Химическая термодинамика. Химия низких, высоких температур. Химия растворов. Теория кислот и оснований

В пособии изложены физико-химические основы процессов, протекающих в литейной форме при ее изготовлении, в металлических расплавах при плавке металлов и взаимодействии металла с формой. Описаны методы расчета равновесных систем при физико-химическом взаимодействии друг с другом.

Изложены краткие теоретические сведения по основам химической термодинамики, фазовых равновесий и растворов, химической кинетики, катализа и электрохимии.

Рассмотрены основные понятия и законы статистической и неравновесной термодинамики. Приведены тестовые задания для контроля знаний студентов при изучении разделов «Статистическая термодинамика» и «Неравновесная термодинамика».

Рассмотрены общие свойства растворов, способы выражения концентрации растворов, а также методы приготовления растворов заданной концентрации. Приведена методика выполнения лабораторных работ по измерению pH растворов электролитов, гидролизу солей, исследованию электропроводности растворов слабых и сложных электролитов.

Учебное пособие состоит из четырех частей. Вторая часть пособия посвящена изложению основных понятий химической кинетики, включая теорию элементарного акта химической реакции. Приведены контрольные вопросы для самостоятельной работы.

Изложены теоретические основы важного раздела физической химии – «Растворы», включающего растворы неэлектролитов (молекулярные), слабых и сильных электролитов. Рассмотрены методы исследований и особенности лабораторного эксперимента. Приведены рекомендации по выполнению лабораторных работ, даны задачи и упражнения, контрольные вопросы, тестовые задания с применением ЭВМ.

Пособие является частью учебно-методического комплекса по дисциплине «Физическая химия» и включает в себя типовые задачи для выполнения индивидуальных заданий по основным разделам химической термодинамики. Разработано в соответствии с ФГОС ВО 3+ и рабочей программой по дисциплине «Физическая химия».

Рассматриваются теоретические основы равновесия жидкость – пар в двухкомпонентных системах с неограниченной взаимной растворимостью компонентов для идеальных и неидеальных систем. Приводятся методика выполнения лабораторной работы по изучению равновесия жидкость – пар, а также задания для самостоятельной работы студентов.

Содержат теоретический материал, практические задания и лабораторную работу по одному из фундаментальных разделов химии – химической термодинамике.

Содержат индивидуальные задания для коллоквиумов и практических занятий по разделу «Растворы электролитов» дисциплины «Физическая химия». Задания предполагают теоретическую проработку материала и решение задач.

Рассмотрены технологии быстрого пиролиза растительной биомассы и газификации жидких топлив. Описана обобщенная математическая модель переработки лигноцеллюлозных отходов лесопромышленного комплекса. Приведены результаты исследования термохимической переработки различных видов растительной биомассы с последующей газификацией жидкой части, а также промышленной реализации разработанных технологий.

Содержит краткую теоретическую часть и базу тестовых заданий по основным разделам дисциплины «Физическая химия» для проверки текущих и остаточных знаний.

Рассмотрены основные понятия химической термодинамики, первый и второй законы термодинамики. Приведены тестовые задания, предназначенные для контроля знаний студентов при изучении раздела «Химическая термодинамика».

Рассматриваются изменения основных физико-химических свойств жидкости в температурном интервале от температуры плавления до температуры кипения. Закономерности изменения сопоставляются с параметрами, характеризующими массу, структуру, геометрию и энергию электронных оболочек молекул, составляющих жидкость. На основании анализа полученных зависимостей высказаны предположения относительно природы универсальных межмолекулярных взаимодействий и предложена модель структуры жидких неэлектролитов.

Учебное пособие подготовлено на кафедре материаловедения и индустрии наносистем химического факультета Воронежского государственного университета.

