Учебник. — М.: Инфра-М, 2017. — 606 + 262 с. — (Высшее
образование: Бакалавриат). — ISBN 978-5-16-011785-0,
978-5-16-104227-4 (online).
Книга является первым томом учебника, подготовленного на основе
опыта преподавания автором на химическом и физическом факультетах
МГУ имени М.В. Ломоносова. Охват материала гораздо шире, чем
обычно дается в учебниках по физической химии. В основе изложения
метод Гиббса как наиболее общий и последовательный подход в
термодинамике. Особое внимание уделено вопросам, вызывающим
наибольшие трудности у студентов, а также логичности, связности и
доступности изложения. Книга оснащена приложениями и дополнениями,
что сводит к минимуму потребность читателя обращаться к другим
учебным пособиям для лучшего усвоения основного материала. В
отличие от большинства учебников гораздо подробнее изложены
термодинамика систем во внешних полях и основы линейной
неравновесной термодинамики.
Соответствует требованиям Федерального государственного
образовательного стандарта высшего образования последнего
поколения.
Книга предназначена для студентов (бакалавров, магистров,
специалистов) химических и физических факультетов университетов,
имеющих в программе обучения курс физической химии. Также может
быть использована аспирантами, соискателями ученой степени,
научными работниками и всеми, кто хочет глубже изучить и понять
науку термодинамику, являющуюся основой физической и теоретической
химии.
Рекомендовано в качестве учебника для студентов высших учебных
заведений, обучающихся по направлениям подготовки 04.03.01 «Химия»,
18.03.01 «Химическая технология», 03.03.01 «Прикладные математика и
физика» (квалификация (степень) «бакалавр»).
Оглавление (под спойлером).
Язык термодинамики. Идеальные и реальные газы
Что такое идеальный газ.
Межмолекулярное взаимодействие в разреженных газах.
Уравнения состояния реальных газов.
Вириальное уравнение.
Уравнение Ван-дер-Ваальса.
Равновесие газа с жидкостью.
Приведенные параметры и соответственные состояния.
Основные понятия и постулаты термодинамики
Термодинамические величины, системы и их контакты.
Исходные положения термодинамики.
Уравнения состояния.
Термические коэффициенты.
Аддитивность термодинамических величин.
Первое начало термодинамики
Энергия.
Работа и теплота.
Калорические коэффициенты.
Энтальпия.
Политропный процесс.
Термохимия
Термохимическая теплота реакции.
Стандартные состояния веществ.
Энтальпия образования соединения.
Формула Кирхгоффа.
Закон Гесса.
Термохимические циклы.
Важнейшие термохимические величины.
Энтальпия разрыва связи.
Энтальпия связи.
Энергия ионизации и сродство к электрону.
Энергия кристаллической решётки.
Второе и третье начала термодинамики
Энтропия.
Термодинамическая температура.
Необратимые процессы.
Фундаментальное уравнение.
Абсолютная энтропия.
Закон возрастания энтропии.
Стандартная энтропия химических соединений.
Характеристические функции и термодинамические потенциалы закрытых систем
Свободная энергия.
Фундаментальные уравнения и термодинамические соотношения.
Теорема о малых добавках.
Преобразования Лежандра.
Замена переменных.
Энергия Гельмгольца как характеристическая функция.
Некоторые применения термодинамических преобразований.
Термодинамическая шкала температуры.
Максимальная работа.
Термодинамическая устойчивость.
Принцип Ле-Шателье.
Открытые системы с одним компонентом
Химический потенциал.
Химический потенциал газов.
Первое начало термодинамики для открытой системы.
Большой термодинамический потенциал.
Новые термодинамические неравенства.
Фазовые равновесия в системах с одним компонентом
Условия равновесия фаз.
Фазовые диаграммы.
Фазовые переходы 1-го рода.
Уравнение Клаузиуса — Клапейрона.
Связь термодинамических функций с фазовыми диаграммами.
Полиморфные превращения.
Испарение и плавление.
Фазовые переходы 2-го рода.
Многокомпонентные системы
Компоненты и составляющие вещества.
