"Программа курса лекций по
химической термодинамике " 
Лектор - доцент, кандидат химических наук
Успенская Ирина Александровна
Область научных интересов:
- теоретическое материаловедение
- расчетные методы термодинамики
- оценки термодинамических свойств
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.
Слушателям потребуются знания по
математическому анализу, полученные в курсе
высшей матеметики . Нужно вспомнить разделы
"Термодинамический метод" и "Газы с
межмолекулярным взаимодействием и жидкости"
из курса "Динамическая и статистическая
механика и термодинамика". Несколько вопросов,
обсуждаемых в настоящем курсе, рассматриваются и
в "Статистической физике", читаемой
параллельно. Полезно сравнить подходы,
используемые при решении одних и тех же задач.
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).
Разделы курса:
1 блок лекций. Основы химической термодинамики
6 лекции, 3 семинара, контрольная работа, всего 20 часов.
• Предмет и задачи физической химии. Роль
термодинамики, кинетики и квантовой химии в
описании химических явлений.
• Основные понятия, используемые в
химической термодинамике
• Постулаты и законы химической
термодинамики
• Термическое и калорическое уравнения
состояния .
• Внутренняя энергия, теплота и работа.
Соотношения Максвелла.
• Расчет работы различных процессов.
• Теплота. Энтальпия . Закон Гесса.
• Тепловой эффект реакции . Стандартные
состояния.
• Калорические коэффициенты. Зависимость
теплоемкости и энтальпии от давления и
температуры.
• Второй закон термодинамики. Энтропия
• Критерии самопроизвольности процессов в
изолированной системе
• Третий закон термодинамики. Постулат
Планка.
• Расчет изменения энтропии при различных
процессах .
• Метод характеристических функций
Массье-Гиббса . Энергии Гиббса и Гельмгольца.
Полный потенциал.
• Термодинамические потенциалы как критерии
равновесия.
• 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.
• Парциальные мольные величины, методы их
определения.
• Классификация растворов. Законы Рауля и
Генри.
• Термодинамические функции идеальных
растворов.
• Летучесть и активность. Расчет
коэффициентов активности из экспериментальных
данных.
• Термодинамические модели растворов. Уровни
отсчета свойств растворов, конфигурационная
энтропия, избыточная энергия Гиббса раствора.
Модель идеальных ассоциированных растворов.
• Правило фаз Гиббса
• Общие принципы расчета равновесий в
гомогенных и гетерогенных системах.
Двухстороние и граничные экстремумы при
формулировке задачи на расчет равновесий.
• 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•. Фазовые
переходы 1-го и второго рода
• Расчеты фазовых равновесий в бинарных
системах
а) из общего условия равновесия ( minG p,T)
б) из частных условий равновесия в дифференциальной и интегральной формах.
• 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.
• Условие химического равновесия
• Константа химического равновесия.
• Зависимость константы равновесия от
температуры. Правило Ле Шателье-Брауна
• Зависимость константы равновесия от
давления.
• Расчеты равновесного состава в случае
газофазных реакций
• Химические равновесия в растворах
• Гетерогенные реакции. Сложные реакции
• Расчеты равновесного состава смесей с
использованием справочных данных
• Справочники и базы данных по
термодинамическим свойствам веществ
• Общее условие равновесия при наличии
нескольких видов работ
• Электрохимические равновесия.
• Зависимость давления пара от кривизны
поверхности. Формулы Лапласа и Пойнтинга
• Адсорбция
• Электрохимические равновесия
• Термодинамика сверхпроводников в
магнитных полях. Формула Рутгерса
Литература.
1. П. Эткинс , Физическая химия. т.1, М.: Мир, 1980.
2.О.М. Полторак. Термодинамика в физической химии.
М.: Высшая школа, 1991.
3.Карапетъянц М.Х. Химическая термодинамика.М .
Химия. 1956
4.А. Мюнстер , Химическая термодинамика, М.: Мир, 1971
5.Е.Н. Еремин, Основы химической термодинамики. М.:
Высшая школа, 1974
6.В.В.Еремин , С.И.Каргов , И.А.Успенская ,
Н.Е.Кузьменко , В.В.Лунин . Основы физической
химии. Теория и задачи. М.:Экзамен . 2005
Дополнительная литература.
5. Г.Ф. Воронин, Основы термодинамики. М: МГУ, 1987
6. Р. Кубо , Термодинамика. М.: Мир, 1970
7. И. Пригожин , Р. Дефей , Химическая
термодинамика. Новосибирск, 1966.
|
