Физическая химия. Вводная лекция

Характеристика курса:

Содержание курса

Литература

Пререквизиты и постреквизиты

Компетенции

Академическая политика
Академическая политика в НАО «Торайгыров университет» подразумевают обязательное соблюдение принципов Академической честности обучающимися, профессорско-преподавательским составом, другими сотрудниками вуза и включает в себя систему ценностей и принципов, которые развивают личную честность в обучении и выполнении письменных работ, экзаменов, контрольных работ, исследований, презентаций и оценивании всех участников академического процесса.
Академическая политика университета направлена на систематическую борьбу с академической нечестностью, академической непорядочностью и академическим обманом (плагиатом, фальсификациями, ложью, списыванием, подкупом, саботажем, профессорско-преподавательскими проступками).
Нарушение принципов академической честности разбирается на дисциплинарном академическом совете, который имеет право принять решение об отчислении из университета. Ознакомиться с Академической политикой и Кодексом академической честности (в обязательном порядке) необходимо на сайте университета : (https://tou.edu.kz/ru/?option=com_content&view=article&id=7835)

Политика курса
Посещение обучающимися всех очных аудиторных занятий без опозданий является обязательным. В случае пропуска занятия, они отрабатываются в порядке, установленном деканатом. Максимальное допустимое количество пропусков очных занятий – 2 (два). В случае более двух пропусков преподаватель имеет право в дальнейшем студента не допускать к занятиям до административного решения вопроса.
Изучение материалов Электронного УМКД (видеоуроки, текстовые и иные материалы) для дистанционных занятий (off-line и on-line занятия) является обязательным.
Каждой контрольное мероприятие оценивается в 100 баллов. Работы следует сдавать в указанные сроки. При несоблюдении сроков сдачи заданий оценка за задание снижается на 50 %. Крайний срок сдачи всех заданий – за 3 дня до начала экзаменационной сессии.
Студенты, не сдавшие все задания не допускаются к экзамену.

Политика курса
Повторение темы и отработка пройденных материалов по каждому учебному занятию обязательны. Степень освоения учебных материалов проверяется устным опросом на лекциях, тестами или письменными работами. Устный опрос и тестирование магистрантов может проводиться без предупреждения.
Преподаватель не несет ответственности за осведомление студенту его посещаемости и успеваемости, а также дальнейшие последствия в результате этого (платный семестр, отчисление).

Политика курса
Обучающиеся должны посещать онлайн занятия, пропуски допускаются при уважительных причинах с условием обязательной отработки.
Выполненные задания по практическим занятиям сдаются преподавателю устно в онлайн режиме, а также отправляются на почту [e-mail]
Задания по самостоятельному изучению также сдаются устно в онлайн режиме и письменно на почту преподавателю.
Рубежный контроль будет проводится на 7-8 и 15 неделях в комбинированной форме (тестирование + устный опрос).
Экзамен будет проходить в письменной форме.

Лекция 1
Введение.
Предмет изучения физической химии.
Оралтаева Алмагуль Слямбековна
[e-mail]

План занятия
Предмет физической химии. Основные разделы физической химии.
Основные методы физической химии
Основные агрегатные состояния веществ
4. Газовые законы
5. Практическое применение

Что изучает физическая химия?
Физическая химия изучает законы, управляющие химическими процессами, связь этих процессов со свойствами участвовавших в них веществ и условиями, при которых они протекают. Благодаря этому появляется возможность управления химическими процессами и отыскания оптимальных условий их проведения.
Основоположником физической химии по праву считают великого русского ученого М. В. Ломоносова, впервые читавшего курс ее в Академии наук в 1752 г.

Какие разделы включает Физическая химия ?
1). Строение вещества (раздел, в котором изучается взаимосвязь между строением атомов, молекул и их физическими и химическими свойствами).
2). Химическая термодинамика (область физической химии, в которой изучаются тепловые балансы химических и физических процессов в различных условиях и устанавливается возможность и направление течения процесса). В свою очередь химическая термодинамика разделяется на ряд отделов: основные законы термодинамики, термохимия, учение о растворах, учение о фазовых переходах и равновесии между фазами, химическое равновесие.
3). Химическая кинетика (изучает скорости химических реакций и их зависимость от различных условий). В химической кинетики изучаются реакции: каталитические, цепные, фотохимические и др.
4). Электрохимия (изучает взаимосвязь химических и физических процессов в растворах с электрическими явлениями. Выделяют ионику и электродику.

Основные методы физической химии
1) Квантово-механический метод (применяется к изучению структуры и свойств молекул, расчету химических связей, химического равновесия и скоростей химических реакций).
2) Статистический метод (описывает свойства отдельных частиц и их поведение в сложной системе).
3) Термодинамический метод (основан на небольшом числе опытных постулатов или аксиом, из которых развивается строгая и стройная система выводов).
С одной стороны физическая химия является экспериментальной наукой: с использованием экспериментальных физических и химических методов исследования строения вещества, структуры молекул, элементарных актов химических взаимодействий (рентгенография, оптические методы, радио- и масс-спектроскопия и др.).
С другой стороны – наука теоретическая, т. к. имеет свой богатый математический аппарат. Позволяет теоретически рассчитать строение молекул, возможность их взаимодействия друг с другом, скорость реакции, ее тепловой эффект и др. Тесное сочетание теории и эксперимента в физико-химических исследованиях позволяет успешнее решать научные и прикладные задачи в химии и в сложных областях науки и техники.
Знание законов физической химии позволяет специалисту управлять важнейшими биотехнологическими процессами. Важнейшие биохимические процессы: брожение, омыление жиров, денатурация белков, электрофорез, набухание подчиняются законам физической химии.
На основе методов физической химии осуществляется контроль производств: определение рН растворов, влажности, содержания сахара, соли, жира, витаминов, белков и т.д.

