Course info

О курсе

Основной целью курса является формирование физико-химических представлений о комплексных процессах, протекающих в системах.
Курс предназначен для магистрантов направления "Химическая технология" мультитрековой программы "Химическая инженерия" и входит в обязательную часть трека инженер-исследователь.
Курс посвящен основным вопросам физической химии применительно к объектам химической технологии. В курсе рассматривается математический аппарат химической термодинамики применительно к системам переменного состава, основы термодинамики неравновесных процессов. В рамках курса формируются теоретические знания в области некоторых разделов физической химии, непосредственно связанных с научной направленностью программы магистерской подготовки «Химическая инженерия», а также практические навыки построения моделей и проведения базовых расчетов основных физико-химических процессов и состояний на основе законов и уравнений термодинамики. В определенной мере подготовка студентов к семинарам, выполнению индивидуальных домашних заданий (ИДЗ), а также их работа на практических занятиях при обсуждении способов решения задач в рамках тех или иных разделов физической химии способствует формированию личностных и межличностных компетенций.

Особое внимание уделяется комплексным процессам, протекающим в растворах, в том числе биологических средах.

Применять законы, теории и уравнения классической термодинамики для описания физико-химических процессов фазового и химического равновесия.

Применять законы термодинамики для описания физико-химических процессов и явлений, протекающих в растворах, в том числе биологических средах.

Применять законы, теории и уравнения физической химии для описания электрохимических процессов и явлений.

Понимать законы и теории физических и химических процессов в неравновесных условиях протекания.

Образовательная программа (ООП/ДОП)

18.04.01 Химическая технология (программа "Химическая инженерия")

Раздел 1. Математический аппарат химической термодинамики

1.1. Основные понятия классической термодинамики.

Термодинамические системы и термодинамические параметры. Фаза и компонент. Внутренняя энергия, энтальпия, теплота и работа. Теплоемкость. Самопроизвольные и несамопроизвольные, термодинамически обратимые и необратимые процессы. Постулаты термодинамики. Энтропия. Изменение энтропии в обратимых и необратимых процессах. Фундаментальное уравнение Гиббса.

1.2. Термодинамические потенциалы.

Характеристические функции. Энергия Гиббса и энергия Гельмгольца. Уравнения Гиббса — Гельмгольца. Применение математического аппарата термодинамики для описания простейших процессов.

Раздел 2. Фазовое равновесие. Термодинамика растворов

2.1. Фазовое равновесие.

Условия термодинамического равновесия в многофазных многокомпонентных системах. Правило фаз Гиббса. Фазовые равновесия в однокомпонентных системах. Зависимость давления насыщенного пара от температуры. Уравнение Клапейрона — Клаузиуса. Фазовые равновесия в многокомпонентных конденсированных системах. Диаграммы фазовых равновесий в однокомпонентных системах.

2.2. Термодинамика растворов.

Системы переменного состава. Экстенсивные и интенсивные свойства растворов. Уравнение Гиббса — Дюгема. Термодинамическая классификация растворов. Химический потенциал компонента идеального и реального раствора. Активность компонента раствора, функции смешения. Избыточные функции, коэффициенты активности.

Коллигативные свойства растворов. Использование законов Рауля и Генри для термодинамического описания свойств растворов. Эбулиоскопия, криоскопия, осмотическое давление, использование их для определения термодинамических свойств растворов.

Раздел 3. Термодинамика химических процессов. Электрохимия

3.1. Термодинамика химических процессов.

Изменение термодинамических функций для ХР. Термодинамические условия равновесия в системах переменного состава. Химическое равновесие. Химический потенциал для идеальных и реальных систем. Активность. Химическое сродство. Уравнения изотермы химической реакции. Закон действующих масс. Уравнение изобары и изохоры химической реакции.

3.2. Электрохимия.

Электролиты. Электрическая проводимость растворов. Количественная характеристика ионных равновесий в растворах электролитов. Стандартное состояние в растворах электролитов. Теория активности Льюиса. Ионная сила раствора.

Электродвижущие силы и электродные потенциалы. Электрохимический потенциал. Международная конвенция об ЭДС и знаках электродных потенциалов. Гальванические элементы. Зависимость ЭДС гальванического элемента от активности потенциал-определяющих ионов и температуры. Определение термодинамических параметров электрохимического процесса.

Раздел 4. Термодинамика неравновесных процессов

4.1. Основы термодинамики неравновесных процессов.

Основные понятия и определения. Приближения в ТНП. Примеры динамических процессов. Диффузия. Химическая кинетика. Понятие о скорости химической реакции в ТНП. Формальная кинетика. Основной постулат химической кинетики. Дифференциальные уравнения кинетики химических реакций и их интегральные формы.

4.2. Термодинамические основы жизни.

Термодинамические основы жизни. Термодинамическое обоснование биохимической эволюции. Движущая сила эволюции и старения организма. Принцип стабильности вещества. Иерархическая термодинамика.

Продолжительность курса – 8 недель
Трудоемкость освоения курса – 108 часов работы обучающегося на освоение курса
Трудоемкость курса – 3 зачётных единиц
форма контроля – экзамен

Романенко Сергей Владимирович, д.х.н., профессор