Предмет физической химии. Основные разделы физической химии. Роль физической химии в биологии. Основные термодинамические понятия и определения (термодинамическая система, типы систем, термодинамические параметры, обобщенные силы и обобщенные координаты, функции состояния и процессы). Понятие о термодинамическом равновесии. Равновесные (обратимые) и неравновесные процессы. Квазистатический процесс. Постулат о температуре. Абсолютная температура и эмпирическая шкала температур (МПТШ). Проблема уравнения состояния. Уравнения состояния идеального газа и газа Ван-дер-Ваальса, вириальное уравнение состояния.

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.

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.

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. Общие условия равновесия, выраженные через 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.

Многокомпонентные системы и системы с переменной массой. Химический потенциал идеальных и реальных систем. Условия равновесия и самопроизвольного протекания процессов в многокомпонентных системах.

Основные понятия и определения (гомогенная и гетерогенная 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.

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. Приведенная энергия Гиббса и ее использование при расчетах химических равновесий. Экспериментальное определение и расчет константы равновесия по таблицам стандартных термодинамических величин. Связь между Кр, Кс и К_N. Вывод зависимости константы равновесия от температуры. Уравнение изобары Вант-Гоффа. Влияние Р и Т на состав равновесной смеси. Равновесия в реальных системах. Равновесия в гетерогенных системах. Особенности изучения химических равновесий в биохимических системах.

Определение понятия "раствор". Виды растворов. Растворимость газов в жидкостях . Зависимость растворимости газов в жидкостях от Т, Р и присутствия электролитов. Закон Генри. Закон Рауля. Идеальные газовые и жидкие растворы. Реальные растворы. Коэффициенты активности. Способы выбора стандартного состояния для компонентов раствора. Симметричная и несимметричная системы сравнения.

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, его термодинамический вывод. Осмотический коэффициент. Значение осмотических явлений в биологии.

Понятия о парциальных мольных величинах и методах их определения. Уравнение Гиббса-Дюгема. Взаимосвязи парциальных мольных величин, активностей и коэффициентов активностей, вытекающие из уравнения Гиббса-Дюгема. Функции смешения для идеальных и реальных растворов.

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). Зависимость растворимости аминокислот и белков от ионной силы раствора. Полиэлектролиты.

Удельная электропроводность и ее зависимость от концентрации для слабых и сильных электролитов. Эквивалентная электропроводность и ее зависимость от концентрации и разведения. Закон Кольрауша (без вывода) и подвижность ионов. Понятие о числах переноса ионов.

Электрохимический потенциал. Условия равновесия с участием заряженных частиц. Скачок потенциала на границе металл-раствор. Контактный и диффузионный потенциал. Схема и правила записи электрохимической цепи (гальванического элемента). Электродвижущие силы (ЭДС). Электродные потенциалы. Уравнение Нернста для электродного потенциала и ЭДС цепи. Правила расчета ЭДС цепи с помощью электродных потенциалов. Термодинамика гальванического элемента. Определение с помощью метода ЭДС энтальпии (теплового эффекта) и энтропии химической реакции. Связь константы равновесия с ЭДС. Электроды первого и второго рода, газовые электроды (водородный и кислородный электроды), окислительно-восстановительные электроды (редокс-электроды). Стеклянный электрод. Понятие о мембранном потенциале. Электроды сравнения. Классификация электрохимических цепей. Применение метода ЭДС для определения коэффициентов активности и рН растворов.

Скорость химической реакции и методы ее экспериментального определения. Факторы, влияющие на скорость химической реакции. Основной постулат химической кинетики (закон действия масс). Константа скорости химической реакции. Молекулярность и порядок реакции. Кинетические уравнения необратимых (односторонних) реакций 0-го, 1-го и 2-го и n-го порядков. Методы определения порядка и константы скорости реакции (метод подстановки, метод Вант-Гоффа, метод Оствальда-Нойеса). Зависимость скорости реакции от температуры. Уравнение Аррениуса. Энергия активации и методы ее экспериментального определения. Представления о сложных реакциях. Катализ. Представления о механизме действия катализаторов. Ферменты как биокатализаторы. Кинетика ферментативных реакций. Уравнение Михаэлиса-Ментен.

1. Горшков В.И., Кузнецов И.А. Основы физической химии. М. МГУ, 1993.
2. Горшков В.И., Кузнецов И.А. Физическая химия. М. МГУ, 1986.

1. Уильямс В., Уильямс Х. Физическая химия для биологов. М. Мир, 1976.
2. Даниэльс Ф., Олберти Р. Физическая химия. М. Мир, 1978.
3. Семиохин И.А. Физическая химия для геологов. М. МГУ, 1991.
4. Чанг О. Физическая химия с приложениями к биологическим системам. М. Мир, 1980.
5. Горшков В.И., Кузнецов И.А. Физическая химия. Методические указания. М. МГУ, 1988.
6. Лабовиц Л., Аренс Дж. Задачи по физической химии с решениями. М. Мир, 1972.
7. Эткинс П. Порядок и беспорядок в природе. М. Мир, 1987.
8. Стромберг А.Г., Лельчук Х.А., Картушинская А.И. Сборник задач по химической термодинамике. М. Высшая школа, 1985.
9. Кудряшов И.В., Каретников Г.С. Сборник примеров и задач по физической химии. М. Высшая школа, 1991.
10. Сборник вопросов и задач по физической химии для самоконтроля. / Под ред. С.Ф. Белевского. М. Высшая школа, 1979.
11. Краткий справочник физико-химических величин. / Под ред. А.А. Равделя и А.М. Пономаревой. Л. Химия, 1983.
12. Китаев Л. Е., Рощина Т. М., Рудный Е. Б., Тифлова Л. А. Задачи и вопросы по физической химии. Методическое пособие для студентов биологического факультета МГУ (направление " Общая биология" ). / Под ред. Н. Е. Кузьменко. М. ООПИ Химфака МГУ, 1999.
13. Китаев Л. Е., Рощина Т. М., Рудный Е. Б., Тифлова Л. А. Учебное пособие по физической химии для студентов биологического факультета МГУ (направление " Общая биология" ). / Под ред. Н. Е. Кузьменко. М. ООПИ Химфака МГУ, 2000.