СПбГТИ(ТУ), Матузенко М.Ю.
ХИМИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА
Функции процесса и функции состояния. Внутренняя энергия, теплота, работа. Первый закон термодинамики. Работа расширения идеального газа в изотермическом, изобарном и изобарно-изотермическом процессах.
Теплота процессов при постоянном объеме и постоянном давлении.
Закон Гесса. Теплоты образования и теплоты сгорания веществ. Их использование для расчетов тепловых эффектов химических реакций.
Определение теплоемкости. Истинная и средняя теплоемкость. Зависимость теплоемкости от температуры (интерполяционные уравнения).
Зависимость теплового эффекта химической реакции от температуры. Уравнение Кирхгофа.
Интегрирование уравнения Кирхгофа. Составление уравнения для расчета теплового эффекта химической реакции при заданной температуре.
Термодинамически обратимые и необратимые процессы. Работа термодинамически обратимого процесса.
Энтропия. Математическое выражение второго закона термодинамики для обратимых и необратимых процессов.
Изменение энтропии в изолированной системе как критерий направления процесса и состояния равновесия.
Изменение энтропии при нагревании, расширении, смешении идеальных газов и при фазовых переходах.
Постулат Планка. Расчет абсолютной энтропии.
Изменение энтропии в химических реакциях. Составление уравнения для расчета изменения энтропии химической реакции при заданной температуре.
Максимальная и максимальная полезная работа. Термодинамические потенциалы как мера работоспособности системы.
Термодинамические потенциалы как критерий направления процесса и состояния равновесия в закрытых системах.
Энергия Гельмгольца (изохорно-изотермический потенциал). Энергия Гиббса (изобарно-изотермический потенциал). Свободная и связанная энергия.
Зависимость энергии Гиббса от температуры и давления.
Уравнение Гельмгольца – Гиббса.
Зависимость энергии Гиббса от состава системы. Химический потенциал компонента системы.
Химический потенциал идеального и реального газа. Фугитивность, коэффициент фугитивности, активность, коэффициент активности реального газа.
Вывод уравнения изотермы химической реакции.
Термодинамические и практические константы равновесия. Связь между ними.
Равновесие в гетерогенных химических реакциях. Константа равновесия гетерогенной реакции.
Зависимость константы равновесия химической реакции от температуры. Вывод и анализ уравнения изобары химической реакции.
Интегральная форма уравнения изобары химической реакции. Составление уравнения для расчета константы равновесия химической реакции от температуры.
ФАЗОВЫЕ РАВНОВЕСИЯ И РАСТВОРЫ
Правило фаз Гиббса. Понятие "фаза", "составляющее вещество", "число компонентов", "термодинамическая степень свободы".
Условие термодинамического равновесия между фазами.
Вывод, анализ и интегрирование уравнения Клаузиуса-Клапейрона.
Диаграмма состояния однокомпонентной системы. Разбор диаграммы с применением правила фаз Гиббса.
Идеальные и неидеальные растворы. Закон Рауля.
Парциальные мольные величины, методы их определения. Уравнения Гиббса- Дюгема.
Химический потенциал компонента в идеальном и неидеальном растворах.
Активность и коэффициент активности. Выбор стандартного состояния для растворителя и растворенного вещества
Вычисление активностей растворителя и растворенного вещества по понижению температуры замерзания растворов.
Вычисление активностей растворителя и растворенного вещества из осмотического давления.
Вычисление активностей растворителя и растворенного вещества по давлению пара растворителя над раствором.
Коллигативные свойства растворов, их практическое использование
Растворимость газов в жидкостях. Закон Генри. Влияние давления и добавок электролитов на растворимость газов в жидкостях.
Влияние температуры на растворимость газов в жидкостях.
Неограниченно растворимые друг в друге жидкости. Вычисление давления и состава пара над идеальными растворами. Первый закон Гиббса-Коновалова.
Фазовые диаграммы равновесия жидкость – пар для двухкомпонентных систем. Правило рычага.
Диаграммы общее давление – состав, температура кипения – состав, состав жидкости – состав пара для идеальных растворов.
Диаграммы общее давление – состав, температура кипения – состав, состав жидкости – состав пара для неидеальных растворов.
Азеотропные смеси. Второй закон Гиббса-Коновалова. Диаграммы общее давление – состав, температура кипения – состав, состав жидкости – состав пара растворов, содержащих азеотропные смеси.
