Семестр 5 Раздел 1. Физическая химия
|
1.
|
Тема 1
Основы химической термодинамики
|
Предмет и задачи химической термодинамики. Системы изолированные, закрытые и открытые. Понятие о фазе, гомогенной и гетерогенной системе. Термодинамические параметры системы. Внутренняя энергия, энтальпия, энтропия и термодинамические потенциалы как функции состояния (термодинамические функции). Химический потенциал и общие условия равновесия систем.
Первый закон термодинамики, его различные формулировки. Математическое выражение закона термодинамики. Термодинамические свойства газов и газовых смесей. Применение закона к изотермическому, изохорному и изобарному процессам.
Термохимия. Стандартные условия для оценки теплового эффекта реакции. Изменения энтальпии для экзотермических и эндотермических реакций. Закон Гесса, и его следствия. Теплота образования и теплота сгорания веществ. Расчет тепловых эффектов реакций по стандартным теплотам образования и сгорания.
Второй закон термодинамики, его различные формулировки. Математическое выражение закона. Энтропия как мера рассеяния тепловой энергии. Связь изменения энтропии с приведенной теплотой для обратимых и необратимых процессов. Энтропия и термодинамическая вероятность системы, уравнение Больцмана. Энтропия как мера неупорядоченности в системе.
Термодинамические потенциалы системы. Энергия Гельмгольца (изохорно-изотермический потенциал) и энергия Гиббса (изобарно-изотермический потенциал). Изменение потенциалов как характеристика работоспособности системы. Критерии направления процессов в изолированных системах - изменение энтропии, и в неизолированных (закрытых) системах - изменение потенциалов Гельмгольца и Гиббса.
Термодинамика химического равновесия. Химическое равновесие и его условия. Константа равновесия и способы ее выражения. Изменение термодинамических параметров (энтропии и термодинамических потенциалов) при химическом равновесии в изолированных и неизолированных системах. Связь константы химического равновесия с изменением потенциала Гиббса. Уравнение изотермы химической реакции (уравнение Вант-Гоффа). Определение направления самопроизвольного процесса в зависимости от состава реакционной смеси. Влияние температуры на константу химического равновесия для экзотермических и эндотермических реакций. Уравнения изобары и изохоры химической реакции.
|
ПК-3,
ПК-7,
ПК-30,ПК-31, ПК-32
|
Знать:
основные понятия и определения, проявления для пищевых систем
Уметь:
Рассчитывать термодинамические параметры и характеристики процессов, химических реакций для гомогенных и гетерогенных систем
Владеть:
основными понятиями, терминами и определениями
|
Методы
·лекции
·практические занятия
·письменные или устные домашние задания
|
2
|
Тема 2
Химическая кинетика и катализ
|
Формальная кинетика. Теории химической кинетики. Средняя и истинная скорость химической реакции. Основной постулат химической кинетики. Константа скорости, ее физический смысл, независимость от концентрации или давления реагирующих веществ. Понятие о молекулярности и порядке реакции. Реакции первого и второго порядка. Период полураспада, взаимосвязь с исходной концентрацией реагентов.
Влияние температуры на константу скорости химической реакции. Эмпирическое правило Вант-Гоффа. Уравнение Аррениуса для константы скорости реакции. Энергия активации, ее физический смысл. Изменение энергии системы в ходе экзотермической и эндотермической реакции. Кинетика сложных гомогенных, фотохимических, цепных и гетерогенных реакций. Катализ. Гомогенный и ферментативный катализ; автокатализ. Адсорбция и гетерогенный_катализ. Общий механизм действия катализаторов. Специфичность катализаторов.
|
ПК-3,
ПК-7,
ПК-30,ПК-31, ПК-32
|
Знать:
основные понятия и определения, проявления для пищевых систем
Уметь:
Рассчитывать термодинамические параметры и характеристики процессов, химических реакций для гомогенных и гетерогенных систем
Владеть:
основными понятиями, терминами и определениями
|
Методы
·лекции
·практические занятия
·письменные или устные домашние задания
|
3
|
Тема 3
Фазовые (гетерогенные) равновесия
|
Сущность гетерогенных (фазовых) равновесий. Термодинамическое условие гетерогенных равновесий - равенство химических потенциалов компонентов в разных фазах. Равенство давления насыщенного пара в гетерогенной равновесной системе над твердой и жидкой фазой. Закон равенства фаз - правило фаз Гиббса для неконденсированных и конденсированных систем. Понятие числа степеней свободы.
