Реферат: Программа дисциплины ен. Ф. 09. Физическая и коллоидная химия для студентов направления 020800 «Экология и природоиспользование» специальности

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.Ф.09. ФИЗИЧЕСКАЯ И КОЛЛОИДНАЯ ХИМИЯ


для студентов направления 020800 «Экология и природоиспользование»

специальности 020803 «Биоэкология»

специализации «Экология человека»


Форма обучения: очная


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


Вид учебной работы

Всего часов

Семестры







5










Общая трудоемкость дисциплины

70

70










Аудиторные занятия

36

36










Лекции

18

18










Практические занятия и семинары

18

18










Лабораторные работы
















Курсовой проект (работа)
















Самостоятельная работа

34

34










Расчетно-графические работы
















Вид итогового контроля (зачет, экзамен)




зачет











Обнинск 2008

Программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования для студентов направления 020800 «Экология и природоиспользование» специальности 020803 «Биоэкология» специализации «Экология человека»


Программу составили:


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


___________________ А.О. Ананьева, кандидат химических наук, старший преподаватель кафедры Общей и специальной химии


Программа рассмотрена на заседании кафедры общей и специальной химии (протокол № __ от __.__.200_ 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. В свою очередь, химия является важнейшей со­ставной частью естествознания. 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 — это строение вещества, химическая и статистическая термодинамика, химическая кинетика, катализ, электрохимия.

^ Коллоидная химия – это наука о поверхностных явлениях и дисперсных системах: она выполняет роль теоретических основ гетерогенных процессов, в которых главное значение имеют поверхностные, межфазные явления. Поверхностные явления сильнее всего проявляются в системах с большой межфазной поверхностью (дисперсных системах), придавая им особые свойства и определяя условия протекания происходящих в этих системах процессов. Дисперсные системы являются типичными объектами коллоидной химии.

Проблемы охраны окружающей среды, в частности, внедрение малоотходных и безотходных технологий, очистка сточных вод и промышленных выбросов с последующей утилизацией улавливаемых отходов, комплексное использование сырья и снижение потребления ресурсов, производство которых связано с загрязнением среды, являются типичными и традиционными вопросами коллоидной химии.

Все перечисленное свидетельствует о важнейшей роли коллоидной химии в нашей жизни, что в свою очередь определяет цель изучения этой науки. Целью курса является освоение теоретических основ характеристик дисперсных систем и поверхностных явлений, получение практических навыков по основным разделам курса.


^ 2. Требования к уровню освоения содержания дисциплины.


В результате изучения дисциплины студент должен

знать: фундаментальные вопросы и проблемы классической физической химии, особенности и характеристики дисперсных систем, оптические свойства коллоидных систем, молекулярно-кинетические свойства коллоидных систем, поверхностные явления, электрические свойства коллоидных систем, методы получения коллоидных систем, классификацию, способы получения, свойства и области применения микрогетерогенных систем. 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, условия и параметры равновесия; найти научно обоснованный подход в оценке и использовании поверхностных явлений, коллоидно- химических процессов и дисперсных систем, встречающихся при решении самых разнообразных вопросов, в частности, защиты окружающей среды;

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


^ 3. Содержание дисциплины


3.1. Лекции


I. Физическая химия


1. Введение. Предмет физической химии. Основные разделы физической химии. Роль физической химии в биологии. Основные термодинамические понятия и определения (термодинамическая система, типы систем, термодинамические параметры, функции состояния и процессы). Понятие о термодинамическом равновесии. Равновесные (обратимые) и неравновесные процессы. (1 час) [1,2]

2. ^ Первый закон термодинамики. Формулировки первого закона (начала) термодинамики. Внутренняя энергия и ее свойства. Зависимость внутренней энергии от температуры и объема. Теплота и работа как формы передачи энергии. Работа расширения идеального газа при различных процессах. Энтальпия, зависимость энтальпии от температуры. Теплоемкость и ее зависимость от температуры.

Термохимия. Закон Гесса. Измерение и вычисление тепловых эффектов химических реакций. Стандартное состояние вещества и стандартные энтальпии (тепловые эффекты) реакций. Энтальпии образования и энтальпии сгорания. Тепловые эффекты реакций в растворах. Зависимость теплового эффекта химической реакции от температуры. Уравнение Кирхгофа. Значение первого закона термодинамики для изучения процессов в живых системах. (2 часа) [1,2,3,8,9]


3. ^ Второй закон термодинамики. Формулировки второго закона (начала) термодинамики. Энтропия и ее свойства. Расчет изменения энтропии в различных равновесных процессах. Энтропия в неравновесных процессах. Абсолютное значение энтропии и ее вычисление из опытных данных. Третий закон термодинамики (постулат Планка, теорема Нернста). Статистический характер второго закона термодинамики. Формула Больцмана. (2часа) [1,2,3,8,9]


4. ^ Математический аппарат термодинамики. Фундаментальные уравнения Гиббса. Основные термодинамические функции: энергия Гиббса и энергия Гельмгольца. Анализ фундаментальных уравнений для энергии Гиббса и энергии Гельмгольца. Расчет изменений энергии Гиббса и энергии Гельмгольца при протекании различных процессов.

Уравнения Максвелла и их использование для вывода разных термодинамических соотношений. Характеристические функции. Критерии самопроизвольного протекания процесса и характеристические функции. Термодинамические потенциалы, их связь с полезной работой. Стандартные энергии Гиббса образования веществ. Таблицы термодинамических величин. Расчет и экспериментальное определение изменения энергии Гиббса в химических реакциях. Уравнения Гиббса-Гельмгольца и их вывод. Применение термодинамического метода в биологии.

Химический потенциал идеальных и реальных систем. Условия равновесия и самопроизвольного протекания процессов в многокомпонентных системах. (2часа) [1,2,3,8,9]

5. ^ Применение термодинамики к фазовым равновесиям. Основные понятия и определения (гомогенная системы, компонент, степень свободы). Правило фаз Гиббса, его вывод. Фазовые переходы первого рода. Уравнение Клапейрона-Клаузиуса. Его вывод и применение к фазовым равновесиям в однокомпонентных системах. Диаграммы состояния воды и углекислого газа. Вид диаграммы состояния бинарной системы на примере системы NaCl-вода. (2 часа) [1,2,3,8,9]


6. ^ Химические равновесия. Фундаментальное уравнение Гиббса и его применение к химическим равновесиям. Химическая переменная. Уравнение изотермы химической реакции, его вывод, анализ условий равновесия и самопроизвольного протекания химической реакции, связь константы равновесия химической реакции и энергии Гиббса ее использование при расчетах химических равновесий. Экспериментальное определение и расчет константы равновесия по таблицам стандартных термодинамических величин. Связь между Кр, Кс, КN. Вывод зависимости константы равновесия от температуры. Уравнение изобары и изохоры. Особенности изучения химических равновесий в биохимических системах. (2 часа) [1,2,3,8,9]


7. Растворы.

^ Растворы неэлектролитов. Определение понятия «раствор». Виды растворов. Растворимость газов в жидкостях. Закон Генри, Закон Рауля. Идеальны газовые и жидкие растворы. Реальные растворы. Коэффициенты активности.

Фазовые диаграммы: давление пара – состав раствора, состав пара и температура кипения – состав раствора, состав пара. Растворы твердых веществ в жидкостях, Коллигативные свойства растворов неэлектролитов: относительное понижение давления пара растворителя над раствором, понижение температуры замерзания раствора (без вывода), повышение температуры кипения раствора (без вывода), осмотическое давление. Использование коллигативных свойств растворов для расчета коэффициентов активности и определения молярной массы растворенных веществ. Уравнение Вант-Гоффа. Осмотический коэффициент. Значение осмотических явлений в биологии.

^ Растворы электролитов. Изотонический коэффициент. Основные положения теории электролитической диссоциации Аррениуса. Причины электролитической диссоциации. Гидратация ионов. Константа диссоциации слабого электролита. Активность и коэффициент активности электролита и иона. Средняя ионная активность и средний ионный коэффициент активности. Ионная сила раствора. Стандартное состояние растворенного электролита и растворителя. Теория Дебая-Хюккеля (без вывода). Применение теории Дебая-Хюккеля для расчета среднего ионного коэффициента активности (первое, второе и третье приближения). (3 часа) [1,2,4]


8.^ Электропроводность растворов электролито