Лекций, практических и лабораторных занятий

по курсу «физическая химия» (7 семестр, 258 часа)

№	Наименование разделов, тем	Количество часов по учебному плану
Максимальная нагрузка студентов (часов)	Аудиторная нагрузка	Самостоятель ная работа
Всего	В том числе
Лекции	Практические занятия	Лабораторный практикум
1.	Термодинамический и кинетический подходы к описанию химической реакции. Задачи химической кинетики, ее основные разделы и их краткая характеристика. Механизм и уравнение химической реакции. Стехиометрические закономерности и понятие химической переменной.			Работа 1
	Классификация химических реакций по механизму (простые и сложные) и условиям протекания (гомогенные и гетерогенные, статические условия и открытые системы). Понятие скорости гомогенной и гетерогенной химической реакции, выбор опорного вещества. Пути экспериментального определения скорости – химический и физико-химический, их особенности, кинетические данные и кинетические кривые. Классическая формулировка закона действующих масс. Классификация реакций по виду кинетического уравнения. Порядок и псевдопорядок реакции. Прямая и обратная задачи химической кинетики.
	Необратимые реакции первого порядка. Решение прямой и обратной задачи. Признаки реакций первого и псевдопервого порядка. Вывод расчетного уравнения для реакции инверсии сахарозы в кислой среде.			Работы 4,5 и 6
	Реакции второго порядка – моносубстратные и бисубстратные. Решение прямой и обратной задачи. Признаки реакций второго порядка.			Работа 7
	Моносубстратные реакции целочисленного порядка. Реакции третьего и нулевого порядков. Время полупревращения реагента, степень превращения реагента на 1/р часть и порядок реакции.
	Методы определения частных и общего порядков реакции. Истинный и временной порядки. Методика формирования исходной реакционной смеси для определения общего и частных порядков. Интегральные методы: подстановки, графический, времени полупревращения. Дифференциальный метод Вант-Гоффа.			Работа 2
	Температурная зависимость скорости химической реакции. Правило Вант-Гоффа для реакций в растворах, температурный коэффициент. Уравнение Аррениуса, формы его записи и статистико-механическое обоснование. Энергия активации, истинная и кажущаяся энергии активации, роль катализатора. Энергетическая диаграмма реакции и взаимосвязь между энергией активации реакции и ее тепловым эффектом. Расчет энергии активации по экспериментальным данным.
	Кинетика сложных реакций. Классификация сложных реакций. Механизм реакции и принципы составления системы уравнений на его основе для решения прямой и обратной задачи химической кинетики: принцип независимости элементарных стадий и правила составления системы дифференциальных уравнений и уравнений материального баланса. Примеры.
	Кинетический анализ обратимых реакций первого порядка. Решение прямой и обратной задачи.
	Кинетический анализ параллельных реакций первого порядка. Решение прямой и обратной задачи. Конкурирующие реакции, взаимосвязь между константами скорости и выходом их продуктов.
	Кинетический анализ двухстадийной последовательной реакции первого порядка. Решение прямой и обратной задачи. Кинетические характеристики интермедиата. Понятие о лимитирующей стадии механизма и анализ общего решения в зависимости от номера лимитирующей стадии в двухстадийном процессе. Стационарный режим относительно интермедиата.
	Приближенные методы химической кинетики. Метод стационарных концентраций – идея и математическое оформление. Применение МСК при решении прямой задачи для последовательной реакции первого порядка. Сравнение точного и приближенного решений и оценка времени наступления стационарного режима относительно интермедиата. Квазиравновесное приближение – идея и математическое оформление. Примеры: иодирование ацетона в кислой среде; реакция окисление иодид-ионов ионами железа(III); теория Линдемана мономолекулярных реакций.
	Химические реакции в открытых системах. Типы химических реакторов. Кинетический анализ необратимой реакции первого порядка, протекающей в проточном реакторе в режиме полного перемешивания. Стационарный режим работы реактора. Оптимизация работы реактора. Сравнение понятий химическое равновесие и стационарный режим на примере обратимой реакции первого порядка.
	Цепные реакции. Механизмы цепных процессов – неразветвленные и разветвленные цепные процессы, примеры. Понятие о звене цепи и ее длине. Вероятностный подход при описании кинетики цепных реакций. Стационарный режим и режим самоускорения. Полуостров самовоспламенения и зависимость его формы от температуры, давления и наличия примесей в реакционной смеси. Цепная реакция взаимодействия водорода и кислорода, ее механизм и его рассмотрение в рамках метода полустационарных концентраций Семенова. Сравнение двух подходов при описании кинетики реакции.
	Фотохимические процессы, примеры. Особенности фотоактивации реагентов, фотофизические (флюорисценция, тушение, фосфорисценция и др.) и фотохимические процессы. Основные законы фотохимии. Квантовый выход. Простейший вариант модели Штарка – Фольмера описания фотохимической реакции, расчет первичного квантового выхода из экспериментальный данных.
	Катализ, типы катализа. Механизмы действия катализатора, термодинамические аспекты катализа. Эффективность и селективность работы катализатора, примеры.
	Ферментативный катализ. Природа биокатализаторов, особенности механизма их действия и влияние внешних условий на их эффективность. Кинетический анализ ферментативной реакции на основе механизма Михаэлиса. Вывод уравнения Михаэлиса–Ментен, его анализ и определение параметров уравнения из экспериментальных данных. Типы ингибирования ферментативных реакций и их механизмы. Кинетический анализ обратимого конкурентного ингибирования, аналог уравнения Михаэлиса–Ментен, константа ингибирования. Расчет параметров уравнения из экспериментальных данных. Кинетический анализ неконкурентного ингибирования, его кинетическое уравнение и расчет параметров уравнения из данных опыта.
	Элементы кислотно–основного катализа, специфический и общий катализ. Кинетический анализ специфического катализа (протолитический механизм). Протолитический и прототропный механизмы общего катализа и их кинетический анализ.
	Гетерогенный катализ, теории гетерогенного катализа.
	Теория активных столкновений. Общее число бинарных столкновений в единицу времени в единице объема идеального газа. Число активных столкновений. Истинная и экспериментальная энергии активации. Стерический фактор. Применение теории к бимолекулярным реакциям.
	Теория активированного комплекса. кривая и поверхность потенциальной энергии системы атомов. Координата реакции. Переходное состояние или активированный комплекс. Основное уравнение теории активированного комплекса. Термодинамика активированного комплекса. Энергия и энтропия активации. Изменение энергии Гиббса в процессе активации. Теплота активации и экспериментальная энергия активации. Применение теории к моно-, би- и тримолекулярным реакциям.
	Особенности реакций в растворах. Влияние природы растворителя на кинетику реакций в растворах. Влияние ионной силы на константу скорости реакции с участием электролитов. Первичный и вторичный солевые эффекты. Уравнение Бренстеда– Бьеррума.			Работа 8
	Закономерности протекания автокаталитических реакций.			Работа 3
	Кинетика электродных процессов. Поляризация электродов и ее причины. Стадии электрохимического процесса, понятие лимитирующей стадии. Элементы теории замедленного разряда. Формула Тафеля. Определение тока обмена. Катодное восстановление водорода. Перенапряжение при катодном выделении водорода, влияние состава раствора и природы металла катода. Практическое значение.
	Подгоночные лабораторные занятия, собеседование, контрольная работа
	Итого
	Вид текущего и итогового семестрового контроля	экзамен	Контрольная работа