Фундаментальные уравнения.
Теорема Эйлера.
Характеристические функции.
Уравнение Гиббса — Дюгема.
Обобщённые термодинамические потенциалы.
Термодинамические соотношения для плотностей экстенсивных величин.
Термодинамические величины неравновесных систем.
Парциальные мольные величины.
Влияние изменения химического состава на термодинамические свойства.
Гетерогенные системы.
Правило фаз.
Фазовые реакции.
Обобщённое уравнение Ван-дер-Ваальса.
Растворы (I)
Общие сведения о растворах.
Взаимодействия в растворах.
Способы выражения концентрации.
Теплота растворения.
Термодинамическая активность.
Функции смешения и классификация растворов.
Закон Рауля.
Избыточные величины
Фазовые диаграммы жидкость — пар.
Закон Генри.
Азеотропные растворы.
Растворы (II)
Активность и стандартные состояния растворяемого вещества.
Коллигативные свойства.
Равновесие по отношению к растворяемому веществу.
Парциальные теплоты испарения.
Растворимость.
Растворимость газов.
Температурная зависимость растворимости.
Зависимость растворимости от давления.
Общие свойства равновесий раствор — пар в двойных системах.
Законы Коновалова.
Законы Вревского.
Диаграммы плавкости и растворимости бинарных систем
Основные типы кривых фазового равновесия.
Твёрдые растворы с неограниченной растворимостью.
Твёрдые растворы с ограниченной растворимостью.
Системы с образованием химических соединений.
Связь кривых энергии Гиббса с фазовыми диаграммами.
Химические реакции
Химические потенциалы реагентов.
Химическая переменная и сродство реакции.
Константа равновесия реакции.
Функции образования и стандартные реакции.
Изотерма химической реакции.
Связь теплового эффекта реакции с константой равновесия.
Приведённые потенциалы.
Стабильность химических соединений.
Энергетический профиль реакции.
Термодинамическая стабильность.
Кинетическая стабильность.
Взаимоотношение термодинамики и кинетики.
Растворы электролитов
Электролитическая диссоциация.
Химические потенциалы и активности.
Средние ионные активности.
Теория Дебая — Хюккеля.
Термодинамические функции ионов в растворе.
Термодинамические составляющие процесса растворения.
Энергия Гиббса кристаллической решётки.
Энергия Гиббса гидратации ионов.
Средние ионные активности.
Модель Борна.
Кислотно-основные равновесия.
Слабые кислоты и основания.
Многоосновные кислоты.
Буферные растворы.
Электрохимические равновесия (I)
Работа выхода.
Электрохимический потенциал.
Электроды и полуреакции.
Другие типы электродов.
Электрон в полуреакциях.
Сольватированный электрон.
Электрохимические цепи.
Электродвижущая сила.
Измерение ЭДС.
Электрохимические равновесия (II)
Физико-химические применения.
Термодинамические функции реакций и ионов.
Коэффициенты активности ионов.
Константы равновесия и устойчивость окислительных состояний.
Потенциальные диаграммы.
Диаграммы Латимера.
Диаграммы Фроста.
Диаграммы Пурбе.
Превращения энергии в электрохимической цепи.
Термодинамика поверхностных явлений и адсорбции
Различные определения величины адсорбции.
Адсорбция как избыточная величина.
Метод слоя конечной толщины.
Измерение адсорбции.
Кривые равновесия при адсорбции.
Простые адсорбционные модели.
Измерение адсорбции.
Изотерма мономолекулярной адсорбции Ленгмюра.
Изотерма полимолекулярной адсорбции Брунауэра, Эмметта и Теллера (БЭТ).
Теория капиллярности Гиббса.
Автоадсорбция.
Адсорбция на границе жидкость — пар.
Поверхностное давление.
Электрокапиллярность.
Термодинамика систем в постоянном электрическом поле (I)
Электростатическое поле проводников.
Электростатическая энергия системы проводников.
Электростатические силы, действующие на проводник.
Поляризация диэлектриков.
Диэлектрическая проницаемость.
Поле, создаваемое поляризованным веществом.
