Geum.ru

Программа курса лекций (3 курс, 6 сем, 24 ч лекций + 8 ч семинаров, экзамен) к ф. м н. Чернышев Андрей Витальевич I. Равновесная химическая термодинамика

Вид материалаПрограмма курса

Содержание


3. Теория химического равновесия.
5. Равновесие в системе неидеальных газов.
6. Теория равновесия гетерогенных систем.
8. Термодинамика растворов неэлектролитов.
9. Термодинамика растворов электролитов.
10. Электрохимические элементы.
II. Химическая кинетика.
2. Формальная кинетика простых реакций.
3. Формальная кинетика сложных реакций.
4. Реакции в открытых системах.
5. Механизм элементарного химического превращения.
6. Теория переходного состояния (метод активированного комплекса).
7. Реакции в жидкости.
8. Фотохимические реакции.
9. Радиационно-химические реакции.
Подобный материал:

Химическая кинетика и термодинамика

Программа курса лекций
(3 курс, 6 сем, 24 ч. лекций + 8 ч. семинаров, экзамен)


к.ф.-м.н. Чернышев Андрей Витальевич

I. Равновесная химическая термодинамика.

1. Основы классической термодинамики. Основные понятия. Первое начало термодинамики. Энтропия. Второе и третье начала термодинамики. Термодинамические потенциалы. Термодинамические соотношения между величинами. Химический потенциал.

2. Термодинамическое описание химических процессов. Химическая переменная. Стандартные состояния и стандартные условия. Стандартные термодинамические величины образования веществ. Энергия связи. Закон Гесса.

3. Теория химического равновесия. Полезная работа химической реакции. Направление самопроизвольного химического процесса. Условия равновесия.

4. Равновесие в системе идеальных газов. Расчет химического потенциала вещества. Химический потенциал идеального газа. Константа равновесия химической реакции.

5. Равновесие в системе неидеальных газов. Уравнение состояния реальных газов. Летучесть. Химический потенциал реального газа. Химическое равновесие в смеси реальных газов. Активность.

6. Теория равновесия гетерогенных систем. Условия равновесия в гетерогенной системе.

7. Термодинамика смесей. Однородные функции. Уравнение Гиббса-Дюгема. Функции смешения. Избыточные функции.

8. Термодинамика растворов неэлектролитов. Классификация растворов. Давление пара над раствором. Закон Рауля. Растворимость газа в жидкости. Закон Генри. Регулярные растворы. Осмотическое давление. Химическое равновесие.

9. Термодинамика растворов электролитов. Формула Борна для энергии сольватации. Уравнение Пуассона. Решение уравнения Пуассона. Коэффициент активности ионов. Теория Дебая-Хюккеля во втором приближении. Среднеионный коэффициент активности. Влияние ионной силы на степень электролитической диссоциации. Стандартное состояние ионов в растворах. Кислотно-основные равновесия. Диссоциация воды. Диссоциация кислот и оснований. Буферные растворы.

10. Электрохимические элементы. Классификация электродов. Механизм образования электродных потенциалов. Напряжение гальванического элемента. Распределение и потоки ионов через мембрану.

11. Адсорбция. Поверхностная адсорбция. Изотерма адсорбции Ленгмюра.

II. Химическая кинетика.

1. Основы химической кинетики. Основные понятия. Стехиометрическое уравнение реакции. Простые (элементарные) и сложные химические процессы, механизм реакции. Гомогенные и гетерогенные реакции. Замкнутые и открытые системы. Скорость химической реакции. Закон действующих масс. Константа скорости реакции. Температурная зависимость константы скорости. Закон Аррениуса. Аррениусовские координаты. Закон действующих масс с учетом микроскопических состояний. Тепловой эффект реакции. Эндоэргические, экзоэргические, Эндотермические и экзотермические реакции. Дифференциальное сечение реакции.

2. Формальная кинетика простых реакций. Типы элементарных реакций. Кинетика необратимых реакций первого, второго и третьего порядков. Линейные анаморфозы. Обратимая реакция первого порядка. Время установления равновесия. Связь константы скорости прямой и обратной реакции с константой равновесия. Принцип детального равновесия. Методы определения порядка реакции. Определение энергии активации.

3. Формальная кинетика сложных реакций. Математическое описание сложных реакций. Принцип независимости элементарных стадий. Последовательные и параллельные реакции. Метод квазистационарных концентраций. Лимитирующая стадия сложного процесса. Реакции в сосуде переменного объема.

