Министерство образования Российской Федерации Московский физико-технический институт (Государственный университет)

Министерство образования
Российской Федерации
Московский физико-технический институт
(Государственный университет)
ФАКУЛЬТЕТ МОЛЕКУЛЯРНОЙ И БИОЛОГИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ
КАФЕДРА МОЛЕКУЛЯРНОЙ ФИЗИКИ
В. Н. Простов
ОСНОВЫ ХИМИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ
(КУРС ЛЕКЦИЙ ΙΙΙ – ΙΥ СЕМЕСТР)
Москва
2000
ОГЛАВЛЕНИЕ
1.ЭНЕРГЕТИКА ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ
1.1. Превращение вещества. Взаимосвязь
термодинамики и кинетики.………………………………………...6
1.2. Основные определения и понятия.…………………………………7
1.3. Первый закон термодинамики. Внутренняя энергия и
энтальпия.……………………………………………………………..9
1.4. Стандартные состояния и условия. Простые вещества………11
1.5. Энтальпия реакции. Стандартная энтальпия…………………...12
1.6. Температурная зависимость энтальпии реакции.……………...13
1.7. Закон Гесса. Вычисление стандартной энтальпии
реакции ∆rH0T.……………………………………………………….14
1.8. Энергия связи атомов в молекуле.……………………………….16
2.ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ И ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ
ПОТЕНЦИАЛЫ
2.1. Обратимые, необратимые и самопроизвольные процессы…..20
2.2. ΙΙ закон термодинамики……………………………………………..22
2.3. Условия термодинамического равновесия………………………24
2.4. Термодинамические потенциалы и характеристические
функции………………………………………………………………27
2.5. Химический потенциал……………………………………………...30
2.6. Зависимость термодинамических потенциалов F и G от
температуры…………………………………………………………33
2.7 Зависимость термодинамического потенциала G
от давления………………………………………………………….35
2.8 Уравнение состояния Ван-дер-Ваальса. Теория
соответственных состояний. Вычисление летучести………..38
3.СТАТИСТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ РАСЧЁТА ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ
ФУНКЦИЙ
3.1. Ансамбли и распределение Больцмана…………………………44
3.2. Большая статистическая сумма Q………………………………...47
3.3. Выражения термодинамических функций через Q и Ζ………..48
3.4. Разделение статсуммы по видам движения…………………….50
3.5. Вычисление поступательной статсуммы молекулы……………51
3.6. Поступательная энтропия идеальных газов…………………….53
3.7. Вычисление статсуммы вращательного движения Zвр………..54
3.8. Вычисление колебательной статсуммы Zкол…………………….57
3.9. Вклад вращения и колебаний в энтропию……………………….60
3.10. Электронная статистическая сумма…………………………….62
3.11. Степени свободы молекул………………………………………..63
3.12. Классические и квантовые представления о системе.
Характеристические температуры………………………………65
3.13. Теплоёмкость идеальных газов………………………………….70
3.14.Внутренне вращение в многоатомных молекулах…………….74
3.15. Определение энтропии из калориметрических
измерений……………………………………………………………76
3.16. Энтропия и вероятность. Формула Больцмана………………..78
4. ФАЗОВЫЕ РАВНОВЕСИЯ В ОДНОКОМПОНЕНТНЫХ СИСТЕМАХ.
4.1. Условие равновесного распределения компонента
между фазами……………………………………………………....83
4.2. Правило фаз Гиббса…………………………………………………84
4.3. Фазовые переходы в однокомпонентной системе.
Уравнение Клапейрона – Клаузиуса…………………………….86
4.4. Стабильность фаз……………………………………………………89
4.5. Фазовый переход твёрдое тело – жидкость……………………..91
4.6. Фазовый переход твёрдое тело – газ…………………………….91
4.7. Фазовый переход жидкость – газ.…………………………………92
4.8. Примеры фазовых диаграмм………………………………………93
5. ФИЗИЧЕСКИЕ РАВНОВЕСИЯ В РАСТВОРАХ
5.1 Парциальные мольные величины компонентов смеси...………98
5.2 Идеальные растворы. Закон Рауля.……………………………….99
5.3. Растворимость газов……………………………………………….101
5.4. Растворимость твёрдых веществ..………………………………102
5.5. Разбавленные неидеальные растворы. Закон Генри………..104
5.6. Интегральная и дифференциальная теплоты растворения. 105
5.7 Реальные растворы. Активности компонентов.………………..106
5.8. P – N фазовая диаграмма равновесия жидкость – пар
в бинарных растворах...…………………………………………108
6. АДСОРБЦИЯ
6.1 Физическая и химическая адсорбция……………………………111
6.2 Изотерма адсорбции Лэнгмюра…………………………………..112
6.3 Адсорбция из смеси газов…………………………………………116
6.4 Полимолекулярная адсорбция……………………………………117
6.5 Адсорбция на жидких поверхностях. Изотерма Гиббса………118
7. ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ
7.1. Условие химического равновесия в гомогенной системе……121
7.2. Химическое равновесие между идеальными газами…………122
7.3. Равновесие в гетерогенных системах с участием газов……..124
7.4. Влияние давления на равновесие. Реальные газы…………..125
7.5. Уравнение изотермы химической реакции…………………….127
7.6. Влияние температуры на константу равновесия……………..129
7.7. Равновесие в растворах. Коэффициенты активности
электролитов………………………………………………………132
7.8. Расчёт константы равновесия через молекулярную
статсумму Ζ……………………………………………………….135
7.9. Расчёт равновесия сложных химических систем……………..137
8. ВВЕДЕНИЕ В ТЕРМОДИНАМИКУ РЕАЛЬНЫХ СИСТЕМ
8.1 Статистика реальных газов………………………………………..142
8.2. Вычисление термодинамических функций реальных
систем через уравнение состояние……………………………143
ЛИТЕРАТУРА…………………………………………………………….149