Термодинамика систем в постоянном электрическом поле (II)
Два класса диполей в диэлектриках.
Индуцированные диполи.
Внутреннее поле, действующее на диполи, отличие его от среднего.
Собственные дипольные моменты.
Термодинамические соотношения для поляризованных диэлектриков.
Работа поляризации диэлектрика.
Изменение термодинамических величин при поляризации.
Электростатическая энергия изотропного диэлектрика.
Различные виды свободной энергии диэлектриков.
Электрострикционный и электрокалорический эффекты.
Термодинамические неравенства для поляризованных диэлектриков.
Термодинамика систем в постоянном магнитном поле (I)
Магнитное поле в намагничивающихся средах.
Магнитное поле системы токов.
Поле, создаваемое намагниченным веществом.
Механизмы намагничивания обычных магнетиков.
Диамагнетизм.
Парамагнетизм.
Термодинамика систем в постоянном магнитном поле (II)
Термодинамические соотношения для магнетиков.
Сверхпроводимость.
Влияние электромагнитного поля на химические реакции.
Основы неравновесной термодинамики
Основные понятия и постулаты.
Термодинамические потоки и силы.
Локальное равновесие.
Связь потоков с силами.
Производство энтропии.
Локальное производство энтропии.
Вязкость.
Теплопередача.
Диффузия.
Химические реакции.
Стационарные состояния.
Теорема о минимуме производства энтропии.
Диссипативные процессы в жидкостях и газах
Уравнения баланса и законы сохранения.
Баланс массы.
Уравнение движения идеальной жидкости.
Баланс энергии.
Баланс импульса.
Вязкость.
Теплопроводность.
Уравнение Фурье.
Диффузия
Термодиффузия и бародиффузия.
Уравнение диффузии.
Электрокинетические явления
Термоэлектрические явления.
Постоянный ток.
Эффект Томсона.
Эффект Пельтье.
Электропроводность растворов электролитов.
Мольная электропроводность.
Закон Кольрауша.
Электрическая подвижность ионов.
Диффузионно-электрические явления.
Приложение. Основные положения электростатики
Постоянное электрическое поле.
Электростатическая энергия.
Электрический диполь.
Система зарядов в электростатическом поле.
Приложение. Основные положения магнитостатики
Постоянное магнитное поле.
Прямой длинный провод.
Тороидальная катушка.
Длинный соленоид.
Закон Био — Савара.
Магнитный диполь.
Система зарядов в постоянном магнитном поле.
Теорема Лармора.
Энергия магнитного поля.
Механическая работа в магнитном поле.
Приложение. Таблица электромагнитных единиц
Приложение. Таблица термодинамических соотношений в электростатическом и постоянном магнитном поле
Приложение. Фундаментальные константы (СИ), приставки для обозначения кратных единиц и переводные множители
Библиографический список
Предметный указатель
Изображение хорошего качества с текстовым слоем и
закладками.
Термодинамика, физическая и коллоидная химия,
смежные вопросы: аннотированный список литературы
Язык термодинамики. Идеальные и реальные газы
Что такое идеальный газ.
Межмолекулярное взаимодействие в разреженных газах.
Уравнения состояния реальных газов.
Вириальное уравнение.
Уравнение Ван-дер-Ваальса.
Равновесие газа с жидкостью.
Приведенные параметры и соответственные состояния.
Основные понятия и постулаты термодинамики
Термодинамические величины, системы и их контакты.
Исходные положения термодинамики.
Уравнения состояния.
Термические коэффициенты.
Аддитивность термодинамических величин.
Первое начало термодинамики
Энергия.
Работа и теплота.
Калорические коэффициенты.
Энтальпия.
Политропный процесс.
Термохимия
Термохимическая теплота реакции.
Стандартные состояния веществ.
Энтальпия образования соединения.
Формула Кирхгоффа.
Закон Гесса.
Термохимические циклы.
Важнейшие термохимические величины.
Энтальпия разрыва связи.
Энтальпия связи.
Энергия ионизации и сродство к электрону.
Энергия кристаллической решётки.
Второе и третье начала термодинамики
Энтропия.