Равновесия в однокомпонентных системах. Диаграммы состояния для однокомпонентных систем. Расчет числа степеней свободы по диаграмме состояния воды.
Равновесия в двухфазных двухкомпонентных системах. Термический анализ, кривые охлаждения, нагревания, диаграммы плавкости. Изоморфные вещества. Неизоморфные вещества. Вид диаграмм плавкости. Линии ликвидуса, солидуса. Эвтектика. Анализ диаграмм плавкости: определение числа фаз, состава фаз, процентного соотношения фаз, числа степеней свободы в разных точках диаграмм для изоморфных и неизоморфных систем. Значение термического анализа для пищевой технологии.
|
ПК-3,
ПК-7,
ПК-30,ПК-31, ПК-32
|
Знать:
основные понятия и определения, проявления для пищевых систем
Уметь:
Рассчитывать термодинамические параметры и характеристики процессов, химических реакций для гомогенных и гетерогенных систем
Владеть:
основными понятиями, терминами и определениями
|
Методы
·лекции
·практические занятия
·письменные или устные домашние задания
|
4
|
Тема 4
Термодинамические свойства растворов
|
Общая характеристика растворов. Гомогенные и гетерогенные растворы. Термодинамика самопроизвольного растворения. Изменение энергии Гиббса, энтальпии и энтропии при самопроизвольном растворении полярных и неполярных веществ. Термодинамическая теория химического сродства.
Идеальные и реальные растворы. Изменение энтальпии и объема системы при образовании идеальных и реальных растворов. Системы, приближающиеся к идеальным растворам. Роль термодинамики поверхностного слоя для гетерогенных растворов.
Растворы нелетучих компонентов в жидкостях. Давление насыщенного пара растворителя над раствором неэлектролитов. Закон Рауля. Диаграмма состояния для растворов. Следствия из закона Рауля: понижение температуры замерзания и повышение температуры кипения растворов по сравнению с растворителем. Криоскопическая и эбулиоскопическая постоянные. Закон Рауля и его следствия для растворов электролитов Изотонический коэффициент (коэффициент Вант-Гоффа). Криоскопия и эбулиоскопия как методы исследования растворов и растворенных веществ. Растворы жидкость-жидкость. Диаграммы состояния (давление насыщенного пара - состав). Положительные и отрицательные отклонения от закона Рауля для реальных растворов, причины отклонения.
|
ПК-3,
ПК-7,
ПК-30,ПК-31, ПК-32
|
Знать:
основные понятия и определения, проявления для пищевых систем
Уметь:
Рассчитывать термодинамические параметры и характеристики процессов, химических реакций для гомогенных и гетерогенных систем
Владеть:
основными понятиями, терминами и определениями
|
Методы
·лекции
·практические занятия
·письменные или устные домашние задания
|
5
|
Тема 5
Электрохимия
|
Электропроводность растворов электролитов. Удельная и эквивалентная электропроводность, их изменение в зависимости от концентрации слабых и сильных электролитов. Абсолютная скорость и подвижность ионов. Закон Кольрауша. Закон разбавления Оствальда для слабых электролитов. Определение степени и константы диссоциации слабых электролитов методом измерения электропроводности. Кондуктометрическое титрование.
Электрод. Возникновение потенциала на границе двух фаз. Строение двойного электрического слоя на поверхности раздела металл-раствор в зависимости от природы металла и состава электролита. Обратимые и необратимые электроды. Электроды первого и второго рода, окислительно-восстановительные, ионселективные электроды. Реакции на электродах.
