Физическая химия. Термодинамика

Химическая термодинамика объединяет законы природы, управляющие химическими превращениями в единую систему, построенную на основе законов физики и химии и, используя математический подход, подобно сети охватывает все ранее установленные частные закономерности для химических реакций. В курсе рассматриваются основные понятия, методы и законы термодинамики, их применение к рассмотрению равновесий химических реакций, фазовых равновесий и электрохимическим явлениям. Подробно изучается использование термодинамических функций внутренняя энергия, энтальпия, энтропия, энергия Гиббса и энергия Гельмгольца для определения направления химических реакций, методы расчета количеств реагирующих веществ, получаемых в химических реакциях при достижении состояния равновесия, влияние температуры и давления на возможности управления химическими реакциями. Излагается термодинамическая теория растворов, с подробным изложением теории активности и ее применения к расчетам равновесий в растворах, а также фазовые равновесия в металлических системах, диаграммы состояния и методы их построения экспериментальные и основанные на расчетах по термодинамическим данным. В завершении курса изучается термодинамическая теория гальванических элементов и основы теории растворов электролитов.

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

Еженедельные занятия включают в себя просмотр тематических видеолекций и выполнение индивидуальных тестовых и расчетных заданий.

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

1. Введение. Первый закон термодинамики.
Основные понятия и определения. Математическая формулировка первого закона термодинамики. Внутренняя энергия и энтальпия. Применение первого закона термодинамики к простейшим процессам. Зависимости внутренней энергии и энтальпии от параметров состояния.

2. Применение первого закона термодинамики к химическим процессам. Второй закон термодинамики.
Термохимия. Закон Гесса. Зависимость теплоты химической реакции от температуры. Обратимые процессы. Математическая формулировка второго закона термодинамики.

3. Энтропия.
Определение направления процессов в изолированной системе. Вычисление энтропии при различных процессах. Статистическая интерпретация понятия энтропии.

4. Функции состояния энергия Гиббса и энергия Гельмгольца.
Критерии определения направления процессов в неизолированных системах. Зависимость энергии Гиббса и энергии Гельмгольца от параметров состояния.

5. Расчеты химических равновесий.
Изотерма Вант­Гоффа. Константа равновесия химической реакции. Расчет выхода химической реакции. Зависимость константы равновесия химической реакции от температуры. Изохора Вант­Гоффа.

6. Третий закон термодинамики.
Тепловая теорема Нернста. Вычисление абсолютных значений энтропии. Применение третьего закона термодинамики для расчетов равновесий.

7. Теория растворов.
Парциальные мольные величины. Бесконечно разбавленные растворы. Законы Генри и Рауля. Выбор стандартного состояния. Равновесия химических реакций в бесконечно разбавленных растворах. Идеальные растворы.

8. Реальные растворы.
Активность. Применения активности для расчетов равновесий в растворах. Методы определения активности.

9. Фазовые равновесия.
Правило фаз. Диаграммы фазовых равновесий двухкомпонентных систем. Экспериментальные методы построения диаграмм состояния. Принципы термодинамического расчета диаграмм состояния.

10. Применение термодинамики к электрохимическим процессам.
Термодинамика гальванического элемента. Активность компонентов в растворах электролитов, методы ее определения. Электродные потенциалы. Определение термодинамических величин электрохимическими методами.

• Владеть методологией применения методов химической термодинамики к рассмотрению и анализу физико-химических процессов;
• Применять знания законов термодинамики и следствий из них вытекающих к анализу химических и фазовых равновесий, определять направления химических процессов в зависимости от условий их проведения, рассчитывать выход химических реакций;
• Владеть методами описания термодинамических свойств идеальных и реальных растворов, применять их для расчетов химических равновесий в растворах, владеть методами анализа фазовых равновесий;
• Владеть электрохимическими методами изучения химических равновесий, уметь применять их для анализа работы химических источников тока 

После прохождения курса студент:

• умеет применять методы термодинамики при анализе химических превращений веществ;
• может вычислять термодинамические функции для различных процессов;
• выполняет расчеты химических равновесий;
• владеет методами определения термодинамических свойств растворов;
• умеет строить и читать диаграммы фазовых равновесий;
• может выполнять термодинамические расчеты электрохимическими методами.

• ОПК-4-У2 Выполнять термохимические расчеты, расчеты химического равновесия, равновесия в растворах
• ОПК-1-У1 Осуществлять корректное математическое описание физических и химических явлений технологических процессов
• ОПК-4-В2 Владеть методами измерения тепловых эффектов химических реакций, парциальных мольных величин, равновесных характеристик.