Программа дисциплины ен. В физическая химия для студентов направления направление 150700 «Физическое материаловедение» специальность

Вид материала

Программа дисциплины

Содержание Программа дисциплины 150702 «Физика металлов» 1. Цели и задачи дисциплины. 2. Требования к уровню освоения содержания дисциплины. 3. Содержание дисциплины 3. ФАЗОВОЕ, ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ (6 часов) 4. ТЕРМОДИНАМИКА РАСТВОРОВ (6 часов) 5. ФОРМАЛЬНАЯ КИНЕТИКА (6 часа) 6. ОКИСЛИТЕЛЬНО – ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ РАВНОВЕСИЯ (2 часа) 7. ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ И АДСОРБЦИЯ (6 часов) 3.2 Практические и семинарские занятия 3.3 Лабораторный практикум 3.6. Самостоятельная работа 4.1. Рекомендуемая литература

Подобный материал:

• Программа дисциплины теоретическая физика (Статистическая физика) для студентов специальности, 92.09kb.
• Программа дисциплины ен. Ф. 8 Органическая химия для студентов направления 150600 «Материаловедение, 98.97kb.
• Учебно-методический комплекс по дисциплине опд. Ф. 01. 01 «Начертательная геометрия., 480.75kb.
• Программа дисциплины ен. Ф. 09. Физическая и коллоидная химия для студентов направления, 154.49kb.
• Рабочая программа дисциплины «физическое материаловедение полупроводников-1», 98.52kb.
• Рабочая программа дисциплины «физическая химия», 80.79kb.
• Рабочая программа дисциплины (модуля) «математический анализ», 424.74kb.
• Программа дисциплины опд. Ф. 01 Неорганическая химия для студентов специальности 020101, 373.27kb.
• Рабочая программа дисциплины (модуля) «Уравнения математической физики», 266.58kb.
• Программа дисциплины опд ф. 12. Методика преподавания химии для студентов специальности, 140.35kb.

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию



ОБНИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ (ИАТЭ)

	УТВЕРЖДАЮ
	Проректор по учебной работе С.Б. Бурухин
	“______”____________ 200__ г.

ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ


ЕН.В.1.1. ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ


для студентов направления направление 150700 «Физическое материаловедение»

специальность 150702 «Физика металлов»


Форма обучения: очная


Объем дисциплины и виды учебной работы по очной форме в соответствии с учебным планом

Вид учебной работы	Всего часов	Семестры
		3	4
Общая трудоемкость дисциплины	150		150
Аудиторные занятия	68		68
Лекции	34		34
Практические занятия и семинары	34		34
Лабораторные работы
Курсовой проект (работа)
Самостоятельная работа	82		82
Расчетно-графические работы
Вид итогового контроля (зачет, экзамен)			экзамен

Обнинск 2008

Программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования для студентов направления по направлению подготовки 150700 «Физическое материаловедение» специальности 150702 «Физика металлов»


Программу составили:


___________________С.Б. Бурухин, кандидат химических наук, доцент кафедры Общей и специальной химии


Программа рассмотрена на заседании кафедры общей и специальной химии (протокол № 72 от 19.12.2008 г.)


Заведующий кафедрой

Общей и специальной химии, профессор


___________________ В.К.Милинчук


“____”_____________ 2008 г.


СОГЛАСОВАНО

Начальник Учебно – методического управления ___________________ Ю.Д. Соколова

Декан факультета естественных наук, доцент ___________________ Н.Б.Эпштейн “____”_____________ 2008 г.

1. Цели и задачи дисциплины.


Физическая химия представляет собой теоретический фундамент современной химии. Физическая химия, опираясь на фундаментальные законы физики и используя результаты физико-химических экспериментов, исследует свойства веществ и химические реакции в совокупности с сопутствующими им физическими явлениями. Она изучает также влияние внешних воздействий на свойства веществ, на химические и фазовые равновесия, на скорость протекания химических реакций. Ее целью является определение возможности протекания химической реакции в заданном направлении, ее скорость, выход продуктов в зависимости от условий процесса и свойств, участвующих в нем веществ. Поэтому физико-химические теории химических процессов используют для решения самого широкого круга современных научных и технических проблем.

Преподавание физической химии в университетах ставит своей главной целью раскрыть смысл основных законов, научить студента видеть области применения этих законов, четко понимать их принци­пиальные возможности при решении конкретных задач.

