Кафедра 19, “Химия”

 

ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ И СТРОЕНИЕ МОЛЕКУЛ

(для групп Т7-01а и Т7-01ф)

 

1 неделя.

Задачи и методы физической химии. Структура курса. Связь физической химии с биофизикой. Первый закон термодинамики. Изолированные, закрытые и открытые системы. Функции состояния и функции процесса. Внутренняя энергия и энтальпия. Термохимия. Стандартные условия. Теплоты образования, сгорания, растворения, тепловой эффект реакции. Влияние давления и температуры на тепловой эффект реакции, уравнение Кирхгоффа.

2 неделя.

Обратимые и необратимые процессы. Теплота и работа в обратимых и необратимых процессах. Второй закон термодинамики. Энтропия и вероятность. Абсолютное значение энтропии и третий закон термодинамики. Вычисление изменения энтропии в различных процессах. Остаточная энтропия. Самовоспроизводящиеся биологические системы и понятие об антиэнтропии.

3 неделя.

Характеристические функции и термодинамические потенциалы. Энергия Гиббса и энергия Гельмгольца. Свободная энергия образования. Уравнение Гиббса-Гельмгольца. Условия термодинамического равновесия в различных системах. Открытые системы и стационарное состояние.

4 неделя.

Химический потенциал. Парциально-мольные величины. Методы определения парциально-мольных величин. Идеальные и реальные системы. Летучесть. Активность. Общее условие термодинамического равновесия  с использованием химического потенциала.

5 неделя.

Условие термодинамического равновесия в гетерогенных системах. Понятие о независимых компонентах и вариантности системы. Правило фаз Гиббса. Уравнение Клапейрона-Клаузиуса. Фазовые диаграммы. Треугольник Гиббса-Розебома. Применение правила фаз и фазовых диаграмм при исследовании биологических систем.

6 неделя.

Условие термодинамического равновесия в системах, где протекает химическая реакция. Закон действующих масс. Уравнения изотермы, изобары и изохоры химической реакции. Принцип Ле-Шателье. Расчеты равновесных составов систем реагирующих веществ. Самопроизвольные изменения  в биологических системах.

7 неделя.

Идеальные и реальные растворы. Закон Рауля и закон Генри. Стандартное состояние растворителя и растворенного вещества (симметричная и несимметричная стандартизация).  Различие  температур замерзания и кипения  раствора и чистого растворителя. Осмос и осмотическое давление. Эффект Гиббса-Доннана. Диализ. Гипер-, гипо- и изотонические растворы. Плазмолиз и гомолиз. Физиологический раствор. Понятие об активном и пассивном транспорте массы в биологических системах.

8 неделя.

Растворы электролитов. Изотонический коэффициент. Стандартное состояние растворителя и растворенного вещества для растворов электролитов. Определение термодинамических функций для стандартного состояния. Термодинамические расчеты для растворов электролитов на примере кислотно-основного равновесия: буферные системы и определение буферной емкости, индикаторы рН. Целлюлозные ионообменники, используемые для очистки белков.

9 неделя.

Коэффициенты активности растворителя и растворенного вещества и методы их экспериментального определения. Связь коэффициентов активности в двухкомпонентной системе. Зависимость коэффициентов активности от давление и температуры. Уравнение Дебая-Хюккеля (без вывода).

10 неделя.

Электрохимические системы. Удельная и эквивалентная электропроводность. Абсолютная скорость движения ионов. Закон Кольрауша. Числа переноса и методы их экспериментального определения. Электрическая и химическая работа. Электрохимический потенциал, электроды, электродные потенциалы, диффузионный потенциал. Гальванические элементы, термодинамика обратимого гальванического элемента.

11 неделя.

Электроды сравнения. Стеклянный электрод. Кислородный зонд. Мембранный потенциал и ионоселективные электроды. Окислительно-восстановительные процессы в биологических системах.

12 неделя.

Кинетика химических реакций. Порядок, молекулярность и кинетические уравнения реакций первого, второго и третьего порядков. Элементарные и сложные реакции. Метод стационарных концентраций . Цепные реакции. Фотохимические реакции. Теория активных соударений. Модель Линдемана. Понятие о теории переходного состояния.

13 неделя.

Кинетика гетерогенных реакций. Гомогенный и гетерогенный катализ. Кинетика реакций, катализируемых ферментами. Ингибирование фермента (конкурентное, неконкурентное и бесконкурентное). Определение механизма ферментативных реакций при использовании модели ингибирования фермента продуктом.

14 неделя.

Растворы макромолекулярных соединений и коллоидные системы. Поверхностная энергия. Мономолекулярная и полимолекулярная адсорбция. Изотерма адсорбции Гиббса. Уравнение Лэнгмюра. Понятие о теории БЭТ.

15 неделя.

Транспортные свойства макромолекул. Электрофорез. Диффузия. Седиментация. Двойное лучепреломление в потоке. Вязкость. Оптические свойства растворов макромолекул. Рассеяние света. Оптическая активность и понятие о стереоизомерии. Дисперсия оптического вращения. Эффект Коттона. Методы определения молярных масс высокомолекулярных соединений.

16 неделя.

Элементы теории строения молекул. Ионизационные потенциалы и сродство к электрону. Электроотрицательность. Химическая связь. Гибридизация. Особенности молекул, содержащих p-связи. Водородная связь. Физические методы исследования, применяющиеся в физической химии.

Лабораторный практикум

Определение произведения растворимости и изменений термодинамических функций веществ при растворении методом измерения электропроводности.

Определение водородного показателя рН-метром со стеклянным электродом.

Потенциометрическое титрование:

а) реакция нейтрализации; построение кривой титрования и определение буферной емкости;

б) реакция окисления-восстановления; определение стандартных окислительно-восстановительных потенциалов.

Определение методом измерения электропроводности:

а) степени и константы диссоциации слабого электролита;

б) константы скорости химической реакции.

Кондуктометрическое титрование.

Построение изотермы адсорбции и определение линейных размеров молекулы поверхностно-активного вещества.

Определение молекулярной массы полимеров методом вискозиметрии.

Исследование радиационно-химических превращений в полимерах методом вискозиметрии.

Каждый студент должен выполнить в течение семестра по индивидуальному графику 4 лабораторные работы.

 

ОСНОВНАЯ ЛИТЕРАТУРА

1.*	541 Г-70	Горшков В.И., Кузнецов И.А. Физическая химия. М.:1986.
2.*	54 К-78	Краткий справочник физико-химических величин /Под ред. А.А. Равделя. Л.: Химия, 1983.
3.*	543 П-69	И.Я. Гурецкий, Л.Б. Кузнецова, В.В. Кузнецов и др. /Под. ред. О.И. Петрухина. Практикум по физико-химическим методам анализа. М.: Химия, 1987.

 

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА

1.*	541(075) К-78	К.С. Краснов. Молекулы и химическая связь. М.: Высшая школа, 1977, 1984.
2.*	54 Э-90	П. Эткинс. Физическая химия.т.1,2. М.: Мир, 1980.
3.	641 П-69	Практикум по физической химии. /Под ред. И.В. Кудряшова. М.: Высшая школа. 1986.
4.*	54 Ф-50	Физическая химия /Под. ред. Никольского. М.: Высшая школа, 1987.

^* Книга находится в читальном зале