| Закреплена за кафедрой | Кафедра физической и неорганической химии |
|---|---|
| Направление подготовки | 1.4.4.. Физическая химия |
| Форма обучения | Очная |
| Общая трудоемкость | 9 ЗЕТ |
| Учебный план | 1_4_4 Физическая химия_2023 |
|
Распределение часов по семестрам
| Курс (семестр) | 2 (3) | Итого | ||
|---|---|---|---|---|
| Недель | 15 | |||
| Вид занятий | УП | РПД | УП | РПД |
| Лекции | 36 | 36 | 36 | 36 |
| Практические | 36 | 36 | 36 | 36 |
| Сам. работа | 252 | 252 | 252 | 252 |
| Итого | 324 | 324 | 324 | 324 |
| 1.1. | Специальная дисциплина «Физическая химия» направлена на систематизацию знаний и формирование, развитие умений, позволяющих на основе углубленного изучения законов и основных разделов физической химии проводить научные исследования в области физической химии; а также направлена на приобретение навыков использования научных методов и средств для решения фундаментальных и прикладных задач по научной специальности «Физическая химия». Дисциплина «Физическая химия» направлена на подготовку к сдаче кандидатского экзамена |
|---|
| Цикл (раздел) ООП: 2.1.1 |
| ПК-3 | Способен демонстрировать системное понимание в области физической химии и получать научные результаты, удовлетворяющие установленным требованиям к содержанию диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук по специальности физическая химия и смежных с ней наук. |
| В результате освоения дисциплины обучающийся должен | |
| 3.1. | Знать: |
|---|---|
| 3.1.1. | теоретические и экспериментальные основы физической химии, перспективы и направления современных экспериментальных и теоретических исследований в области физической химии и смежных с ней наук. |
| 3.2. | Уметь: |
| 3.2.1. | применять полученные знания для решения задач физической химии и смежных с ней наук, осваивать новые физико-химические подходы и методы в научных исследованиях, применять компьютерное моделирование и квантово-химические вычисления для изучения физической химии молекул, наносистем и материалов. |
| 3.3. | Иметь навыки и (или) опыт деятельности (владеть): |
| 3.3.1. | преподаванием предмета Физическая химия в пределах требований федеральных государственных образовательных стандартов и основной профессиональной образовательной программы высших учебных заведений. |
| Код занятия | Наименование разделов и тем | Вид занятия | Семестр | Часов | Компетенции | Литература |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Раздел 1. Раздел 1. Экспериментально-теоретическое определение энергетических и структурно-динамических параметров строения молекул и молекулярных соединений, а также их спектральных характеристик | ||||||
| 1.1. | Электрические и магнитные свойства | Лекции | 3 | 1 | ПК-3 | Л1.1, Л1.2 |
| 1.2. | Межмолекулярные взаимодействия. Основные составляющие межмолекулярных взаимодействий. Молекулярные комплексы. Ван-дер-ваальсовы молекулы. Кластеры атомов и молекул. Водородная связь. Супермолекулы и супрамолекулярная химия | Лекции | 3 | 1 | ПК-3 | Л1.1, Л1.2 |
| 1.3. | Основные результаты и закономерности в строении молекул. Строение конденсированных фаз | Сам. работа | 3 | 50 | ПК-3 | Л1.1, Л1.2 |
| Раздел 2. Раздел 2. Экспериментальное определение термодинамических свойств веществ, расчет термодинамических функций простых и сложных систем, в том числе на основе методов статистической термодинамики, изучение термодинамических аспектов фазовых превращений и фазовых переходов | ||||||
| 2.1. | Основные понятия термодинамики: изолированные и открытые системы, равновесные и неравновесные системы, термодинамические переменные, температура, интенсивные и экстенсивные переменные. Уравнения состояния. Теорема о соответственных состояниях. Вириальные уравнения состояния | Лекции | 3 | 1 | ПК-3 | Л1.1, Л1.2 |
| 2.2. | Первый закон термодинамики. Теплота, работа, внутренняя энергия, энтальпия, теплоемкость. Закон Гесса. Стандартные состояния и стандартные теплоты химических реакций. Зависимость теплового эффекта реакции от температуры. Формула Кирхгоффа | Лекции | 3 | 1 | ПК-3 | Л1.1, Л1.2 |
| 2.3. | Таблицы стандартных термодинамических величин и их использование в термодинамических расчетах | Практические | 3 | 2 | ПК-3 | Л1.1, Л1.2 |
| 2.4. | Второй закон термодинамики. Энтропия и её изменения в обратимых и необратимых процессах. Теорема Карно – Клаузиуса. Различные шкалы температур. Фундаментальные уравнения Гиббса. Характеристические функции. Энергия Гиббса, энергия Гельмгольца. Уравнения Максвелла. Условия равновесия и критерии самопроизвольного протекания процессов. Уравнение Гиббса – Гельмгольца. Работа и теплота химического процесса. Химические потенциалы | Лекции | 3 | 1 | ПК-3 | Л1.1, Л1.2 |