Термодинамическая температура.
Необратимые процессы.
Фундаментальное уравнение.
Абсолютная энтропия.
Закон возрастания энтропии.
Стандартная энтропия химических соединений.
Характеристические функции и термодинамические потенциалы закрытых систем
Свободная энергия.
Фундаментальные уравнения и термодинамические соотношения.
Теорема о малых добавках.
Преобразования Лежандра.
Замена переменных.
Энергия Гельмгольца как характеристическая функция.
Некоторые применения термодинамических преобразований.
Термодинамическая шкала температуры.
Максимальная работа.
Термодинамическая устойчивость.
Принцип Ле-Шателье.
Открытые системы с одним компонентом
Химический потенциал.
Химический потенциал газов.
Первое начало термодинамики для открытой системы.
Большой термодинамический потенциал.
Новые термодинамические неравенства.
Фазовые равновесия в системах с одним компонентом
Условия равновесия фаз.
Фазовые диаграммы.
Фазовые переходы 1-го рода.
Уравнение Клаузиуса — Клапейрона.
Связь термодинамических функций с фазовыми диаграммами.
Полиморфные превращения.
Испарение и плавление.
Фазовые переходы 2-го рода.
Многокомпонентные системы
Компоненты и составляющие вещества.
Фундаментальные уравнения.
Теорема Эйлера.
Характеристические функции.
Уравнение Гиббса — Дюгема.
Обобщённые термодинамические потенциалы.
Термодинамические соотношения для плотностей экстенсивных величин.
Термодинамические величины неравновесных систем.
Парциальные мольные величины.
Влияние изменения химического состава на термодинамические свойства.
Гетерогенные системы.
Правило фаз.
Фазовые реакции.
Обобщённое уравнение Ван-дер-Ваальса.
Растворы (I)
Общие сведения о растворах.
Взаимодействия в растворах.
Способы выражения концентрации.
Теплота растворения.
Термодинамическая активность.
Функции смешения и классификация растворов.
Закон Рауля.
Избыточные величины
Фазовые диаграммы жидкость — пар.
Закон Генри.
Азеотропные растворы.
Растворы (II)
Активность и стандартные состояния растворяемого вещества.
Коллигативные свойства.
Равновесие по отношению к растворяемому веществу.
Парциальные теплоты испарения.
Растворимость.
Растворимость газов.
Температурная зависимость растворимости.
Зависимость растворимости от давления.
Общие свойства равновесий раствор — пар в двойных системах.
Законы Коновалова.
Законы Вревского.
Диаграммы плавкости и растворимости бинарных систем
Основные типы кривых фазового равновесия.
Твёрдые растворы с неограниченной растворимостью.
Твёрдые растворы с ограниченной растворимостью.
Системы с образованием химических соединений.
Связь кривых энергии Гиббса с фазовыми диаграммами.
Химические реакции
Химические потенциалы реагентов.
Химическая переменная и сродство реакции.
Константа равновесия реакции.
Функции образования и стандартные реакции.
Изотерма химической реакции.
Связь теплового эффекта реакции с константой равновесия.
Приведённые потенциалы.
Стабильность химических соединений.
Энергетический профиль реакции.
Термодинамическая стабильность.
Кинетическая стабильность.
Взаимоотношение термодинамики и кинетики.
Растворы электролитов
Электролитическая диссоциация.
Химические потенциалы и активности.
Средние ионные активности.
Теория Дебая — Хюккеля.
Термодинамические функции ионов в растворе.
Термодинамические составляющие процесса растворения.
Энергия Гиббса кристаллической решётки.
Энергия Гиббса гидратации ионов.
Средние ионные активности.
Модель Борна.
Кислотно-основные равновесия.
Слабые кислоты и основания.
Многоосновные кислоты.
Буферные растворы.
Электрохимические равновесия (I)
Работа выхода.
Электрохимический потенциал.
Электроды и полуреакции.
Другие типы электродов.
Электрон в полуреакциях.
Сольватированный электрон.
Электрохимические цепи.
Электродвижущая сила.
Измерение ЭДС.
