Физическая химия. Афанасьев Б.Н., Акулова Ю.П.

СПб.: 2012 - 464 с.

Изложены основные понятия, экспериментальные и теоретические методы, используемые в физической химии при изучении строения молекул, химических равновесий и кинетики химических реакций. Учебное пособие предназначено для бакалавров, магистров, специалистов, обучающихся в химических вузах на дневной, вечерней и заочной формах обучения, а также может быть полезно для аспирантов, научных сотрудников и инженеров. Допущено УМО по образованию в области химической технологии и биотехнологии в качестве учебного пособия для студентов вузов, обучающихся по направлениям «Химическая технология», «Биотехнология» и «Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии».

Формат: pdf

Размер: 3,4 Мб

Смотреть, скачать: drive.google

ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие 5
Глава первая Химическая связь 7
1.1. Типы химических связей. Электроотрицательность атомов ... 7
1.2. Кривые потенциальной энергии. Уравнения Ми и Морзе 9
1.3. Вычисление энергии ионной связи в индивидуальной молекуле и кристаллической решетке 11
1.4. Основные квантово-механические понятия и приближения, используемые в учении о химической связи 18
1.5. Валентное приближение. Волновые функции связывающих и разрыхляющих молекулярных орбиталей 29
1.6. Образование молекулярных орбиталей в гомоядерных молекулах 38
1.7. Образование молекулярных орбиталей в гетероядерных молекулах 42
1.8. Строение многоатомных молекул в рамках методов МО ЛКАО и валентных связей (ВС). Гибридизация 44
1.9. Пространственное строение молекул 48
1.10. Метод Хюккеля и его применение к сопряженным системам. Молекулярные диаграммы 50
Глава вторая Электрические свойства молекул 56
2.1. Дипольный момент молекулы 56
2.2. Поляризуемость молекул в постоянном и переменном электрических полях. Рефракция 58
2.3. Определения дипольных моментов молекул по уравнению Дебая 60
Глава третья Оптические методы изучения строения молекул. Молекулярные спектры 65
3.1. Общая характеристика молекулярных спектров 65
3.2. Вращательные спектры поглощения 69
3.3. Колебания атомов в молекуле. Колебательная энергия. Потенциальные кривые 75
3.4. Определение собственной частоты, коэффициента ангар¬моничности и энергии диссоциации из колебательных спектров поглощения 78
3.5. Число и типы нормальных колебаний многоатомных молекул 82
3.6. Колебательно-вращательные спектры поглощения. Р-, iJ-ветви и их происхождение 86
3.7. Определение молекулярных констант двухатомных молекул из колебательно-вращательных спектров поглощения 88
3.8. Электронно-колебательно-вращательные спектры поглощения. Принцип Франка — Кондона 89
3.9. Диссоциация молекул в электронно-возбужденном состоянии. Определение энергии диссоциации 93
3.10. Спектры поглощения жидкостей. Закон Бугера — Ламберта — Бера 94
3.11. Спектры комбинационного рассеяния. Сравнение их с ИК-спектрами поглощения 97
3.12. Фотоэлектронная спектроскопия 103
Глава четвертая Межчастичные взаимодействия 105
4.1. Связь теплоты испарения со структурой жидкости 105
4.2. Энергия взаимодействия между ионами и молекулами .... 106
4.3. Водородная связь 112
4.4. Структура воды 113
Глава пятая Первое начало термодинамики. Термохимия 115
5.1. Основные понятия. Внутренняя энергия, теплота, работа. Функция состояния и функция процесса 115
5.2. Работа расширения (сжатия) идеального газа в изотермическом и изобарно-изотермическом процессах. Теплота процесса при постоянном объеме и при постоянном давлении 117
5.3. Стандартные теплоты сгорания и образования. Закон Гесса 119
5.4. Теплоемкость истинная и средняя. Зависимость теплового эффекта от температуры. Уравнение Кирхгофа 123
Глава шестая Химическое равновесие 128
6.1. Химическая термодинамика как метод изучения равновесия химической реакции и фазовых превращений 128
6.2. Термодинамически обратимые (квазистатические) процессы 130
6.3. Энтропия, ее физический смысл. Изменение энтропии в процессах расширения (сжатия) газа, нагревания и при фазовых переходах 133
6.4. Термодинамические потенциалы. Энергии Гиббса и Гельмгольца. Характеристические функции. Уравнение Гиббса — Гельмгольца 138
6.5. Химический потенциал идеального и реального газов. Летучесть (фугитивность), способы ее определения 141
6.6. Уравнение изотермы химической реакции 146
6.7. Третье начало термодинамики (тепловая теорема Нернста). Постулат Планка. Вычисление абсолютной энтропии 149
6.8. Вычисление термодинамической константы равновесия химической реакции 151
6.9. Зависимость константы химической реакции от температуры. Вывод и анализ уравнения изобары химической реакции 155
6.10. Практические константы равновесия химических реакций. Влияние давления и добавки инертных газов на химическое равновесие 159
6.11. Вычисление состава равновесной смеси, выхода продуктов реакции и степени диссоциации 161
6.12. Выбор оптимальных условий проведения химической реакции 165
Глава седьмая Элементы статистической термодинамики 167
7.1. Использование молекулярных констант для расчета термодинамических фукций идеальных газов 167
7.2. Связь суммы по состояниям с различными видами движения 172
7.3. Зависимость теплоемкости газов и твердых тел от температуры 180
7.4. Расчет термодинамической константы химического равновесия методом статистической термодинамики 184
Глава восьмая Фазовые равновесия 187
8.1. Условие термодинамического равновесия между фазами . . . 187
8.2. Правило фаз Гиббса 189
