Рабочий план II курса весеннего семестра фбпэ факультета на 200 9
| Вид материала | Документы |
- Рабочий план по преподаванию специальных дисциплин для студентов 5 курса физического, 125.22kb.
- Программа по курсу общей физики для Радиофизического факультета, 140.36kb.
- Почасовой учебно-методический план весеннего семестра Лекции, 82.29kb.
- Рабочий план практических занятий по акушерству и гинекологии для студентов IV курса, 24.92kb.
- Рабочий план практических занятий по акушерству для студентов IV курса педиатрического, 44.48kb.
- Рабочий план практических занятий по акушерству для студентов IV курса педиатрического, 30.88kb.
- Программа курса общая психология для студентов 3 курса физического факультета мгу тематический, 176.66kb.
- Рабочий план практических занятий по акушерству для студентов IV курса военно-медицинского, 52.52kb.
- Календарный план лекций для студентов дневного отделения 3 курса педиатрического факультета,, 77.36kb.
- Рабочий план курса «философия и методология истории» (озо, 5 курс, 2002-2003 уч год), 27.35kb.
ЛЕКЦИИ
У. ЭЛЕМЕНТЫ КВАНТОВОЙ ФИЗИКИ И ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА
10. Элементы квантовой механики
Лекция 1. Волновые свойства частиц. Гипотеза де Бройля. Дифракция электронов. Соотношение неопределенностей (для проекции импульса и координаты, энергии и времени). Оценка с помощью соотношения неопределенностей энергии основного состояния связанной частицы и естественной ширины спектральной линии.
Волновая функция как амплитуда вероятности. Нормировка волновой функции. Волновое уравнение Шредингера. Уравнение Шредингера для нестационарных и стационарных состояний. Стандартные условия, налагаемые на волновую функцию.
[1, § 18 - 22; 2 ,§11 -14; 3 ,§12.1-12.5.; 6 , §11,15; 7, §1-4 ; 9, §14.2 -14.4, 17.4-17.6].
Лекция 2. Понятие об операторах квантовой механики. Оператор энергии и импульса. Непрерывный и дискретный энергетический спектры. Уравнение Шредингера и его решение для свободно движущейся частицы.. Уравнение Шредингера для частицы в бесконечно глубокой, прямоугольной потенциальной яме. Собственные значения энергии частицы. Схема энергетических уровней. Собственные нормированные волновые функции, плотность вероятности и их графическое изображение для различных квантовых состояний.
[1, §23- 25; 2 , §17-19; 3, § 12.5 - 12..6 ; 6, § 17,19; 7 , §5-9; 9, § 15.1 - 15.3].
Лекция 3. Потенциальная ступень. Коэффициенты прохождения и отражения. Прямоугольный потенциальный барьер конечной ширины. Коэффициент прозрачности
(прохождения) прямоугольного потенциального барьера. Туннельный эффект. Примеры туннельного эффекта. [1 , §26; 2 , §16; 3, §12.8; 7 , § 10; 9, §16.3].
Лекция 4. Уравнение Шредингера для линейного гармонического осциллятора. Энергетический спектр и собственные функции осциллятора. Нулевая энергия. Правила отбора. Ангармонический осциллятор. Потенциал Морзе. Энергетический спектр ангармонического осциллятора (колебательная энергия двухатомной молекулы). Энергия диссоциации двухатомной молекулы. [1, § 27; 2 , § 81; 3 , § 12.9; 7, §11; 9, §16.1, 16.2].
Лекция 5. Уравнение Шредингера в сферических координатах для жесткого ротатора. Квантование проекции момента импульса и момента импульса. Двухатомная молекула как квантовый жесткий ротатор. Вращательная постоянная. Схема вращательных энергетических уровней двухатомной молекулы. Понятие о колебательно-вращательном спектре поглощения двухатомной молекулы.
[1 , § 39- 41; 2 ,§28, 29, 31; 3 , § 15.5 - 15.7; 7 , § 18, 19; 9 , § 23.2; 10, 2.2.1 - 2.2.5].
11. Физика атома и атомного ядра
Лекция 6. Развитие представлений о строении атома. Модель атома водорода по Бору. Энергетические спектры атома водорода и водородоподобных ионов. Успехи и затруднения теории Бора. Квантово-механическая теория атома водорода. Уравнение' Шредингера в сферических координатах для атома водорода. Разделение переменных. Радиальная и угловая части уравнения Шредингера.
