Программа курса «физическая и коллоидная химия»




Скачать 110.82 Kb.
НазваниеПрограмма курса «физическая и коллоидная химия»
Дата15.12.2012
Размер110.82 Kb.
ТипПрограмма курса


БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ХИМИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ


Утверждено на заседании Утверждено на заседании

методической комиссии кафедры физической химии

химического факультета

протокол № 1 от 22.09.2005 протокол № 1 от 01.09.2005

Председатель метод. комиссии Зав. кафедрой физ. химии


_________________________ ______________________________

профессор Т.Н. Воробьева профессор В.В. Паньков


УТВЕРЖДАЮ

Декан химического факультета


___________________ В.В. Паньков


« »_______________ 2005 г.


ПРОГРАММА

КУРСА «ФИЗИЧЕСКАЯ И КОЛЛОИДНАЯ ХИМИЯ»

для студентов 2-го курса географического факультета

специальности I 51 01 01 – Геология и разведка полезных ископаемых


лекции – 28 час., лабораторные – 26 час.

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА


Курс «Физическая и коллоидная химия» (лекции – 28 ч, лабораторные – 26 ч) предназначен для студентов 2-го курса георафического факультета по специальности I 51 01 01. “Геология и разведка полезных ископаемых” и читается в 4-м семестре (форма отчетности – экзамен).

Цель курса: на основе теоретического аппарата и экспериментальных методов физики показать взаимосвязь физических и химических явлений в макроскопических системах и физико-химические особенности эволюции дисперсно-коллоидных систем.

В курсе физической и коллоидной химии излагаются основы учений о химическом равновесии, скоростях и механизмах химических реакций, их взаимосвязи с электрическими явлениями, учений о дисперсно-коллоидных системах и поверхностных явлений на границе раздела фаз.

Современная физическая химия является мощным инструментом исследования процессов в геологических системах, поэтому студенты географического факультета должны хорошо усвоить основные идеи и законы этой науки. Минералогические исследования, особенно в части научного осмысливания геологических наблюдений, невозможны без широкого использования богатого арсенала методов физической химии. Круг вопросов, решаемых с помощью этих методов, непрерывно расширяется: от изучения минерального состава и метасоматической зональности на основе парагенетического анализа до сложных энергетических расчетов с помощью стандартных величин термодинамических функций. Физическая химия неразрывно связана с геологией. Использование термодинамического анализа в геологии плодотворно для совершенствования его теоретических и методологических основ, ибо процессы минералообразования представляют собой прекрасную лабораторию, позволяющую наиболее строго и полно проверять справедливость геологических построений на основе физико–химических методов. Для геологии очень важно знать закономерности протекания геохимических реакций, влияние температуры и давления на скорость процессов, таких, например, как аллотропное превращение графита в алмаз и многих других, определять кинетические возможности протекания реакций. Знание законов химической кинетики помогает геохимикам рассчитывать периоды полураспада радиоактивных элементов в минералах и солях, анализировать реакции радиоактивного распада, реакции разложения и растворения сложных веществ (карбонатов, кристаллогидратов ) при их нагревании. Знание законов электрохимии помогает геологам определять и сравнивать подвижности и активности различных ионов, рассчитывать произведение растворимости в насыщенном растворе соли, вычислять концентрацию водородных ионов, что играет большую роль при установлении генезиса минеральных вод. Значение коллоидной химии для современных геологических и минералогических исследований также огромно. Для геологов очень важным является изучение процессов сорбции, явлений смачивания и растекания, классификации и строения коллоидных систем. Изучение геологами коллоидной химии необходимо для понимания таких процессов, как флотация, избирательная адсорбция и т.п. Коллоидные системы и процессы имеют немаловажное значение для метеорологических явлений, при образовании горных пород и минералов. Весьма важны закономерности коллоидной химии при создании на базе минерального сырья новых технических материалов.

Изложение курса ставит задачу выработки у будущих специалистов грамотного подхода к решению теоретических и практических задач, умелого выбора экспериментальных физико-химических методов исследований, способов обработки полученных результатов измерений и их представления. Знание теоретической части курса закрепляется на лабораторном практикуме, который знакомит студентов с основными экспериментальными методами физической и коллоидной химии.

Курс «Физическая и коллоидная химия» неразрывно связан с курсами «Общая химия» и «Аналитическая химия»и дисциплинами специальности “Геология и разведка полезных ископаемых”, читаемых студентам географического факультета.

СОДЕРЖАНИЕ КУРСА

ВВЕДЕНИЕ

Предмет физической химии. Задачи и методы исследования физической химии. Роль физической химии в геологии.


