Область применения: Целями освоения дисциплины является формирование у обучающихся определенного состава компетенций (результатов освоения) для подготовки к профессиональной деятельности.

Назначение: В результате изучения дисциплины «Физическая химия техносферы» студент должен получить представление: о содержании, значении физической химии, её методах и задачах, о взаимосвязи и взаимодействии физической химии с другими естественными и техническими науками, об основных объектах и процессах, о взаимосвязи состава, структуры, свойств и реакционной способности химических веществ, о термодинамическом методе, о новейших открытиях и достижениях в области физической химии и перспективах их использования для решения задач в области экспертизы безопасности, в сфере проведения контроля состояния средств защиты, для выполнения мониторинга полей и источников опасностей в среде обитания, а также в сфере идентификации источников опасностей, определения уровней опасностей, а также определения зон повышенного техногенного риска.

Состав:

1.      Химическая термодинамика

Тема 1. Первый закон термодинамики Термодинамические системы и термодинамические параметры. Фаза и компонент. Внутренняя энергия, энтальпия, теплота и работа. Функции состояния и функции процесса. Закон Гесса. Связь тепловых эффектов при постоянном объеме и постоянном давлении. Стандартные энтальпии образования и сгорания соединений. Способы расчета тепловых эффектов химических реакций. Теплоемкость истинная и средняя. Теплоемкость удельная и молярная. Уравнение Кирхгофа. Расчет тепловых эффектов при различных температурах с использованием данных о температурной зависимости теплоемкости. Виды учебной деятельности: Лекции: Первый закон термодинамики. Практики: Вычисление изменения внутренней энергии, работы, теплоты, энтальпии в различных процессах. Лабораторные работы: Определение теплоты растворения хорошо растворимой соли Определение теплоты реакции нейтрализации щелочи кислотой. 

Тема 2. Второе начало термодинамики. Энтропия. Термодинамические потенциалы Самопроизвольные и несамопроизвольные, термодинамически обратимые и необратимые процессы. Работа и теплота обратимого процесса. Энтропия. Изменение энтропии в обратимых и необратимых процессах. Изменение энтропии в процессах нагревания веществ, смешения идеальных газов, при фазовых переходах, в электрохимических элементах. Постулат Планка. Абсолютная энтропия веществ и ее вычисление. Расчет изменения энтропии в ходе химической реакции при различных температурах. Объединенное выражение первого и второго начала термодинамики. Характеристические функции. Энергия Гиббса и энергия Гельмгольца. Максимальная полезная работа. Изменение термодинамических потенциалов 

как критерий направления протекания процессов. Расчет изменения энергии Гиббса и энергии Гельмгольца в различных процессах. Таблицы стандартных энергий Гиббса. Уравнение Гиббса — Гельмгольца. Системы переменного состава. Термодинамические условия равновесия в системах переменного состава. Химический потенциал, зависимость его от давления для идеальных и реальных систем. Летучесть, коэффициент летучести. 

2.      Химическое и фазовое равновесие

Тема 3. Химическое равновесие Уравнения изотермы химической реакции. Закон действующих масс. Константа равновесия. Химическое сродство. Способы выражения термодинамических констант для гомогенных и гетерогенных реакций. Расчет константы равновесия по опытным данным и по стандартным таблицам. Вычисление состава равновесной смеси, выхода продукта, степени превращения, степени диссоциации. Зависимость константы равновесия от температуры. Уравнение изобары и изохоры химической реакции. Влияние температуры и давления на равновесие. Виды учебной деятельности: Лекции: Химическое равновесие Практики: Решение прямой и обратной задач на химическое равновесие. Уравнение изобары и изохоры химических реакций Лабораторные работы: Определение константы равновесия в реакциях разложения твердого вещества с образованием газа. 

Тема 4. Фазовые равновесия Условия термодинамического равновесия в многофазных многокомпонентных системах. Правило фаз Гиббса. Фазовые равновесия в однокомпонентных системах. Зависимость давления насыщенного пара от температуры. Уравнение Клапейрона — Клаузиуса и его использование для определения тепловых эффектов процессов фазовых переходов. Диаграммы фазовых равновесий в однокомпонентных системах. Тройная точка.  Фазовые равновесия в двухкомпонентных системах. Фазовые диаграммы в конденсированных системах. Твердые растворы и их особенности. Диаграммы плавкости двухкомпонентных систем. Типы диаграмм в зависимости от характера взаимодействия в твердом и жидком состоянии. 

3.      Термодинамика растворов

Тема 5. Термодинамика растворов Экстенсивные и интенсивные свойства растворов. Уравнение Гиббса — Дюгема. Парциальные молярные величины и методы их определения. Термодинамическая классификация растворов (растворы идеальные, реальные, предельно разбавленные, растворы неэлектролитов). Аддитивные (энтальпия, объем, теплоемкость) и неаддитивные свойства (энергия Гиббса, энтропия) идеальных растворов. Химический потенциал компонента идеального и реального раствора. Активность компонента раствора, функции смешения. Избыточные функции, коэффициенты активности. Давление пара над идеальным раствором. Закон Рауля. Давление насыщенного пара над реальным раствором. Отклонение от идеальности как результат межмолекулярного взаимодействия в растворах. Бесконечно разбавленные растворы. Использование законов Рауля и Генри для термодинамического описания свойств разбавленных растворов. Эбулиоскопия, криоскопия, осмотическое давление, использование их для определения термодинамических свойств растворов. Равновесие пар–раствор в системах, образованных летучими жидкостями. Диаграммы давление–состав и температура–состав. Законы Коновалова и их термодинамическое обоснование. Азеотропные смеси. Взаимная растворимость жидкостей. Зависимость растворимости от температуры. Давление пара над двухфазными смесями. Перегонка с водяным паром.