- •Растворы
- •Электрохимия
- •Кинетика и катализ
- •Коллоидная химия
- •1) Равновесные и неравновесные процессы.
- •2) Обратимые и необратимые процессы.
- •3) Самопроизвольные и несамопроизвольные процессы.
- •1) Энергия неуничтожаема и несотворяема; она может только переходить из одной формы в другую в эквивалентных соотношениях;
- •2) Полная энергия изолированной системы постоянна;
- •3) Невозможен вечный двигатель первого рода (двигатель, совершающий работу без затраты энергии).
- •1) Считают, что Ср не зависит от температуры, и принимают величину Ср равной изменению средней для данного интервала теплоемкости ( ). Тогда
- •1. Формулировка по Клаузиусу. Теплота не может самопроизвольно переходить от более холодного тела к более горячему.
- •2. Формулировка по Оствальду. Вечный двигатель второго рода невозможен (т.Е. Не существует машины, которая бы полностью превращала теплоту в работу).
- •3. Формулировка по Кельвину. Невозможно получать работу, только охлаждая отдельное тело ниже температуры самой холодной части окружающей среды.
- •1.2.2. Растворы
- •2) Растворимость газов в жидкостях зависит от ряда факторов: природы газа и жидкости, давления, температуры концентрации растворенных в жидкости веществ и др.
- •3) Жидкие вещества в зависимости от их природы могут
- •1). Молекулы электролита подвергаются в растворах диссоциации на катионы и анионы. Взаимодействие между ионами отсутствует.
- •2). Диссоциация может быть полной или частичной, она характеризуется степенью диссоциации α, которая равна отношению числа молекул, распавшихся на ионы, к общему числу молекул
- •1.2.3. Электрохимия
- •1.2.4. Кинетика и катализ
- •Отсюда получим выражение для константы скорости реакции первого порядка
- •1) Метод изоляции или метод избытка
- •2) Метод подстановки
- •3) Определение порядка реакции по времени полупревращения
- •4) Дифференциальный метод Вант-Гоффа.
- •1) Обратимые реакции
- •2) Параллельные реакции
- •3) Последовательные реакции
- •Р ис. 16. Области протекания гетерогенных химических процессов.
- •1.2.5. Коллоидная химия
- •Мицелла
- •Р ис. 19. Изотерма полимолекулярной адсорбции
- •1.3. Примеры решения основных типов задач Примеры решения задач к разделу «Термодинамика»
- •Решение. В соответствии со следствием из закона Гесса энтальпия реакции
- •Решение. Энтальпию реакции при 1000 к находим по уравнению Кирхгоффа
- •1) − Идёт образование продукта реакции;
- •2) − Система находится в равновесии, следовательно, образование продукта не происходит;
- •3) − Образования продукта не происходит.
- •Примеры решения задач к разделу «Растворы»
- •Повышение температуры кипения раствора определим по формуле
- •Моль∙кг-1.
- •Находим сопротивление раствора
- •Падение напряжения на электродах составит
- •Примеры решения задач к разделу «Электрохимия»
- •Примеры решения задач к разделу «Кинетика и катализ»
- •Примеры решения задач к разделу «Коллоидная химия»
- •Угловая скорость вращения
- •В растворе имеется избыток АgNo3. Формула мицеллы золя хлорида серебра будет: мицелла
- •1.4. Правила выполнения контрольной работы
- •1.7. Приложение
- •1.7.1. Приложение I. Термодинамические свойства органических соединений в стандартных условиях.
- •1.7.2. Приложение II. Теплоты сгорания органических соединений в стандартных условиях.
- •1.7.3. Приложение III. Термодинамические свойства химических элементов и неорганических соединений в стандартных условиях.
- •1.7.4. Приложение IV.Стандартные электродные потенциалы в стандартных условиях
- •1.7.5. Приложение V. Предельные подвижности ионов в водном растворе при 25○с, Ом-1·см2·г-экв−1
1. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ ПО КУРСУ
«ФИЗИЧЕСКАЯ И КОЛЛОИДНАЯ ХИМИЯ»
С ПРИМЕРАМИ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ И КОНТРОЛЬНЫМИ ЗАДАНИЯМИ
для студентов заочного отделения
биологического факультета
Белгосуниверситета
1.1 ПРОГРАММА
курса "ФИЗИЧЕСКАЯ И КОЛЛОИДНАЯ ХИМИЯ" для студентов биологического факультета заочного отделения.
ВВЕДЕНИЕ
Предмет физической химии. Значение физической химии в биологии. Литература:[1, с. 5-8]; [2, с. 7-10]; [3, с. 33-7]; [д.1, с. 11-14]
ТЕРМОДИНАМИКА
Основные понятия и определения. Внутренняя энергия, теплота и работа, работа расширения идеального газа. Равновесные и обратимые процессы. Первый закон термодинамики и следствия, вытекающие из него. Термохимия. Закон Гесса. Энтальпия. Измерение и вычисление тепловых эффектов химических реакций. Стандартное состояние вещества и стандартные тепловые эффекты, теплоты образования, теплоты сгорания и их значение в термодинамических расчетах. Зависимость теплового эффекта химической реакции от температуры, уравнение Кирхгофа. Первого закона термодинамики и биологические процессы.