1. ОСНОВЫ ТЕРМОДИНАМИКИ

Основные термодинамические понятия и определения: система, типы систем, термодинамические параметры, функции состояния и процесса. Равновесные и неравновесные, обратимые и необратимые процессы. Уравнения состояния.

Законы идеальных газов.

Первый закон термодинамики. Основные формулировки и его аналитическое выражение. Внутренняя энергия системы, ее определение и свойства. Теплота и работа как формы передачи энергии. Работа расширения при различных процессах. Максимальная работа изотермического, изобарического и адиабатического расширения идеального газа.

Энтальпия, ее свойства, зависимость от температуры. Термохимия, закон Гесса, измерение и вычисление тепловых эффектов химических реакций. Стандартное состояние вещества. Стандартные теплоты образования и теплоты сгорания веществ и их значение в термохимических расчетах.

Теплоемкость и ее зависимость от температуры. Теплоемкость идеальных газов. Зависимость теплового эффекта химической реакции от температуры, уравнение Кирхгофа. Различные приближения при расчете теплового эффекта реакции при заданной температуре.

Значение первого закона термодинамики при изучении геологических процессов.

Второй закон термодинамики, его основные формулировки и аналитические выражения. Энтропия, ее определение и свойства. Вычисление изменения энтропии в закрытой системе при различных равновесных процессах. Изменение энтропии как критерий возможности протекания самопроизвольных процессов в изолированных системах. Расчет изменения энтропии в химических реакциях.

Постулат Планка, расчет абсолютного значения энтропии твердых, жидких и газообразных веществ.

Термодинамические функции: свободная энергия Гиббса и свободная энергия Гельмгольца. Их определение, свойства, связь с работой. Свободные энергии Гиббса и Гельмгольца как характеристические функции системы. Расчет изменений энергии Гиббса в химических реакциях. Связь между максимальной полезной работой и тепловым эффектом реакции (уравнение Гиббса-Гельмгольца).

Изменение термодинамических функций при изменении масс компонентов в системе. Понятие о химическом потенциале. Химический потенциал идеальных и реальных систем. Активность и летучесть.


2. ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ

Условия равновесия химической реакции. Закон действующих масс. Способы выражения констант равновесия химических реакций. Связь между константами равновесия, выраженными через активность, концентрации, парциальные давления и мольные доли. Уравнение изотермы химической реакции. Анализ условий равновесия и самопроизвольного протекания химической реакции. Связь стандартного изменения энергии Гиббса реакции с константой равновесия.

Влияние температуры на химическое равновесие, уравнения изобары и изохоры химической реакции Вант-Гоффа. Влияние температуры и давления на смещение химического равновесия, принцип Ле-Шателье. Расчет константы равновесия на основе стандартных термодинамических величин.


3. ФАЗОВЫЕ РАВНОВЕСИЯ И УЧЕНИЕ О РАСТВОРАХ

Условия термодинамического равновесия между фазами. Понятия фазы, компонента, степени свободы. Правило фаз Гиббса.

Связь между теплотой фазового перехода, температурой и давлением (уравнение Клаузиуса-Клапейрона). Зависимость температуры плавления вещества от внешнего давления. Температурные зависимости давления насыщенного пара и энтальпии парообразования вещества. Применение правила фаз к разбору диаграмм состояния однокомпонентных систем. Диаграммы состояния воды, серы, фосфора.

Применение правила фаз к двухкомпонентным системам. Растворы, виды растворов, способы выражения концентраций. Идеальные растворы. Давление пара растворителя над раствором, закон Рауля. Температуры затвердевания и кипения растворов, криоскопия и эбулиоскопия.

Растворы газов в жидкостях. Закон Генри. Влияние давления и температуры на растворимость газов в жидкостях.

Растворы жидкостей в жидкостях. Физико-химический анализ двухкомпонентных систем. Давление пара над идеальными растворами. Диаграммы: давление пара — состав пара, состав раствора; температура кипения — состав пара, состав раствора. Изотермическая перегонка.

Реальные системы, положительные и отрицательные отклонения от закона Рауля. Законы Коновалова. Азеотропные смеси. Вид диаграмм для реальных систем: давление пара — состав пара, состав раствора.

Ограниченная взаимная растворимость жидкостей. Влияние температуры на растворимость. Давление пара над системой из взаимно нерастворимых жидкостей. Перегонка с водяным паром.. Распределение растворенного вещества между двумя жидкими фазами. Метод экстракции.

Равновесие кристаллы — жидкость. Растворимость твердых веществ в жидкостях, уравнение Шредера. Диаграммы плавкости двухкомпонентных систем. Системы с неограниченной растворимостью компонентов в жидком и взаимной нерастворимостью в твердом состояниях: системы без образования химических соединений; системы с образованием химических соединений, плавящихся конгруэнтно и инконгруэнтно. Системы с неограниченной растворимостью компонентов в жидком и ограниченной взаимной растворимостью в твердом состояниях. Системы с неограниченной взаимной растворимостью компонентов в жидком и твердом состояниях. Определение состава жидкой и твердой фазы, правило рычага и его применение. Экспериментальное построение фазовых диаграмм, метод термического анализа.

