Кафедра 19  "Общая химия"             

ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ РАСТВОРОВ

(для группы Т06 - 35)

 

1 неделя. Общие представления о растворах.

Роль растворов в биохимических процессах и техногенной деятельности. Классификация растворов. Задачи теории растворов. Основные физико-химические свойства растворов, их методы изучения и описания, возможности и ограничения. Представления об неидеальности растворов. Основные виды взаимодействия между компонентами растворов, роль растворителя и его природы.

2-5 недели. Введение в феноменологическую термодинамику.

            Термодинамика как метод описания физико-химических свойств растворов. Термодинамические системы и переменные, уравнение состояния.       Термодинамический процесс. Равновесие, равновесные и неравновесные циклические процессы. Функции состояния и функции перехода. Фаза. Гомогенные и гетерогенные системы. Термодинамическое определение раствора. Шкалы Концентраций. Моляльные и парциальные моляльные свойства раствора.

            Внутренняя энергия системы, теплота, работа. Первый закон термодинамики. Энтальпия. Стандартное состояние. Стандартная энтальпия и ее изменение в процессе. Закон Гесса. Зависимость энтальпии от температуры. Уравнение Кирхгофа. Теплоемкость и ее изменении в термодинамическом процессе. Зависимость теплоемкости от температуры.

            Самопроизвольные и несамопротзвольные процессы. Второй закон термодинамики. Энтропия в рамках статистической и феноменологической термодинамики. Изменение энтропии в ходе самопроизвольного процесса, необратимого процесса, при фазовом переходе. Зависимость энтропии от температуры. Абсолютное значение энтропии. Третий закон термодинамики.

            Критерии возможности самопроизвольного протекания равновесного процесса. Функции Гельмгольца и Гиббса, их физический смысл. Изменение функции Гиббса в равновесном процессе, ее зависимость от температуры. Термодинамическая константа равновесия. Уравнение Гиббса-Гельмгольца.

 

Зависимость функции Гиббса от давления: общий случай и случай идеального газа. Определение химического потенциала идеального газа. Химический потенциал реального газа, фугитивность, коэффициент фугитивности. Станадартное состояние реального газа, сопоставление с идеальным газом: механическая и электрическая аналогии.

Функция Гиббса открытой системы. Определение химического потенциала компонента системы как парциальной моляльной функции Гиббса. Полный дифференциал функции Гиббса. Уравнение Гиббса-Дюгема, его значение для теории растворов.

6 неделя.  Термодинамика смешения газов.

            Закон Дальтона. Смесь идеальных газов. Изменение функции Гиббса, химического потенциала, внутренней энергии, объема смеси, энтальпии и энтропии смешения. Смешение реальных газов. Избыточные термодинамические функции смешения реальных газов.

7-9 недели. Термодинамика смешения жидкостей.

Равновесие жидкость-пар. Закон Рауля. Представления об идеальном растворе. Термодинамические функции смешения для идеальной смеси. Классификация растворов по характеру отклонений от закона Рауля. Закон Генри. Понятие идеального разбавленного раствора.

Активность растворителя, ее физический смысл. Стандартное состояние и активность растворителя. Активность растворенного вещества. Коэффициент активности и проблема выбора стандартного состояния. Симметричные и несимметричные системы сравнения. Избыточные термодинамические функции.

Рациональный и моляльный осмотический коэффициент раствора. Расчет коэффициентов активности. Осмос и осмотическое давление. Другие физико-химические свойства: плотность, изменение температур кипения и замерзания, поверхностное натяжение, коэффициенты диффузии, электропроводность. Экспериментальные методы исследования растворов.

10-12 недели. Теории растворов неэлектролитов.

Состояние растворенного вещества. Сольватация и молекулярная ассоциация. Сложные частицы. Стехиометрические и нестехиометрические соединения. Состояние растворителя. Влияние растворенного вещества на давление пара и структуру растворителя: “структуроделатели” и “структуроразрушители”.

Относительность понятий “растворитель” и “растворенное вещество”. Основные положения модели идеального ассоциированного раствора. Уравнения для коэффициентов активности компонентов.

11-13 недели. Бинарные растворы гидрофильных и гидрофобных неэлектролитов.

            Типичные гидрофильные и гидрофобные неэлектролиты. Их состояние в растворе. Числа гидратации и ассоциации. Уравнение Робинсона-Стокса для активности растворителя. Модели нестехиометрической гидратации и ассоциации. Физическая аналогия взаимодействия частиц в растворе с ленгмюровской адсорбции молекул газа на поверхности твердого тела. Концентрационные зависимости чисел гидратации и ассоциации. Решения уравнения Гиббса-Дюгема, коэффициенты активности, их физический смысл.

            Избыточная функция Гиббса растворов. Зависимости чисел гидратации и ассоциации от температуры. Расчет избыточных энтальпии, энтропии и теплоемкости растворов.

            Зависимости чисел гидратации и ассоциации от давления. Расчет объемных свойств растворов.

            Неводные растворы неэлектролитов. Многокомпонентные растворы неэлектролитов.

14-16 недели. Растворы электролитов.

             Состояние растворенного вещества в растворах электролитов. Классификация электролитов. Свойства слабых электролитов. Ассоциация ионов. Взаимодействия ионов с молекулами растворителя. Ассоциация гидратов ионов. Влияние ионов на структуру воды и ее физико-химические свойства.

            Коэффициенты активности относительно различных  стандартных состояний. Осмотический коэффициент и осмотическое давление.

            Учет электростатических взаимодействий. Теория Дебая-Хюккеля. Предельный закон. Ионная сила. Уравнения теории различных приближений. Параметры теории. Теория Питцера. Ограничения электростатических моделей.

            Учет взаимодействий ионов с молекулами растворителя. Уравнение Робинсона-Стокса и его модификации. Концентрационная зависимость чисел гидратации. Решения уравнения Гиббса-Дюгема. Коэффициенты активности и их физический смысл. Растворимость.

            Избыточная функция Гиббса раствора электролита. Зависимость чисел гидратации от температуры. Стандартная энтальпия присоединения молекул воды. Расчет избыточных энтальпии, энтропии и теплоемкости растворов.

            Зависимость чисел гидратации от давления. Изменение объема при присоединении молекул воды. Расчет объемных свойств растворов.

            Неводные растворы электролитов. Многокомпонентные растворы электролитов.

ЛИТЕРАТУРА

1*.	541 Ф-50	Физическая химия. т. 1,2/ Ред. Краснов К.С. М.: Высшая школа. 1995.
2*.	54 Ф-50	Физическая химия/ Ред. Никольский Б.П. Л.: Химия. 1987
3*.	54 Э-90	Эткинс П. Физическая химия. т. 1,2 М.: Мир. 1980.
4*.	541 П-52	Полторак О.М.. Термодинамика в физической химии. М.: Высшая школа. 1991.
5*.	541.3 П-75	Пригожин Н., Дефэй Р. Химическая термодинамика. Новосибирск.: Наука. 1966.

         

               * - книга находится в читальном зале.