Электрохимические равновесия (II)
Физико-химические применения.
Термодинамические функции реакций и ионов.
Коэффициенты активности ионов.
Константы равновесия и устойчивость окислительных состояний.
Потенциальные диаграммы.
Диаграммы Латимера.
Диаграммы Фроста.
Диаграммы Пурбе.
Превращения энергии в электрохимической цепи.
Термодинамика поверхностных явлений и адсорбции
Различные определения величины адсорбции.
Адсорбция как избыточная величина.
Метод слоя конечной толщины.
Измерение адсорбции.
Кривые равновесия при адсорбции.
Простые адсорбционные модели.
Измерение адсорбции.
Изотерма мономолекулярной адсорбции Ленгмюра.
Изотерма полимолекулярной адсорбции Брунауэра, Эмметта и Теллера (БЭТ).
Теория капиллярности Гиббса.
Автоадсорбция.
Адсорбция на границе жидкость — пар.
Поверхностное давление.
Электрокапиллярность.
Термодинамика систем в постоянном электрическом поле (I)
Электростатическое поле проводников.
Электростатическая энергия системы проводников.
Электростатические силы, действующие на проводник.
Поляризация диэлектриков.
Диэлектрическая проницаемость.
Поле, создаваемое поляризованным веществом.
Термодинамика систем в постоянном электрическом поле (II)
Два класса диполей в диэлектриках.
Индуцированные диполи.
Внутреннее поле, действующее на диполи, отличие его от среднего.
Собственные дипольные моменты.
Термодинамические соотношения для поляризованных диэлектриков.
Работа поляризации диэлектрика.
Изменение термодинамических величин при поляризации.
Электростатическая энергия изотропного диэлектрика.
Различные виды свободной энергии диэлектриков.
Электрострикционный и электрокалорический эффекты.
Термодинамические неравенства для поляризованных диэлектриков.
Термодинамика систем в постоянном магнитном поле (I)
Магнитное поле в намагничивающихся средах.
Магнитное поле системы токов.
Поле, создаваемое намагниченным веществом.
Механизмы намагничивания обычных магнетиков.
Диамагнетизм.
Парамагнетизм.
Термодинамика систем в постоянном магнитном поле (II)
Термодинамические соотношения для магнетиков.
Сверхпроводимость.
Влияние электромагнитного поля на химические реакции.
Основы неравновесной термодинамики
Основные понятия и постулаты.
Термодинамические потоки и силы.
Локальное равновесие.
Связь потоков с силами.
Производство энтропии.
Локальное производство энтропии.
Вязкость.
Теплопередача.
Диффузия.
Химические реакции.
Стационарные состояния.
Теорема о минимуме производства энтропии.
Диссипативные процессы в жидкостях и газах
Уравнения баланса и законы сохранения.
Баланс массы.
Уравнение движения идеальной жидкости.
Баланс энергии.
Баланс импульса.
Вязкость.
Теплопроводность.
Уравнение Фурье.
Диффузия
Термодиффузия и бародиффузия.
Уравнение диффузии.
Электрокинетические явления
Термоэлектрические явления.
Постоянный ток.
Эффект Томсона.
Эффект Пельтье.
Электропроводность растворов электролитов.
Мольная электропроводность.
Закон Кольрауша.
Электрическая подвижность ионов.
Диффузионно-электрические явления.
Приложение. Основные положения электростатики
Постоянное электрическое поле.
Электростатическая энергия.
Электрический диполь.
Система зарядов в электростатическом поле.
Приложение. Основные положения магнитостатики
Постоянное магнитное поле.
Прямой длинный провод.
Тороидальная катушка.
Длинный соленоид.
Закон Био — Савара.
Магнитный диполь.
Система зарядов в постоянном магнитном поле.
Теорема Лармора.
Энергия магнитного поля.
Механическая работа в магнитном поле.
Приложение. Таблица электромагнитных единиц
Приложение. Таблица термодинамических соотношений в электростатическом и постоянном магнитном поле
Приложение. Фундаментальные константы (СИ), приставки для обозначения кратных единиц и переводные множители
Библиографический список
Предметный указатель