| 2.5. | Химическое равновесие. Закон действующих масс. Различные виды констант равновесия и связь между ними. Изотерма Вант-Гоффа. Уравнения изобары и изохоры химической реакции. Равновесие в поле внешних сил. Полные потенциалы | Сам. работа | 3 | 2 | ПК-3 | Л1.1, Л1.2 |
| 2.6. | Расчеты констант равновесия химических реакций с использованием таблиц стандартных значений термодинамических функций. Приведенная энергия Гиббса и её использование для расчетов химических равновесий | Практические | 3 | 2 | ПК-3 | Л1.1, Л1.2 |
| 2.7. | Понятия компонента, фазы, степени свободы. Правило фаз Гиббса. Однокомпонентные системы. Диаграммы состояния воды, серы, фосфора и углерода. Фазовые переходы первого рода. Уравнение Клапейрона –Клаузиуса. Двухкомпонентные системы. Фазовые переходы второго рода. Уравнения Эренфеста | Лекции | 3 | 1 | ПК-3 | Л1.1, Л1.2 |
| 2.8. | Равновесие жидкость – пар в двухкомпонентных системах. Законы Гиббса – Коновалова. Азеотропные смеси | Сам. работа | 3 | 2 | ПК-3 | Л1.1, Л1.2 |
| 2.9. | Анализ различных диаграмм состояния двухкомпонентных систем | Практические | 3 | 2 | ПК-3 | Л1.1, Л1.2 |
| 2.10. | Трехкомпонентные системы. Треугольник Гиббса. Диаграммы плавкости трехкомпонентных систем | Лекции | 3 | 2 | ПК-3 | Л1.1, Л1.2 |
| Раздел 3. Раздел 3. Определение термодинамических характеристик процессов на поверхности, установление закономерностей адсорбции на границе раздела фаз и формирования активных центров на таких поверхностях | ||||||
| 3.1. | Адсорбция. Виды адсорбции. Динамический характер адсорбционного равновесия. Изотермы и изобары адсорбции. Хроматография, различные её типы. Поверхность раздела фаз. Свободная поверхностная энергия, поверхностное натяжение, избыточные термодинамические функции поверхностного слоя. Эффект Ребиндера. Капиллярные явления | Сам. работа | 3 | 50 | ПК-3 | Л1.1, Л1.2 |
| Раздел 4. Раздел 4. Теория растворов, межмолекулярные и межчастичные взаимодействия. Компьютерное моделирование строения, свойств и спектральных характеристик молекул и их комплексов в простых и непростых жидкостях, а также ранних стадий процессов растворения и зародышеобразования | ||||||
| 4.1. | Различные типы растворов. Способы выражения состава растворов. Давление насыщенного пара жидких растворов, закон Рауля. Неидеальные растворы и их свойства. Коллигативные свойства растворов. Парциальные мольные величины, их определение для бинарных систем. Уравнение Гиббса – Дюгема. Растворы электролитов. Ион-дипольное взаимодействие. Коэффициенты активности в растворах электролитов. Основные положения теории Дебая – Хюккеля. Потенциал ионной атмосферы. Термодинамика гальванического элемента. Электродвижущая сила, еѐ выражение через энергию Гиббса реакции в элементе. Уравнения Нернста и Гиббса – Гельмгольца для равновесной электрохимической цепи. Понятие электродного потенциала. Определение коэффициентов активности на основе измерений ЭДС гальванического элемента. Электропроводность растворов электролитов. Числа переноса, подвижность ионов | Сам. работа | 3 | 50 | ПК-3 | Л1.1, Л1.2 |
| Раздел 5. Раздел 5. Изучение физико-химических свойств изолированных молекул и молекулярных соединений при воздействии на них внешних электромагнитных полей, потока заряженных частиц, а также экстремально высоких/низких температурах и давлениях. Химические превращения, потоки массы, энергии и энтропии пространственных и временных структур в неравновесных системах | ||||||
| 5.1. | Равновесие в поле внешних сил. Полные потенциалы. Микро- и макросостояния химических систем. Фазовые Ґ- и μ-пространства. Эргодическая гипотеза. Термодинамическая вероятность и еѐ связь с энтропией. Распределение Максвелла – Больцмана. Статистические средние значения макроскопических величин | Лекции | 3 | 2 | ПК-3 | Л1.1, Л1.2 |
| 5.2. | Каноническая функция распределения Гиббса. Статистические выражения для основных термодинамических функций. Поступательная, вращательная, электронная и колебательная суммы по состояниям. Статистический расчет энтропии. Постулат Планка и абсолютная энтропия. Составляющие внутренней энергии, теплоѐмкости и энтропии, обусловленные поступательным, вращательным и колебательным движением | Лекции | 3 | 2 | ПК-3 | Л1.1, Л1.2 |
| 5.3. | Расчет констант равновесия химических реакций в идеальных газах методом статистической термодинамики. Статистическая термодинамика реальных систем. Потенциалы межмолекулярного взаимодействия и конфигурационный интеграл для реального газа | Сам. работа | 3 | 2 | ПК-3 | Л1.1, Л1.2 |
| 5.4. | Распределения Бозе – Эйнштейна и Ферми – Дирака. Вырожденный идеальный газ. Электроны в металлах. Уровень Ферми. Статистическая теория Эйнштейна идеального кристалла, теория Дебая. Точечные дефекты кристаллических решеток. Равновесные и неравновесные дефекты. Вычисление сумм по состояниям для кристаллов с различными точечными дефектами. Нестехиометрические соединения и их термодинамическое описание | Лекции | 3 | 2 | ПК-3 | Л1.1, Л1.2 |
