Химическая термодинамика

Учебные курсы по химии
для студентов нехимических факультетов МГУ

Химическая термодинамика

Программа курса

для студентов факультета наук о материалах

Введение.

Курс читается в начале пятого семестра (сентябрь и октябрь). Его цель - последовательно рассмотреть разделы феноменологической термодинамики, имеющие отношение к химии и химическому материаловедению. С одной стороны делается попытка изложить предмет систематически и дедуктивно, т.е. продемонстрировать, что все задачи химической термодинамики решаются одним способом, исходя из универсальных законов (начал) термодинамики. С другой стороны, наиболее часто встречающиеся применения в химии разобраны подробно, в деталях, для того, чтобы дать слушателям профессиональные знания о данных разделах.

Курс состоит из 28 часов лекций, 16 часов семинарских занятий, 3 контрольных работ (6 часов), расчетный практикум (4 часа). Общее число часов - 64. Предполагается выполнение домашней работы (10 задач) и проведение коллоквиумов (10 часов).

1 блок лекций. Основы химической термодинамики
6 лекции, 3 семинара, контрольная работа, всего 20 часов.

1) Предмет и задачи физической химии. Роль термодинамики, кинетики и квантовой химии в описании химических явлений.
2) Основные понятия, используемые в химической термодинамике
3) Постулаты и законы химической термодинамики
4) Термическое и калорическое уравнения состояния.
5) Внутренняя энергия, теплота и работа. Соотношения Максвелла.
6) Расчет работы различных процессов.
7) Теплота. Энтальпия. Закон Гесса.
8) Тепловой эффект реакции. Стандартные состояния.
9) Калорические коэффициенты. Зависимость теплоемкости и энтальпии от давления и температуры.
10) Второй закон термодинамики. Энтропия
11) Критерии самопроизвольности процессов в изолированной системе
12) Третий закон термодинамики. Постулат Планка.
13) Расчет изменения энтропии при различных процессах.
14) Метод характеристических функций Массье-Гиббса.
Энергии Гиббса и Гельмгольца. Полный потенциал.
15) Термодинамические потенциалы как критерии равновесия.
16) Изменение энергии Гиббса и Гельмгольца при различных процессах

2 блок лекций. Приложения химической термодинамики. Фазовые равновесия
5 лекций, 3 семинара, контрольная работа, всего 18 часов.

1) Парциальные мольные величины, методы их определения.
2) Классификация растворов. Законы Рауля и Генри.
3) Термодинамические функции идеальных растворов.
4) Летучесть и активность. Расчет коэффициентов активности из экспериментальных данных.
5) Термодинамические модели растворов. Уровни отсчета свойств растворов, конфигурационная энтропия, избыточная энергия Гиббса раствора. Модель идеальных ассоциированных растворов.
6) Правило фаз Гиббса
7) Общие принципы расчета равновесий в гомогенных и гетерогенных системах. Двухстороние и граничные экстремумы при формулировке задачи на расчет равновесий.
8) Расчеты фазовых равновесий в однокомпонентной системе: а) из общего условия равновесия (minG_p_,_T), б) из частных условий равновесия в дифференциальной и интегральной формах. Уравнения Клаузиуса-Клапейрона.
9) Фазовые переходы 1-го и второго рода
10) Расчеты фазовых равновесий в бинарных системах а) из общего условия равновесия (minG_p_,_T), б) из частных условий равновесия в дифференциальной и интегральной формах.
11) Обобщенное уравнение фазовых равновесий Ван-дер-Ваальса. Равновесие жидкость – пар: вывод законов Рауля и Коновалова. Равновесие конденсированных фаз: вывод уравнений Шредера и Планка-ван Лаара. Коллигативные свойства

3 блок лекций. Приложения химической термодинамики. Химические равновесия
3 лекции, 2 семинара, контрольная работа, всего 12 часов.

1) Условие химического равновесия
2) Константа химического равновесия.
3) Зависимость константы равновесия от температуры. Правило Ле Шателье-Брауна
4) Зависимость константы равновесия от давления.
5) Расчеты равновесного состава в случае газофазных реакций
6) Химические равновесия в растворах
7) Гетерогенные реакции. Сложные реакции
8) Расчеты равновесного состава смесей с использованием справочных данных
9) Справочники и базы данных по термодинамическим свойствам веществ
10) Общее условие равновесия при наличии нескольких видов работ
11) Электрохимические равновесия.
12) Зависимость давления пара от кривизны поверхности. Формулы Лапласа и Пойнтинга
13) Адсорбция
14) Электрохимические равновесия
15) Термодинамика сверхпроводников в магнитных полях. Формула Рутгерса

Химическая термодинамика

Программа курса

Рекомендуемая литература