Трехкомпонентные системы, концентрационный треугольник Гиббса.


4. РАСТВОРЫ ЭЛЕКТРОЛИТОВ, ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ

Свойства растворов электролитов. Изотонический коэффициент. Основные положения теории электролитической диссоциации Аррениуса, ее значение и недостатки. Закон разведения Оствальда. Причины электролитической диссоциации, гидратация, сольватация. Электролитическая теория Дебая-Гюккеля, основные положения. Активность электролитов, коэффициент активности электролитов. Средняя ионная активность и средний ионный коэффициент активности, их связь. Расчет среднего ионного коэффициента активности через ионную силу раствора.

Удельная и эквивалентная электропроводность растворов электролитов: понятие, размерность, методы экспериментального определения, зависимость от концентрации для сильных и слабых электролитов, влияние температуры. Понятие об абсолютной скорости движения ионов, подвижность ионов. Закон независимости движения ионов Кольрауша, предельная ионная электропроводность. Аномальная подвижность ионов гидроксила и гидроксония. Экспериментальное определение констант диссоциации слабых электролитов и ПР малорастворимых солей методом электропроводности. Кондуктометрическое титрование.


5. ЭЛЕКТРОДНЫЕ РАВНОВЕСИЯ, ЭЛЕКТРОДВИЖУЩИЕ СИЛЫ

Электрохимические цепи, гальванические элементы. Схема и форма записи простейшего элемента. Скачок потенциала на границе раздела фаз. Контактный и диффузионный потенциалы. Электродвижущие силы, компенсационный метод их измерения.

Электродный потенциал, зависимость от активности ионов в растворе. Стандартный электродный потенциал. Нормальный водородный электрод. Электроды сравнения. Классификация электродов: электроды первого и второго рода, газовые и окислительно-восстановительные. Уравнение Нернста для электродного потенциала и ЭДС гальванического элемента.

Правила записи и расчета ЭДС через величины электродных потенциалов. Термодинамика гальванического элемента, зависимость ЭДС от температуры.

Классификация электрохимических цепей: химические, концентрационные, окислительно-восстановительные.

Экспериментальное приложение метода ЭДС: определение среднего ионного коэффициента активности, рН растворов, термодинамических параметров химических реакций; потенциометрическое титрование.


6. КИНЕТИКА РЕАКЦИЙ, КАТАЛИЗ

Скорость химической реакции, основной постулат химической кинетики. Константа скорости реакции. Молекулярность и порядок реакции. Методы определения порядка реакции. Кинетические уравнения реакций нулевого, первого и второго порядков. Зависимость константы скорости от температуры, уравнение Аррениуса, понятие об энергии активации химической реакции. Понятие об обратимых, параллельных и последовательных реакциях.

Основные положения теории активных столкновений и теории активированного комплекса. Кинетика гетерогенных химических процессов.

Катализ. Представление о механизме действия катализаторов. Ингибиторы. Специфичность катализаторов. Влияние катализатора на скорость химической реакции. Гомогенный катализ. Автокатализ. Гетерогенный катализ, роль физической и химической адсорбции.


7. КОЛЛОИДНАЯ ХИМИЯ

Коллоидная химия как наука о поверхностных явлениях и физико-химических свойствах дисперсных систем. Классификация дисперсных систем. Основные особенности коллоидного состояния вещества — гетерогенность и большая удельная поверхность. Понятие о термодинамически неравновесных дисперсных системах.

Граница раздела фаз. Межмолекулярные взаимодействия и поверхностная энергия. Поверхностное натяжение как характеристика границы раздела фаз. Явления смачивания и растекания, краевой угол. Капиллярное давление.

Адсорбция и поверхностное натяжение. Зависимость поверхностного натяжения от концентрации поверхностно-активных и поверхностно-инактивных веществ. Уравнение адсорбции Гиббса. Уравнение мономолекулярной адсорбции Ленгмюра и теория мономолекулярной адсорбции. Адсорбция газов и паров. Теория полимолекулярной адсорбции.

Адсорбция ионов на твердых поверхностях, образование двойного электрического слоя, представления о его строении.

Пути образования коллоидных систем конденсацией и диспергированием, их очистка.

Молекулярно-кинетические свойства коллоидных систем: броуновское движение, диффузия, седиментация. Оптические свойства коллоидных систем: рассеяние и поглощение света.

