Термодинамика полимеров - Нижегородский государственный

Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского»
Химический факультет
Кафедра физической химии
УТВЕРЖДАЮ
Декан химического факультета
профессор____________Гущин А.В.
«12» сентября 2011 г.
Учебная программа
дисциплины ДВМ.01 "Термодинамика полимеров"
магистерской программы 020104 – «Физическая химия»
по направлению подготовки 020100_68 - « Химия»
Нижний Новгород
2011 г.
1. Область применения
Данная дисциплина относится к блоку специальных дисциплин регионального компонента
по выбору студентов, преподается студентам магистерской программы 020104 –
«Физическая химия» в В семестре.
2. Цели и задачи дисциплины
Содержание дисциплины направлено на изучение применения методов химической
термодинамики к высокомолекулярным соединениям и особенностей исследования
термодинамических свойств и термодинамических параметров синтеза полимеров.
3. Требования к уровню усвоения содержания дисциплины
В результате изучения студенты должны
знать:
 фундаментальные понятия и законы химической термодинамики и их применение к
высокомолекулярным соединениям;
 фундаментальные понятия и законы химической термодинамики и их применение к
реакциям с участием полимеров;
уметь:
 использовать практически основные уравнения и законы химической термодинамики в
применении к изучению термодинамических свойств полимеров и процессам с их
участием;
иметь представление о:
 современном уровне и состоянии термодинамических исследований весьма
представительных и перспективных с точки зрения практического использования
семейств
полимерных
материалов
(линейных,
разветвленных,
дендримеров,
термостойких, биоразлагаемых, биосовместимых и т.д.).
4. Структура дисциплины
4.1 Объем дисциплины виды учебной работы
Виды учебной работы
Всего часов
Семестры
2
3
200
В
Аудиторные занятия
72
72
Лекции
36
36
Практические занятия (ПЗ)
36
36
Самостоятельная работа
22
22
экзамен
экзамен
1
Общая трудоемкость дисциплины
Другие виды самостоятельной работы
Вид итогового контроля (зачет,
экзамен)
2
5. Содержание дисциплины
5.1. Разделы дисциплины и виды занятий
№
п/п
1.
2.
3.
4.
5
6.
Раздел дисциплины
Основные понятия и законы
химической термодинамики.
Современная классификация
полимеров. Основные понятия
полимерной химии.
Экспериментальные методы
химической термодинамики,
особенности их применение к
полимерным веществам
Термодинамические характеристики
полимеров и методы их определения.
Термодинамические характеристики
процессов получения полимеров.
Термодинамика основных классов
полимеров.
Лекции
СР
+
–
+
–
+
+
+
+
+
+
+
+
5.2. Содержание разделов дисциплины
1. Основные понятия и законы химической термодинамики
Первое начало термодинамики. Закон Гесса. Энтальпия системы и энтальпия процесса.
Термохимия. Методы расчета энтальпии химических реакций. Энтальпия образования
химических соединений, методы её определения. Энтальпия сгорания химических
соединений. Энергия диссоциации и средняя энергия диссоциации химических связей.
Теплоемкость, классические и современные теории. Кривые зависимостей теплоемкости от
температуры для разного вида полимеров. Второе начало термодинамики. Равновесие.
Самопроизвольные, несамопроизвольные, равновесные, обратимые и неравновесные
процессы. Химическое равновесие. Энтропия – критерий направленности протекания
процессов в изолированных системах. Критерии самопроизвольного протекания процессов и
равновесия в открытых и закрытых системах. Химическое равновесие, законы, расчет
констант равновесия и термодинамического выхода продуктов реакций.
2. Современная классификация полимеров. Основные понятия полимерной химии.
Современная классификация полимеров: линейные, разветвленные, сшитые,
дендридопобобные. Биоразлагаемые, биоустойчивые, биосовместимые полимеры.
Применение полимеров. Обоснование применимости законов классической термодинамики к
полимерным системам.
3. Экспериментальные методы химической термодинамики, особенности их
применение к полимерным веществам.
Низкотемпературная вакуумная адиабатическая калориметрия. Динамическая
калориметрия. Реакционная калориметрия. Калориметрия сгорания. Особенности их
применение к полимерным веществам.
3
4. Термодинамические характеристики полимеров и методы их определения.
Метастабильность полимеров; теплоемкость;
параметры стеклования и
стеклообразного состояния и других релаксационных превращений (интервал Tg и
температуру
Tg стеклования,
увеличение
теплоемкости
при
расстекловании
C p (Tg ) ,
конфигурационную Sconf и нулевую Sg1 ( 0 ) энтропии, разность нулевых энтальпий полимера в
стеклообразном и кристаллическом состояниях при 0 К; термодинамические характеристики
плавления полимеров и других фазовых переходов (температура, энтальпия фазовых
переходов); степень кристалличности полимеров, ее определение; стандартные энтальпии
сгорания и термодинамические характеристики реакций образования полимеров;
стандартные термодинамические функции, расчет стандартных термодинамических функций
полностью кристаллических и аморфных полимеров по данным о температурной
зависимости теплоемкости полимера в частично-кристаллическом состоянии.
5. Термодинамические характеристики процессов получения полимеров.
Полимеризационно-деполимеризационное равновесие, закон действующих масс для
реакций полимеризации, уравнение изобары химической реакции Вант–Гоффа; энтальпия
полимеризации, методы определения энтальпии полимеризации, зависимость энтальпии
полимеризации от температуры, давления, физического состояния и структуры исходных
мономеров и образующихся полимеров, растворителей; энтропия полимеризации, методы
определения энтальпии полимеризации, зависимость энтальпии полимеризации от
температуры, давления, физического состояния и структуры исходных мономеров и
образующихся полимеров; функция Гиббса полимеризации, зависимость функция Гиббса
полимеризации от температуры и давления, предельная температура полимеризации, ее
определение;
6. Термодинамика основных классов полимеров.