| 5.5. | Вычисление сумм по состояниям для двухатомных газовых молекул | Практические | 3 | 2 | ПК-3 | Л1.1, Л1.2 |
| 5.6. | Основные положения термодинамики неравновесных процессов. Локальное равновесие. Флуктуации. Функция диссипации. Потоки и силы. Скорость производства энтропии. Зависимость скорости производства энтропии от обобщенных потоков и сил. Соотношения взаимности Онзагера. Стационарное состояние системы и теорема Пригожина | Лекции | 3 | 2 | ПК-3 | Л1.1, Л1.2 |
| Раздел 6. Раздел 6. Макрокинетика, механизмы сложных химических процессов, физикохимическая гидродинамика, растворение и кристаллизация | ||||||
| 6.1. | Основные понятия химической кинетики. Простые и сложные реакции, молекулярность и скорость простой реакции. Основной постулат химической кинетики. Способы определения скорости реакции. Кинетические кривые. Кинетические уравнения. Константа скорости и порядок реакции. Реакции переменного порядка | Сам. работа | 3 | 2 | ПК-3 | Л1.1, Л1.2 |
| 6.2. | Кинетика простых химических реакций | Практические | 3 | 2 | ПК-3 | Л1.1, Л1.2 |
| 6.3. | Кинетика сложных химических реакций. Принцип независимости элементарных стадий. Кинетические уравнения для обратимых, параллельных и последовательных реакций. Квазистационарное приближение. Метод Боденштейна – Тѐмкина | Сам. работа | 3 | 2 | ПК-3 | Л1.1, Л1.2 |
| 6.4. | Кинетика сложных химических реакций | Практические | 3 | 2 | ПК-3 | Л1.1, Л1.2 |
| 6.5. | Цепные реакции. Кинетика неразветвленных и разветвленных цепных реакций. Кинетические особенности разветвленных цепных реакций. Предельные явления в разветвленных цепных реакциях. Полуостров воспламенения, период индукции. Тепловой взрыв | Лекции | 3 | 1 | ПК-3 | Л1.1, Л1.2 |
| 6.6. | Реакции в потоке. Реакции идеального вытеснения и идеального смешения. Колебательные реакции. Роль диффузии в кинетике гетерогенных реакций. Кинетика гетерогенных каталитических реакций. Различные режимы протекания реакций | Лекции | 3 | 1 | ПК-3 | Л1.1, Л1.2 |
| 6.7. | Зависимость скорости реакции от температуры. Уравнение Аррениуса. Энергия активации и способы еѐ определения | Практические | 3 | 2 | ПК-3 | Л1.1, Л1.2 |
| Раздел 7. Раздел 7. Динамика элементарного акта химических реакций. Механизмы реакции с участием активных частиц | ||||||
| 7.1. | Элементарные акты химических реакций и физический смысл энергии активации. Термический и нетермические пути активации молекул. Обмен энергией при столкновениях молекул. Время релаксации в молекулярных системах. Теория активных столкновений | Сам. работа | 3 | 5 | ПК-3 | Л1.1, Л1.2 |
| 7.2. | Теория активных столкновений | Практические | 3 | 2 | ПК-3 | Л1.1, Л1.2 |
| 7.3. | Теория переходного состояния (активированного комплекса) | Сам. работа | 3 | 5 | ПК-3 | Л1.1, Л1.2 |
| 7.4. | Теория переходного состояния (активированного комплекса) | Практические | 3 | 2 | ПК-3 | Л1.1, Л1.2 |
| 7.5. | Различные типы химических реакций. Мономолекулярные реакции в газах, схема Линдемана – Христиансена. Теория РРКМ. Бимолекулярные и тримолекулярные реакции, зависимость предэкспоненциального множителя от температуры. Реакции в растворах | Сам. работа | 3 | 5 | ПК-3 | Л1.1, Л1.2 |
| 7.6. | Фотохимические и радиационнохимические реакции. Изменение физических и химических свойств молекул при электронном возбуждении. Квантовый выход. Закон Эйнштейна – Штарка | Сам. работа | 3 | 5 | ПК-3 | Л1.1, Л1.2 |
| 7.7. | Фотохимические реакции | Практические | 3 | 2 | ПК-3 | Л1.1, Л1.2 |
| Раздел 8. Раздел 8. Связь реакционной способности реагентов с их строением и условиями протекания химической реакции | ||||||
| 8.1. | Классификация каталитических реакций и катализаторов. Теория промежуточных соединений в катализе, принцип энергетического соответствия | Лекции | 3 | 2 | ПК-3 | Л1.1, Л1.2 |
| 8.2. | Гомогенный катализ | Сам. работа | 3 | 20 | ПК-3 | Л1.1, Л1.2 |
| 8.3. | Ферментативный катализ | Сам. работа | 3 | 20 | ПК-3 | Л1.1, Л1.2 |
| 8.4. | Гетерогенный катализ | Сам. работа | 3 | 22 | ПК-3 | Л1.1, Л1.2 |
| Раздел 9. Раздел 9. Создание и разработка методов компьютерного моделирования строения и механизмов превращений химических соединений на основе представлений квантовой механики, различных топологических и статистических методов, включая методы машинного обучения, методов молекулярной механики и молекулярной динамики, а также подходов типа структура-свойства | ||||||
| 9.1. | Квантовая теория химической связи. Представление молекулярных орбиталей (МО) в виде линейной комбинации атомных орбиталей (ЛКАО). АО Слейтеровского типа Гауссовские орбитали (ГО). Метод ССП МО ЛКАО | Практические | 3 | 2 | ПК-3 | Л1.1, Л1.2 |
| 9.2. | Натуральные орбитали, локализованные орбитали. Метод обобщённых валентных связей (ОВС) | Практические | 3 | 2 | ПК-3 | Л1.1, Л1.2 |