Электроповерхностные свойства коллоидных систем: электрофорез, электроосмос. Строение мицелл лиофобных золей, электрокинетический потенциал. Влияние электролитов на величину электрокинетического потенциала, изоэлектрическое состояние.

Устойчивость и коагуляция коллоидных систем, пептизация. Коагуляция электролитами, правило Шульце-Гарди. Коагуляция смесью электролитов.


Примерный перечень лабораторных работ

«Основы термодинамики. Фазовые равновесия и учение о растворах.»

  1. Определение теплоты растворения соли.

  2. Определение молекулярного веса криоскопическим методом.

«Растворы электролитов, электропроводность.»

  1. Определение электропроводности электролитов.

  2. Определении степени и константы диссоциации слабых электролитов.

«Электродные равновесия, электродвижущие силы.»

  1. Определение ЭДС элемента Якоби-Даниэля.

  2. Определение рН раствора с помощью хингидронного электрода.

«Кинетика реакций.»

  1. Исследование кинетики разложения мурексида в кислой среде.

«Поверхностные явления. Коллоидная химия.»

  1. Определение поверхностного натяжения жидкостей.

  2. Электрические свойства коллоидных систем. Электрофорез в золях.

  3. Исследование коагуляции золей электролитами.


Литература

Основная

1. Киреев В.А. Краткий курс физической химии. М.: Химия, 1978. 622 с.

2. Семиохин И.А. Физическая химия. М.: МГУ, 2001. 272 с.

3. Малахова А.Я. Физическая и коллоидная химия. Мн: Высш. шк., 1981. 304 с.

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

Дополнительная

5. Горшков В.И., Кузнецов И.А. Физическая химия. М.: МГУ, 1986. 264 с.

6. Щукин Е.Д., Перцов А.В., Амелина Е.А. Коллоидная химия. М.: МГУ, 1982. 348 с.

7. Балезин С.А., Ерофеев Б.В., Подобаев Н.И. Основы физической и коллоидной химии. М.: Просвещение, 1975. 398 с.

8. Филиппов Ю.В., Попович М.П. Физическая химия. М.: МГУ, 1980. 400 с.


Программу составил

профессор кафедры физической химии, доктор химических наук, доцент А.В. Блохин



Похожие:

Программа курса «физическая и коллоидная химия» iconОбразовательное учреждение
Изучению курса предшествуют следующие дисциплины: «Химия», «Физическая и коллоидная химия», «Аналитическая химия и физико-химические...
Программа курса «физическая и коллоидная химия» iconКурсовой проект (работа)
Учебная программа составлена на основе типовой учебной программы «Физическая и коллоидная химия» для высших учебных заведений по...
Программа курса «физическая и коллоидная химия» iconАннотация примерной программы дисциплины Физическая и коллоидная химия
Физическая химия выполняет общие закономерности химических реакций и физических явлений; изучает механизм химических реакций. Конечной...
Программа курса «физическая и коллоидная химия» iconВысшего профессионального образования «алтайский государственный университет» Физическая и коллоидная химия Учебно
Рекомендовано методическим семинаром кафедры физической и коллоидной химии к изданию; предназначено для студентов 2-го курса биологического...
Программа курса «физическая и коллоидная химия» iconУчебное пособие Кемерово 2004 удк 637. 5
Изучение дисциплины базируется на знаниях и умениях, полученных студентами при изучении естественно научных, общепрофессиональных...
Программа курса «физическая и коллоидная химия» iconФизическая и коллоидная химия типовая учебная программа для высших учебных заведений по специальности
Ректор Государственного учреждения образования «Республиканский институт высшей школы»
Программа курса «физическая и коллоидная химия» iconПримерная программа наименование дисциплины физическая и коллоидная химия рекомендуется по специальности 060301«Фармация»
Учебно-методическое объединение по медицинскому и фармацевтическому образованию вузов росии
Программа курса «физическая и коллоидная химия» iconПрограмма вступительного испытания в магистратуру по направлению «Химия»
«Неорганическая химия», «Органическая химия», «Физическая химия», «Химия окружающей среды»
Программа курса «физическая и коллоидная химия» iconТ. П. Перкель физико-химические и биохимические основы производства мяса и мясных продуктов
Изучение дисциплины базируется на знаниях и умениях, полученных студентами при изучении естественно научных, общепрофессиональных...
Программа курса «физическая и коллоидная химия» iconСправочник по виноделию / Под ред. Г. Г. Валуйко, В. Т. Косюры. 2-е изд., перераб и доп. Симферополь : Таврида, 2000. справочник
Химическая технология высокомолекулярных соединений, органическая, физическая и коллоидная химия
Разместите кнопку на своём сайте:
Библиотека


База данных защищена авторским правом ©lib.znate.ru 2014
обратиться к администрации
Библиотека
Главная страница