В учебном пособии в краткой и доступной форме изложен материал по основным разделам физической химии, даны контрольные вопросы, тестовые задания и глоссарий по физической химии. <...> Влияние факторов на смещение химического равновесия . <...> Развитие теории сильных электролитов в работах Дебая и Хюккеля. <...> Диффузионный и мембранный потенциал и их биологическое значение. <...> Адсорбция на поверхности твѐрдое тело – жидкость . <...> Предмет и значение физической химии Физическая химия – наука, объясняющая химические явления на основе физических принципов и законов. <...> Общенаучное значение физической химии заключается в том, что она объединяет материал по различным разделам химии, анализирует его, количественно оценивает, находит и выводит глобальные общие для всей вечно движущейся материи закономерности. <...> Он является автором гидратной теории растворов, на которой основаны современные исследования в области растворов. <...> Курнакова – создателя физико-химического анализа, Н.Д. Зелинского – основателя научной школы органического катализа, Н.А. Шилова, выполнившего ряд важных работ в области кинетики сопряженных химических реакций и адсорбции растворенных веществ из растворов – заложили фундамент в развитии физической химии. <...> Трудно представить становление и развитие электрохимии без работ выдающихся иностранных физикохимиков: Майкла Фарадея, который установил количественные законы электролиза в 1833 г.; В.Ф. Оствальда, открывшего закон зависимости электропроводности электролитов; Ф.Г. Нернста, развившего теорию диффузии и установившего зависимость между скоростью диффузии растворенных веществ, электропроводностью и осмотическим давлением; С.А. Аррениуса, работы которого посвящены учению о растворах (теории электролитической диссоциации) и кинетике химических реакций; И. <...> Изменяя температуру и давление вещества, можно регулировать силы межмолекулярного взаимодействия и кинетическую энергию молекул и, тем <...>
Физическая_химия.pdf
УДК 544 (075.8)
ББК 24.5 я 73
Р 691
Печатается по решению методической
комиссии факультета защиты растений
и методического совета ФГБОУ ВПО
«Ставропольский
государственный
аграрный университет»
Рецензенты:
Боровлѐв И.В. – доктор химических наук, профессор
Лысенко И.О. – доктор биологических наук, доцент
Авторы:
Романенко Е.С. – кандидат сельскохозяйственных наук, доцент
Францева Н.Н. – кандидат биологических наук
Р 691
ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ : учебное пособие / Е.С. Романенко,
Н.Н. Францева.– Ставрополь : Ставропольское издательство «Параграф»,
2012. – 88 с.
В учебном пособии в краткой и доступной форме изложен материал по основным
разделам физической химии, даны контрольные вопросы, тестовые
задания и глоссарий по физической химии. Данное пособие позволит студентам
получить основные знания по физической химии, может служить руководством
для самостоятельного изучения материала при подготовке к зачѐту.
Учебное пособие предназначено для студентов очной и заочной форм
обучения аграрных вузов по направлениям 110400 – Агрономия.
УДК 544 (075.8)
ББК 24.5 я 73
© Е.С. Романенко, Н.Н. Францева, 2012.
© ФГБОУ ВПО «Ставропольский государственный
аграрный университет», 2012.
© ООО «Ставропольское издательство «Параграф», 2012.
2
Стр.2
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ .................................................................................................. 5
I. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ФИЗИЧЕСКОЙ ХИМИИ ................... 7
1. ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ И ЕЕ ЗНАЧЕНИЕ
ДЛЯ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА И ПРОМЫШЛЕННОСТИ ..... 7
1.1. Предмет и значение физической химии .................................. 7
1.2. Разделы физической химии ...................................................... 8
1.3. Роль русских и советских ученых
в развитии физической химии .................................................. 8
1.4. Единицы измерения, применяемые в физической химии .... 10
2. АГРЕГАТНОЕ СОСТОЯНИЕ ВЕЩЕСТВА .................................. 10
2.1. Общая характеристика агрегатных состояний ...................... 11
2.2. Газообразное сотояние вещества. Критическое состояние.. 11
2.3. Жидкое состояние .................................................................... 14
2.4. Твердое состояние ................................................................... 15
3. ХИМИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА .......................................... 16
3.1. Основные термодинамические понятия и определения ....... 17
3.2. Первый закон термодинамики ................................................ 19
3.3. Законы термохимии ................................................................. 20
3.4. Второй закон термодинамики................................................. 21
3.5. Третий закон термодинамики ................................................. 23
4. ХИМИЧЕСКАЯ КИНЕТИКА И КАТАЛИЗ .................................. 25
4.1. Скорость химических реакций.