Основные разделы современной физической химии — химическая и статистическая термодинамика, химическая кинетика, катализ, электрохимия.


2. Требования к уровню освоения содержания дисциплины.


В результате изучения дисциплины студент должен

знать: фундаментальные вопросы и проблемы классической физической химии, Обладать развитым естественно-научным мировоззрением;

уметь: анализировать системы с фазовыми и химическими превращениями. Освоить термодинамический метод для решения физико-химических задач, связанных с превращениями различных видов энергии, уметь определять направление самопроизвольного протекания физико-химических процессов их скорость, условия и параметры равновесия.

иметь навыки: применения физико-химического подхода при рассмотрении различных задач. Располагать навыками проведения теоретических расчетов фазовых и химических равновесий, расчета кинетических параметров процессов, работы с химической литературой.


3. Содержание дисциплины


3.1. Лекции


1. ВВОДНАЯ ЛЕКЦИЯ (2 часа)


2. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕРМОДИНАМИКИ (6 часа)


2.1. Термодинамическая система. Параметры и функции состояния термодинамической системы. Формы обмена энергией термодинамической системы с окружающей средой. Выражение количества работы через параметры состояния термодинамической системы. Термодинамический процесс. Обратимые и необратимые процессы. Равновесные и неравновесные процессы. Самопроизвольный процесс. Классификация термодинамических процессов в зависимости от условий их проведения.


2.2. Первый закон термодинамики. Обмен энергией в форме работы и теплоты. Понятия: внутренняя энергия, энтальпия. Обмен энергией в форме теплоты. Изобарная и изохорная теплоёмкости. Вывод уравнения состояния идеального газа (с применением первого закона термодинамики) при адиабатическом расширении.


2.3.Термохимия. Закон Гесса и следствия из закона Гесса. Теплоты образования и теплоты сгорания. Расчёт тепловых эффектов физико-химических процессов.

Зависимость тепловых эффектов химических реакций от температуры. Закон Кирхгофа. Экспериментальное определение тепловых эффектов химических процессов.


2.4. Самопроизвольные и не самопроизвольные процессы. Второе начало термодинамики. Теорема Карно-Клаузиуса. Принцип существования энтропии. Принцип возрастания энтропии. Энтропия и термодинамическая вероятность. Уравнение Больцмана. Расчёт изменения энтропии в изотермическом, изобарном и изотермическом процессах. Постулат Планка. Абсолютная энтропия. Зависимость энтропии от температуры. Расчёт энтропии при различных температурах.


2.5. Характеристические функции и термодинамические потенциалы. Фундаментальное уравнение термодинамики. Соотношения Максвелла. Энергия Гиббса и Гельмгольца. Критерии равновесия и самопроизвольного протекания процессов. Энтальпийный и энтропийный фактор. Полезная работа. Уравнения Гиббса-Гельмгольца. Химический потенциал. Связь химического потенциала с другими термодинамическими потенциалами.


2.6. Основные понятия термодинамики идеальных и реальных газов. Вывод уравнения для расчёта химического потенциала идеального газа. Уравнение для расчёта химического потенциала реального газа. Метод Льюиса. Фугитивность. Коэффициент активности. Расчёт коэффициента активности через параметры состояния реальных газов.


3. ФАЗОВОЕ, ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ (6 часов)


3.1. Фаза. Условия фазового равновесия. Правило фаз Гиббса. Понятия: независимый компонент, вариантность системы. Равновесные соотношения при фазовых переходах (уравнение Клаузиуса-Клапейрона). Вывод уравнений линий фазового равновесия твёрдоежидкое; жидкоегаз; твёрдоегаз для фазовой диаграммы воды. Фазовые диаграммы. Фазовые диаграммы одно- и двухкомпонентных систем. Фазовые переходы первого рода. Фазовые переходы второго рода. Коэффициенты изотермической сжимаемости и термического расширения. Уравнения Эренфеста.


3.2. Химическое равновесие. Закон действующих масс. Константа равновесия. Химическое равновесие в гетерогенных системах. Уравнение изотермы химической реакции (уравнение Вант-Гоффа). Влияние температуры на химическое равновесие. Уравнения изохоры и изобары химической реакции (вывод). Расчёты химических равновесий. Метод Тёмкина-Шварцмана. Влияние на химическое равновесие. Принцип Ле-Шателье. Тепловая теорема Нернста (её следствия). Третее начало термодинамики. Химическое сродство. Стандартный изобарный потенциал образования.