Основные агрегатные состояния веществ
В зависимости от температуры и давления (условий) большинство веществ может находиться в газообразном, жидком или твердом состояниях, называемых агрегатными состояниями вещества. Различие между тремя агрегатными состояниями определяется расстоянием между молекулами и степенью их взаимодействия. Температура является определяющим фактором в получении того или иного агрегатного состояния при постоянном давлении, которая изменяет соотношение средней потенциальной энергии частиц и их средней кинетической энергии
Твердое состояние вещества характеризуется высокой степенью упорядоченности взаимного расположения частиц. Расстояние между частицами сравнимо с размером самих частиц. Движение частиц ограничено, велики силы взаимодействия, поэтому частицы фиксируются в определенных положениях друг относительно друга, образуя кристаллическую решетку. Еп > Ек. Имеют собственную форму и собственный объем.
В жидком состоянии вещества расстояние между молекулами больше, чем в твердых телах, но гораздо меньше, чем в газах. Средняя потенциальная энергия примерно равна средней кинетической энергии (Еп  Ек). Вещество в жидком состоянии имеет собственный объем, но не имеет собственной формы, а принимает форму сосуда, в который оно помещено.
Газообразное состояние вещества характеризуется полным отсутствием упорядоченности. Расстояние между частицами намного больше их размеров, а силы взаимодействия между частицами чрезвычайно малы. Движение частиц свободное (хаотическое), поэтому Еп < Ек. Частицы газа стремятся занять как можно больший объем. Газы не имеют собственного объема и собственной формы. Существует еще одно особое агрегатное состояние – “плазма”. Плазма образуется при очень высоких температурах, при которых вещество превращается в смесь электронов, ядер и положительно заряженных ионов

Строение твердых тел
Молекулы твердых веществ образуют образуют твердую кристаллическую
решетку.
Расстояние межу молекулами очень малы . Велики силы притяжения.

Строение жидкостей
Молекулы жидкости расположены почти вплотную друг к другу , поэтому молекула жидкости ведет себя иначе, чем молекула газа. В жидкостях существует так называемый ближний порядок, т. е. упорядоченное расположение молекул сохраняется на расстояниях, равных нескольким молекулярным диаметрам.

Газообразные вещества
В газах расстояние между атомами или молекулами в среднем во много раз больше размеров самих молекул . Например, при атмосферном давлении объем сосуда в десятки тысяч раз превышает объем находящихся в нем молекул.

ПЛАЗМА
Плазма — самое распространенное во Вселенной агрегатное состояние вещества. В этом состоянии находится вещество звёзд и вещество, наполняющее межпланетное, межзвёздное и межгалактическое пространство. Большая часть барионного вещества (по массе около 99,9 %) во Вселенной находится в состоянии плазмы

Газовые законы
Физическое состояние газов определяется тремя переменными (параметрами): давление (Р), температура (Т), объем (V). При переходе газа из одного состояния в другое могут изменяться 2 или 3 параметра. В зависимости от того какой параметр остается постоянным различают 3 газовых закона.
Закон Бойля (1662) - Мариотта (1676) описывает изотермический процесс (Т = const). При постоянной температуре для массы m идеального газа произведение объема на его давление есть величина постоянная: PV = const или P1V1 = P2V2.
Закон Шарля (1787) описывает изобарический процесс (Р = const). Для массы m идеального газа при постоянном давлении отношение объема к абсолютной температуре есть величина постоянная .
Закон Гей-Люссака (1802) описывает изохорический процесс (V = const). Для массы m идеального газа при постоянном объеме отношение давления к абсолютной температуре есть величина постоянная. На основе трех газовых законов можно вывести объединенный газовый закон. Для массы m идеального газа произведение давления на объем отнесенное к абсолютной температуре есть величина постоянна.
Для моля идеального газа величина обозначается через R – универсальную газовую постоянную. T PV
Таким образом, для 1 моль идеального газа уравнение состояния идеального газа имеет вид: PV = RT, а для n моль: РV = nRT или РV = ??RT. Эти уравнения являются уравнением Клапейрона(1834)-Менделеева(1874).

Вопросы для самоконтроля
1. Что изучает физическая химия? Разделы физической химии.
2. Основные методы физической химии.
3. Значение физической химии в химической технологии.
4. Кратко охарактеризуйте различные агрегатные состояния вещества с точки зрения соотношения кинетической и потенциальной энергии частиц, расстояния между ними, сохранения веществами формы и объема.
5. Дайте определение понятия «идеальный газ».
6. Параметры состояния идеального газа. Типы переходов идеального газа из одного состояния в другое: изотермический, изобарический, изохорический процессы.
7. Сформулируйте законы Бойля-Мариотта, Шарля, Гей-Люссака, Дальтона.
8. Уравнение состояния идеального газа. Универсальная газовая постоянная R, ее значение и физический смысл.
9. Назовите свойства, отличающие реальный газ от идеального. Напишите уравнение состояния для одного моля реального газа.