Гомогенные и гетерогенные реакции .................................... 25
4.2. Порядок и молекулярность реакций ...................................... 27
4.3. Зависимость скорости химических реакций
от температуры и давления ..................................................... 28
4.4. Уравнение Аррениуса. Энергия активации катализа ........... 28
4.5. Гомогенный и гетерогенный катализ ..................................... 29
5. ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ .................................................... 31
5.1. Необратимые и обратимые реакции ...................................... 31
5.2. Химическое равновесие .......................................................... 32
5.3. Смещение химического равновесия ...................................... 33
5.4. Влияние факторов на смещение химического равновесия .. 33
6. ФОТОХИМИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ ................................................. 34
6.1. Фотохимические реакции ....................................................... 34
6.2. Скорость фотохимической реакции ....................................... 36
6.3. Сенсибилизированные реакции .............................................. 37
6.4. Фотосинтез ............................................................................... 37
7. РАСТВОРЫ НЕЭЛЕКТРОЛИТОВ................................................. 39
7.1. Способы выражения состава раствора................................... 39
7.2. Законы Рауля. Криоскопия ..................................................... 40
3
Стр.3
7.3. Растворимость газов в жидкостях .......................................... 43
7.4. Осмос. Осмотическое давление разбавленных растворов.
Закон Вант-Гоффа ................................................................... 44
8. РАСТВОРЫ ЭЛЕКТРОЛИТОВ ...................................................... 46
8.1. Теория электролитической диссоциации Аррениуса ........... 46
8.2. Развитие теории сильных электролитов
в работах Дебая и Хюккеля. Активность ............................... 48
8.3. Шкала кислотности по отношению к воде рН ...................... 48
8.4. Буферные системы, состав, механизм действия.
рН буферных систем. Буферная емкость ............................... 51
9. ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ РАСТВОРОВ ЭЛЕКТРОЛИТОВ .... 53
9.1. Проводники 1 и 2 рода. Скорости движения ионов ............. 53
9.2. Удельная электропроводность ............................................... 54
9.3. Эквивалентная электропроводность. Закон Кольрауша ...... 54
10. ГАЛЬВАНИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ ............................................. 56
10.1. Краткая история развития гальванических элементов ....... 56
10.2. Электродный потенциал. Уравнение Нернста .................... 56
10.3. Водородный электрод. Нормальные потенциалы
и ряд напряжений .................................................................. 58
10.4. Электроды первого и второго рода ...................................... 58
10.5. Гальванический элемент и ЭДС ........................................... 59
11. КОНЦЕНТРАЦИОННЫЕ И ОКИСЛИТЕЛЬНОВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ
ЦЕПИ ................................................ 61
11.1. Концентрационные цепи ....................................................... 61
11.2. Диффузионный и мембранный потенциал
и их биологическое значение. Хингидронный электрод .... 62
11.3. Окислительно-восстановительные цепи и электроды ........ 63
11.4. Окислительно-восстановительный потенциал почвы ........ 64
11.5. Потенциометрический метод определения pH.
Потенциометрическое титрование ....................................... 65
12. ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ .................................................. 66
12.1. Свободная энергия поверхности раздела ............................ 66
12.2. Общая характеристика сорбционных явлений.................... 67
12.3. Адсорбция на поверхности раздела жидкость – газ ........... 68
12.4. Адсорбция на поверхности твѐрдое тело – жидкость ........ 69
12.5. Изотермы адсорбции ............................................................. 71
12.6. Адсорбция и биологические процессы ................................ 72
II. ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ ПО ДИСЦИПЛИНЕ
«ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ» ....................................................................... 73
III. ГЛОССАРИЙ ПО ДИСЦИПЛИНЕ
«ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ» ....................................................................... 82
IV. РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА ................................................ 87
4
Стр.4