[1, §12 -17, 28; 2, §21, 22; 3, § 13.1-13.5, 14.1, 14.2; 7 , § 28; 9, 12-12.6, 18.4 ; 10, 2.2-2.4].
Лекция 7. Собственные волновые функции, описывающие состояние электрона в атоме водорода. Вырожденные состояния. Кратность вырождения. Волновая функция, описывающая основное состояние атома водорода. Распределение электронной плотности в основном состоянии атома водорода.
Одноэлектронный атом. Орбитальный момент импульса электрона. Орбитальное квантовое число. Орбитальное гиромагнитное отношение. Орбитальный магнитный момент электрона. Магнетон Бора. Квантование проекции орбитальных момента импульса и магнитного момента электрона. Магнитное квантовое число. Опыты Штерна-Герлаха. [1, § 28; 2, § 22; 3, § 14.1, 14.2.; 7, §20; 9, §19.1, 19.2, 22.1-22.3].
Лекция 8. Понятие о дублетной структуре спектров щелочных металлов. Собственный момент импульса (спин) электрона. Спиновое квантовое число. Спиновое гиромагнитное отношение. Спиновый магнитный момент электрона. Квантование проекции спиновых момента импульса и магнитного момента электрона. Спиновое магнитное квантовое число. Понятие о спин-орбитальном взаимодействии. Оценка величины спин-орбитального взаимодействия. Тонкая структура энергетического спектра водородоподобного атома.
[1 , § 29, 31; 2 , § 23; 3 , 14.3, 14.6, 14.7; 7, § 24- 26; 9, § 19.1, 22.1 - 22.4].
Лекция 9. Многоэлектронный атом. Векторная модель атома. Типы связи электронов в атоме. Сложение орбитальных и спиновых моментов в атоме со связью Рассел-Саундерса. Квантовые числа, характеризующие состояние атома. Атомный терм. Мультиплетность. [1 , §32, 38; 2 , §24, 30; 3 ,14.7,14.11.; 7 , § 35; 10 , 5.1.1 - 5.1.2].
Лекция 10. Магнитный момент атома. Фактор Ланде. Квантование магнитного момента атома, проекции магнитного момента. Вырождение по магнитному квантовому числу. Снятие вырождения. Атом во внешнем магнитном поле. Слабое и сильное магнитные поля. Энергетическое состояние атома в слабом и сильном магнитном поле. Простой эффект Зеемана. Сложный (аномальный) эффект Зеемана.
[1 , § 33, 34; 2 , § 24, 25; 3 , § 14.9.; 7 , § 36; 9 , § 20.1 - 20.3; 10 , 5.4 - 5.6].
Лекция 11. Атомное ядро и его характеристики (заряд, масса,. размеры, плотность, спин, магнитный момент). Строение ядра. Понятие о ядерных силах. Радиоактивность, закон радиоактивного распада. Время жизни радиоактивного ядра. Понятие о ядерном магнитном резонансе (ЯМР) и электронном парамагнитном резонансе (ЭПР).
[1, §66-70, 35; 2 ,§48-51, 26; 3, § 16.1-16.7, 17.1-17.3.; 7, § 37; 9 , 25.1-25.4, 30.1-30.3; 9 , 6.1-6.4, 9.1-9.2, 10].
12. Элементы статистической физики
Лекция 12. Макроскопическое и микроскопическое описание состояния систем многих частиц. Понятие о фазовом пространстве. Термодинамическая вероятность. Связь энтропии с термодинамической вероятностью. Статистика Максвелла-Больцмана. Статистические интегралы и их роль в вычислении средних значений.
[5, §1; 7, Гл. V, § 2-4, Гл. VI, § 5,6].
Лекция 13. Границы применимости классической статистики к квантовым системам. Принцип неразличимости (тождественности) одинаковых микрочастиц. Бозоны и фермионы. Принцип Паули. Статистика Ферми-Дирака. Электронный газ. Энергия Ферми. Температура Ферми. Понятие о вырождении электронного газа. Уравнение состояния вырожденного электронного газа. [5, § 2,4; 11, гл. VI, § 1-6, гл.XI, §2.]