| 9.3. | Электронная корреляция в атомах и молекулах. Еѐ проявления в свойствах молекул | Лекции | 3 | 1 | ПК-3 | Л1.1, Л1.2 |
| 9.4. | Представления о зарядах на атомах и порядках связей. Различные методы выделения атомов в молекулах. Корреляции дескрипторов электронного строения и свойств молекул. Индексы реакционной способности | Практические | 3 | 2 | ПК-3 | Л1.1, Л1.2 |
| 9.5. | Точечные группы симметрии. Неприводимые представления групп. Характеры представлений. Правила отбора для электронных переходов | Лекции | 3 | 1 | ПК-3 | Л1.1, Л1.2 |
| 9.6. | Симметрия и свойства молекул. Элементы операции симметрии каркаса ядер. Операции симметрии и классификация молекулярных орбиталей двухатаомных молекул. σ, π- орбитали. Связывающие и разрыхляющие орбитали | Практические | 3 | 2 | ПК-3 | Л1.1, Л1.2 |
| 9.7. | Полуэмпирические методы квантовой химии. Метод Хюккеля. Полуэмпирические методы квантовой химии: методы пренебрежения дифференциальным перекрыванием. Сопряжённые соединения, ароматичность Индексы реакционной способности: индексы свободной валентности, заряды на атомах | Лекции | 3 | 1 | ПК-3 | Л1.1, Л1.2 |
| 9.8. | Корреляционные диаграммы МО для двухатомных молекул | Практические | 3 | 2 | ПК-3 | Л1.1, Л1.2 |
| 9.9. | Квантово-химическое описание элементарного акта химической реакции. Путь реакции и координата реакции на потенциальной поверхности. Переходное состояние. Симметрия реагентов, переходного состояния и продуктов реакции. Расчёт кинетических закономерностей химических систем методом молекулярной механики | Практические | 3 | 2 | ПК-3 | Л1.1, Л1.2 |
| 9.10. | Качественный анализ возможных механизмов химических реакции на основе ППЭ. Корреляционные правила Вудворда-Хофмана при анализе возможных механизмов химических реакций. Теория граничных орбиталей Фукуи. Роль туннелирования в химических реакциях | Лекции | 3 | 1 | ПК-3 | Л1.1, Л1.2 |
| Раздел 10. Раздел 10. Получение методами квантовой химии и компьютерного моделирования данных об электронной структуре, поверхностях потенциальной и свободной энергии, реакционной способности и динамике превращений химических соединений, находящихся в различном окружении,в том числе в кластерах, клатратах, твердых и жидкокристаллических матрицах, в полостях конденсированных среди и белковом окружении | ||||||
| 10.1. | Основные положения классической теории химического строения. Структурная формула и граф молекулы. Изомерия. Конформации молекул. Связь строения и свойств молекул. Механическая модель молекулы. Потенциалы парных взаимодействий. Методы молекулярной механики и молекулярной динамики при анализе строения молекул | Лекции | 3 | 2 | ПК-3 | Л1.1, Л1.2 |
| 10.2. | Уравнение Шрёдингера для атомов и молекул как композитов ядер и электронов. Спутывание электронного и ядерного движения. Разделение электронного и ядерного движения в адиабатическом приближении | Лекции | 3 | 2 | ПК-3 | Л1.1, Л1.2 |
| 10.3. | Оператор Гамильтона для атомных и молекулярных систем | Практические | 3 | 2 | ПК-3 | Л1.1, Л1.2 |
| 10.4. | Поверхность потенциальной энергии. Электронные, колебательные и вращательные состояния. Роль представлений о поверхности потенциальной энергии в современной структурной теории химии | Лекции | 3 | 2 | ПК-3 | Л1.1, Л1.2 |
| 10.5. | Электронное волновое уравнение. Электронная плотность и её изменения при переходе от разделённых атомов к молекуле. Основы метода матриц плотности. Редуцированные матрицы плотности | Лекции | 3 | 2 | ПК-3 | Л1.1, Л1.2 |
| 10.6. | Построение приближённых решений электронного уравнения на основе вариационного принципа. Одноэлектронное приближение. Метод Хартри-Фока (самосогласованного поля). Орбитали и орбитальные энергии. Полная энергия квантово-химической частицы | Лекции | 3 | 2 | ПК-3 | Л1.1, Л1.2 |
| 10.7. | Уравнения метода Хартри-Фока для простейших молекул | Практические | 3 | 1 | ПК-3 | Л1.1, Л1.2 |
| 10.8. | Теорема Купманса и фотоэлектронные спектры | Лекции | 3 | 2 | ПК-3 | Л1.1, Л1.2 |
| 10.9. | Метод конфигурационных взаимодействий. Метод функционала плотности | Сам. работа | 3 | 10 | ПК-3 | Л1.1, Л1.2 |
| 10.10. | Электронное строение атомов. Электронные конфигурации и термы атомов. Сложение моментов для атомов. Правила Хунда. Электронное строение атомов и периодическая система элементов Д.И. Менделеева | Практические | 3 | 1 | ПК-3 | Л1.1, Л1.2 |
| 5.1. Контрольные вопросы и задания для проведения текущего контроля и промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины |
| 1. Электрические и магнитные свойства. 2. Межмолекулярные взаимодействия. Основные составляющие межмолекуляр-ных взаимодействий. Молекулярные комплексы. Ван-дер-ваальсовы молекулы. Кластеры атомов и молекул. Водородная связь. Супермолекулы и супрамолеку-лярная химия. 3. Основные результаты и закономерности в строении молекул. Строение конден-сированных фаз. 4. Основные понятия термодинамики: изолированные и открытые системы, рав-новесные и неравновесные системы, термодинамические переменные, темпера-тура, интенсивные и экстенсивные переменные. Уравнения состояния. Теорема о соответственных состояниях. Вириальные уравнения состояния. 5. Первый закон термодинамики. Теплота, работа, внутренняя энергия, энтальпия, теплоемкость. Закон Гесса. Стандартные состояния и стандартные теплоты хи-мических реакций. Зависимость теплового эффекта реакции от температуры. Формула Кирхгоффа. 6. Таблицы стандартных термодинамических величин и их использование в тер-модинамических расчетах. 7. Второй закон термодинамики. Энтропия и её изменения в обратимых и необра-тимых процессах. Теорема Карно – Клаузиуса. Различные шкалы температур. Фундаментальные уравнения Гиббса. Характеристические функции. Энергия Гиббса, энергия Гельмгольца. Уравнения Максвелла. Условия равновесия и критерии самопроизвольного протекания процессов. Уравнение Гиббса – Гель-мгольца. Работа и теплота химического процесса. Химические потенциалы. 8. Химическое равновесие. Закон действующих масс. Различные виды констант равновесия и связь между ними. Изотерма Вант-Гоффа. Уравнения изобары и изохоры химической реакции. Равновесие в поле внешних сил. Полные потен-циалы. 9. Расчеты констант равновесия химических реакций с использованием таблиц стандартных значений термодинамических функций. Приведенная энергия Гиббса и её использование для расчетов химических равновесий. 10. Понятия компонента, фазы, степени свободы. Правило фаз Гиббса. Однокомпо-нентные системы. Диаграммы состояния воды, серы, фосфора и углерода. Фазо-вые переходы первого рода. Уравнение Клапейрона –Клаузиуса. Двухкомпо-нентные системы. Фазовые переходы второго рода. Уравнения Эренфеста. 11. Равновесие жидкость – пар в двухкомпонентных системах. Законы Гиббса – Коновалова. Азеотропные смеси. 12. Трехкомпонентные системы. Треугольник Гиббса. Диаграммы плавкости трех-компонентных систем. 13. Адсорбция. Виды адсорбции. Динамический характер адсорбционного равно-весия. Изотермы и изобары адсорбции. 14. Хроматография, различные её типы. Поверхность раздела фаз. 15. Свободная поверхностная энергия, поверхностное натяжение, избыточные тер-модинамические функции поверхностного слоя. Эффект Ребиндера. Капилляр-ные явления. 16. Различные типы растворов. Способы выражения состава растворов. Давление насыщенного пара жидких растворов, закон Рауля. Неидеальные растворы и их свойства. 17. Коллигативные свойства растворов. Парциальные мольные величины, их опре-деление для бинарных систем. Уравнение Гиббса – Дюгема. 18. Растворы электролитов. Ион-дипольное взаимодействие. Коэффициенты ак-тивности в растворах электролитов. 19. Основные положения теории Дебая – Хюккеля. Потенциал ионной атмосферы. Термодинамика гальванического элемента. Электродвижущая сила, еѐ выраже-ние через энергию Гиббса реакции в элементе. 20. Уравнения Нернста и Гиббса – Гельмгольца для равновесной электрохимиче-ской цепи. Понятие электродного потенциала. Определение коэффициентов ак-тивности на основе измерений ЭДС гальванического элемента. 21. Электропроводность растворов электролитов. Числа переноса, подвижность ионов. 22. Равновесие в поле внешних сил. Полные потенциалы. Микро- и макросостоя-ния химических систем. Фазовые Ґ- и -пространства. Эргодическая гипотеза. Термодинамическая вероятность и еѐ связь с энтропией. Распределение Макс-велла – Больцмана. Статистические средние значения макроскопических вели-чин. 23. Каноническая функция распределения Гиббса. Статистические выражения для основных термодинамических функций. Поступательная, вращательная, элек-тронная и колебательная суммы по состояниям. Статистический расчет энтро-пии. Постулат Планка и абсолютная энтропия. Составляющие внутренней энер-гии, теплоѐмкости и энтропии, обусловленные поступательным, вращательным и колебательным движением. 24. Расчет констант равновесия химических реакций в идеальных газах методом статистической термодинамики. Статистическая термодинамика реальных си-стем. Потенциалы межмолекулярного взаимодействия и конфигурационный интеграл для реального газа. 25. Распределения Бозе – Эйнштейна и Ферми – Ди-рака. Вырожденный идеальный газ. Электроны в металлах. Уровень Ферми. Статистическая теория Эйнштейна идеального кристалла, теория Дебая. Точечные дефекты кристаллических реше-ток. Равновесные и неравновесные дефекты. Вычисление сумм по состояниям для кристаллов с различными точечными дефектами. Нестехиометрические со-единения и их термодинамическое описание. 26. Основные положения термодинамики неравновесных процессов. Локальное равновесие. Флуктуации. Функция диссипации. Потоки и силы. Скорость про-изводства энтропии. Зависимость скорости производства энтропии от обоб-щенных потоков и сил. Соотношения взаимности Онзагера. Стационарное со-стояние системы и теорема Пригожина. 