8.3. Фазовые равновесия в однокомпонентных системах. Вывод, анализ и интегрирование уравнения Клапейрона — Клаузиуса 191
8.4. Химический потенциал компонента идеального раствора . . . 196
8.5. Термодинамический анализ идеальных растворов (расплавов), находящихся в равновесии с твердой фазой, газом или другим идеальным раствором 198
8.6. Экстенсивные свойства и парциальные молярные величины. Уравнение Гиббса — Дюгема 204
Глава девятая Неидеальные растворы неэлектролитов 207
9.1. Положительные и отрицательные отклонения от закона Рауля 207
9.2. Химический потенциал компонента реального раствора. Активность. Выбор стандартного состояния 210
9.3. Методы определения коэффициентов активности 213
9.4. Равновесие пар — жидкий раствор в двухкомпонентных системах с неограниченной взаимной растворимостью летучих жидкостей 214
9.5. Равновесие пар — жидкий раствор в двухкомпонентных системах с взаимной нерастворимостью и ограниченной взаимной растворимостью жидкостей 219
Глава десятая Равновесие кристаллы — жидкий раствор (расплав) 224
10.1. Факторы, влияющие на растворимость твердых тел 224
10.2. Построение диаграмм плавкости двухкомпонентных систем (термический анализ) 225
10.3. Системы с неограниченной растворимостью компонентов в жидком и с полной нерастворимостью в твердом состояниях 228
10.4. Системы с образованием химического соединения 230
10.5. Системы с твердыми растворами, компоненты которых неограниченно и ограниченно растворимы в твердом состоянии 233
10.6. Трехкомпонентные системы 240
Глава одиннадцатая Растворы электролитов 247
11.1. Электролитическая диссоциация в растворе 247
11.2. Средняя ионная активность и коэффициент активности 251
11.3. Основы электростатической теории сильных электролитов Дебая — Хюккеля 255
11.4. Применение теории Дебая — Хюккеля к растворам слабых электролитов 260
11.5. Ассоциация ионов 262
Глава двенадцатая Термодинамика электродных процессов 264
12.1. Механизм возникновения скачка потенциала и двойного электрического слоя на границе раздела металл — раствор электролита 264
12.2. Электродвижущие силы электрохимических систем. Гальванические элементы 269
12.3. Равновесный потенциал электрода. Водородная шкала потенциалов 272
12.4. Выражение равновесного потенциала для электродов различных типов 274
12.5. Стандартные электродные потенциалы 283
12.6. Классификация гальванических элементов 287
12.7. Диффузионный потенциал 290
12.8. Определение термодинамических параметров реакции, протекающей в гальваническом элементе 294
12.9. Практическое использование измерений ЭДС 297
12.10. Химические источники тока 304
Глава тринадцатая Электрическая проводимость растворов электролитов и числа переноса 311
13.1. Удельная и молярная электрические проводимости 311
13.2. Связь молярной электрической проводимости с подвижностью ионов 313
13.3. Зависимости удельной и молярной электрических проводимостей от концентрации электролита 315
13.4. Числа переноса 319
13.5. Влияние температуры, природы электролита и растворителя на молярную электрическую проводимость 322
13.6. Практическое использование измерений электрической проводимости 324
Глава четырнадцатая Феноменологическая (формальная) кинетика 328
14.1. Содержание и задачи химической кинетики 328
14.2. Скорость реакции. Кинетические кривые 329
14.3. Кинетическое уравнение. Молекулярность и порядок гомогенной химической реакции 332
14.4. Вычисление константы скорости реакций первого, второго и третьего порядков 334
14.5. Способы определения порядка реакции 341
14.6. Сложные реакции: двусторонние (обратимые), параллельные, последовательные, сопряженные 343
14.7. Стадийное протекание реакций. Метод квазистационарных концентраций 352
14.8. Механизм мономолекулярных реакций, протекание их по первому и второму порядкам 354
14.9. Зависимость скорости реакции от температуры. Уравнение Аррениуса 356
Глава пятнадцатая Механизмы химических реакций 360
15.1. Теории элементарного акта химической реакции 360
15.2. Кинетика реакций в растворах. Гомо- и гетеролитические реакции 370
15.3. Гетеролитические реакции. Электролитические (солевые) эффекты 374
15.4. Особенности фотохимических реакций 378
15.5. Цепные реакции, их особенности 383
15.6. Кинетика гетерогенных реакций 386
Глава шестнадцатая Кинетика электрохимических процессов 393
16.1. Характеристика скорости электрохимических реакций с помощью поляризационных кривых. Ток обмена 393
16.2. Соотношение диффузионных и кинетических факторов в электрохимической кинетике. Виды поляризаций электродов 395
16.3. Концентрационная поляризация 398
16.4. Электрохимическая поляризация. Теория замедленного заряда. Уравнение Тафеля 405
16.5. Практическое значение перенапряжения при выделении водорода 410
16.6. Анодное перенапряжение, пассивирование металлов 413
Глава семнадцатая Электрохимическая коррозия. Методы защиты от коррозии 417
17.1. Электрохимическая коррозия 417
17.2. Термодинамические и кинетические факторы в электрохимической коррозии (иллюстрация поляризационными кривыми) 419
17.3. Способы защиты от коррозии 424
Глава восемнадцатая Основы катализа 431
18.1. Общие положения 431
18.2. Механизм гомогенного катализа 432
18.3. Стадии гетерогенного катализа. Физическая и химическая адсорбция, изотермы адсорбции 438
Глава девятнадцатая Элементы неравновесной термодинамики 448
19.1. Принцип локального равновесия 448
19.2. Линейная неравновесная термодинамика 450
19.3. Самоорганизация в открытых системах 454
Литература 458