В учебнике на примере химии показаны истоки, принципы работы и результаты квантового, геометрического, аналитического (математического) и других подходов, руководствуясь которыми, современная химия и другие науки решают свои исследовательские задачи. Особый акцент сделан на инновациях, полученных в этой области автором работы: в их числе графическое и математическое моделирование и полученные с их использованием конкретные прорывные результаты в приложении к фазовым равновесиям и состояниям систем с различным числом компонентов и к уникальному фундаментальному свойству растворимости веществ. Особенностью учебника является также то, что фактический материал излагается заинтересованно, с учетом исторического развития и динамики его формирования, сопровождается авторскими комментариями, наглядными примерами, образными сравнениями и стремлением приобщить читателя к творческому процессу познания.

В предлагаемом учебном пособии в доступной форме изложен один из важных разделов химии – теории кислот и оснований. Изложение дополнено решением задач разного уровня сложности.

В данной монографии обобщены результаты многолетних научных исследований ее авторов в области геометрического и аналитического моделирования фазовых систем. Эти результаты являются наглядной иллюстрацией как самой постановки моделирования фазовых систем, так и возможностей анализа на его основе взаимосвязи двух фундаментальных областей: термодинамики и фазовых равновесий. Авторами показано, как модели выводятся, анализируются и применяются для решения конкретных задач, связанных с фазовыми диаграммами этих систем; как на основе моделирования можно получать фундаментальные закономерности и новые количественные параметрические характеристики фазовых равновесий, а также как новые знания о фазовых равновесиях открывают новые возможности в изучении фазовых систем, в их систематике, прогнозировании и более глубоком анализе процессов, протекающих в этих системах. Монография включает изложение на примере однокомпонентных и ряда двойных систем новой методики построения фазовых диаграмм, а также вывод и анализ математических моделей фазовых равновесий двойных и тройных взаимных систем. При этом даны конкретные примеры применения математического моделирования для расчета диаграмм фазовых систем. Изложена методика получения термодинамической информации по ликвидусу тройных взаимных систем, классификации изотерм кристаллизации их фаз, вывода количественных критериев существования фазовых равновесий, полной растворимости и расслаивания фаз, анализа смещения обменных равновесий и других процессов в высокотемпературных взаимных системах с расплавами.

В предлагаемом учебном пособии в доступной форме изложен один из основных разделов теории химических процессов – химическое равновесие. Подробнее, чем в учебниках по общей и неорганической химии, на современном научном уровне представлены особенности гомогенных равновесий воднокомпонентных и двух компонентных системах. Изложение дополнено решением задач разного уровня сложности.

Содержит описание физико-химических свойств растворов, отражающих, наряду с конститутивными и аддитивными свойствами, еще и коллигативные, влияющие на целый ряд специфических особенностей растворов, а также методы определения различных характеристических величин. Даются основные положения об особенностях растворов, их концентрации и методах определения как для диссоциирующих, так и для недиссоциирующих молекул. Раскрывается сущность методов расчетов молекулярных масс растворителя и растворенного вещества, крио- и эбуллиоскопических констант, осмотических явлений и способов изготовления мембран для мембранных методов разделения смесей, коэффициента распределения и экстрагирования третьего компонента из растворов и др. Приведены примеры решения простых и многовариантных задач по данной тематике.

На основании данных, полученных масс-спектрометрическим эффузионным методом Кнудсена, определены значения активностей оксидов в стехиометрической шпинели MgAl2O4 в области температур 1851–2298 K. Установлено, что найденные величины энергии Гиббса образования шпинели из простых оксидов, а также энтальпии и энтропии образования шпинели из простых оксидов, равные –12.02 ± 1.14 кДж/моль и 5.03 ± 0.56 Дж/(моль K) соответственно, и энтальпия плавления шпинели, равная 55.81 ± 4.62 кДж/моль, удовлетворительно соответствуют имеющейся термодинамической информации

Высокотемпературным масс-спектрометрическим эффузионным методом Кнудсена изучено испарение шпинели MgAl2O4 в области температур 1850–2250 K. В газовой фазе над шпинелью идентифицированы молекулярные компоненты, как типичные для простых оксидов, образующих шпинель, так и в незначительном количестве сложный газообразный оксид MgAlO. Впервые определенные значения парциальных давлений пара молекулярных компонентов, содержащихся в газовой фазе над шпинелью, сопоставлены с таковыми, соответствующими простым оксидам

