МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего профессионального образования

«Кубанский государственный университет»

Кафедра физической химии

		УТВЕРЖДАЮ
		Проректор по учебной работе, качеству образования – первый проректор, проф.
		______________ А.Г.Иванов
		«___» ____________ 2011 г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

Б3.Б.4 физическая химия

Направление подготовки – 020100.62 Химия

Квалификация выпускника – бакалавр

Форма обучения – очная

Краснодар 2011

Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями Федерального государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению подготовки 020100.62 Химия, на основании типовой (примерной) учебной программы и учебного плана основной образовательной программы подготовки бакалавра по направлению 020100.62 Химия.

Рецензенты: (Рекомендуются внешние рецензенты)

Заведующий кафедрой органической, физической и коллоидной химии ФГОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет»	С.П. Доценко
Заведующий кафедрой физики и информационных систем, доктор физико-математических наук, профессор.	Н.М. Богатов

Программа рассмотрена

на заседании кафедры физической химии: протокол от 23.08.2011 № 1

Заведующий кафедрой

физической химии,

д.х.н., профессор _______________ В.И.Заболоцкий

на заседании методической комиссии факультета: протокол от 02.09.2011 № 1

Председатель методической комиссии факультета химии и высоких технологий, д.х.н., профессор _______________Н.В.Шельдешов

Декан

факультета химии и высоких технологий, к.х.н., доцент _______________Т.В.Костырина

Рабочую программу составили:

к.х.н., доцент

________________

В.В.Ганыч

АННОТАЦИЯ

на рабочую учебную программу дисциплины

«Физическая химия»

Данная дисциплина включена в качестве общепрофессиональной дисциплины федерального компонента учебного плана.

1. Цель учебной дисциплины «Физическая химия» состоит:

– в формировании научного мировоззрения бакалавра химии, владеющего знаниями в области теории химических процессов и знакомого с основными методами физико-химического эксперимента;

– в овладении навыками применения теоретических законов к решению практических вопросов химической технологии.

2. Задачи учебной дисциплины состоят в формировании у студентов знания теоретических основ физической химии, навыков практического применения методов расчета химических процессов.

3. Общая трудоемкость учебной дисциплины «Физическая химия» составляет 576 часов или 16 зачетных единиц.

4. Учебная работа по данной дисциплине предполагает проведение лекционных и лабораторных занятий, самостоятельное выполнение студентами теоретических и практических заданий.

5. Формы отчетности по учебной дисциплине – зачёт, экзамен.

6. В процессе изучения дисциплины «Физическая химия» у студентов формируются следующие компетенции:

общекультурные:

• использует основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применяет методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ОК-6);

• умеет работать с компьютером на уровне пользователя и способен применять навыки работы с компьютерами как в социальной сфере, так и в области познавательной и профессиональной деятельности (ОК-7);

• способностью в условиях развития науки и техники к критической переоценке накопленного опыта и творческому анализу своих возможностей (ОК-15);

профессиональные:

• владеет основами теории фундаментальных разделов химии (прежде всего неорганической, аналитической, органической, физической, химии высокомолекулярных соединений, химии биологических объектов, химической технологии) (ПК-2);

• владеет навыками химического эксперимента, основными синтетическими и аналитическими методами получения и исследования химических веществ и реакций (ПК-4);

• способностью применять основные законы химии при обсуждении полученных результатов, в том числе с привлечением информационных баз данных (ПК-3);

– владеет методами регистрации и обработки результатов химических экспериментов (ПК-8).

7. При изучении дисциплины используются следующие инновационные технологии: решение сложных, основанных на реальных производственных процессах, задач.

1. Цели и задачи освоения дисциплины

Физическая химия представляет собой теоретический фундамент современной химии. В свою очередь, химия является важнейшей составной частью естествознания, и сейчас физико-химические теории химических процессов лежат в основе самого широкого круга научных и технических проблем.