4. ТЕРМОДИНАМИКА РАСТВОРОВ (6 часов)


4.1. Классификация растворов. Способы выражения состава растворов. Газовые растворы (смеси). Парциальные мольные величины. Способы определения парциальных мольных величин. Метод отрезков. Термодинамика процесса смешения газов. Уравнение для химического потенциала компонента идеальной газовой смеси.

4.2. Растворы нелетучих растворённых веществ. Термодинамика процесса растворения. Идеальные растворы. Закон Рауля. Отклонения от закона Рауля. Уравнения Гиббса-Дюгема и Гиббса-Дюгема-Маргулиса. Бесконечно разбавленные растворы. Закон Генри. Растворимость газов в жидкостях. Коллигативные свойства. Изменение температур кипения и замерзания растворов нелетучих веществ. Эбуллиоскопическая и криоскопическая постоянные. Осмотическое давление. Закон Вант-Гоффа.


4.3. Свойства смесей жидкостей. Состав насыщенного пара жидких смесей. Законы Коновалова.


4.4. Свойства растворов сильных электролитов. Отличие физико-химических свойств и способов описания растворов сильных электролитов от растворов слабых электролитов. Термодинамика растворов сильных электролитов. Активность электролитов в водных растворах. Средний ионный коэффициент активности. Ионная сила растворов. Правило ионной силы. Равновесие в растворах малорастворимых веществ. Произведение растворимости.


4.5. Ограниченно-растворимые жидкости. Фазовые диаграммы ограниченно-растворимых жидкостей. Правило Алексеева. Экстракция. Закон распределения. Уравнения для однократной и дробной экстракции.


5. ФОРМАЛЬНАЯ КИНЕТИКА (6 часа)


Кинетическая классификация химических реакций. Молекулярность и порядок химических реакций. Скорость химической реакции. Кинетические уравнения необратимых реакций 1,2,3 порядков. Сложные реакции. Кинетическое уравнение обратимой химической реакции первого порядка. Кинетическое уравнение параллельных химических реакций первого порядка. Кинетическое уравнение последовательных (консекутивных) реакций. Порядок химической реакции. Методы определения порядков химических реакций. Метод выделения Оствальда (концентрационный и временной варианты) Понятия об автокатализе и автоингибировании. Влияние температуры на скорость химической реакции. Энергия активации. Уравнение Аррениуса. Кинетика гетерогенных химических процессов. Определение кинетических параметров.


6. ОКИСЛИТЕЛЬНО – ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ РАВНОВЕСИЯ (2 часа)


Гомогенные и гетерогенные окислительно-восстановительные равновесия. Изменение изобарного потенциала при течении окислительно-восстановительных реакций (ОВР). Осуществление ОВР в электрохимических элементах. Величина и знак электродного потенциала по Нернсту. Вычисление стандартных электродных потенциалов из термодинамических данных. Изменение энергии Гиббса при течении окислительно-восстановительных реакций (ОВР). Возможность измерения G, H и S ОВР в гальванических элементах.


7. ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ И АДСОРБЦИЯ (6 часов)


Энергетические характеристики поверхностей раздела фаз. Поверхностная энергия и обусловленные ею процессы. Поверхностное натяжение. Зависимость поверхностного натяжения от природы вещества, температуры, теплоты испарения. Правило Антонова. Адсорбция. Термодинамическое рассмотрение поверхностей раздела фаз. Уравнение адсорбции Гиббса. Явления физической адсорбции и хемосорбции. Сходство и отличия. Мономолекулярная адсорбция. Изотермы адсорбции Лэнгмюра и Генри. Полимолекулярная адсорбция. Уравнение Брунауэра-Эммета-Теллера (уравнение БЭТ). Уравнение Фрейндлиха.


