Программа дисциплины

 

Введение. Основы химической термодинамики

Предмет и задачи физической химии. Теоретические методы исследования физической химии

Возникновение, предмет и задачи физической химии. Физическая химия как теоретическая основа современной химии и производственных процессов, базирующихся на химических превращениях веществ. Теоретические методы исследования физической химии: термодинамический, молекулярно-кинетический (статистический), квантово-механический. Особенности термодинамического подхода к изучаемым процессам.

 

Общие термодинамические понятия и определения

Термодинамическая система (гомогенная, гетерогенная, изолированная, закрытая, открытая), состояние системы, экстенсивные и интенсивные свойства системы, термодинамически равновесное состояние, термодинамические процессы (самопроизвольные и несамопроизвольные, равновесные и неравновесные, обратимые и необратимые).

Внутренняя энергия и энтальпия как функции состояния системы. Теплота и работа.

 

Первый закон термодинамики. Термохимия

Первое начало термодинамики, его формулировки, аналитическое выражение, применение к изотермическим, изобарическим, изохорическим и адиабатическим процессам.

Тепловой эффект химической реакции при постоянном давлении и при постоянном объеме. Закон Гесса и следствия из него. Стандартное состояние веществ. Стандартные теплоты образования и сгорания веществ.

Теплоемкость веществ: истинная, средняя, удельная, молярная, теплоемкость при постоянном давлении и при постоянном объеме. Зависимость теплоемкости от температуры. Молярная теплоемкость идеальных газов, простых кристаллических веществ (правило Дюлонга и Пти), сложных кристаллических веществ (правило Копа и Неймана).

Зависимость теплового эффекта от температуры. Уравнение Кирхгофа, его интегрирование.

Второй и третий законы термодинамики. Направленность процессов

Второе начало термодинамики, его различные формулировки. Энтропия как функция состояния системы, ее изменение в обратимых и необратимых процессах. Аналитическая запись второго начала термодинамики. Изменение энтропии в изолированных системах и направление самопроизвольного протекания процессов в них. Статистический смысл второго начала термодинамики. Энтропия и термодинамическая вероятность системы. Формула Больцмана.

Тепловая теорема Нернста. Третье начало термодинамики. Постулат Планка и расчет абсолютных значений энтропии веществ. Изменение энтропии химической реакции.

Изобарно-изотермический (энергия Гиббса) и изохорно-изотермический (энергия Гельмгольца) потенциалы. Критерии самопроизвольного протекания процессов и условия равновесия в закрытых системах. Максимальная работа химической реакции и максимальная полезная работа. Химическое сродство. Уравнения Гиббса-Гельмгольца.

 

Растворы и растворимость

 

Общая характеристика растворов. Коллигативные свойства растворов. Растворимость

Твердые растворы (замещения, внедрения, вычитания), жидкие растворы и газовые смеси: общие понятия и определения. Способы выражения состава растворов.

Идеальные растворы. Коллигативные свойства растворов: понижение давления насыщенного пара растворителя (закон Рауля), повышение температуры кипения, понижение температуры кристаллизации, осмотическое давление жидких растворов. Неидеальные растворы. Понятия: активность, коэффициент активности, фугитивность (летучесть).

Растворимость газов в жидкостях. Закон Генри. Растворимость твердых веществ в жидкостях. Взаимная растворимость жидкостей. Парциальные и общее давление насыщенного пара смеси двух неограниченно смешивающихся жидкостей. Системы с положительным и отрицательным отклонением от закона Рауля. Состав пара смесей. Законы Коновалова. Азеотропные смеси. Перегонка жидкостей. Ограниченная растворимость жидкостей. Распределение вещества в двух несмешивающихся жидкостях. Закон распределения. Экстракция.