Для изучения дисциплины «Физическая химия» студенты должны знать такие разделы курса «Математика», как аналитическая геометрия и основы алгебры, дифференциальное, интегральное исчисление функций одного и нескольких переменных, обыкновенные дифференциальные уравнения, теория вероятностей, математическая статистика и ее приложения к обработке результатов наблюдений. Из курса «Физика» студенты должны знать разделы: молекулярно-кинетическая теория; основы термодинамики; свойства газов, жидкостей и твердых тел, электростатика; электрические токи в средах. Из курса «Неорганическая химия» необходимо знать разделы: начала химической термодинамики, кинетика и механизм химических реакций, растворы, из курса «Введение в термодинамику» должны знать законы термодинамики, термодинамические потенциалы.

Дисциплина «Физическая химия» необходима для дальнейшего изучения курсов коллоидной химии, органической химии, химической технологии и других. Эта дисциплина также необходима для формирования естественно - научного мышления студентов.

2. Место дисциплины в структуре ООП ВПО

Дисциплина «Физическая химия» относится к блоку общепрофессиональных дисциплин ФГОС ВПО по специальности Химия.

Изучение дисциплины «Физическая химия» должно предшествовать изучению таких дисциплин, как органическая химия, коллоидная химия, дисциплины профессионального цикла.

3. Требования к результатам освоения содержания дисциплины

Задачи дисциплины Физическая химия – знать:

• термохимию;

• термодинамические методы описания химического равновесия;

• термодинамические методы описания фазового равновесия в одно-, двух- и трехкомпонентных системах;

• термодинамику разбавленных растворов электролитов и неэлектролитов;

• физико-химические основы равновесий и явлений переноса в электрохимических системах;

• формальную кинетику, основные теоретические представления химической кинетики, основы катализа.

Требования к результатам освоения дисциплины:

Выпускник должен обладать следующими общекультурными компетенциями (ОК):

использует основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применяет методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ОК-6);

Выпускник должен обладать следующими профессиональными компетенциями (ПК):

владеет основами теории фундаментальных разделов химии (прежде всего неорганической, аналитической, органической, физической, химии высокомолекулярных соединений, химии биологических объектов, химической технологии) (ПК-2);

способностью применять основные законы химии при обсуждении полученных результатов, в том числе с привлечением информационных баз данных (ПК-3);

владеет навыками химического эксперимента, основными синтетическими и аналитическими методами получения и исследования химических веществ и реакций (ПК-4)

представляет основные химические, физические и технические аспекты химического промышленного производства с учетом сырьевых и энергетических затрат (ПК-5)

владеет навыками работы на современной учебно-научной аппаратуре при проведении химических экспериментов (ПК-6)

владеет методами регистрации и обработки результатов химически экспериментов (ПК-8);

Приведенные выше компетенции бакалавров вырабатываются в ходе выполнения обучающимися требований ООП бакалавриата, а также в ходе формирования межличностных отношений.

В результате изучения дисциплины студент должен:

Знать:

• использует основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применяет методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ОК-6).

Уметь:

• умеет работать с компьютером на уровне пользователя и способен применять навыки работы с компьютерами как в социальной сфере, так и в области познавательной и профессиональной деятельности (ОК-7).

Владеть:

• владеет основами теории фундаментальных разделов химии (прежде всего неорганической, аналитической, органической, физической, химии высокомолекулярных соединений, химии биологических объектов, химической технологии) (ПК-2);

• владеет навыками химического эксперимента, основными синтетическими и аналитическими методами получения и исследования химических веществ и реакций (ПК-4);

• способностью применять основные законы химии при обсуждении полученных результатов, в том числе с привлечением информационных баз данных (ПК-3);

– владеет методами регистрации и обработки результатов химических экспериментов (ПК-8).

