МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени ШАКАРИМА города СЕМЕЙ Документ СМК 3 уровня УМКД Программа дисциплины «Современные проблемы физической химии» для магистранта Документ СМК 3 уровня УМКД 042-18-10.1.61 /02-2014 Редакция № 1 от « 11 » 09____ 2014г УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДИСЦИПЛИНЫ «Современные проблемы физической химии» для специальностей магистратуры 6М060600 - Химия ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ ДЛЯ МАГИСТРАНТОВ СЕМЕЙ 2014 УМКД 042-18-10.1.61/02-2014 Редакция № 1 от 11.09. 2014 стр. 2 из 12 Предисловие 1 РАЗРАБОТАНО Составитель:_______________ « 29 » 09 2014г. Баяхметова Б.Б, к.х.н., старший преподаватель кафедры химии 2. ОБСУЖДЕНО 2.1 На заседании кафедры химии Протокол от «29» 09 2014г., №_1__ Заведующий кафедрой Б.Х.Мусабаева 2.2 На заседании учебно-методического бюро инженерно-технологического факультета Протокол от « 05 » 09 2014г., №_1____ Председатель С. С. Толеубекова 3. УТВЕРЖДЕНО Одобрено и рекомендовано к изданию на заседании Учебно-методического совета университета Протокол от « 11» 09 2014г., №_1__ Председатель УМС 4. ВВЕДЕНО ВПЕРВЫЕ Г.К. Искакова УМКД 042-18-10.1.61/02-2014 Редакция № 1 от 11.09. 2014 стр. 3 из 12 Содержание 1 Общие положения 4 2 Содержание дисциплины и распределение часов по видам занятий 5 3 Методические рекомендации по изучению дисциплины 7 4 Формат курса 7 5 Политика курса 8 6 Политика выставления оценок 8 7 Литература 11 УМКД 042-18-10.1.61/02-2014 Редакция № 1 от 11.09. 2014 стр. 4 из 12 1 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ 1.1 Общие сведения о преподавателе и дисциплине Баяхметова Булбул Баяхметовна, к.х.н., старший преподаватель Кафедра «Химия» Контактная информация: 35-05-90, учебный корпус №9, кабинет № 418 Место проведения занятий – аудитория № 420 Количество кредитов – 1 1.2 Краткое описание дисциплины Курс «Современные проблемы физической химии» лежит в основе теоретической подготовке инженера-технолога. Физическая химия рассматривает наиболее общие вопросы химии, связанные с изучением взаимодействия различных форм движения материи и предшествует более подробному изучению дисциплин специализации. Устанавливая общие законы физико-химических процессов, она является фундаментом всех отраслей химической технологии. В связи с тем, что физическая химия дает возможность математического описания, расчета и предсказания протекания процессов в зависимости от различных факторов, она позволяет сознательно управлять химическими и технологическими процессами. 1.2 Целью данного курса является умение анализировать и рассчитывать влияния внешних условий и природы реагентов на основные параметры технологических процессов. 1.3 Основная задача изучения дисциплины заключается в ознакомлении студентов с теоретическими основами и основными расчетными и экспериментальными методами физической химии. 1.4 В результате изучения дисциплины студент должен: - понимать влияние различных условий на протекание технологических процессов; - знать основные разделы строения вещества, основы химической термодинамики, фазовое равновесие, растворы, основы электрохимии, химической кинетики и катализа; - уметь обосновывать предложения по совершенствованию проводимых технологических операций, - усвоить основные законы и их применение в конкретных объектах исследования; - приобрести навыки проведения исследования, обработки результатов и предсказания протекания процессов 1.6 Пререквизиты курса: 1.6.1 Физика 1.6.2 Математика 16.3. Неорганическая химия УМКД 042-18-10.1.61/02-2014 Редакция № 1 от 11.09. 