27. Основные понятия химической кинетики. Простые и сложные реакции, моле-кулярность и скорость простой реакции. Основной постулат химической кине-тики. Способы определения скорости реакции. Кинетические кривые. Кинети-ческие уравнения. Константа скорости и порядок реакции. Реакции переменно-го порядка. 28. Кинетика простых химических реакций. 29. Кинетика сложных химических реакций. Принцип независимости элементар-ных стадий. Кинетические уравнения для обратимых, параллельных и последо-вательных реакций. Квазистационарное приближение. Метод Боденштейна – Тѐмкина. 30. Кинетика сложных химических реакций. 31. Цепные реакции. Кинетика неразветвленных и разветвленных цепных реакций. Кинетические особенности разветвленных цепных реакций. Предельные явле-ния в разветвленных цепных реакциях. Полуостров воспламенения, период ин-дукции. Тепловой взрыв. 32. Реакции в потоке. Реакции идеального вытеснения и идеального смешения. Ко-лебательные реакции. 33. Роль диффузии в кинетике гетерогенных реакций. Кинетика гетерогенных ка-талитических реакций. Различные режимы протекания реакций. 34. Зависимость скорости реакции от температуры. Уравнение Аррениуса. Энергия активации и способы еѐ определения. 35. Элементарные акты химических реакций и физический смысл энергии актива-ции. Термический и нетермические пути активации молекул. Обмен энергией при столкновениях молекул. Время релаксации в молекулярных системах. Тео-рия активных столкновений. 36. Теория переходного состояния (активированного комплекса). 37. Различные типы химических реакций. Мономолекулярные реакции в газах, схема Линдемана – Христиансена. Теория РРКМ. Бимолекулярные и тримоле-кулярные реакции, зависимость предэкспоненциального множителя от темпера-туры. Реакции в растворах. 38. Фотохимические и радиационнохимические реакции. Изменение физических и химических свойств молекул при электронном возбуждении. Квантовый выход. Закон Эйнштейна – Штарка. 39. Фотохимические реакции. 40. Классификация каталитических реакций и катализаторов. Теория промежуточ-ных соединений в катализе, принцип энергетического соответствия. 41. Гомогенный катализ. 42. Ферментативный катализ. 43. Гетерогенный катализ. 44. Квантовая теория химической связи. Представление молекулярных орбиталей (МО) в виде линейной комбинации атомных орбиталей (ЛКАО). АО Слейте-ровского типа Гауссовские орбитали (ГО). Метод ССП МО ЛКАО. 45. Натуральные орбитали, локализованные орбитали. Метод обобщённых валент-ных связей (ОВС). 46. Электронная корреляция в атомах и молекулах. Еѐ проявленияв свойствах мо-лекул. 47. Представления о зарядах на атомах и порядках связей. Различные методы выде-ления атомов в молекулах. Корреляции дескрипторов электронного строения и свойств молекул. Индексы реакционной способности. 48. Точечные группы симметрии. Неприводимые представления групп. Характеры представлений. Правила отбора для электронных переходов. 49. Симметрия и свойства молекул. Элементы операции симметрии каркаса ядер. Операции симметрии и классификация молекулярных орбиталей двухатаомных молекул. , - орбитали. Связывающие и разрыхляющие орбитали. 50. Полуэмпирические методы квантовой химии. Метод Хюккеля. Полуэмпириче-ские методы квантовой химии: методы пренебрежения дифференциальным пе-рекрыванием. Сопряжённые соединения, ароматичность Индексы реакционной способности: индексы свободной валентности, заряды на атомах. 51. Корреляционные диаграммы МО для двухатомных молекул. 52. Квантово-химическое описание элементарного акта химической реакции. Путь реакции и координата реакции на потенциальной поверхности. Переходное со-стояние. Симметрия реагентов, переходного состояния и продуктов реакции. Расчёт кинетических закономерностей химических систем методом молекуляр-ной механики. 53. Качественный анализ возможных механизмов химических реакции на основе ППЭ. Корреляционные правила Вудворда-Хофмана при анализе возможных механизмов химических реакций. Теория граничных орбиталей Фукуи. Роль туннелирования в химических реакциях. 54. Основные положения классической теории химического строения. Структурная формула и граф молекулы. Изомерия. Конформации молекул. Связь строения и свойств молекул. Механическая модель молекулы. Потенциалы парных взаимо-действий. Методы молекулярной механики и молекулярной динамики при ана-лизе строения молекул. 55. Уравнение Шрёдингера для атомов и молекул как композитов ядер и электро-нов. Спутывание электронного и ядерного движения. Разделение электронного и ядерного движения в адиабатическом приближении. 56. Поверхность потенциальной энергии. Электронные, колебательные и враща-тельные состояния. Роль представлений о поверхности потенциальной энергии в современной структурной теории химии. 