ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ Программа курса для студентов зоолого-ботанического отделения биологического факультета МГУ Введение Предмет физической химии. Основные разделы физической химии. Роль физической химии в биологии. Основные термодинамические понятия и определения термодинамическая система, типы систем, термодинамические параметры, обобщённые силы и обобщённые координаты, функции состояния и процессы. Понятие о термодинамическом равновесии. Равновесные обратимые и неравновесные процессы. Абсолютная температура и эмпирическая шкала температур, международная практическая температурная шкала МПТШ. Уравнения состояния идеального газа и газа Ван-дер-Ваальса, вириальное уравнение состояния. Первый закон термодинамики Формулировки первого закона начала термодинамики. Внутренняя энергия и её свойства. Зависимость внутренней энергии от температуры и объёма. Теплота и работа как формы передачи энергии. Работа расширения идеального газа при различных процессах. Зависимость энтальпии от температуры. Теплоёмкость и её зависимость от температуры. 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. Значение первого закона термодинамики для изучения процессов в живых системах. Второй закон термодинамики Формулировки второго закона начала термодинамики. Энтропия и её свойства. Расчёт изменения энтропии в различных равновесных процессах. Энтропия в неравновесных процессах. Абсолютное значение энтропии и её вычисление из опытных данных. Третий закон термодинамики постулат Планка, тепловая теорема Нернста. Статистический характер второго закона термодинамики. Математический аппарат термодинамики Фундаментальные уравнения Гиббса. Основные термодинамические функции: энергия Гиббса и энергия Гельмгольца. Анализ фундаментальных уравнений для энергии Гиббса и энергии Гельмгольца. Расчёт изменений энергии Гиббса и энергии Гельмгольца при протекании различных процессов. Уравнения Максвелла их использование для вывода разных термодинамических соотношений. 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. Расчёт и экспериментальное определение изменения энергии Гиббса в химических реакциях. Уравнения Гиббса-Гельмгольца 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. Применение термодинамики к фазовым равновесиям Основные понятия и определения гомогенная и гетерогенная системы, компонент, степень свободы. Правило фаз Гиббса, его вывод. Фазовые переходы первого рода. 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 - H 2O. Химические равновесия Фундаментальное уравнение Гиббса и его применение к химическим равновесиям. Уравнение изотермы химической реакции, его вывод, анализ условий равновесия и самопроизвольного протекания химической реакции. Связь константы равновесия химической реакции и энергии Гиббса. Приведённая энергия Гиббса и её использование при расчётах химических равновесий. Экспериментальное определение и расчёт константы равновесия по таблицам стандартных термодинамических величин. Связь между Kp, KC и Kx. Вывод зависимости константы равновесия от температуры. Влияние давления и температуры на состав равновесной смеси. Равновесия в реальных системах. Равновесия в гетерогенных системах. Особенности изучения химических равновесий в биохимических системах. Растворы Растворы неэлектролитов Определение понятия «раствор». Растворимость газов в жидкостях. Зависимость растворимости газов в жидкостях от Т, p и присутствия электролитов. Идеальные газовые и жидкие растворы. 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 твёрдых веществ в жидкостях. Коллигативные свойства растворов неэлектролитов: относи­тельное понижение давления пара растворителя над раствором, понижение температуры замерзания раствора без выводаповышение температуры кипения раствора без выводаосмотическое давление. Использование коллигативных свойств растворов для расчёта коэффициентов активности и определения молярной массы растворённых веществ. Уравнение Вант-Гоффа, его термодинамический вывод. Значение осмотических явлений в биологии. Понятия о парциальных мольных величинах и методах их определения. Взаимосвязи парциальных мольных величин, активностей и коэффициентов активностей, вытекающие из уравнения Гиббса-Дюгема. Функции смешения для идеальных и реальных растворов. Растворы электролитов Изотонический коэффициент. Основные положения теории электролитической диссоциации Аррениуса. Константа диссоциации слабого электролита. Активность и коэффициент активности электролита иона. Средняя ионная активность и средний ионный коэффициент активности. Стандартное состояние растворённого электролита и растворителя. Теория Дебая-Хюккеля без вывода. Применение теории Дебая-Хюккеля для расчёта среднего ионного коэффициента активности первое, второе и третье приближения. Зависимость растворимости аминокислот и белков от ионной силы раствора. Электропроводность растворов электролитов Удельная электропроводность и её зависимость от концентрации для слабых и сильных электролитов. Эквивалентная электропроводность и её зависимость от концентрации и разведения. Закон Кольрауша без вывода и подвижность ионов. Понятие о числах переноса ионов. Электродвижущие силы 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. Уравнение Нернста для электродного потенциала и ЭДС цепи. Правила расчёта ЭДС цепи с помощью электродных потенциалов. 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 электродыокислительно-восстановительные электроды редокс-электроды. Понятие о мембранном потенциале. Применение метода ЭДС для определения коэффициентов активности и рН растворов. Кинетика химических реакций и катализ Скорость химической реакции и методы её 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 нулевого, первого, второго и n-го порядков. Методы определения порядка и константы скорости реакции метод подстановки, метод Вант-Гоффа, метод Оствальда-Нойеса. Зависимость скорости реакции от температуры. Энергия активации и методы её экспериментального определения. Представления о сложных реакциях. Представления о механизме действия катализаторов. Задачи по физической химии. Сервер создается при поддержке Не разрешается копирование материалов и размещение на других Web-сайтах Вебдизайн: Copyright C Copyright C.

Смотрите также: