Основная образовательная программа бакалавриата, реализуемая вузом по направлению подготовки 020100. 62 Химия (профиль подготовки Неорганическая химия и химия координационных соединений)

Скачать 2.91 Mb.

Название	Основная образовательная программа бакалавриата, реализуемая вузом по направлению подготовки 020100. 62 Химия (профиль подготовки Неорганическая химия и химия координационных соединений)
страница	15/25
Дата публикации	06.08.2014
Размер	2.91 Mb.
Тип	Основная образовательная программа

100-bal.ru > Химия > Основная образовательная программа

1 ... 11 12 13 14 15 16 17 18 ... 25

Цели освоения дисциплины:

овладение основным понятийно-терминологическим и методологическим аппаратом термодинамики и получение навыков его применения для анализа химических процессов и фазовых равновесий.

Место дисциплины в структуре ООП:

данная дисциплина входит в раздел Б.3 «Профессиональный цикл. Базовая часть»
по направлению 020100.62 – химия.

В результате освоения дисциплины студент должен:

знать:

взаимосвязь физико-химических результатов, приложений и формул
с фундаментальными законами химической термодинамики;
зависимость соответствия между любой термодинамической системой и реальным физико-химическим объектом от тех приближений, которые выбраны в рамках используемой модели;
взаимосвязь всех термодинамических переменных, характеризующих количественно любую термодинамическую систему, и принципы их условного деления
на независимые переменные и термодинамические функции для удобства построения математического аппарата;
методы установление связей между макроскопическим и микроскопическим подходами описания систем, состоящих из большого числа частиц, основанные
на понятиях классической и квантовой (для систем с дискретными уровнями энергии) статистической термодинамики;
постулаты статистической механики, характеризующие связь между функцией распределения равновесных, слабо неравновесных и сильно неравновесных систем
и их термодинамическими свойствами;
линейную и нелинейную зависимость сложного динамического поведения типичных неравновесных систем от флуктуаций и неустойчивости к начальным условиям;
принципы анализа устойчивости стационарных состояний нелинейных систем.

уметь:

выделять термодинамическую систему в виде материального объекта внешней среды, способного обмениваться с другими телами энергией и (или) веществом, с помощью реально существующей или воображаемой граничной поверхности;
производить выбор веществ, составляющих термодинамическую систему, таким образом, чтобы с их помощью можно было описать любые возможные изменения
в химическом составе каждой из частей системы и чтобы их количество удовлетворяло условиям электронейтральности и материального баланса;
выделять термодинамические параметры системы и ранжировать их в порядке смысловой значимости;
формулировать сущность решаемой термодинамической задачи, оценивать степень обеспеченности ее исходными термодинамическими константами, возможности
ее решения в том или ином термодинамическом приближении;
рассчитывать средние значения основных физических величин в закрытых системах при помощи уравнений для классической и квантовой функций распределения канонического ансамбля;
рассчитывать термодинамические функции системы и определять ее уравнение состояния, если известны суммы по состояниям;
анализировать весь репертуар возможных сценариев поведения систем, зависящих
от управляющих параметров.

владеть:

приемами применения термодинамических методов для анализа физических и физико-химических явлений в реальных процессах (химические реакции, фазовые переходы, процессы в растворах);
основными алгоритмами расчета фазовых равновесий в современных электронных базах термодинамических данных;
методикой создания компьютерных моделей изобарных диаграмм тройных систем;
навыками расчета суммы по состояниям идеальных и реальных газов
и статистическим расчетом термодинамических свойств идеальных и реальных систем;
методологией анализа причин возникновения самоорганизации в нелинейных сильно неравновесных системах в определенном диапазоне изменения управляющих параметров;
методами структурирования учебных текстов, способствующими переводу полученных знаний из кратковременной памяти в долговременную (разработка компьютерных версий традиционных учебников по химической термодинамике);
навыками взаимодействия специалистов различного профиля при выполнении междисциплинарных проектов (совместное выполнение учебно-исследовательских заданий по моделированию фазовых диаграмм со студентами Института математики и информатики БГУ.

Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины:

В ходе изучения дисциплины «Физическая химия: химическая термодинамика» студент приобретает (или закрепляет) следующие компетенции:

использует основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применяет методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ОК-6);
понимает сущность и социальную значимость профессии, основных перспектив
и проблем, определяющих конкретную область деятельности (ПК-1);
владеет основами теории фундаментальных разделов химии (ПК-2);
способен применять основные законы химии при обсуждении полученных результатов, в том числе с привлечением информационных баз данных (ПК-3);
владеет навыками химического эксперимента, основными методами получения
и исследования химических веществ и реакций (ПК-4);
владеет навыками работы на современной учебно-научной аппаратуре при проведении химических экспериментов (ПК-6);
имеет опыт работы на серийной аппаратуре, применяемой в физико-химических исследованиях (ПК-7);
владеет методами регистрации и обработки результатов химических экспериментов (ПК-8);
владеет методами безопасного обращения с химическими материалами с учетом их физических и химических свойств, способностью проводить оценку возможных рисков (ПК-9).

Содержание дисциплины

Основы химической термодинамики

Основные понятия термодинамики; уравнения состояния

Системы, переменные, параметры и функции. Составляющие вещества и компоненты. Обобщенные силы и обобщенные координаты. Состояния и процессы. Функции состояния и функции перехода. Флуктуации. Релаксационный процесс. Первый постулат. Второй постулат (нулевой закон). Температура как интенсивная переменная. Связь внутренних переменных с внешними переменными и температурой или внутренней энергией. Термическое и калорическое уравнение состояния. Вариантность системы. Идеальный и реальные газы. Фактор сжимаемости. Критические константы. Эмпирические параметры. Уравнения Ван-дер-Ваальса, Бертло, Дитеричи, Битти-Бриджмена. Вириальное уравнение Каммерлинг-Оннеса. Построение Максвелла. Приведенные переменные. Закон соответственных состояний. Вириальные коэффициенты. Температура Бойля. Термические коэффициенты. Цепочечное соотношение Эйлера. Уравнение состояния конденсированной фазы.

Первый закон термодинамики

Энергия изолированной системы. Функции перехода (пути) не являются полным дифференциалом. Размерность работы, теплоты и энергии. Эквивалентность теплоты
и работы. Первый закон для открытых систем. Химическая работа. Химический потенциал. Энергия системы и ее составляющие. Работа как произведение обобщенной силы на изменение обобщенной координаты. Виды работ. Полезная (немеханическая) работа. Дифференциальное выражение первого закона. Расчет механической работы
при расширении против внешнего давления. Уравнение адиабаты. Обратимый адиабатический процесс. Работа идеального газа в различных процессах. Теплота. Калорические коэффициенты системы. Изохорная и изобарная теплоемкость, скрытая теплота изотермического расширения и сжатия, скрытая теплота изохорного сжатия. Истинная и средняя теплоемкость. Мольные теплоемкости. Вывод соотношения между изобарной и изохорной теплоемкостью. Опыты Джоуля по изотермическому расширению идеального газа. Изобарная и изохорная теплоемкости конденсированной фазы. Энтальпия. Зависимость изохорной теплоемкости от объема. Зависимость изобарной теплоемкости от давления. Теплоемкость идеального газа не зависит от объема
и давления. Внутренняя энергия как функция состояния. Вспомогательные дифференциальные уравнения для энтальпии. Уравнение Дебая.

Термохимия

Изменение внутренней энергии при постоянном объеме и при постоянном давлении. Независимость теплоты химической реакции от пути проведения процесса. Оператор химической реакции. Энтальпия реакции. Термохимические знаки теплоты. Связь между энтальпией реакции и тепловым эффектом при постоянном объеме при участии в реакции идеальных газов. Стандартные состояния. Стандартные энтальпии: реакции, образования, сгорания. Первое и второе следствия из закона Гесса. Энергия связи. Дифференциальная
и интегральная формы уравнения Кирхгофа. Температурная зависимость разности изобарных теплоемкостей продуктов реакции и исходных веществ. Влияние этой зависимости на изменение энтальпии реакции при изменении температуры. Аппроксимация экспериментальных данных по теплоемкости. Предельные значения теплоемкостей при низких температурах, в том числе для слоистых и цепных структур. Мольная теплоемкость идеальных одноатомных и двухатомных газов. Теплоемкость жидкости. Интерполяционные формулы для расчета теплоемкости. Температурная зависимость теплоемкости вещества. Способы оценки теплоемкости: правила Дюлонга-Пти и Неймана-Коппа, суммирование инкрементов, аддитивная зависимость. Отличие энтальпии реакции между реальными газами от аналогичной величины для идеальных газов. Зависимость энтальпии реакции от давления для конденсированной фазы. Энтальпии растворения и разведения.

Второй закон термодинамики; энтропия

Энтропия как экстенсивная функция состояния. Изменение энтропии при протекании
в изолированной системе необратимых процессов. Энтропия изолированной системы при состоянии термодинамического равновесия. Размерность энтропии. Неравенство Клаузиуса. Диссипативные процессы. Некомпенсированная теплота. Изменение энтропии, вызванное равновесным теплообменом с окружением. Рост энтропии из-за необратимых процессов в системе. Обобщенная форма записи первого и второго законов термодинамики (фундаментальное уравнение Гиббса). Частные производные энтропии по экстенсивным переменным. Выравнивание интенсивных переменных контактирующих систем при термодинамическом равновесии. Анализ изолированной системы, состоящей из двух подсистем, открытых по отношению друг к другу. Химическая переменная. Химическое сродство. Абсолютная энтропия. Третий закон термодинамики (постулат Планка). Термодинамическая вероятность. Формула Больцмана. Расчет изменения энтропии в различных процессах: нагревание или охлаждение при постоянном давлении, изотермическое расширение или сжатие, фазовые переходы, смешение идеальных газов при постоянных температуре и давлении, изменение энтропии при химической реакции. Расчет энтропии по результатам изменения теплоемкости. Абсолютные энтропии участников реакции при давлении.

Термодинамические потенциалы

Внутренняя энергия и энтропия как характеристические функции. Преобразования Лежандра для характеристических функций (энтальпия, энергия Гельмгольца, энергия Гиббса). Отсутствие абсолютных значений у т/д потенциалов. Соотношения Максвелла. Полный (электрохимический) потенциал. Связь между характеристической функцией
и т/д потенциалами. Зависимость энергии Гиббса при: а) изменении Т и р;
б) изотермическом расширении и сжатии; в) химической реакции. Стандартные приведенные потенциалы.

Приложения химической термодинамики

Термодинамика растворов

Параметр однородности. Теорема Эйлера. Парциальные мольные величины и уравнения Максвелла. Уравнение Гиббса-Дюгема. Относительные парциальные мольная величина
и интегральное свойство. Точечная, линейная и плоская фазы. Симметричная
и ассиметричная системы отсчета свойств. Функция смешения. Изотермы давления пара при положительных и знакопеременных отклонениях от закона Рауля. Изменение мольных т/д функций при образовании бинарного идеального раствора. Мольная энергия Гиббса неидеального бинарного раствора. Уровень отсчета свойств раствора. Параметр стабильности. Избыточная энергия Гиббса. Регулярные, квазирегулярные, субрегулярные и атермальные растворы. Метод Даркена при расчете активности второго компонента.

Правило фаз и равновесия в однокомпонентных системах

Формульные матрицы многокомпонентных систем. Двухсторонний и граничный экстремумы Гиббса при расчете равновесий. Гомогенные и гетерогенные системы. Диаграммы состояний. Однокомпонентные 4-хфазные системы. Расчет фазовых равновесий из общего и частных условий. Устойчивые и метастабильные фазовые диаграммы. Условия равновесия в дифференциальной форме. Фазовые равновесия второго рода.

Фазовые равновесия в двухкомпонентных системах

Алгоритм расчета бинарных диаграмм состояния. Уравнение материального баланса. Термодинамические модели фаз. Обобщенное уравнение Ван-дер-Ваальса. Законы Коновалова. Уравнения Планка-Ван Лаара и Шредера.

Химическое равновесие

Зависимость энергии Гиббса системы от химической переменной. Изотерма и стандартная энергия Гиббса химической реакции. Закон действующих масс. Биохимические стандартные состояния. Изобара и изохора химической реакции. Зависимость логарифма константы равновесия от температуры. Зависимость константы равновесия от давления, присутствия катализатора и от природы растворителя.

Статистическая термодинамика

Ансамбли

Классическая статистическая термодинамика. Гамильтонин системы. Фазовое пространство и фазовая траектория. Ячейки Больцмана. Функция распределения.

Сумма по состояниям и статистический интеграл. Расчет термодинамических свойств идеальных и реальных газов

Основной постулат. Уравнение и теорема Лиувилля. Микроканонический ансамбль. Дельта-функция Дирака. Канонический ансамбль. Распределение Максвелла. Большой канонический ансамбль. Квантовая статистическая термодинамика. Матрица плотности. Суммирование по квантовомеханическому базису. Уравнение фон Неймана. Распределение, формула и постоянная Больцмана. Остаточная энтропия. Логарифм фазового объема. Плотность энергетических состояний. Фазовый интеграл. Большая статистическая сумма. Свойства различных видов внутренней энергии. Эффективные вращательная и колебательная температуры. Конфигурационный интеграл. Межмолекулярные потенциалы и соответствующие им функции Майера. Формула Закура-Тетроде. Теорема о распределении по степеням свободы. Закон соответственных состояний. Теоретическое обоснование вириального разложения.

