В.В. Еремин, И.А. Успенская, С.И. Каргов, Н.Е. Кузьменко, В.В. Лунин. Основы физической химии

ОглавлениеПРЕДИСЛОВИЕ............................................................................................... 9Г Л А В А 1. ОСНОВЫ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕРМОДИНАМИКИ§ 1. Основные понятия термодинамики. Уравнения состояния ................... 11§ 2. Первый закон термодинамики..................................................................

28§ 3. Термохимия ................................................................................................ 40§ 4. Второй закон термодинамики. Энтропия ................................................ 53§ 5. Термодинамические потенциалы ............................................................. 69Г Л А В А 2. ПРИЛОЖЕНИЯ ХИМИЧЕСКОЙТЕРМОДИНАМИКИ§ 6. Термодинамика растворов неэлектролитов.............................................

87§ 7. Гетерогенные равновесия. Правило фаз Гиббса.Фазовые равновесия в однокомпонентных системах ......................... 109§ 8. Фазовые равновесия в двухкомпонентных системах ........................... 127§ 9. Химическое равновесие .......................................................................... 144§ 10. Адсорбция .............................................................................................. 162Г Л А В А 3. ЭЛЕКТРОХИМИЯ§ 11. Термодинамика растворов электролитов ............................................ 175§ 12. Электропроводность растворов электролитов .................................... 183§ 13. Электрохимические цепи ...................................................................... 195Г Л А В А 4. СТАТИСТИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА§ 14. Основные понятия статистической термодинамики. Ансамбли .......

210§ 15. Сумма по состояниям и статистический интеграл ............................. 223§ 16. Статистический расчет термодинамических свойствидеальных и реальных систем .............................................................. 244Г Л А В А 5. ХИМИЧЕСКАЯ КИНЕТИКА§ 17. Основные понятия химической кинетики ........................................... 262§ 18. Кинетика реакций целого порядка .......................................................

272§ 19. Методы определения порядка реакции................................................ 281§ 20. Влияние температуры на скорость химических реакций................... 290§ 21. Кинетика сложных реакций .................................................................. 301§ 22. Приближенные методы химической кинетики ................................... 314§ 23. Катализ.................................................................................................... 327§ 24. Фотохимические реакции ..................................................................... 350§ 25. Теории химической кинетики...............................................................

360§ 26. Химическая динамика ........................................................................... 381Оглавление8Г Л А В А 6. ЭЛЕМЕНТЫ НЕРАВНОВЕСНОЙТЕРМОДИНАМИКИ§ 27. Линейная неравновесная термодинамика............................................ 397§ 28. Сильно неравновесные системы........................................................... 407ПРИЛОЖЕНИЯПриложение I. Единицы измерения физических величин .................................. 416Приложение II.Фундаментальные физические постоянные............................... 416Приложение III.Таблицы физико-химических данных....................................... 417Приложение IV.

Математический минимум ........................................................ 428Приложение V. Список основных физико-химических формул ........................ 437Глава 1. Основы химической термодинамики............................................... 437Глава 2. Приложения химической термодинамики.......................................

440Глава 3. Электрохимия .................................................................................... 443Глава 4. Статистическая термодинамика ....................................................... 445Глава 5. Химическая кинетика........................................................................ 446Глава 6.

Элементы неравновесной термодинамики ...................................... 449ОТВЕТЫ ........................................................................................................ 450ЛИТЕРАТУРА............................................................................................... 471ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ................................................................... 474ПредисловиеПредисловиеПредлагаемая вашему вниманию книга представляет собой учебник по физической химии, предназначенный, главным образом, длястудентов и преподавателей университетов. Она обобщает многолетний опыт преподавания физической химии студентам естественнонаучных факультетов Московского государственного университетаим.

М. В. Ломоносова. Безусловное влияние на отбор материала и характер его изложения оказало общение авторов со студентами и преподавателями факультетов МГУ. От классических учебников пофизической химии наша книга отличается тем, что, во-первых, теоретический материал представлен в сжатом и весьма концентрированном виде, и, во-вторых, он подкреплен большим количеством примеров, задач и упражнений. Для тех, кто хочет более тщательно изучитьотдельные теоретические вопросы, мы составили подробный списоклитературы к каждой главе.Предшественником данной книги послужил наш сборник «Задачипо физической химии» (М.: Экзамен, 2003).