Второй закон термодинамики. Энтропия. Изменения энтропии закрытой системы в равновесных условиях. Вычисление изменения энтропии при химических реакциях. Изменение энтропии как критерий возможности самопроизвольного протекания процесса в изолированной системе. Постулат Планка. Абсолютное значение энтропии. Изохорно-изотермический и изобарно-изотермический потенциалы. Их значения для решения физико-химических задач. Таблицы термодинамических величин. Уравнение Гиббса -Гельмгольца.
Парциальные термодинамические функции. Химический потенциал. Химическое равновесие. Химическое сродство. Характеристика равновесие по изменению изобарно-изотермического и изохорно-изотермического потенциала. Уравнение изотермы химической реакции, константа равновесия, уравнение изобары Вант-Гоффа. Равновесие в реальных системах. Летучесть и активность.
Применимость второго закона термодинамики, его статистический характер. Второй закон термодинамики и биологические процессы.
Фазовые равновесия, основные понятия. Термодинамическое равновесие между фазами. Правила фаз Гиббса. Связь между теплотой фазового перехода, температурой и давлением. Уравнение Клаузиуса-Клапейрона. Правила фаз и фазовые диаграммы однокомпонентных систем.
Литература:[1, с. 41-77]; [2, с. 18-83]; [3, с. 47-71]; [д.1, с. 58-118, с. 125-191]
Растворы
Растворы неэлектролитов. Виды растворов, способы выражения концентрации. Растворимость газов в жидкостях, законы Генри, Дальтона. Растворимость твердых веществ в жидкостях. Давление пара растворителя над раствором. Закон Рауля. Температуры затвердевания и кипения растворов, криоскопия и эбулиоскопия. Растворы двух жидкостей. Идеальный раствор. Зависимость состава пара от состава раствора, ректификация Отклонения от закона Рауля. Азеотропные смеси. Распределение веществ между двумя несмешивающимися жидкостями. Коэффициент растите деления, экстракция. Распределительная хроматография.
Осмос. Осмотическое давление, осмометрия. Осмотические процессы в биологии. Коллитативные свойства растворов. Их использование для определения молекулярного веса растворенных веществ.
Растворы электролитов. Коллигативные свойства растворов электролитов. Изотонические коэффициенты. Теория электролитической диссоциации Аррениуса. Степень диссоциации, слабые и сильные электролиты. Константа диссоциации слабого электролита, закон разведения Оствальда. Отклонения сильных электролитов от законов разведения. Современные представления о свойствах сильных электролитов. Активность и коэффициенты активности электролитов и ионов. Ионная сила растворов, закон ионной силы.
Электропроводность растворов электролитов. Удельная электропроводность и ее зависимость от концентрации. Молярная (эквивалентная) электропроводность. Удельная электропроводность биологических жидкостей. Связь электропроводности с подвижностью ионов. Закон Кольрауша. Кондуктометрические методы исследования.
Литература:[1, с. 98-128]; [2, с. 109-144]; [3, с. 101-138]; [д.1, с. 201-276]
Электрохимия
Современные представления о природе возникновения скачка потенциалов на границе раздела двух фаз. Понятие электродного потенциала, уравнение Нернста для электродного потенциала. Стандартные электродные потенциалы. Электроды 1-го и 2-го рода. Водородный, стеклянный и др. электроды.
Электрохимические цепи (химические, физические, концентрационные). Уравнение Нернста для э.д.с. гальванического элемента. Термодинамика гальванических элементов. Методы измерения э.д.с. Электрометрическое измерение концентрации ионов и рН среды. Понятие о мембранном потенциале.
Окислительно-восстановительные системы и потенциалы. Хингидронный электрод. Значение окислительно-восстановительных потенциалов для физиологии.
Химические процессы при электролизе. Законы Фарадея. Поляризация концентрационная и химическая. Потенциал разложения, перенапряжение.
Литература:[1, с. 220-230]; [2, с. 145-204]; [3, с. 198-231]; [д.1, с. 285-318]
Кинетика и катализ
Основы формальной кинетики. Скорость реакции и константа скорости. Молекулярность и порядок реакции. Несовпадение молекулярности и порядка. Реакции нулевого, первого и второго порядков (односторонние). Способы определения порядка реакции. Сложные реакции: обратимые, параллельные, последовательные, сопряженные. Лимитирующая стадия реакций. Зависимость скорости реакции от температуры, правило Вант-Гоффа, уравнение Аррениуса. Основные положения теорий активных соударений и активированного комплекса. Энергия активации.
Фотохимические реакции, закон эквивалентности Эйнштейна, квантовый выход. Цепные реакции. Роль свободных радикалов в химической кинетике. Скорость гетерогенных реакций. Роль диффузии.
Основные понятия катализа. Ингибиторы. Специфичность катализаторов. Влияние катализатора на энергию активации. Гомогенный катализ. Теория гомогенного катализа. Автокатализ. Гетерогенный катализ. Физическая и химическая адсорбция. Структура поверхности катализатора. Изменение энергии при гетерогенном катализе. Основы теории гетерогенного катализа А.А. Баландина. Основы теории ансамблей Н.И. Кобозева. Ферменты как биокатализаторы. Уравнения Михаэлиса-Ментен.
Литература:[1, с. 252-301]; [2, с. 205-254]; [3, с. 232-278]; [д.1, с. 322-370]