Лекция 14. Статистика Бозе-Эйнтшейна. Квантовая статистика и определение средних значений. Сопоставление статистики Максвелла-Больцмана, Бозе-Эйнштейна и Ферми-Дирака.
[1, §52; 2, §34; 4, гл.V, п.1,2; 5, § 3,5; 9, §36.1; 11, гл.X, §5,6, гл.XII, §1,3].
13. Элементы физики твердого тела
Лекция 15. Квазичастицы и их роль в исследовании структуры твердого тела. Фононы. Понятие о квантовых теориях теплоемкости. Теплоемкость по Эйнштейну. Теплоемкость по Дебаю. [1, §46, 48-50; 2, §36; 4, гл.IV, п.3 а, в; 10, §8.1-8.4; 11,гл.XI, §4]
Лекция 16,17. Свободные электроны в металле. Теплоемкость электронного газа. Электропроводность металлов. Сверхпроводимость. Понятие о куперовских парах. Критическая температура. Критическое магнитное поле. Эффект Мейснера. Элементы зонной теории твердых тел. Возникновение энергетических зон при образовании кристалла. Энергетические зоны в металлах, полупроводниках, диэлектриках. [1, §53-58; 2, §42-43; 4, гл.VI, п.1-6, гл.VII, п. 2,3 ]
СЕМИНАРЫ
Библиографический список
1. Чертов А.Г., Воробьев А.А., Задачник по физике. М.:Высшая школа, 1988. 495 с; М.; Интеграл-пресс, 1997. 544 с.; М.: Физматиздат, 2001. 649 с.
2. Методические указания к семинарским занятиям по физике(тепловое излучение, квантовая механика, атомная физика)/Под ред. А.А. Воробьева; МХТИ им. Д.И.Менделеева. М., 1988. 48 с.
Дома при подготовке к каждому семинару необходимо:
1.Подробно, по учебнику, учебным пособиям или конспектам лекций проработать теоретический материал по теме данного семинара.
2. Подготовиться к ответу на приведенные в методических указаниях [2] контрольные вопросы.
3. Решить указанные в учебном плане задачи из задачника [1].
Семинар 1. Энергия, масса и импульс фотона. Внешний фотоэффект. Уравнение Эйнштейна. Эффект Комптона.
Решение задач (ауд.) : §35 (3, 4), §37 (2,4).
Семинар 2. Волновые свойства частиц. Дифракция электронов. Соотношение неопределенностей.
К сем. 2. Решение задач (дома): §35 (6), §37 (5), §47 (7, 10, 22, 28).
Ауд.: § 45 (4, 23, 33). Домашняя контрольная работа по темам занятий 1 и 2 (срок исполнения – 1 неделя).
Семинар 3. Уравнение Шредингера. Операторы квантовой механики. Собственные значения и собственные функции операторов.
К сем. 3. Решение задач (дома): § 46 (1,2,3,4,7)
Ауд. § 46 (5,6,10).
Семинар 4. Бесконечно глубокая потенциальная яма. Потенциальная ступень. Потенциальный барьер.
К сем. 4. Решение задач (дома) : § 46 (17, 21, 41, 47, 69).
Ауд.: § 46 (18, 46, 72).
Домашняя контрольная работа по теме занятия 4 (срок исполнения -одна неделя).
Семинар 5-7. Квантовый гармонический осциллятор. Энергетический спектр осциллятора. Правила отбора. Двухатомная молекула как ангармонический квантовый осциллятор. Колебательный энергетический спектр двухатомной молекулы. Двухатомная молекула как жесткий атомный ротатор. Вращательный энергетический спектр двухатомной молекулы. Ангармонический осциллятор. Колебательный энергетический спектр двухатомной молекулы. Энергия диссоциации.
К сем.5. Решение задач (дома): § 48 (6-10)
Ауд. : § 48 (1-3)
К сем.6. Решение задач (дома): § 48 (12-16)
Ауд. : § 48 (5,22,25)
К сем.7. Решение задач (дома): § 48 (17,18,20,21,24)
Ауд. : § 48 (25,26). Аудиторная контрольная работа по темам семинаров 5-7.
Семинар 8-9. Модель атома водорода по Бору. Энергетический спектр атома водорода и водородоподобных ионов (He+ и Li++). Квантово-механическая теория атома водорода. Собственные волновые функции. Распределение электронной плотности в атоме водорода, находящемся в основном состоянии.