4. Реакции в открытых системах. Приближение реактора идеального перемешивания. Условия применения. Основные параметры и уравнения. Необратимая реакция первого порядка в реакторе идеального перемешивания. Кинетика установления стационарного режима. Время вымывания. Реактор идеального вытеснения. Условия применения. Основные уравнения. Реакция первого порядка в реакторе идеального вытеснения.

5. Механизм элементарного химического превращения. Приближение Борна-Оппенгеймера. Поверхность потенциальной энергии. Координата реакции, зависимость потенциальной энергии от координаты реакции. Активационный барьер. Теория столкновений. Приближение твердых шаров. Сечение реакции. Частота двойных столкновений. Стерический фактор. Мономолекулярные реакции. Активация при столкновениях. Область высоких и низких давлений, протекание мономолекулярной реакции по первому и второму порядку. Обратная реакция рекомбинации, зависимость константы скорости от давления. Тримолекулярные реакции. Частота тройных столкновений.

6. Теория переходного состояния (метод активированного комплекса). Переходное состояние (активированный комплекс). Вывод формулы для константы скорости реакции. Границы применимости метода. Статистические суммы одномерного вращения, линейного и нелинейного ротатора. Числа симметрии. Поступательная и колебательная статсуммы. Электронная статсумма. Мономолекулярные реакции. Бимолекулярные реакции. Тримолекулярные реакции. Квантово-механическая формулировка метода активированного комплекса. Кинетический изотопный эффект. Роль энергии нулевых колебаний.

7. Реакции в жидкости. Основные понятия. Особенности протекания бимолекулярных реакций в жидкой фазе. Частота столкновений и частота встреч. Химическая реакция и диффузия. Эффект “клетки”. Диффузионная и кинетическая области реакции. Диффузионная константа скорости. Коэффициент относительной диффузии, реакционный радиус. Реакции между ионами. Влияние растворителя на диффузионную константу. Радиус Онзагера. Метод активированного комплекса для жидкофазных реакций. Сольватация. Влияние растворителя на кинетическую константу. Зависимость от диэлектрической проницаемости. Влияние ионной силы электролита.

8. Фотохимические реакции. Основные и возбужденные электронные состояния молекул. Поглощение света молекулами. Принцип Франка-Кондона. Закон Ламберта-Бера. Сечение поглощения, коэффициент поглощения, коэффициент экстинкции. Первичные фотохимические процессы. Квантовый выход. Флуоресценция и фосфоресценция. Внутренняя и интеркомбинационная конверсия. Вторичные процессы. Сенсибилизированные реакции. Фемтохимия. Двухквантовые процессы. Инфракрасная лазерная фотохимия.

9. Радиационно-химические реакции. Ионизирующие излучения. Доза излучения. Мощность дозы. Радиационно-химический выход. Образование быстрых электронов. Первичные радиационно-химические процессы. Ионизация и возбуждение электронным ударом. Особенности протекания радиационно-химических реакций в конденсированной фазе. Трековые эффекты. Линейная передача энергии. Термализация и сольватация заряженных частиц. Вторичные процессы. Рекомбинация ионов.

Литература

  1. Толкачев В.А.,Большаков Б.В. Химическая термодинамика. Новосибирск. НГУ, 1993.
  2. Полторак О.М. Термодинамика в физической химии. М.: Высш. шк., 1991.
  3. Еремин Е.Н. Основы химической термодинамики. М.: Высш. шк., 1974.
  4. Пригожин И., Дефэй Р. Химическая термодинамика. Новосибирск. Наука, 1966, 512 с.
  5. Мюнстер А. Химическая термодинамика. М.: Мир, 1971, 296 с.
  6. Бажин Н.М., Иванченко В.А., Пармон В.Н. Термодинамика для химиков. Ч. 1, 2. Новосибирск, НГУ, 1999.
  7. Л.Н. Красноперов. Химическая кинетика. Учебное пособие. Н.: НГУ, 1988.
  8. К.И. Замараев. Химическая кинетика. Курс лекций. Ч. 1-3. Н.: НГУ, 1994.
  9. В.Н.Кондратьев, Е.Е.Никитин, А.И.Резников и С.Я.Уманский. Термические бимолекулярные реакции в газах / М.: Наука, 1976.
  10. И.М. Эмануэль, Д.Г. Кнорре. Курс химической кинетики. М.: Высш. шк., 1975.
  11. В.Н. Кондратьев, Е.Е. Никитин. Кинетика и механизмы газофазных реакций. М.: Наука, 1974.
  12. Г. Эйринг, С.Г. Лин, С.М. Лин. Основы химической кинетики. М.: Мир, 1983.
  13. К. Лейдлер. Кинетика органических реакций. М.: Мир, 1966.