57. Электронное волновое уравнение. Электронная плотность и её изменения при переходе от разделённых атомов к молекуле. Основы метода матриц плотности. Редуцированные матрицы плотности. 58. Построение приближённых решений электронного уравнения на основе вариа-ционного принципа. Одноэлектронное приближение. Метод Хартри-Фока (са-мосогласованного поля). Орбитали и орбитальные энергии. Полная энергия квантово-химической частицы. 59. Уравнения метода Хартри-Фока для простейших молекул 60. Теорема Купманса и фотоэлектронные спектры. 61. Метод конфигурационных взаимодействий. Метод функционала плотности. 62. Электронное строение атомов. Электронные конфигурации и термы атомов. Сложение моментов для атомов. Правила Хунда. Электронное строение атомов и периодическая система элементов Д.И. Менделеева. |
| 5.2. Темы письменных работ для проведения текущего контроля (эссе, рефераты, курсовые работы и др.) |
| Не предусмотрены |
| 5.3. Фонд оценочных средств для проведения промежуточной аттестации |
| Образец экзаменационного билета для проведения кандидатского экзамена. Экзаменационный билет № 1 1. Первый закон термодинамики. Теплота, работа, внутренняя энергия, энтальпия, теплоемкость. Закон Гесса. 2. Основные понятия химической кинетики. Простые и сложные реакции, молекулярность и скорость простой реакции. Основной постулат химической кинетики. Способы определения скорости реакции. Кинетические кривые. Кинетические уравнения. Константа скорости и порядок реакции. Реакции переменного порядка. 3. Теорема Купманса и фотоэлектронные спектры. |
| 6.1. Рекомендуемая литература | ||||
| 6.1.1. Основная литература | ||||
| Авторы | Заглавие | Издательство, год | Эл. адрес | |
| Л1.1 | Свиридов В.В., Свиридов А.В. | Физическая химия: Учебные пособия | Издательство "Лань", 2016 | e.lanbook.com |
| Л1.2 | Винокуров А. И., Винокурова Р. И., Силкина О. В. | Физическая химия: Учебная литература для ВУЗов | ПГТУ, 2016 | biblioclub.ru |
| 6.2. Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной сети "Интернет" | ||||
| Название | Эл. адрес | |||
| Э1 | Ссылка на курс в moodle | portal.edu.asu.ru | ||
| 6.3. Перечень программного обеспечения | ||||
| Microsoft Office 2010 (Office 2010 Professional, № 4065231 от 08.12.2010), (бессрочно) Microsoft Windows 7 (Windows 7 Professional, № 61834699 от 22.04.2013), (бессрочно) Chrome (http://www.chromium.org/chromium-os/licenses), (бессрочно) 7-Zip (http://www.7-zip.org/license.txt), (бессрочно) Adobe Reader (http://wwwimages.adode.com/content/dam/Adode/en/legan/servicetou/Acrobat_com_Additional_TOU-en_US-20140618_1200.pdf), (бессрочно) ASTRA LINUX SPECIAL EDITION (http://astalinux.ru/products/astra-linux-special-edition/), (бессрочно) Libre Office (http://ru.libreoffice.org/), (бессрочно) Веб-браузер Сhromium (http://www.chromium.org/Home), (бессрочно) Антивирус Касперский (http://www.kaspersky.ru/), (до 23 июня 2024) Архиватор ARK (http://apps.kde.org/ark/), (бессрочно) Okular (http://okular.kde.org/ru/download/), (бессрочно) Редактор изображений Gimp(http://www.gimp.org/), (бессрочно) | ||||
| 6.4. Перечень информационных справочных систем | ||||
| http://www.lib.asu.ru электронные ресурсы научной библиотеки АлтГУ http://www.rsl.ru РГБ Российская государственная библиотека http://ben.irex.ru БЕН Библиотека естественных наук http://www.gpntb.ru Государственная публичная научно-техническая библиотека http://ban.pu.ru БАН Библиотека Академии наук http://www.nlr.ru РНБ Российская национальная библиотека http://www.elibrary.ru Научная электронная библиотека РФФИ http://www.lib.msu.su Библиотека МГУ | ||||
| Аудитория | Назначение | Оборудование |
|---|---|---|
| 504К | учебно-исследовательская лаборатория компьютерного нанобиодизайна - учебная аудитория для проведения занятий семинарского типа (лабораторных и(или) практических); проведения групповых и индивидуальных консультаций, текущего контроля и промежуточной аттестации | Доска маркерная; столы учебные на 10 посадочных мест; проектор короткофокусный мультимедийный ЕВ-420 1 ед.; экран; компьютеры: марка RAMEC модель G161 10G\03Y4 - 8 единиц; проектор: марка BENQ - 1 единица; |
| 503К | учебно-исследовательская лаборатория компьютерного нанобиодизайна - учебная аудитория для проведения занятий лекционного типа; занятий семинарского типа (лабораторных и(или) практических); проведения групповых и индивидуальных консультаций, текущего контроля и промежуточной аттестации | Стол письменный; столы учебные – 2 шт.; шкаф книжный; Aguarius 1 ед.; ноутбук Acer-1 503; ноутбук HP15- ba020ur15.6-1 503 |
| Как работать над конспектом после лекции Самостоятельную работу следует начинать с доработки конспекта, желательно в тот же день, пока полученная информация еще хранится в памяти. Как правило, через 10 ч после лекции в памяти остается не более 30-40 % материала. С целью доработки необходимо, в первую очередь, прочитать записи, восстановить текст в памяти, а также исправить описки, расшифровать не понятные сокращения, заполнить пропущенные места, понять текст, вникнуть в его смысл. Далее прочитать материал по рекомендуемой литературе, разрешая в ходе чтения, возникшие ранее затруднения, вопросы, а также дополнения и исправляя свои записи. Подготовленный конспект и рекомендуемая литература используется при подготовке к практическому занятию. Подготовка сводится к внимательному прочтению учебного материала, к выводу с карандашом в руках всех утверждений и формул, к решению примеров, задач, к ответам на вопросы, предложенные в конце лекции преподавателем или помещенные в рекомендуемой литературе. Примеры, задачи, вопросы по теме являются средством самоконтроля. Непременным условием глубокого усвоения учебного материала является знание основ, на которых строится изложение материала. Обычно преподаватель напоминает, какой ранее изученный материал и в какой степени требуется подготовить к очередному занятию. Эта рекомендация, как и требование систематической и серьезной работы над всем лекционным курсом, подлежит безусловному выполнению. Потери логической связи как внутри темы, так и между ними приводит к негативным последствиям: материал учебной дисциплины перестает основательно восприниматься, а творческий труд подменяется утомленным переписыванием. Обращение к ранее изученному материалу не только помогает восстановить в памяти известные положения, выводы, но и приводит разрозненные знания в систему, углубляет и расширяет их. Каждый возврат к старому материалу позволяет найти в нем что-то новое, переосмыслить его с иных позиций, определить для него наиболее подходящее место в уже имеющейся системе знаний. Неоднократное обращение к пройденному материалу является наиболее рациональной формой приобретения и закрепления знаний. Очень полезным в практике самостоятельной работы, является предварительное ознакомление с учебным материалом. Даже краткое, беглое знакомство с материалом очередной лекции дает многое. Аспиранты получают общее представление о ее содержании и структуре, о главных и второстепенных вопросах, о терминах и определениях. Все это облегчает работу на лекции и делает ее целеустремленной. Методические рекомендации по организации самостоятельной работы аспирантов Самостоятельная работа аспирантов под руководством преподавателя является составной частью «самостоятельная работа аспирантов», принятого в высшей школе. Самостоятельная работа аспирантов под руководством преподавателя представляет собой вид занятий, в ходе которых аспирант, руководствуясь методической и специальной литературой, а также указаниями преподавателя, самостоятельно выполняет учебное задание, приобретая и совершенствуя при этом знания, умения и навыки практической деятельности. Познавательная деятельность аспирантов при выполнении самостоятельных работ данного вида заключается в накоплении нового для них опыта деятельности на базе усвоенного ранее формализованного опыта (опыта действий по известному алгоритму) путем осуществления переноса знаний, умений и навыков. Суть заданий работ этого вида сводится к поиску, формулированию и реализации идей решения. Это выходит за пределы прошлого формализованного опыта и в реальном процессе мышления требует от обучаемых варьирования условий задания и усвоенной ранее учебной информации, рассмотрения ее под новым углом зрения. В связи с этим самостоятельная работа данного вида должна выдвигать требования анализа незнакомых студентом ситуаций и генерирования новой информации для выполнения задания. Методические указания для подготовки к экзамену Подготовка к экзамену способствует закреплению, углублению и обобщению знаний, получаемых, в процессе обучения, а также применению их к решению практических задач. Готовясь к экзамену, аспирант ликвидирует имеющиеся пробелы в знаниях, углубляет, систематизирует и упорядочивает свои знания. На экзамене аспирант демонстрирует то, что он приобрел в процессе обучения по дисциплине. Требования к организации подготовки к экзаменам те же, что и при занятиях в течение семестра, но соблюдаться они должны более строго. Вначале следует просмотреть весь материал по сдаваемой дисциплине, отметить для себя трудные вопросы. Обязательно в них разобраться. В заключение еще раз целесообразно повторить основные положения, используя при этом листы опорных сигналов. Систематическая подготовка к занятиям в течение семестра позволит использовать время экзаменационной сессии для систематизации знаний. В период подготовки к экзамену аспиранты могут получить у экзаменатора - преподавателя, проводивший лекционный курс индивидуальные и групповые консультации. |