2014 стр. 5 из 12 1.6.4. Квантовая химия 1.7 Постреквизиты курса: 1.7.1 Основы электрохимической технологии 2 СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЧАСОВ ПО ВИДАМ ЗАНЯТИЙ № п/п Название темы 1 2 ЛК Часы ЛБ СПЗ СРМП СРМ 3 4 5 6 7 Введение. Элементы статической термодинамики. Основные понятия статической термодинамики: фазовое пространство, термодинамическая вероятность. 33 Теорема Лиувиля, эргоидная гипотеза. 44 Статистика Больцмана. Расчет термодинамической вероятности методом Больцмана. Связь между энтропией и термодинамической вероятностью. 55 Статическая сумма. Сумма по состояниям молекул. Связь суммы по состояниям с термодинамическими функциями. 1 - 1 1 3 1 - 1 1 3 1 - 1 1 3 1 - 1 1 3 Суммы по состояниям видов достижений. Расчет термодинамических функций идеальных газов. 1 - 1 1 3 22 6 Таблица 1 Литература 8 УМКД 042-18-10.1.61/02-2014 7 86 9 10 11 12 Расчет константы равновесия методом статической термодинамики. Современное воззрение на механизм образования растворов электролитов. Модель Борна, Габера, Капустинского для расчета энергии кристаллической решетки и энергии гидратации ионов. Термодинамический цикл Борна-Габера. Основные термодинамические свойства ионов. Стандартная энтальпия образования иона в растворе. Стандартная энергия Гиббса и стандартная энтропия образования иона в растворе. Динамика развития теории сильных электролитов Дебая-Хюккеля. Влияние сольватации ионов на коэффициент активности. Применение теории ДебаяГюккеля для растворов слабых электролитов. Ионная ассоциация в растворах электролитов. Влияние ионной ассоциации на равновесие в растворах электролитов. Влияние ионной силы раствора на скорость химической реакции. Редакция № 1 от 11.09. 2014 стр. 6 из 12 1 - 1 1 3 1 - 1 1 3 1 - 1 1 3 1 - 1 1 3 2 - 2 2 6 1 - 1 1 3 УМКД 042-18-10.1.61/02-2014 13 Полиэлектролиты. Применение теории сильных электролитов для полиэлектролитов. 14 Электрохимический потенциал. Причина возникновения электродного потенциала. Равновесный, компромиссный (стационарный), смешанный потенциал. Термодинамика термодинамического элемента, уравнения Гиббса-Гельмгольца. Использование ЭДС для определения физикохимических характеристик электрохимических процессов Редакция № 1 от 11.09. 2014 стр. 7 из 12 1 - 1 1 3 2 - 2 2 6 3 МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИЗУЧЕНИЮ ДИСЦИПЛИНЫ Изучение курса включает 4 взаимосвязанные формы: лекции, практические занятия, СРМП и СРМ. Наиболее важной является лекция, на которой рассматриваются важные и особо сложные вопросы дисциплины. Лабораторный практикум предполагает освоение методик проведения работ, решение задач. СРМП и СРМ являются повседневной и обязательной подготовкой, выполняются по конкретным заданиям и находятся под постоянным контролем преподавателя. Самостоятельная работа вне аудитории предполагает работу с учебной литературой, выполнение домашних заданий, подготовку к текущим лабораторным занятиям. 4 ФОРМАТ КУРСА По данной дисциплине предполагается проведение 50-минутных лекций – 1 раза в неделю, 50-минутных практических занятий – 1 раз в неделю, 50минутных СРМП – 1 раза в неделю. УМКД 042-18-10.1.61/02-2014 Редакция № 1 от 11.09. 