Постоянно используя егов работе, мы пришли к выводу, что изложенный в нем теоретическийматериал нуждается в серьезной переработке. Уровень этой переработки оказался настолько глубоким, что появилась фактически новаякнига, в которой основной акцент сделан уже не на задачи, а на теоретические положения физической химии. Сильнее всего изменилисьразделы, посвященные основным положениям и прикладным аспектамхимической термодинамики. Кроме того, добавлены совершенно новые разделы, в которых рассмотрены современные достижения наукив области нелинейной динамики и химической динамики в фемтосекундном диапазоне. При изложении теоретического материала мыстарались быть логичными и стремились показать связь любых физико-химических результатов, приложений и формул с основами, то естьс фундаментальными законами химической термодинамики и химической кинетики.Книга состоит из шести глав, охватывающих основные разделыкурса физической химии, можно даже сказать «классические» разделы,имея в виду то обстоятельство, что не только в МГУ, но и в большинстве других университетов ряд разделов традиционной физической химии, таких как коллоидная химия, строение молекул, спектроскопия,имеют статус самостоятельных курсов.Предисловие10Мы решили представить материал каждого параграфа в следующейпоследовательности:1) теоретическое введение к каждому разделу, содержащее основныеопределения и формулы;2) примеры решения задач;3) задачи для самостоятельного решения.Такая форма изложения, по нашему мнению, является оптимальнойдля проведения семинарских занятий и подготовки к экзамену по физической химии.К большинству тем приведено по 20–30 задач различной степенисложности и по несколько примеров их решения.

Во всех разделах мыстремились, по возможности, комбинировать расчетные и смысловыезадачи. Многие задачи содержат «изюминку», то есть требуют глубокого понимания предмета, интуиции и некоторого воображения, а не просто подстановки чисел в известную формулу. Ко всем расчетным задачам приведены ответы или указания к решению.

Некоторые задачивзяты из известных учебников и задачников по физической химии (см.список литературы), многие задачи – оригинальные разработки авторов.Разноплановость задач и различие в уровнях сложности позволяют намнадеяться, что этот сборник можно использовать не только в традиционных курсах физической химии, но и в близких по содержанию курсах, например общей или неорганической химии.Мы стремились к тому, чтобы этот учебник был, по возможности,самодостаточным, и поэтому включили в приложение таблицы физикохимических данных и список наиболее часто используемых математических формул. Приложение содержит также список основных физикохимических формул, который пригодится студентам для экспрессподготовки к экзамену.Мы выражаем искреннюю благодарность профессору М.В.

Коробову за критические замечания, учет которых позволил улучшить качество книги.Авторы буду признательны за любые замечания, пожелания и предложения, которые можно присылать по адресу: 119992, Москва, В-234,Ленинские горы, д. 1, стр. 3, химический факультет МГУ или поэлектронной почте:vadim@educ.chem.msu.rukargov@phys.chem.msu.ruira@td.chem.msu.runek@educ.chem.msu.ruvvlunin@kge.msu.ruВ.В. ЕреминС.И. КарговИ.А. УспенскаяН.Е. КузьменкоВ.В. ЛунинАпрель 2005 г.Глава1Основыхимическойтермодинамики1. Основы химической термодинамики§ 1. Основные понятия термодинамики.Уравнения состоянияОсновные понятияТермодинамика – наука, изучающая взаимные переходы теплоты иработы в равновесных системах и при переходе к равновесию. Химическая термодинамика – раздел физической химии, в котором термодинамические методы применяются для анализа химических и физикохимических явлений: химических реакций, фазовых переходов и процессов в растворах.Объект изучения термодинамики – термодинамическая система – материальный объект, выделенный из внешней среды с помощьюреально существующей или воображаемой граничной поверхности испособный обмениваться с другими телами энергией и (или) веществом.