3.2 Практические и семинарские занятия

Раздел(ы)	Тема практического или семинарского занятия	Литература	Число часов
2	Первый закон термодинамики. Термохимия Зависимость внутренней энергии от температуры и объема. Работа расширения идеального газа при различных процессах. Вычисление тепловых эффектов химических реакций. Тепловые эффекты реакций в растворах. Зависимость теплового эффекта химической реакции от температуры.	[1-5]	4
2	Второй закон термодинамики Расчет изменения энтропии в различных равновесных процессах. Энтропия в неравновесных процессах	[1-5]	4
3	Фазовые равновесия Правило фаз Гиббса. Уравнение Клапейрона-Клаузиуса. Его применение к фазовым равновесиям в однокомпонентных системах. Фазовая диаграмма воды.	[1-5]	4
3	Химические равновесия Расчет константы равновесия по таблицам стандартных термодинамических величин. Связь между Кр, Кс, КN. Зависимости константы равновесия от температуры. Уравнение изобары и изохоры.	[1-5]	4
4	Коллигативные свойства растворов неэлектролитов. Относительное понижение давления пара растворителя над раствором, понижение температуры замерзания раствора, повышение температуры кипения раствора, осмотическое давление. Использование коллигативных свойств растворов для расчета коэффициентов активности и определения молярной массы растворенных веществ.	[1-5]	2
5	Основные понятия и определения химической кинетики. Кинетика односторонних реакций разных порядков.	[6,7]	2
5	Способы определения порядка реакции из опытных данных.	[6,7]	2
5	Зависимость скорости реакции от температуры.	[6,7]	2
5	Сложные реакции. Обратимые реакции. Параллельные реакции. Последовательные реакции.	[6,7]	2
4	Активность и коэффициент активности электролита и иона. Средняя ионная активность и средний ионный коэффициент активности. Ионная сила раствора. Теория Дебая-Хюккеля. Применение теории Дебая-Хюккеля для расчета среднего ионного коэффициента активности (первое, второе и третье приближения).	[8,9]	4
7	. Поверхностные явления и адсорбция	[10]	4

3.3 Лабораторный практикум


“Не предусмотрен”.


3.4. Курсовые проекты (работы)


“Не предусмотрены”.


3.5 Формы текущего контроля

Раздел(ы)	Форма контроля	Неделя
1,2	Контрольная работа	5
3,4,5	Коллоквиум	14

3.6. Самостоятельная работа


1. Явление коррозии. Химическая коррозия. Электрохимическая коррозия.

Термодинамика электрохимической коррозии. Способы борьбы с коррозией

(легирование, нанесение покрытий, катодная и протекторная защита, изменение состава

коррозионной среды). Способы нанесения защитных покрытий. [8]

(коллоквиум)


4.1. Рекомендуемая литература


4.1.1. Основная литература


1. Стромберг А.Г., Семченко Д.П. Физическая химия. - М.: Высшая школа, 2003. – 527 с.- 25 экз.

2. Карякин Н.В. Основы химической термодинамики. - М.: Издательский центр «Академия», 2003. – 462 с.- – 31 экз.

3. Еремин В.В, Каргов С.И., Успенская И.А., Кузьменко Н.Е., Лунин В.В. Задачи по физической химии. М.: Издательство «Экзамен», 2005- 480 с. – 71 экз.

4. Горшков В.И., Кузнецов И.А., Основы физической химии.- М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2006. – 407с.- 30 экз.

5. Бурухин С.Б. Основные закономерности физико-химических процессов: Обнинск. ИАТЭ, 2001. - 173 с. – 200 экз.

6. Байрамов В.М. Основы химической кинетики и катализа. М.: Издательский центр «Академия»,2003. -256 с.- экз.

7. Байрамов В.М. Химическая кинетика и катализа: Примеры и задачи с решениями. М.: Издательский центр «Академия», 2003. -320 с.- 35 экз

8.Дамаскин Б.Б., Петрий О.А., Цирлина Г.А. Электрохимия.: Учеб. пособие. М.: Высш. шк., 2006- 670 с.- 25 экз.

9. Байрамов В.М. Основы электрохимии.- М.: Издательский центр «Академия», 2005. – 240с. – 25 экз.

10. Бурухин С.Б. Поверхностные явления. Обнинск. ИАТЭ, 2003. - 120 с.-


б) дополнительная литература:

11. Краснов К.С., Годнев И.Н., Васильева В.Н. и др.//Под ред. К.С.Краснова. Фи­зическая химия.- М.: Высшая школа.- 1995.

12.Киреев В.А. Курс физической химии.- М.: Химия, 1975- 775с.

 13. Эмануэль Н.М., Кнорре Д.Г. Курс химической кинетики. М.: Высш. школа -1984- 400 с.

14. Курс физической химии. Под ред. Я.И. Герасимова. Т. 2. М.: .: Химия -1973.-624 с.


4.2. Средства обеспечения освоения дисциплины


Презентация некоторых тем в Power Point.


5. Материально-техническое обеспечение дисциплины


“Не предусмотрена”.