Уравнение Нернста-Тюрина. тандартные электродные потенциалы. Водородный электрод. Ряд напряжений.
Гальванический элемент и его электродвижущая сила (ЭДС). Термодинамическая теория ЭДС - термодинамика фазового равновесия. ЭДС как разность потенциалов электродов в обратимом процессе. Нормальный элемент Вестона. Определение ЭДС элементов компенсационным методом.
|
ПК-3,
ПК-7,
ПК-30,ПК-31, ПК-32
|
Знать:
основные понятия и определения, проявления для пищевых систем
Уметь:
Рассчитывать термодинамические параметры и характеристики процессов, химических реакций для гомогенных и гетерогенных систем
Владеть:
основными понятиями, терминами и определениями
|
Методы
·лекции
·практические занятия
·письменные или устные домашние задания
|
Семестр 5. Раздел 2. Коллоидная химия
|
6
|
Тема 6
Коллоидные системы, получение и свойства
|
Гетерогенные дисперсные системы, их широкое распространение в природе и технике. Значение этих систем в производстве продуктов питания. Особенности коллоидного состояния - высокая дисперсность, гетерогенность и необходимость стабилизатора. Основные понятия дисперсных систем: дисперсная фаза, дисперсионная среда, степень дисперсности и удельная поверхность. Классификация гетерогенных дисперсных систем по размеру частиц, агрегатному состоянию фазы и среды, взаимодействию между фазой и жидкой дисперсионной средой, по взаимодействию между частицами системы. Системы с жидкой и газообразной дисперсионной средой: золи, суспензии, эмульсии, пены, пасты.
Методы получения коллоидных систем: диспергировяние, пептизация и конденсация. Строение мицеллы. Зависимость состава мицеллы от условий получения коллоидного раствора.
Оптические явления в дисперсных системах. Светорассеяние (опалесценция), флуоресценция. Уравнение Рэлея для светорассеяния, границы применимости и анализ уравнения. Приборы, основанные на светорассеянии - нефелометр и ультрамикроскоп. Поглощение света. Закон Ламберта-Бугера-Бэра.
Молекулярно-кинетические свойства коллоидных систем. Диффузия. Первый закон Фика. Коэффициент диффузии и его зависимость от размера частиц (уравнение Эйнштейна). Особенности диффузии в коллоидных системах. Связь коэффициента диффузии со среднеквадратичным смещением частицы. Уравнение Эйнштейна-Смолуховского.
Диализ и осмос. Проявления в природе и применение в технике. Особенности осмотического давления коллоидных систем.
|
ПК-3,
ПК-7,
ПК-30,ПК-31, ПК-32
|
Знать:
Основные понятия, определения, классификацию методов
Уметь:
применят полученные знания для дисперсных систем, в том числе пищевых
Владеть:
навыками для оптимизации и совершенствования технологических процессов получения продуктов питания
|
Методы
·лекции
·практические занятия
·письменные или устные домашние задания
·расчетно-аналитические, расчетно-графические задания
·самостоятельная работа студентов.
|
7
|
Тема 7
Поверхностные явления и адсорбция
|
Термодинамика поверхностных явлений. Поверхность раздела фаз. Молекулярное взаимодействие на поверхности раздела. Свободная поверхностная энергия. Избыток свободной поверхностной энергии в коллоидных системах и пути его снижения. Классификация поверхностных явлений (адсорбция, адгезия, смачивание и капиллярные явления).
Физическая и химическая адсорбция. Кинетика адсорбции. Адсорбционное равновесие. Изотермы адсорбции. Молекулярная адсорбция на границе твердое тело - газ. Теория мономолекулярной адсорбции. Уравнение Ленгмюра. Адсорбция на гладких поверхностях и пористых адсорбентах, капиллярная конденсация.