4. Содержание и структура дисциплины

4.1. Содержание разделов дисциплины

№ раздела	Наименование раздела	Содержание раздела	Форма текущего контроля	Разработано с участием представителей работодателей (указать организацию)
1	2	3	4	5
1	Основы химической термодинамики	Термодинамические системы. Основные понятия и определения. Координаты и потенциалы термодинамических систем. Обобщенная работа. Уравнения состояния. Нулевой закон термодинамики (закон термического равновесия).	Опрос
2	Первый закон термодинамики.	Внутренняя энергия, энтальпия. Математические и физические свойства внутренней энергии, энтальпии, теплоты и работы.
3	Приложение I начала термодинамики к химическим и физико-химическим процессам.	Закон Гесса и его следствия. Расчет тепловых эффектов химических реакций при стандартных условиях. Зависимость теплового эффекта химической реакции от температуры (Закон Кирхгоффа).
4	Второй закон термодинамики и его формулировка.	Уравнения второго начала термодинамики. Энтропия как функция состояния и методы ее вычисления. Неравенство Клаузиуса. Изменение энтропии в изолированных и адиабатических системах.
5	Фундаментальные уравнения Гиббса.	Энергия Гиббса, энергия Гельмгольца. Условия равновесия и критерии самопроизвольного протекания процессов в изобарно-изотермических и изохорно-изотермических условиях. Уравнения Гиббса-Гельмгольца.	коллоквиум
6	Учение о парциальных мольных величинах.	Свойства парциальных мольных величин. Методы расчета.
7	Химические потенциалы, их определение.	Вычисление и свойства уравнения Гиббса - Дюгема.
8	Химические равновесия. Закон действующих масс.	Уравнение изотермы химической реакции Вант - Гоффа.
9	Уравнение изобары и изохоры химической реакции.	Расчет констант равновесия химических реакций.	Тест
10	Третий закон термодинамики. Принцип недостижимости абсолютного нуля.	Теорема Планка. Расчет химических равновесий методом абсолютных энтропий.	К
11	Элементы статической термодинамики.	Механическое описание молекулярной системы. Канонические уравнения Гамильтона. Микро- и макросостояния. Фазовые Г- и -пространства.
12	Метод ансамблей Гиббса.	Эргоидная гипотеза. Теорема Лиувилля. Принцип равной вероятности.
13	Вероятность заданного макроскопического состояния системы.	Статическое определение системы. Ограничения второго начала термодинамики.
14	Канонический ансамбль. Модуль канонического распределения.	Статический интеграл и статическая сумма.
15	Приложения статической термодинамики. Распределение молекул по энергиям.	Расчет термодинамических функций методами статистической термодинамики. Вычисление констант химического равновесия.	коллоквиум
16	Термодинамика растворов.	Термодинамическая классификация растворов. Давление насыщенного пара жидких растворов.
17	Закон Рауля. Отклонения от законов Рауля.	Эбулио- и криоскопия.
18	Растворимость. Уравнение Шредера.	Осмотические явления. Уравнение Вант-Гоффа.
19	Равновесие жидкость-пар. Законы Гиббса-Коновалова.	Диаграммы состояния. Разделение веществ путем перегонки. Азеотропные смеси и их свойства.	Тест
20	Фазовые равновесия. Понятия фазы, компонента, степени свободы. Правило фаз и его вывод.	Классификация гетерогенных систем.
21	Однокомпонентные системы. Уравнение Клапейрона-Клаузиуса. Энантиотропные и монотропные фазовые переходы.	Диаграмма состояния воды, серы. Расчет степеней свободы по уравнению Гиббса.
22	Диаграммы состояния двухкомпонентных систем. Типы диаграмм состояния. Правило фаз.	Диаграммы жидкость - пар, физико-химический анализ Курнакова.
23	Диаграммы состояния трехкомпонентных систем.	Треугольники Гиббса-Розебома.	К
24	Электрохимия. Особенности электрохимических реакций. Электрохимическая цепь и ее компоненты. Теория электролитической диссоциации, ее критический анализ.	Структура электрохимии, ее разделы, прикладные аспекты. Развитие представлений о строении растворов электролитов (модели Гротгуса, Фарадея, Аррениуса).