Термодинамические свойства и термодинамика получения полиалканов, полиалкенов,
полиуретанов, поликетонов, биоразлагаемых полимеров и т.д.
6. Лабораторный практикум
Не предусмотрен в рамках данного курса
7. Учебно-методическое обеспечение дисциплины
7.1. Рекомендуемая литература.
а) основная литература:
1.
Савада Х. Термодинамика полимеризации. М.: Химия, 1979. 312 с. [Sawada Hideo. Thermodynamics of polymerization. Marcel Dekker. INC. New York and Basel. 1979.]
2.
Лебедев Б.В., Смирнова Н.Н. Термодинамика полимеров. Учеб. пособие. Н. Новгород,
Изд. Нижегородского университета. 2006 г. 95 с.
3.
Пригожин И. Современная термодинамика. М: Мир. 2002. 464 с.
4.
Эткинс П. Физическая химия. Т. 1. М.: Мир. 1980. 580 с.
5.
Полторак О.М. Термодинамика в физической химии. М: Высш. шк. 1991. 319 с.
6.
Еремин Е.Н. Основы химической термодинамики: Учеб. пособие. М: Высш. шк. 1978.
391 с.
7.
Колесов В.П.. Основы термохимии. М.: Изд-во МГУ. 1996. 205 с.
б) дополнительная литература:
1.
Киреев В.А. Методы практических расчетов в термодинамике химических реакций. М.:
Химия. 1972. 481 с.
2.
Лебедев Б.В., Смирнова Н.Н. Химическая термодинамика полиалканов и полиалкенов.
Нижний Новгород. Изд. Нижегородского университета. 1999. 274 с.
3.
Маркин А.В. Термодинамика кристаллических полимерных наноструктур фуллерена
4
С60. Дисс. на соиск. уч. степени канд. хим. наук. Н. Новгород. 2004.
8. Вопросы для контроля
1. Методы расчета химического равновесия и выхода продуктов реакции по
экспериментальным данным и справочным величинам.
2. Методы и аппаратура, используемые для определения термодинамических
характеристик полимеров.
3. Современная классификация полимеров.
4. Степень кристалличности полимеров, ее определение по калориметрическим
данным.
5. Расчет стандартных термодинамических функций полностью кристаллических и
аморфных полимеров по данным о температурной зависимости теплоемкости
полимера в частично-кристаллическом состоянии.
6. Закон действующих масс для реакций полимеризации. Уравнение изобары
химической реакции Вант–Гоффа.
7. Энтальпия полимеризации, методы определения энтальпии полимеризации.
8. Зависимость энтальпии полимеризации от температуры, давления, физического
состояния и структуры исходных мономеров и образующихся полимеров,
растворителей;
9. энтропия полимеризации, методы определения энтальпии полимеризации,
зависимость энтальпии полимеризации от температуры, давления, физического
состояния и структуры исходных мономеров и образующихся полимеров
10. Функция Гиббса полимеризации, зависимость функция Гиббса полимеризации от
температуры и давления, предельная температура полимеризации, ее
определение;
11. Термодинамика некоторых процессов полимеризации (полимеризация олефинов,
циклических соединений.
9. Критерии оценок
Превосходно
Отлично
Очень хорошо
Хорошо
Удовлетворительно
Превосходная подготовка. Исчерпывающее и логически строгое
изложение всех разделов дисциплины. Владение материалом
позволяет быстро справиться с видоизмененным заданием.
Успешное владение любыми типами расчетных и качественных
задач.
Отличная подготовка. Твердое знание всех разделов дисциплины.
Допускаются незначительные неточности, нарушения в
последовательности изложения материала. Владение
необходимыми приемами и способами решения всех расчетных и
качественных задач.
Очень хорошая подготовка. Твердое знание всех разделов
дисциплины с рядом неточностей. Владение необходимыми
приемами и способами решения всех расчетных и качественных
задач.
Хорошая подготовка. Знание основных разделов дисциплины.
При изложении материала допускаются незначительные
неточности. Владение необходимыми приемами и способами
решения основных расчетных и качественных задач.
Подготовка, удовлетворяющая минимальным требованиям.
5
Неудовлетворительно
Плохо
Знание основного содержания разделов дисциплины,
допускаются грубые неточности, неправильные формулировки,
нарушения в последовательности изложения материала.
Имеющихся знаний недостаточно для освоения дисциплин
последующих курсов. Допускаются грубые ошибки в решении
расчетных задач. Обладает необходимыми приемами и
способами решения основных качественных задач.
Не знает значительной части основного содержания разделов
дисциплины.
Полностью не освоен предлагаемый материал
10. Примерная тематика курсовых работ и критерии их оценки
Не предусмотрены в рамках данного курса.
Программа составлена в соответствии с Федеральным государственным образовательным
стандартом высшего профессионального образования по направлению подготовки 020100.68
– «Химия»
Автор программы, профессор___________Н.Н. Смирнова
Программа рассмотрена на заседании кафедры 21 июня 2011 г. протокол № 10
Заведующий кафедрой, академик РАН______________Г.А. Абакумов
Программа одобрена методической комиссией факультета от 5 сентября 2011 г протокол № 1
Председатель методической комиссии, профессор_________________ Е.В. Сулейманов
6