Адсорбция электролитов на границе твердое тело - раствор. Избирательная адсорбция ионов. Обменная адсорбция ионов. Адсорбция на границе раствор - газ. Поверхностное натяжение жидкости, взаимосвязь с внутренним давлением. Методы измерения поверхностного натяжения растворов. Изотермы поверхностного натяжения на границе водный раствор-газ.
Поверхностно-активные вещества (ПАВ) и инактивные вещества. Свойства ПАВ. Строение молекул ПАВ и их адсорбционных слоев. Уравнение адсорбции Гиббса. Поверхностная активность. Правило Траубе.
Коллоидные ПАВ. Строение молекул коллоидных ПАВ. Состояние коллоидных ПАВ в растворе: молекулы, ионы, мицеллы. Мицеллообразование и его причины Критическая концентрация мицеллообразования (ККМ). Изменение физико-химических свойств растворов при ККМ. Влияние различных факторов на величину ККМ. Классификация и практическое значение коллоидных ПАВ. Применение в продуктах питания.
|
ПК-3,
ПК-7,
ПК-30,ПК-31, ПК-32
|
Знать:
Основные понятия, определения, классификацию методов
Уметь:
применят полученные знания для дисперсных систем, в том числе пищевых
Владеть:
навыками для оптимизации и совершенствования технологических процессов получения продуктов питания
|
Методы
·лекции
·практические занятия
·письменные или устные домашние задания
·расчетно-аналитические, расчетно-графические задания
·самостоятельная работа студентов.
|
8
|
Тема 8
Устойчивость и коагуляция коллоидных систем
|
Двойной электрический слой (ДЭС) на границе раздела фаз. Механизм образования и строение ДЭС. Термодинамический и электрокинетический потенциалы, граница скольжения, толщина ДЭС. Электрокинетические явления (электрофорез и электроосмос) и их практическое применение.
Устойчивость дисперсных систем. Агрегативная и кинетическая (седиментационная) устойчивость. Седиментация в дисперсных системах. Термодинамические и кинетические факторы агрегативной устойчивости. Физическая теория устойчивости и коагуляции - теория ДЛФО. Потенциальные кривые взаимодействия коллоидных частиц. Энергетический барьер и его значение для устойчивости. Взаимосвязь необратимой и обратимой агрегации частиц с параметрами потенциальных кривых взаимодействия. Структурообразование в коллоидных системах. Явление тиксотропии.
Коагуляция коллоидных систем. Быстрая и медленная коагуляция. Влияние электролитов на величину энергетического барьера и коагуляцию. Правила коагуляции электролитами, порог коагуляции. Электростатический и неэлектростатические факторы устойчивости коллоидных систем.
|
ПК-3,
ПК-7,
ПК-30,ПК-31, ПК-32
|
Знать:
Основные понятия, определения, классификацию методов
Уметь:
применят полученные знания для дисперсных систем, в том числе пищевых
Владеть:
навыками для оптимизации и совершенствования технологических процессов получения продуктов питания
|
Методы
·лекции
·практические занятия
·письменные или устные домашние задания
·расчетно-аналитические, расчетно-графические задания
·самостоятельная работа студентов.
|
9
|
Тема 9
Высокомолекулярные соединения и их растворы. Вязкость растворов ВМС и коллоидных систем
|
Классификация ВМС. Физическое состояние ВМС. Растворы ВМС как истинные, термодинамически устойчивые системы. Общие свойства растворов ВМС и коллоидных систем. Термодинамика растворения ВМС. Набухание ВМС. Ограниченное и неограниченное набухание. Степень набухания, кинетика набухания. Роль процесса набухания при обработке и хранении пищевых и непищевых материалов.
Растворы полиэлектролитов. Зависимость оптических и реологических свойств растворов полиэлектролитов от рН среды.
Вязкость свободнодисперсных систем. Уравнение Ньютона. Динамическая и кинематическая вязкость. Ньютоновские (нормальные) и неньютоновские (аномальные) жидкости. Кривые течения для ньютоновских и неньютоновских жидкостей. Причины неньютоновского течения коллоидных систем и растворов ВМС.
