наверх

Физическая химия. Термодинамика

19 дней
До конца записи
В курсе рассматриваются основные понятия, методы и законы термодинамики, их применение к рассмотрению равновесий химических реакций, фазовых равновесий и электрохимическим явлениям.

О курсе

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.

Формат

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

Требования

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».

Программа курса

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.

Результаты обучения

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.

Формируемые компетенции

  • 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 

Направления подготовки

07.00.00 Архитектура
08.00.00 Техника и технологии строительства
09.00.00 Информатика и вычислительная техника
10.00.00 Информационная безопасность
11.00.00 Электроника, радиотехника и системы связи
12.00.00 Фотоника, приборостроение, оптические и биотехнические системы и технологии
13.00.00 Электро- и теплоэнергетика
14.00.00 Ядерная энергетика и технологии
15.00.00 Машиностроение
16.00.00 Физико-технические науки и технологии
17.00.00 Оружие и системы вооружения
18.00.00 Химические технологии
19.00.00 Промышленная экология и биотехнологии
20.00.00 Техносферная безопасность и природообустройство
21.00.00 Прикладная геология, горное дело, нефтегазовое дело и геодезия
22.00.00 Технологии материалов
23.00.00 Техника и технологии наземного транспорта
24.00.00 Авиационная и ракетно-космическая техника
25.00.00 Аэронавигация и эксплуатация авиационной и ракетно-космической техники
26.00.00 Техника и технологии кораблестроения и водного транспорта
27.00.00 Управление в технических системах
28.00.00 Нанотехнологии и наноматериалы
29.00.00 Технологии легкой промышленности
  • 10 недель

    длительность курса

  • 5 часов в неделю

    понадобится для освоения

  • 4 зачётных единицы

    для зачета в своем вузе

Томилин Игорь Аркадьевич

Доктор химических наук, Профессор НИТУ МИСиС
Должность: преподаватель

сертификат об окончании курса

Сертификат

Сертификат участника выдается при достижении 75% от общего рейтинга при условии сдачи работ до жесткого дедлайна. Сертификат с отличием выдается при достижении 95% от общего рейтинга при условии сдачи работ до мягкого дедлайна.

Похожие курсы