2014 стр. 8 из 12 5 ПОЛИТИКА КУРСА Посещение: Посещение лекций, лабораторных и практических занятий и СРМП строго обязательно. Если по какой-либо причине, вы не можете посещать занятия, будете нести ответственность за весь неусвоенный материал. Отработки пропущенных занятий учебным планом не предусмотрены, поэтому студент должен по пропущенной теме решить 5 задач по заданию преподавателя. Поведение: Систематическое нарушение дисциплины во время занятий будет наказываться удалением из аудитории и соответственно снижением рейтинговой оценки за пропуск занятия Рубежная аттестация: Итоги рубежной аттестации проставляются с учетом посещаемости, выполнение самостоятельных работ студента, в установленные сроки, ответов на занятиях в устной или письменной форме, результатов тестирования и самого рубежного контроля. Экзамен: Заключительный экзамен будет проводиться для всех студентов допущенных к нему на основе устного экзамена или компьютерной тестовой системы. Каждый экзаменационный тест включает 5 ответов, один из ответов правильный. Тесты составлены по всем разделам пройденного курса. 6 ПОЛИТИКА ВЫСТАВЛЕНИЯ ОЦЕНОК Распределение баллов по неделям и видам контроля представлено в таблице Распределение баллов по дисциплине «Современные проблемы физической химии» Таблица 2 Неделя Вид контроля Всего Примечание баллов 1 2 3 4 Посещение и подготовка к лекционным 30 занятиям с 1 по 8 неделю 1 Подготовка и выполнение практической занятий по теме «Методы расчета молекулярных сумм по состояниям. Вращательные, колебательные и поступательные суммы по состояниям для разных молекул» Устный опрос и решение задач 2 Подготовка и выполнение практической 20 занятий по теме «Связь молекулярных сумм по состояниям разных молекул с термодинамическими функциями. Расчеты УМКД 042-18-10.1.61/02-2014 Редакция № 1 от 11.09. 2014 термодинамических свойств системы методами статической термодинамики» Устный опрос и решение задач 3 Подготовка и выполнение практической занятий по теме «Необратимые процессы и энтропия необратимых процессов. Связь термодинамических и кинетических параметров химических систем» Устный опрос и решение задач 4 Подготовка и выполнение практической занятий по теме «Современная концепция механизма образования растворов электролитов. Энергия кристаллической решетки, методы расчета. Модель Борна, Капустинского, Термодинамических цикл Борна-Габера» Устный опрос и решение задач СРО на тему "Электрон-электронный двойной резонанс и его применение в физической химии" 5 Подготовка и выполнение практической занятий по теме «Современное состояние теории гидратации (сольватации). Энергия сольватации (гидратации), методы определения. Тепловой эффект сольватации. Уравнения Борна, БорнаБьеррума для расчета энергии сольватации и теплоты сольватации» Устный опрос и решение задач 6 Подготовка и выполнение практической занятий по теме «Реальная и химическая энергия сольватации. Теоретические и полуэмпирические методы расчета энергии и энтальпии гидратации ионов. Энтропия сольватации и числа сольватации ионов» Устный опрос и решение задач СРО на тему "Стандартная энтальпия, энергия Гиббса и энтропия образования иона в растворе" 7 Рубежный контроль, письменно Итого баллов по результатам обучения с 1 по 7 стр. 9 из 12 20 20 50 реферат 20 20 50 70 300 задачи УМКД 042-18-10.1.61/02-2014 Редакция № 1 от 11.09. 2014 стр. 10 из 12 неделю 8 9 10 11 Посещение и подготовка к лекционным занятиям с 8 по 15 неделю Подготовка и выполнение практической занятий по теме «Современные подходы к описанию термодинамических свойств растворов электролитов. Стандартная энтальпия, энергия Гиббса и энтропия образования иона в растворе. Термодинамика ионной сольватации. Методы расчета в идеальных и в реальных растворах. Энтальпия и энтропия образования газообразных ионов. Теория Самойлова» Устный опрос и решение задач Подготовка и выполнение практической занятий по теме «Современная трактовка теории сильных электролитов. Теория Гхоша, Дебая-Гюккеля, Баха, Раффа, Кузнецовой. Применение теории ДебаяГюккеля к