Неравновесная термодинамика

Линейная неравновесная термодинамика

Соотношение де Донде. Производство энтропии. Функция диссипации. Феноменологические коэффициенты и соотношения взаимности Онсагера. Теорема Глансдорфа-Пригожина. Логистическое отображение.

Сильно неравновесные системы

Самоорганизация. Влияние управляющего параметра на стационарное состояние системы. Устойчивость стационарных состояний. Модель брюсселятора для колебательной реакции Белоусова-Жаботинского. Схема реакции с самокатализом для объяснения хиральной асимметрии аминокислот и углеводов.

III. Физическая химия: химическая кинетика

Цели освоения дисциплины:

овладение теоретическими знаниями об основных законах химической кинетики
и кинетических закономерностях протекания химических реакций;
ознакомление студентов с экспериментальными и расчетными методами исследования кинетики химических процессов.

Место дисциплины в структуре ООП:

данная дисциплина входит в раздел Б.3 «Профессиональный цикл. Базовая часть»
по направлению 020100.62 – химия.

В результате освоения дисциплины студент должен:

знать:

основы современных теорий в области химической кинетики и способы
их применения для решения теоретических и практических задач в любых областях химии;

уметь:

самостоятельно ставить задачу кинетического исследования в химических системах, выбирать оптимальные пути и методы решения подобных задач как экспериментальных, так и теоретических;
обсуждать результаты кинетических исследований, ориентироваться в современной литературе по химической кинетике, вести научную дискуссию по вопросам химической кинетики;

владеть:

основными законами химической кинетики, основами катализа, методологией стандартных кинетических измерений и расчетов кинетических характеристик химических процессов.

1 ... 11 12 13 14 15 16 17 18 ... 25

	Учебно-методический комплекс рабочая программа для студентов очного... Рабочая программа для студентов очного обучения по направлению 020100. 62 «Химия», профили подготовки: «Неорганическая химия и химия...		Аналитическая химия учебно-методический комплекс «Химия», профили подготовки: «Неорганическая химия и химия координационных соединений», «Физическая химия», «Химия окружающей среды,...
	Высокомолекулярные соединения учебно-методический комплекс «Химия», профили подготовки: «Неорганическая химия и химия координационных соединений», «Физическая химия», «Химия окружающей среды,...		Химические основы биологических процессов учебно-методический комплекс «Химия», профили подготовки: «Неорганическая химия и химия координационных соединений», «Физическая химия», «Химия окружающей среды,...
	Основная образовательная программа высшего профессионального образования Основная образовательная программа высшего профессионального образования, реализуемая вузом по направлению подготовки 020100 Химия...		Рабочая программа дисциплины Химия синтетических лекарственных веществ Дисциплина «Химия синтетических лекарственных веществ» входит в вариативную часть математического и естественнонаучного цикла (Б....
	Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Основная образовательная программа высшего профессионального образования, реализуемая вузом по направлению подготовки 020100 Химия...		Рабочая программа Учебной дисциплины биология с основами экологии... Программа составлена в соответствии с Федеральным государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования...
	Программа вступительных экзаменов по специальным дисциплинам, соответствующих... ...		Учебно-методический комплекс дисциплины русский язык и культура речи... Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования города Москвы
	Программа вступительных экзаменов по специальным дисциплинам, соответствующих... «Неорганическая химия»; «Аналитическая химия»; «Органическая химия»; «Физическая химия»		Основная образовательная программа высшего профессионального образования Основная образовательная программа (ооп) бакалавриата, реализуемая вузом по направлению подготовки 081100. 62 Государственное и муниципальное...
	Основная образовательная программа бакалавриата, реализуемая в Кабардино... Ооп бакалавриата, реализуемая вузом по направлению подготовки 072600. 62 Декоративно-прикладное искусство и народные промыслы и профилю...		Основная образовательная программа бакалавриата, реализуемая в Кабардино... Ооп бакалавриата, реализуемая вузом по направлению подготовки 072600. 62 Декоративно-прикладное искусство и народные промыслы и профилю...
	Основная образовательная программа бакалавриата, реализуемая вузом... Основная образовательная программа бакалавриата, реализуемая вузом по направлению подготовки 49. 03. 01 Физическая культура и профилю...		Основная образовательная программа (ооп) бакалавриата, реализуемая...

Похожие: