Физическая химия. Кинетика

Курс знакомит пользователей с основными кинетическими методами для анализа химических и фазовых превращений в макроскопических системах. На основе полученных знаний слушатели осваивают возможность составлять кинетические модели процессов в многокомпонентных, многофазных системах и решать соответствующие задачи аналитическими и численными методами, распознавать особенности кинетики гетерогенных процессов, определять лимитирующие стадии. 

Присоединяйтесь к Telegram-каналу МИСИС Онлайн и каналу МИСИС Онлайн в MAX или пишите на openedu@misis.ru. Мы ответим на все ваши вопросы.

Еженедельные занятия будут включать:

• просмотр тематических видеолекций;
• изучение иллюстрированных текстовых материалов с представлением общих и частных законов кинетики, разбором часто встречающихся задач, включающих 2-3 вопроса на самопроверку усвоения теоретического материала;
• выполнение многовариантных тестовых заданий с проверкой результатов;
• последовательное выполнение комплекса практических учебных заданий.

Важным элементом изучения дисциплины является выполнение индивидуального домашнего задания, связанного с освоением методов кинетического анализа процессов в конденсированных системах. Предусмотрено промежуточное контрольное мероприятие по разделам курса и итоговое контрольное тестирование по всему содержанию курса.

Курс лекций подходит для широкого круга слушателей с базовой подготовкой по математике в пределах курсов «Интегральное и дифференциальное исчисление», включая раздел о решениях дифференциальных уравнений. Для эффективного усвоения курса обязательно знакомство с курсами «Химическая термодинамика», «Химия» и «Физика».

Раздел 1 Формальная химическая кинетика.

• Кинетика; химическая кинетика, скорость реакции
• Кинетическое уравнение и порядок реакции
• Порядок реакции; время полупревращения
• Методы определения порядка реакции

Раздел 2 Кинетика вблизи равновесия. Зависимость скорости реакции от температуры

• Кинетика и равновесие
• Зависимость скорости реакции от температуры
• Теория переходного состояния (теория абсолютных скоростей реакций)

Раздел 3 Кинетика сложных реакций

• Кинетика параллельных и последовательных реакций
• Автокаталитические реакции в открытых системах
• Цепные реакции

Раздел 4 Диффузия

• Диффузия – общее описание
• 2-ое уравнение диффузии, основные решения
• Основные результаты экспериментальных исследований диффузии в твердых телах

Раздел 5 Механизмы диффузии в твердых телах

• Модель случайных блужданий
• Механизмы диффузии в кристаллах
• Диффузия в многофазных системах

Раздел 6 Кинетика гетерогенных процессов

• Общие понятия гетерогенной кинетики
• Процессы последовательного и параллельного массопереноса
• Процессы последовательного и параллельного массопереноса и химической реакции

Раздел 7 Поверхностные явления

• Поверхности раздела фаз, их характеристики
• Теория Лангмюра
• Эффективная поверхность. Полимолекулярная адсорбция
• Адсорбция в растворах

Раздел 8  Кинетика фазовых превращений

• Фазовые переходы 1-го рода
• Критический размер зародышей
• Скорость зарождения центров и линейная скорость роста
• Гетерогенное образование зародышей. Уравнение Аврами

Раздел 9 Фазовые превращения второго рода. Теория электролитов

• Фазовые превращения 2-го рода
• Теория электролитов. Положения теории Аррениуса
• Теория электролитов. Определение степени диссоциации
• Теория электролитов. Степень диссоциации. Числа переноса

Раздел 10 Электродные процессы. Общее заключение

• Электрохимия окислительно-восстановительных процессов
• Термодинамика электродных процессов
• Типы электродов

В результате освоения курса студент способен:

• использовать термодинамический и кинетический анализы для проведения расчетов химических и фазовых превращений в макроскопических системах
• составлять и решать линейные и нелинейные кинетические уравнения различных процессов в гомогенных и гетерогенных системах, в особенности, уравнения химических реакций и диффузии
• фиксировать условия эволюции и равновесия в макроскопических системах
• самостоятельно работать с литературой для поиска информации об отдельных определениях, понятиях и терминах в области кинетики
• рассчитывать параметры кинетики и диффузии в конденсированных системах по экспериментальным данным.

22.03.01 Материаловедение и технологии материалов), (11.03.04 Электроника и наноэлектроника), (28.03.01. Нанотехнологии и микросистемная техника)

• Знать теоретические основы организации и планирования физических исследований, ОПК-1;
• Знать основы химической кинетики, катализа и электрохимии, ОПК-1;
• Уметь применять основы химической кинетики, катализа и электрохимии при описании полученных экспериментальных результатов, ОПК-1;