реальным растворам и к растворам слабых электролитов. Уравнения Дэвиса, Гюгенгейма, Гюнтельберга, Стокса, Васильева для расчета термодинамических характеристик растворов электролитов» Устный опрос и решение задач Подготовка и выполнение практической занятий по теме «Равновесия процессов кислотно-основного взаимодействия и комплексообразования в растворах электролитов. Влияние ионной силы раствора на термодинамические характеристики этих процессов. Влияние ионной силы на скорость химической реакции» Устный опрос и решение задач Подготовка и выполнение практической занятий по теме «Полиэлектролиты, классификация, физико-химические свойства. Уравнение Гендерсона- 30 15 15 14 14 УМКД 042-18-10.1.61/02-2014 12 13 14 Редакция № 1 от 11.09. 2014 Гассельбаха, вывод и анализ. Свободная электростатическая энергия полииона, методы расчета. Применение теории сильных электролитов к растворам полиэлектролитов» Устный опрос и решение задач Подготовка и выполнение практической занятий по теме «Современная интерпретация понятия электрической проводимости в водной и неводной средах в рамках теории Дебая-Гюккеля-Онзагера. Электропроводность расплавов и твердых электролитов» Устный опрос и решение задач СРО на тему «Электропроводность расплавов и твердых электролитов» Подготовка и выполнение практической занятий по теме «Электрохимический потенциал. Причина возникновения электродного потенциала. Равновесный, компромиссный (стационарный), смешанный потенциал. Термодинамика термодинамического элемента, уравнения Гиббса-Гельмгольца. Использование ЭДС для определения физико-химических характеристик электрохимических процессов» Устный опрос и решение задач СРО на тему «Применение теории Дебая Хюккеля для растворов электролитов» Рубежный контроль,письменно баллов по результатам обучения с 8 по 15 15 Итого недели Итого баллов за экзамен Итого баллов за академический период стр. 11 из 12 14 50 презентация 14 50 реферат 70 300 400 1000 7 ЛИТЕРАТУРА 7.1 Основная литература 7.1.1 Стромберг, А.Г. Физическая химия: учебник / А.Г. Стромберг; Семченко, Д.П.- 6-е изд., стереотип.- М: Высш. шк., 2006.- 527 с. УМКД 042-18-10.1.61/02-2014 Редакция № 1 от 11.09. 2014 стр. 12 из 12 7.1.2 Неорганическая, физическая и коллоидная химия /Веренцова, Л.Г. – 2009. -214 с. 7.1.3 Зимон, А.Д. Физическая химия: учебник / А.Д. Зимон.- М.: Агар, 2003.- 316с. 7.1.4 Кругляков, П.М. Физическая и коллоидная химия: учеб. пособие / П.М. Кругляков; Т.Н. Хаскова.- 2-е изд., испр.- М.: Высш. шк., 2007.- 319 с. 7.1.5. Пономарева, К.С. Сборник задач по физической химии: учеб. пособие / К.С. Пономарева, В.Г. Гугля, Г.С. Никольский.- 2-е изд., испр.М.: МИСиС, 2008.- 339 с. 7.2. Дополнительная литература 7.2.1 Евстратова, К.И. Физическая и коллоидная химия: учебник / К.И. Евстратова; Н.А.Купина, Е.Е.Малахова; под ред. К.И.Евстратовой.- М.: Высш. школа, 1990.- 487 с. 7.2.2 Практикум по физической и коллоидной химии: учеб. пособие / Е.В. Бугреева, К.И. Евстратова, Н.А. Купина и др.; под ред. К.И. Евстратовой.М.: Высш. шк., 1990.- 255с. 7.2.3 Кнорре, Д.Г. Физическая химия: учебник / Д.Г. Кнорре; Л.Ф.Крылова, В.Ф.Музыкантов.- изд. 2-е, испр. и доп.- М.: Высшая школа, 1990.- 416 с. 7.2.4 Евстратова, К.И. Физическая и коллоидная химия: учебник / К.И. Евстратова; Н.А.Купина, Е.Е.Малахова; под ред. К.И.Евстратовой.- М.: Высш. школа, 1990.- 487 с. 7.2.5 Физическая химия. Современные проблемы: монография.- М.: Химия, 1982.- 248 с. 7.2.6 Смирнова, Н.А. Методы статистической термодинамики в физической химии: учеб. пособие / Н.А. Смирнова.- 2-е изд., перераб. и доп.- М.: Высш.шк., 1982.- 455 с.