Перегонка (ректификация) растворов.
Ректификация растворов, содержащих азеотропные смеси
Ограниченная взаимная растворимость жидкостей. Влияние температуры на растворимость.
Диаграммы общее давление – состав, температура кипения – состав для систем с ограниченной взаимной растворимостью жидкостей.
Давление и состав пара над смесью взаимно нерастворимых жидкостей. Перегонка с водяным паром.
Идеальная растворимость твердых веществ в жидкости (уравнение Шредера).
Термический анализ, кривые охлаждения.
Диаграммы растворимости (плавкости) двухкомпонентных систем с полной растворимостью в жидком и полной нерастворимостью в твердом состояниях (с простой эвтектикой).
Виды твердых растворов. Диаграммы плавкости веществ, образующих твердые растворы.
Диаграммы растворимости (плавкости) двухкомпонентных систем с ограниченной растворимостью в твердом состоянии.
Диаграммы растворимости (плавкости) двухкомпонентных систем с неограниченной растворимостью в твердом состоянии.
Диаграммы плавкости двухкомпонентных систем с устойчивыми химическими соединениями.
Диаграммы плавкости двухкомпонентных систем с неустойчивыми химическими соединениями.
СТАТИСТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ИДЕАЛЬНЫХ ГАЗОВ
Микро и макро состояния системы. Термодинамическая вероятность.
Связь термодинамической вероятности с энтропией.
Статистическая сумма по состояниям (вывод). Статистический вес.
Выражение статистической суммы по состояниям для поступательного движения молекулы.
Выражение статистической суммы по состояниям для вращательного движения молекулы в приближении жесткий ротатор.
Выражение статистической суммы по состояниям для колебательного движения молекулы в приближении гармонический осциллятор.
Выражение статистической суммы по состояниям для электронного движения молекулы.
Связь энергии Гиббса и энергии Гельмгольца с суммой по состояниям.
Связь внутренней энергии и энтальпии с суммой по состояниям.
Связь энтропии (при p=const и V=const) с суммой по состояниям.
Расчет изохорной и изобарной теплоемкостей через сумму по состояниям.
Расчет термодинамической константы равновесия методами статистической термодинамики.
ХИМИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА
Функции процесса и функции состояния. Внутренняя энергия, теплота, работа. Первый закон термодинамики. Работа расширения идеального газа в изотермическом, изобарном и изобарно-изотермическом процессах.
Теплота процессов при постоянном объеме и постоянном давлении.
Закон Гесса. Теплоты образования и теплоты сгорания веществ. Их использование для расчетов тепловых эффектов химических реакций.
Определение теплоемкости. Истинная и средняя теплоемкость. Зависимость теплоемкости от температуры (интерполяционные уравнения).
Зависимость теплового эффекта химической реакции от температуры. Уравнение Кирхгофа.
Интегрирование уравнения Кирхгофа. Составление уравнения для расчета теплового эффекта химической реакции при заданной температуре.
Термодинамически обратимые и необратимые процессы. Работа термодинамически обратимого процесса.
Энтропия. Математическое выражение второго закона термодинамики для обратимых и необратимых процессов.
Изменение энтропии в изолированной системе как критерий направления процесса и состояния равновесия.
Изменение энтропии при нагревании, расширении, смешении идеальных газов и при фазовых переходах.
Постулат Планка. Расчет абсолютной энтропии.
Изменение энтропии в химических реакциях. Составление уравнения для расчета изменения энтропии химической реакции при заданной температуре.
Максимальная и максимальная полезная работа. Термодинамические потенциалы как мера работоспособности системы.
Термодинамические потенциалы как критерий направления процесса и состояния равновесия в закрытых системах.
Энергия Гельмгольца (изохорно-изотермический потенциал). Энергия Гиббса (изобарно-изотермический потенциал). Свободная и связанная энергия.
Зависимость энергии Гиббса от температуры и давления.
Уравнение Гельмгольца – Гиббса.
Зависимость энергии Гиббса от состава системы. Химический потенциал компонента системы.
Химический потенциал идеального и реального газа. Фугитивность, коэффициент фугитивности, активность, коэффициент активности реального газа.
Вывод уравнения изотермы химической реакции.
Термодинамические и практические константы равновесия. Связь между ними.
Равновесие в гетерогенных химических реакциях. Константа равновесия гетерогенной реакции.