Новый учебник химической термодинамики написан в соответствии с современными университетскими программами для химиков и химиков-технологов. Он содержит представительное описание основ термодинамической науки наряду с более сжатым изложением вопросов фазовых и химических равновесий, теории растворов, электрохимической термодинамики и начал термодинамики поверхностных явлений. В книге использован материал лекций, которые автор читал на протяжении ряда лет студентам 2-го и 3-го курсов РХТУ им. Д.И. Менделеева. Учебник отличают конкретность и краткость, точность формулировок, отсутствие общих слов и пространных рассуждений. Благодаря этому автору удалось в книге небольшого объема изложить бóльшую часть современного курса физической химии. В то же время книгу нельзя рассматривать как краткое пособие — это полноценный учебник. Приведены задачи с решениями.

По температурной зависимости растворимости изомерных 5-(нитрофенил)фуран-2-карбальдегидов рассчитаны термодинамические характеристики их растворения в бензоле, ацетонитриле, этилацетате, диметилкетоне, пропаноле-2. Термогравиметрическим методом определены энтальпии плавления исследованных альдегидов, проведен пересчет этих величин на 298 К и рассчитаны энтальпии и энтропии смешения альдегидов с упомянутыми органическими растворителями. Отмечена линейная зависимость растворимости изомерных 5-(нитрофенил)-фуран-2-карбальдегидов от энтальпии их смешения в различных растворителях.

Приводятся результаты термодинамического анализа промышленно значимого процесса низкотемпературного восстановления диоксида серы различными восстановителями: водородом, монооксидом углерода, синтез-газом при вариации восстановителя, температуры и соотношения СО/Н2. Представлены составы равновесных смесей и динамика их изменения в зависимости от температуры процесса.

Комплексом методов физико-химического анализа установлено, что в системе Al-Nb-Sc в равновесии с алюминием находятся только фазы на основе бинарных интерметаллидов ScAl_3 и NbAl_3, содержащие незначительное количество легирующих добавок. Алюминий и бинарные фазы ScAl_3 и NbAl_3 вступают в эвтектическое равновесие при 873 К. Совместное легирование алюминия ниобием и скандием приводит к уменьшению протяженности области пересыщенного твердого раствора на основе алюминия.

В изопериболическом калориметре со стационарной бомбой определена при 298, 15 K величина энергии сгорания кристаллического бета-аланина (изменение величины cU 0 ), из которой рассчитаны стандартные энтальпии сгорания (изменение величины cH 0) и образования (изменение величины fH 0 ). Полученные результаты сопоставлены с литературными данными.

Методом низкотемпературной адиабатической калориметрии (АК) определены значения теплоемкости 4, 4-динитродифенилового эфира и 4-нитро-4-бифенилкарбоновой кислоты в интервале температур 8-372 и 10-374 K соответственно.

Предложен и разработан новый метод рекуррентных последовательностей (РП) для вычисления интегральных и дифференциальных характеристик надмолекулярной агрегации ассоциированных жидких систем, а также их диэлектрических свойств в рамках квазихимической модели неидеального ассоциированного раствора (QCNAS). Для случая цепочечной ассоциации представлено сравнение метода РП и техники матричного суммирования, развитой ранее одним из авторов. Предлагаемый метод РП сохраняет детальность описания структуры и свойств агрегатов и допускает распространение на случаи с более сложной (например, древообразной) надмолекулярной структурой жидкости.

Рассмотрены основные понятия фазовых равновесий кристаллы-расплав и термического анализа двухкомпонентных систем.

Изложены теория и методы расчетов простых и сложных по стехиометрии химических реакций основного органического и нефтехимического синтеза. Приводятся задачи для самостоятельного решения и список используемой литературы.