К сем. 8. Решение задач (дома): §38 (4, 6, 10); §47 (1, 6).
Ауд.: §38 (7, 15); §47 (7).
К сем. 9. Решение задач (дома): § 47 (8, 11, 14, 15).
ауд.: § 47 (9, 16).
Семинар 10-12. Многоэлектронный атом. Векторная модель атома. Связь Рассел-Саундерса. Атомный терм. Мультиплетность. Магнитный момент атома. Фактор Ланде. Квантование магнитного момента и его проекции. Атом в магнитном поле. Опыты Штерна-Герлаха. Эффект Зеемана.
К сем. 10. Решение задач (дома): § 47 (22, 42, 49, 52, 56, 60).
Ауд.: §47 (20,51,53).
К сем.11. Решение задач (дома): § 47 (31,61,62, 66, 73(1), 74(1)).
ауд: § 47 (32).
К сем.12. Решение задач (дома): § 47 (33, 73(2), 75(1)
Ауд.: § 47 (33, 69, 71).
Семинар 13-14. Элементы статистической физики. Термодинамическая вероятность и ее связь с энтропией. Статистика Максвелла-Больцмана. Вычисление средних значений. Применение статистического метода к квантовым системам. Распределение Ферми-Дирака. Электронный газ. Энергия Ферми. Вырождение электронного газа.
К сем. 13. Проработка (дома) теоретического материала по лекциям и пособию [5]
Ауд. Задачи даются преподавателем.
Ксем. 14. Решение задач (дома): § 51 (2,3, 6,8,13).
Ауд. § 51 (9,14). Домашняя контрольная работа по темам семинаров 13,14 (срок исполнения – 1 неделя).
Семинар 15-16. Квантовая теория теплоемкости твердых тел по Эйнштейну и Дебаю. Характеристическая температура. Теплоемкость при низких температурах. Фононы.
К сем.15. Решение задач (дома): §50 (7,8,9,23,24).
Ауд. §50 (12,13).
К сем.16. Решение задач (дома): §50 (25,26,43,44).
Аудиторная контрольная работа по темам семинаров 15,16.
Семинар 17. Итоговый.
К последнему занятию студент должен представить:
1. Тетрадь со всеми решенными задачами (в соответствии с учебным планом).
2. Тетрадь с выполненными и зачтенными контрольными работами
(4 аудиторных и 3 домашних).
ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
Библиографический список
1. Киреев В.А. Курс физической химии (для химических вузов).М.: Химия, 1975. 776 с.
2. Герасимов Я.И., Древинг В.П. и др. Курс физической химии:T.I / Под ред.
Я. И. Герасимова, 2-е изд. М.: Химия, 1969. 624 с.
3. Стромберг А.Г., Семченко Д.П. Физическая химия. М.: Высш. школа, 1973.479 с.
4. Николаев Л.А. Физическая химия. М.: Высш. школа, 1979. 217 с.
5. Даниэльс Ф., Олберти Р. Физическая химия. М.: Высш. школа, 1982. 645 с.
6. Физическая химия/ Под ред. К.С.Краснова. М.: Высш. школа, 1982. 645 с.
7.Физическая химия/ Под ред. К.С.Краснова. Т.1М.: Высш.школа.1995.511 с.
8. Кудряшов И.В. Химическая термодинамика / МХТИ им. Д.И. Менделеева. М., 1975. 180 с.
9. Харитонов Ю.Я. Элементы статистической термодинамики в курсе физической химии / МХТИ им. Д.И. Менделеева. М., 1981. 46 с.
10.Белевский С.Ф. Введение в практические работы по спектроскопии / МХТИ им. Д.И. Менделеева. М.,1981.48 с.
11. Белевский С.Ф. Введение в практические работы по спектрохимии. Колебательные спектры многоатомных молекул. Электронные спектры / МХТИ им. Д.И.Менделеева. М.,1982.80 с.
12. Белевский С.Ф. Спектрохимия. Двухатомные молекулы / МХТИ им. Д.И.Менделеева. М., 1985.72 с.
13. Белевский С.Ф. Спектрохимия. Многоатомные молекулы / МХТИ им. Д.И.Менделеева. М., 1985. 64 с.
ЛЕКЦИИ
Лекция 1. Предмет и содержание курса физической химии. Ее теоретические методы: термодинамический, статистический, квантовомеханический, кинетический. Экспериментальные методы физической химии. План занятий.
Основы химической термодинамики. Первое начало термодинамики
Лекция 2. Термодинамические системы и термодинамические параметры. Внутренняя энергия, энтальпия, теплота и работа. Функции состояния и процесса. Формулировки первого начала термодинамики.
Самостоятельная работа. Уравнения для расчета работы, изменения энтальпии и внутренней энергии в различных процессах
Тепловой эффект. Закон Гесса. Связь тепловых эффектов при постоянном объеме и при постоянном давлении. Стандартные состояния для индивидуальных веществ. Стандартные энтальпии образования и сгорания соединений.
Лекции 3,4. Теплоемкость, зависимость теплоемкости от температуры. Теплоемкость кристаллов при низких температурах. Зависимость энтальпии от температуры и внутренней энергии. Изменение энтальпии и теплоемкости при фазовых переходах. Зависимость теплового эффекта химической реакции от температуры. Вывод и анализ уравнения Кирхгофа.
Второе начало термодинамики
Лекции 5,6. Термодинамически обратимые и необратимые процессы. Самопроизвольные и несамопроизвольные процессы. Работа и теплота обратимого процесса. Формулировки второго начала термодинамики. Объединенное уравнение первого и второго начала термодинамики. Энтропия и ее свойства. Энтропия как критерий направленности самопроизвольного процесса в изолированных системах. Зависимость энтропии от температуры, давления и объема. Изменение энтропии при фазовых переходах.
Лекции 7,8. Третий закон термодинамики (постулат Планка). Статистическая интерпретация второго начала термодинамики. Понятие о термодинамической вероятности состояния системы. Уравнение Больцмана - Планка. Вычисление абсолютной энтропии вещества. Расчет изменения энтропии в ходе химической реакции при различных температурах.
Лекции 9,10. Энергия Гельмгольца и энергия Гиббса как критерии направленности и предела протекания процессов. Зависимость энергии Гельмгольца и энергии Гиббса от параметров состояния. Уравнение Гиббса-Гельмгольца (вывод и анализ). Расчет изменения стандартных энергий Гиббса и Гельмгольца в химических реакциях при различных температурах.
Лекции 11, 12. Системы с переменным составом. Химический потенциал. Зависимость химического потенциала от давления и температуры. Условия равновесия и самопроизвольного протекания процесса, выраженные через химический потенциал.
Химический потенциал идеального газа
Лекции 13,14. Реальные газы. Сжимаемость. Уравнения состояния реальных газов: в вириальной форме, Ван-дер-Ваальса, Редлиха-Квонга, Пенга-Робинсона. Приведенные параметры. Принцип соответственных состояний. Фугитивность, коэффициент фугитивности и методы их расчета. Зависимость термодинамических свойств реальных газов от давления и температуры. Химический потенциал реального газа. Активность.
Фазовые равновесия в однокомпонентных системах
Лекции 15,16. Фаза, компонент, число степеней свободы. Правило фаз Гиббса.
Вывод правила фаз Гиббса. Диаграмма фазовых равновесий. Фазовые переходы первого и второго рода. Тройная точка. Зависимость давления насыщенного пара от температуры. Вывод и анализ уравнения Клапейрона-Клаузиуса. Интегральные формы этого уравнения. Применение правила фаз Гиббса.
Лекции 17,18. Применение уравнения Клапейрона-Клаузиуса для расчета изменения термодинамических функций при фазовых переходах. Зависимость ортобарической теплоты испарения от температуры.
Уравнение Антуана. Эмпирические обобщения для энтропий плавления и парообразования (правила Ричардса, Трутона). Методы измерения давления насыщенного пара.
Химическое равновесие. Термодинамическая теория химического сродства
Лекции 19,20. Закон действующих масс. Химическая переменная. Константа химического равновесия и способы ее выражения для гомогенных и гетерогенных реакций, идеальных и неидеальных систем. Кр, Кс, Kf, Ка, Кх, Кn , соотношения между ними. Уравнение изотермы химической реакции (вывод и анализ). Химическое сродство.