Зависимость константы равновесия химической реакции от температуры. Вывод и анализ уравнения изобары химической реакции.
Интегральная форма уравнения изобары химической реакции. Составление уравнения для расчета константы равновесия химической реакции от температуры.
ФАЗОВЫЕ РАВНОВЕСИЯ И РАСТВОРЫ
Правило фаз Гиббса. Понятие "фаза", "составляющее вещество", "число компонентов", "термодинамическая степень свободы".
Условие термодинамического равновесия между фазами.
Вывод, анализ и интегрирование уравнения Клаузиуса-Клапейрона.
Диаграмма состояния однокомпонентной системы. Разбор диаграммы с применением правила фаз Гиббса.
Идеальные и неидеальные растворы. Закон Рауля.
Парциальные мольные величины, методы их определения. Уравнения Гиббса- Дюгема.
Химический потенциал компонента в идеальном и неидеальном растворах.
Активность и коэффициент активности. Выбор стандартного состояния для растворителя и растворенного вещества
Вычисление активностей растворителя и растворенного вещества по понижению температуры замерзания растворов.
Вычисление активностей растворителя и растворенного вещества из осмотического давления.
Вычисление активностей растворителя и растворенного вещества по давлению пара растворителя над раствором.
Коллигативные свойства растворов, их практическое использование
Растворимость газов в жидкостях. Закон Генри. Влияние давления и добавок электролитов на растворимость газов в жидкостях.
Влияние температуры на растворимость газов в жидкостях.
Неограниченно растворимые друг в друге жидкости. Вычисление давления и состава пара над идеальными растворами. Первый закон Гиббса-Коновалова.
Фазовые диаграммы равновесия жидкость – пар для двухкомпонентных систем. Правило рычага.
Диаграммы общее давление – состав, температура кипения – состав, состав жидкости – состав пара для идеальных растворов.
Диаграммы общее давление – состав, температура кипения – состав, состав жидкости – состав пара для неидеальных растворов.
Азеотропные смеси. Второй закон Гиббса-Коновалова. Диаграммы общее давление – состав, температура кипения – состав, состав жидкости – состав пара растворов, содержащих азеотропные смеси.
Перегонка (ректификация) растворов.
Ректификация растворов, содержащих азеотропные смеси
Ограниченная взаимная растворимость жидкостей. Влияние температуры на растворимость.
Диаграммы общее давление – состав, температура кипения – состав для систем с ограниченной взаимной растворимостью жидкостей.
Давление и состав пара над смесью взаимно нерастворимых жидкостей. Перегонка с водяным паром.
Идеальная растворимость твердых веществ в жидкости (уравнение Шредера).
Термический анализ, кривые охлаждения.
Диаграммы растворимости (плавкости) двухкомпонентных систем с полной растворимостью в жидком и полной нерастворимостью в твердом состояниях (с простой эвтектикой).
Виды твердых растворов. Диаграммы плавкости веществ, образующих твердые растворы.
Диаграммы растворимости (плавкости) двухкомпонентных систем с ограниченной растворимостью в твердом состоянии.
Диаграммы растворимости (плавкости) двухкомпонентных систем с неограниченной растворимостью в твердом состоянии.
Диаграммы плавкости двухкомпонентных систем с устойчивыми химическими соединениями.
Диаграммы плавкости двухкомпонентных систем с неустойчивыми химическими соединениями.
СТАТИСТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ИДЕАЛЬНЫХ ГАЗОВ
Микро и макро состояния системы. Термодинамическая вероятность.
Связь термодинамической вероятности с энтропией.
Статистическая сумма по состояниям (вывод). Статистический вес.
Выражение статистической суммы по состояниям для поступательного движения молекулы.
Выражение статистической суммы по состояниям для вращательного движения молекулы в приближении жесткий ротатор.
Выражение статистической суммы по состояниям для колебательного движения молекулы в приближении гармонический осциллятор.
Выражение статистической суммы по состояниям для электронного движения молекулы.
Связь энергии Гиббса и энергии Гельмгольца с суммой по состояниям.
Связь внутренней энергии и энтальпии с суммой по состояниям.
Связь энтропии (при p=const и V=const) с суммой по состояниям.
Расчет изохорной и изобарной теплоемкостей через сумму по состояниям.
Расчет термодинамической константы равновесия методами статистической термодинамики.