Рассмотрены основные понятия и законы химической термодинамики, в том числе основы статистической термодинамики и введение в термодинамику неравновесных процессов.

Рассмотрены теоретические и модельные условия протекания автокаталитических периодических химических реакций на примере реакции Белоусова-Жаботинского. Главное внимание уделено овладению методиками анализа сложных химических реакций в условиях, приближенных к термодинамическому равновесию, с использованием новейшего программного и аппаратного обеспечения лабораторных опытов.

Учебное пособие посвящено изучению кинетических закономерностей простых гомогенных реакций. Изложен теоретический материал, приведены примеры решения задач, варианты заданий. Пособие является дополнением к имеющимся учебникам и лекциям и предназначено для самостоятельной работы студентов, обучающихся по направлению подготовки «Химическая технология», а также по другим направлениям, учебной программой которых предусмотрено изучение химической кинетики. Издание может быть использовано студентами как очной, так и заочной форм обучения.

Рассмотрено применение закономерностей термодинамики к фазовым равновесиям, приведены фазовые диаграммы двухкомпонентных систем с ограниченной взаимной растворимостью компонентов. Дана методика выполнения лабораторной работы с применением компьютерной технологии, рассмотрены примеры решения задач и контрольные задания.

Рассмотрены основные теоретические аспекты химической термодинамики. Приведены методические указания к лабораторным работам по определению тепловых эффектов химических реакций и физико-химических процессов.

Представленная диссертационная работа посвящена разработке надежного количественного интерполяционного метода прогнозирования физико-химических свойств бинарных смесей неэлектролитов в температурных сериях и гомологических рядах (варьируемый второй компонент смеси) на основе эмпирических моделей изотерм.

Разработана термодинамика пиролиза углеводородов при росте углеродных нанотрубок. Вычислены активности водорода и углерода, необходимые для расчета скорости роста нанотрубок.

Исследован процесс сорбции ионов цезия на сульфоугле, углях ОКМ-2 и ФКМ-2. Изучены зависимости адсорбции этих ионов от концентрации их в растворе, температуры, времени сорбции. Установлены сорбционные емкости исследуемых углей по ионам цезия. Из температурных зависимостей рассчитаны термодинамические характеристики адсорбции цезия на исследуемых углях.

Работа посвящена термодинамике системы вода - 2-пропанол.

Рассмотрены закономерности изменения представленных величин от радиуса, заряда, химической природы иона.

Работа посвящена проблеме выработки общих подходов к прогнозированию стабильности стерически ненапряженных алкилполифенолов.

Статья посвящена термодинамическим параметрам: температуре и энтропии, давлению и объему.

Учебное пособие подготовлено на кафедре материаловедения и индустрии наносистем химического факультета Воронежского государственного университета.

Рассмотрены методы физико-химического анализа бинарных и псевдобинарных смесей, основанные на рефрактометрии, денсиметрии, магнитооптическом эффекте Коттона-Мутона и межфазной тензиометрии, методы оценки эксплуатационных характеристик светлых нефтепродуктов. Приведены разрабатываемые авторами модели описания физико-химических свойств индивидуальных молекулярных веществ, свойств бинарных смесей с универсальными и специфическими взаимодействиями компонентов, на основе которых интерпретируются эффекты неидеальности и синергизма. Описаны симметричные и асимметричные модели прогнозирования свойств трех- и многокомпонентных жидких смесей на основе данных по бинарным смесям.

В пособии в форме поурочных конспектов изложен материал изучения основных закономерностей прохождения химических процессов, рассмотрены основы термодинамики и кинетики в приложении к химическим реакциям, изучаемым в средней школе. Приведен обширный материал по подготовке демонстрационного и ученического эксперимента, практических работ, освещены вопросы интеграции изучаемых тем с явлениями окружающей среды, обществом, жизнедеятельностью человека. Приведен большой дидактический материал в системе контрольных заданий с указаниями к решению.