Уравнение Пуазейля и его применение для капиллярной вискозиметрии. Вязкость растворов относительная, удельная, приведенная, характеристическая. Определение молекулярной массы полимера по характеристической вязкости.
Зависимость вязкости от объемной концентрации частиц. Уравнение Эйнштейна. Влияние сольватации и взаимодействия частиц на вязкость системы. Уравнение Шведова-Бингама. Предел текучести. Реологические кривые для структурированных жидкостей. Эффективная вязкость.
|
ПК-3,
ПК-7,
ПК-30,ПК-31, ПК-32
|
Знать:
Основные понятия, определения, классификацию методов
Уметь:
применят полученные знания для дисперсных систем, в том числе пищевых
Владеть:
навыками для оптимизации и совершенствования технологических процессов получения продуктов питания
|
Методы
·лекции
·практические занятия
·письменные или устные домашние задания
·расчетно-аналитические, расчетно-графические задания
·самостоятельная работа студентов.
|
10
|
Тема 10
Избранные разделы физической и коллоидной химии пищевых систем
|
Кинетические закономерности в пищевых системах. Многообразие химических и биохимических превращений в пищевых системах, приводящих к снижению качества продуктов. Значение изучения кинетики процессов для установления сроков годности пищевых продуктов. Различные методы изучения химической кинетики в пищевых системах. Целесообразность химического исследования кинетики совместно с органолептической оценкой качества продуктов.
Пищевые эмульгаторы. Пищевые эмульгаторы - стабилизаторы эмульсий в пищевых системах. Зависимость области применения пищевых эмульгаторов и их конкретных технологических функций от свойств молекул ПАВ, особенно от показателя ГЛБ (гидрофильно-липофильного баланса). Классификация эмульгаторов по различным признакам (заряд поверхностно активной части, величина ГЛБ, функциональные группы)., Основные виды пищевых эмульгаторов неионогенные ПАВ (наряду с цвиттер-ионным лецитином и анионактивными лактилатами). Основные группы эмульгаторов: моно- и диглицериды, фосфолипиды, эфиры сахарозы, эфиры сорбита и др.
Структурообразование в пищевых системах. Структурно-механические свойства гетерогенных дисперсных систем. Свободно- и связнодисперсные системы. Золь, гель, структурированные жидкости. Коагуляционные и конденсационно-кристаллизационные структуры, условие их образования, различия в свойствах. Тиксотропия и синерезис в пищевых системах. Представители структурированных пищевых систем. Загустители и гелеобразователи. Общая характеристика. Основные представители полисахаридной, белковой природы.
Эмульсии в пищевых системах. Эмульсии - гетерогенные дисперсные системы с жидкой дисперсной фазой и дисперсионной средой. Классификация эмульсий по полярности фазы и среды (эмульсии I рода - прямые, м/в и эмульсии II рода - обратные, в/м), величине поверхностного натяжения на границе фаз (лиофобные и лиофильные эмульсии) и концентрации дисперсной фазы (разбавленные, концентрированные и высококонцентрированные эмульсии). Агрегативная устойчивость эмульсий. Получение эмульсий. Обращение фаз в эмульсиях. Представители эмульсий в пищевых системах (молоко, сливки, маргарин, пищевой жир, майонез, сливочное масло и др.). Самопроизвольное эмульгирование при переваривании и усвоении пищи в организме человека.
|
ПК-3,
ПК-7,
ПК-30,ПК-31, ПК-32
|
Знать:
Основные понятия, определения, классификацию методов
Уметь:
применят полученные знания для дисперсных систем, в том числе пищевых
Владеть:
навыками для оптимизации и совершенствования технологических процессов получения продуктов питания
|
Методы
·лекции
·практические занятия
·письменные или устные домашние задания
·расчетно-аналитические, расчетно-графические задания
·самостоятельная работа студентов.
|