Лекции 21-24. Методы расчета констант равновесия. Расчет констант равновесия из стандартных величин термодинамических функций. Применение статистического метода для расчета констант равновесия реакций в газовой фазе. Влияние температуры на константу равновесия. Уравнение изобары и изохоры химической реакции (вывод и анализ). Влияние давления и добавок индифферентных газов на сдвиг равновесия.
Химическое равновесие в гетерогенных системах. Анализ сложных равновесий.
Применение молекулярных констант для расчета термодинамических свойств
идеальных газов
Лекции 25-28. Общая характеристика молекулярных спектров. Спектры поглощения двухатомных молекул (вращательные, колебательно-вращательные, электронно-колебательно-вращательные). Спектры комбинационного рассеивания. Понятие о колебательных спектрах многоатомных молекул. Определение молекулярных постоянных из спектральных данных..
Лекции 29-30. Сумма состояний и ее свойства. Распределение частиц идеального газа по энергиям в состоянии равновесия. Молекулярные суммы состояний для отдельных форм движения (для поступательного, колебательного, вращательного, электронного).
Лекции 31,32. Вывод и анализ уравнений, связывающих основные термодинамические функции с суммой состояний. Расчеты термодинамических функций двухатомных и многоатомных газов в идеальном состоянии в приближении «жесткий ротатор-гармонический осциллятор».
Лекции 33,34. Обзорные.
СЕМИНАРЫ
Библиографический список
1. Кудряшов И.В., Каретников Г.С. , Киселева Е.В. Сборник примеров и задач по физической химии. М.: Высш. школа, 1991. 527 с. (ККК)
2. Кудряшов И.В. Задания по физической химии / МХТИ им. Д.И. Менделеева. М., 1986. 37 с. (К).
3. Никитин К.Н., Заходякина Н.А., Старостенко Е.П. Физико-химический расчет на программируемых микрокалькуляторах /Под ред. Ю.Г.Фролова; МХТИ им.Д.И.Менделеева. М., 1987. 72 с.
4. Краткий справочник физико-химических величин / Под ред.А.А. Равделя и А.М.Пономаревой. Л.: Химия, 1983. 231 с. (Р).
5. Атанасянц А.Г., Белевский С.Ф., Каретников Г.С. и др. Сборник вопросов и задач по физической химии для самоконтроля/Под ред. С.Ф.Белевского. М.: Высш.школа,1979.118 с.
Первое и второе начала термодинамики
Семинар 1, 2. Расчет работы в изобарном, изотермическом и адиабатическом процессах.
Расчет тепловых эффектов химических реакций и фазовых превращений на основании таблиц стандартных термодинамических величин. Зависимость энтальпии и внутренней энергии вещества от температуры. Зависимость теплового эффекта химической реакции от температуры. Расчет тепловых эффектов химических реакций и теплот образования веществ при заданной температуре с использованием таблиц стандартных термодинамических величин. Таблицы: [4, №№ 30,40,44].
Домашнее задание: [1, с.6З; № 22; с.66, № 1 или 2, № 5].
Семинар 3. Итоговое занятие по теме: «Первое начало термодинамики и закон Кирхгофа».
Семинар 4. Второе начало термодинамики. Изменение энтропии индивидуальных веществ в различных процессах, при фазовых превращениях и при смешении идеальных газов. Абсолютная энтропия вещества. Расчет абсолютных энтропий. Зависимость энтропии от температуры, давления, объема. Изменение энтропии в химических реакциях при заданной температуре. Таблицы: [4, №44].
Домашнее задание: [1, с.90, № 23; с.92, № 33 или 2, № 7].
Семинар 5. Энергия Гиббса (G). Энергия Гельмгольца (А). Зависимость функций G и А от температуры, давления, объема. Изменение функций G и А в различных процессах. Расчет G и А в химических реакциях. Использование таблиц стандартных термодинамических величин для расчета изменений функций G и А в различных процессах. Таблицы: [4, №44].
Домашнее задание: [1, с.92, № 38 или 2, № 8]
Семинар 6. Итоговое занятие по теме: "Второе начало термодинамики."
Фазовые равновесия в однокомпонентных системах.
Семинар 7 Расчет давления насыщенного пара по уравнению Клапейрона-Клаузиуса. Расчет температуры фазового перехода при данном давлении, теплот и энтропий фазовых переходов из экспериментальных зависимостей давления насыщенного пара от температуры.Таблицы: [4, №№ 21-27]
.Домашнее задание: [1, с. 166, № 1 или 2, № 9].
Семинар 8 Итоговое занятие по теме "Фазовые равновесия в однокомпонентных системах".
Химическое равновесие
Семинар 9. Расчет констант равновесия из экспериментальных равновесных давлений, концентраций, степеней превращений. Расчет равновесной концентрации при заданной константе равновесия с учетом влияния давления и концентрации инертного газа. Расчет степени термической диссоциации.
Домашнее задание: [1, с.283, № 1 или 2, № 13].
Семинар 10. Расчет химического сродства реагирующих веществ по уравнению изотермы реакции при Т=298 К. Расчет константы равновесия при заданной температуре по уравнению изобары реакции. Расчет стандартного химического сродства при заданной температуре по термическим данным.
Методы расчета константы химического равновесия простых и сложных реакций. Расчет термодинамических параметров химических реакций из экспериментальных зависимостей Ка = f(T). Расчет химического равновесия в гетерогенных системах
Домашнее задание: [1, с.285, № 4; с. 284, № 2; с.288, № 5; с.289, № 8 или 2, № 14,15].
Семинар 11. Итоговое занятие по теме: «Химическое равновесие».
Спектроскопические методы определения молекулярных постоянных. Элементы статистической термодинамики.
Семинар 12. Определение момента инерции, колебательной постоянной, коэффициента ангармоничности, энергии диссоциации двухатомных молекул из экспериментальных данных. Колебательные спектры многоатомных молекул.
Таблицы: [ 4, № 105-110];
Домашнее задание: [1, с.41, № 1 (кроме п.7) или 2, № 2].
Семинар 13. Расчет сумм состояний и распределения двухатомных молекул по вращательным, колебательным и электронным уровням при различных температурах. Статистический расчет термодинамических параметров двухатомных идеальных газов. Применение таблиц функций Эйнштейна для линейного гармонического осциллятора и таблиц молекулярных констант.
Таблицы: [ 4, № 46, 105-110];
Домашнее задание: [1, с.122, № 1 (Т=1000 К) или 2, № 4]
Cеминар 14. Итоговое занятие по теме «Спектральные методы определения молекулярных постоянных. Элементы статистической термодинамики».
ПЕРЕЧЕНЬ
ключевых вопросов, знание которых является обязательными для студентов,
сдающих экзамен по курсу физической химии
Первое начало термодинамики и его приложения
1. Первое начало термодинамики, функции состояния и функции процесса. Работа и теплота процесса.
2. Закон Гесса. Обоснование закона Гесса при помощи первого начала термодинамики. Связь тепловых аффектов химических реакций при постоянном давлении и при постоянном объеме.
3. Тепловые эффекты химических реакций. Теплоты образования. Теплоты сгорания.
4. Внутренняя энергия и энтальпия термодинамической системы. Связь между ними. Зависимость внутренней энергии и энтальпии системы от температуры.
5. Зависимость теплового эффекта химической реакции от температуры. Вывод и анализ уравнения Кирхгофа. Интегрирование уравнения Кирхгофа : приближенное ( Ср = const) и уточненное ( Ср = f (T))
6. Теплота испарения жидкости. Ее зависимость от температуры.
7. Применение таблиц стандартных термодинамических величин (Н f, 298, Нсгор. 298, Сро) для расчета тепловых эффектов химических реакций при различных температурах.
Второе начало термодинамики
1. Самопроизвольные и несамопроизвольные, обратимые и необратимые процессы. Формулировки начала термодинамики для бесконечно малого и конечного изменений состояния системы.
2. Энтропия. Свойства энтропии, изменения энтропии в различных процессах.
3. Энтропия как критерий направленности самопроизвольных процессов и условия равновесия в изолированных системах.
4. Энергия Гиббса и энергия Гельмгольца. Применение термодинамических потенциалов для определения состояния.
5. Максимальная работа обратимого процесса. Температурный коэффициент максимальной работы. Вывод и анализ уравнения Гиббса-Гельмгольца.
6. Влияние температуры и давления на энергию Гиббса и энергию Гельмгольца.
7. Методы расчета GTo , ATo , STo химических реакций. Применение таблиц стандартных термодинамических величин.
8. Постулат Планка.
9. Расчет абсолютных энтропий индивидуальных веществ при различных температурах в различных агрегатных состояниях.
10. Химический потенциал. Условия самопроизвольного протекания процесса и равновесия, выраженные через химический потенциал.
11. Статистическое истолкование второго начала термодинамики.
Термодинамическая теория фазовых равновесий
1. Общая характеристика равновесия в гетерогенных системах. Понятия фаза, компонент, термодинамическая степень свободы.
2. Вывод и анализ правила фаз Гиббса. Его применение.
3. Фугитивность (летучесть) и активность газа. Методы их расчета.
4. Методы определения давления насыщенного пара над жидкостью.
5. Термодинамика фазовых равновесий в однокомпонентных системах. Вывод и
анализ уравнения Клапейрона-Клаузиуса.
6. Зависимость давления насыщенного пара над жидкостью и твердым веществом от температуры. Анализ уравнения.
7. Зависимость температуры плавления вещества от давления.
8. Интегральные формы уравнения Клапейрона-Клаузиуса
9. Применение уравнения Клапейрона-Клаузиуса для вычисления давления насыщенного пара, теплот и энтропии фазовых превращений.
Термодинамическое учение о реакционной способности и химическое равновесие
1. Признаки и условия истинного химического равновесия. Термодинамическое условие химического равновесия
2 . Закон действующих масс и его термодинамическое обоснование
3. Константа химического равновесия и основные формы ее выражения для идеальных и реальных систем (через концентрации, активности, давления, фугитивности). Связь между константами равновесия.
4. Химическое сродство и стандартное химическое сродство Энергия Гиббса и энергия Гельмгольца химической реакции. Их расчет для химической реакции. Вывод и анализ уравнения изотермы химической реакции Вант-Гоффа.
5. Зависимость химического равновесия от температуры Вывод и анализ уравнений изобары и изохоры Вант - Гоффа.
6. Интегрирование уравнения изобары Вант-Гоффа. Разобрать случаи, когда тепловой эффект реакции не зависит от температуры и зависит от температуры.
7. Влияние различных факторов на химическое равновесие на примерах конкретных реакций. Как влияет температура, концентрация реагентов, общее давление на смещение химического равновесия и на равновесный выход продукта.
8. Химическое равновесие в гетерогенных системах. Закон действующих масс и его термодинамическое обоснование.
9. Методы расчета тепловых эффектов химических реакций по данным о химическом равновесии.
10. Экспериментальные методы изучения химических равновесий.
11. Методы расчета стандартного химического сродства и констант химического равновесия на основании данных справочника.
Спектроскопическое исследование энергетического состояния молекул.
Методы определения молекулярных постоянных
1. Общая характеристика молекулярных спектров. Их классификация, природа возникновения, области применения.
2. Законы поглощения света Ламберта – Бугера - Бера. Причины отклонения от законов поглощения.
3. Вывод уравнения для волнового числа перехода во вращательном и колебательном спектрах поглощения двухатомных молекул.
4. Вывод уравнения для волновых чисел Г- и Р-ветвей в колебательно-вращательных спектрах поглощения двухтомных молекул.
5. Определение моментов инерции, межъядерных расстояний, энергии диссоциации, колебательных постоянных, коэффициентов ангармоничности из спектральных данных.
6. Основные представления о колебаниях и колебательных спектрах поглощения многоатомных молекул. Число колебательных степеней свободы. Типы колебаний. Характеристические колебания.
7. Спектры комбинационного рассеяния. Механизм их возникновения и области применения.
Элементы статистической термодинамики
1. Термодинамическая вероятность и ее свойства. Анализ уравнения Больцмана-Планка.
2. Законы распределения молекул по квантовым состояниям для различных форм движения.
3. Поступательная, вращательная, колебательная и электронная составляющая суммы состояний. Зависимость их от природы вещества и температуры для идеального газа.
4. Вывод и анализ уравнения, связывающего внутреннюю энергию и теплоемкость газа с суммой состояний.
5. Вывод уравнения, связывающего абсолютную энтропию газообразного вещества с молекулярными константами и молекулярной суммой состояний.
6. Вывод и анализ уравнений, выражающих зависимость энергии Гиббса, энергии Гельмгольца, приведенной энергии Гиббса (ФТ= (GoT - HoT)/Т ) с молекулярными константами и суммой состояний газообразного вещества.