25	Энергия кристаллической решетки. Ион-ионное взаимодействие в растворах электролитов и его термодинамическое описание.	Энергия сольватации. Ион-дипольное взаимодействие в растворах электролитов, модели Борна, причины устойчивости ионных систем. Понятие средней ионной активности и среднего ионного коэффициента активности, их связь с индивидуальными характеристиками ионов.
26	Основные допущения теории Дебая-Хюккеля. Модель ионной атмосферы, потенциал ионной атмосферы. Схема вывода предельного закона Дебая-Хюккеля. Уравнения для коэффициента активности во втором и третьем приближении теории Дебая-Хюккеля.	Методы экспериментального определения коэффициентов активности.
27	Неравновесные явления в растворах электролитов.	Диффузионный и миграционный потоки. Уравнение Нернста-Эйнштейна. Удельная и эквивалентная электропроводность.
28	Подвижность ионов и закон Кольрауша. Числа переноса ионов и методы их определения. Особые случаи электропроводности электролитов.	Зависимость подвижности ионов, чисел переноса, электропроводности от концентрации в рамках теории Дебая-Хюккеля-Онзагера. Электрофоретический и релаксационный эффекты. Опыты Вина и Дебая-Фалькенгагена.	коллоквиум
29	Равновесие в двухфазной системе металл / раствор электролита. Электрохимический потенциал и условие электрохимического равновесия.	Электрохимические цепи, электродные потенциалы, электродвижущая сила (ЭДС). Уравнение Нернста для электродных потенциалов и ЭДС.
30	Классификация электродов и электрохимических цепей. Концентрационные цепи с переносом и без переноса.	Метод ЭДС для определения коэффициентов активности. Метод ЭДС для определения термодинамических характеристик электрохимических реакций: изменения энтропии, энтальпии, свободной энергии, констант равновесия и нестойкости комплексных соединений и др.
31	Электрохимическая кинетика.	Плотность тока как мера скорости электродного процесса.	К
32	Поляризация электродов в условиях лимитирующей стадии массопереноса. Механизмы доставки вещества к поверхности электрода.	Электрохимическая поляризация. Уравнение Тафеля и его анализ. Применения для исследования процессов коррозии, реакций электровосстановления.	тест
33	Химическая кинетика. Основные понятия химической кинетики.	Скорость реакции. Кинетические уравнения. Порядок и молекулярность реакции.	опрос
34	Кинетический закон действия масс, его применение.	Зависимость константы скорости от температуры. Уравнение Аррениуса. Эффективная и истинная энергия активации.
35	Необратимые реакции первого и второго порядков.	Определение константы скорости, порядка реакции, энергии активации из результатов кинетических экспериментов.	тест
36	Обзор теоретических представлений в химической кинетике.	Теория соударений и теория абсолютных скоростей реакций на примере бимолекулярной реакции.
37	Схема вывода уравнения для константы скорости.	Термодинамический аспект теории. Свободная энергия, энтальпия, энтропия активации.
38	Общие принципы катализа.	Примеры механизмов каталитических реакций.	К

4.2. Структура дисциплины

Вид работы	Трудоемкость, часов
	6 семестр	7 семестр	Всего
Общая трудоемкость	252	324	576
Аудиторная работа:
Лекции (Л)	40	36	76
Практические занятия (ПЗ)	20	18	38
Лабораторные работы (ЛР)	80	90	170
Самостоятельная работа:
Курсовой проект (КП), курсовая работа (КР)
Расчетно-графическое задание (РГЗ)
Реферат (Р)
Эссе (Э)
Самостоятельное изучение разделов
Контрольная работа (К)^1
Самоподготовка (проработка и повторение лекционного материала и материала учебников и учебных пособий, подготовка к лабораторным и практическим занятиям, коллоквиумам и т.д.)	76	135	211
Подготовка и сдача экзамена^2	36	45	81
Вид итогового контроля	Зачет, экзамен	Зачет, экзамен	2 зачета, 2 экзамена

4.3. Разделы дисциплины, изучаемые в семестрах