системы. Мицеллобразование в растворах ПАВ. Термо динамика мицеллобразования. Строение мицелл. Критическая концентрация ми целлобразования. Солюбилизация в растворах мицеллобразующих ПАВ. Микро эмульсии. Растворы полимеров как коллоидные системы.

2. Коллоидно-химические основы охраны природной среды. Общая характе ристика методов очистки воды с позиций седиментационной и агрегативной устой чивости. Механические методы разрушения дисперсий. Применение ортокинети ческой гетерокоагуляции (микрофлотация и фильтрование). Обратный осмос и ди намические мембраны. Методы разрушения аэрозолей.

3. Основы физико-химической механики дисперсных систем. Реология как метод исследования структуры дисперсных систем. Основные понятия и идеаль ные законы реологии. Моделирование реологических свойств тел. Модели Мак свелла, Кельвина, Бингама. классификация дисперсных систем по структурно механическим свойствам конденсационно-кристаллизационные и коагуляционные структуры. Классификация тел, основанная на их реологических свойствах. Струк турообразование в дисперсных системах. Гели. Реологические свойства дисперс ных систем: свободно-дисперсных, структурированных жидко- и твердообразных.

Контрольные работы по разделу «Коллоидная химия»:

1. Молекулярно-кинетические свойства дисперсных систем: броуновское движение, седиментация, диффузия, осмос.

2. Поверхностное натяжение. Адсорбция на различных границах раздела фаз.



 

Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

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.