Методи досліджень у хімічній термодинаміці
Спеціальність: Хімія
Код дисципліни: 8.102.00.O.004
Кількість кредитів: 3.00
Кафедра: Фізична, аналітична та загальна хімія
Лектор: Професор, д.х.н. Дібрівний Володимир Миколайович
Семестр: 1 семестр
Форма навчання: денна
Завдання: Вивчення навчальної дисципліни передбачає формування та розвиток у аспірантів компетентностей:
загальні компетентності:
1. Набуття глибинного розуміння теоретичних основ та прикладних засад хімії, розуміння сучасних тенденцій розвитку хімічної науки.
2. Здатність ініціювати та проводити оригінальні наукові дослідження, ідентифікувати актуальні наукові проблеми, здійснювати пошук та критичне аналізування інформації, продукувати інноваційні конструктивні ідеї та застосовувати нестандартні підходи до вирішення складних і нетипових завдань.
3. Здатність ініціювати, обґрунтовувати та управляти актуальними науковими проектами інноваційного характеру, самостійно проводити наукові дослідження, взаємодіяти у колективі та виявляти лідерські здібності при виконанні наукових проектів.
фахові компетентності:
1. Глибинне розуміння особливостей протікання хімічних процесів та фазових перетворень з точки зору хімічної термодинаміки. Розуміння впливу будови речовин на їх індивідуальні властивості, та реакційну здатність.
Результати навчання: В результаті вивчення дисципліни аспірант повинен продемонструвати такі результати навчання:
1. Глибинні знання та практичне застосування законів хімічної термодинаміки.
2 Вміння пов'язувати закономірності будови сполук з їх властивостями та реакційною здатністю.
3 Вміння застосовувати закони хімічної термодинаміки до реальних процесів.
4 Розраховувати константи рівноваги досліджених реакцій.
5 Встановлювати склад рівноважної суміші та вплив на неї температури та тиску.
Необхідні обов'язкові попередні та супутні навчальні дисципліни: Попередні:
Органічна хімія
Сучасні методи ідентифікації органічних сполуку
Наукові основи досліджень органічних сполук
Супутні:
Основи кавітаційної хімії
Наукові основи досліджень неорганічних сполук
Сучасні методи визначення чистоти сполуку
Короткий зміст навчальної програми: Термодинамічні властивості речовин є, по суті, енергетичною основою дослідження властивостей самих речовин та реакцій, в яких ці речовини приймають участь. Тому володіння методами експериментальних та теоретичних досліджень у хімічній термодинаміці необхідне і хімікам науковцям і хімікам практикам.
Дослідження в цій галузі дозволяють визначати енергії утворення самих складних молекул і енергії міжатомного і міжмолекулярної взаємодії в цех молекулах. Це дає можливість зрозуміти природу і властивості складних систем, що необхідно для успішного розв’язку багатьох практичних задач.
Термодинамічні властивості необхідні при розрахунків енергетичних балансів технологічних процесів реакцій, що відбуваються в розчинах або на межі поділу фаз. Крім того, інформація про термодинамічні властивості речовин та їх фазових перетворень необхідна для прогнозування, проектування та оптимізації таких процесів як синтез, очистка, зберігання, переробка (застосування), утилізація.
До складу курсу «Методи дослідження у хімічній термодинаміці» входять такі три основні розділи:
Розділ І. Теоретичні основи хімічної термодинаміки.
Розділ ІІ. Експериментальні методи досліджень хімічної термодинаміки.
Розділ ІІІ. Теоретичні методи розрахунку хімічної термодинаміки.
Крім того, в курсі послідовно розглядаються задачі з визначення термодинамічних властивостей речовин їх фазових перетворень та енергій міжатомних зв’язків. Розв’язуються задачі з встановлення напрямів різних хімічних процесів та хімічних реакцій а також розраховується склад реагентів реакцій в стані хімічної рівноваги.
Вивчення дисципліни здійснюється послідовним викладанням теоретичного курсу з паралельним проведенням практичних робіт.
Курс може бути корисним студентам при розрахунках матеріальних балансів реакцій під час дипломного проектування, аспірантам, які займаються фізико- хімічними дослідженнями та інженерам хімічних спеціальностей.
Опис: Вступ. Основні поняття і визначення. І закон (початок) термодинаміки.
Теплоємність. Термохімія. Закон Гесса.
Теплові ефекти протікання хімічних реакцій і різноманітних фізико-хімічних процесів
Другий закон термодинаміки. Оборотні та необоротні процеси (рівноважні і нерівноважні). Ентропія.
Статистичний характер другого закону термодинаміки. Зв’язок ентропії з параметрами системи. Зміна ентропії в хімічній реакції. Розрахунок зміни ентропії у рівноважних процесах.
Характеристічні функції. Зв'язок потенціалів Гельмгольца і Гіббса з парметрами системи. Енергія Гельмгольца і Гіббса при фазових перетвореннях та зміні температури Критерії направленості процесів. Третій закон термодинаміки
Хімічна рівновага. Фугітивність і активність. Рівняння ізотерми хімічної реакції. Способи вираження констант рівноваги та їх взаємозв’язок. Рівняння ізобари.
Принцип Ле-Шательє. Вплив інертних домішок на рівновагу в системі. Визначення констант рівноваги хімічних реакцій за різних температур.
Калориметричне визначення ентальпій згорання та утворення. Опис калориметричної установки В-08-МА. Визначення енергетичного еквіваленту калориметричної системи. Підготовка речовин до спалювання в калориметричній бомбі. Методика проведення калориметричного досліду. Визначення кількості речовини, що згоріла в досліді
Визначення температурних залежностей тиску насиченої пари ефузійним методом Кнудсена. Конструктивні особливості інтегрального ефузійного методу Кнудсена. Методика проведення ефузійних досліджень
Визначення втрати маси досліджуваного взірця у нестаціонарному режимі пароутворення. Обробка експериментальних даних, отриманих методом Кнудсена. Перевірка надійності роботи ефузійної установки Кнудсена за еталонною бензойною кислотою
Визначення температурної залежності тиску насиченої пари тензиметричним методом. Опис тензиметричної установки. Перевірка надійності роботи тензиметричної установки та одержання температурних залежностей тиску насиченої пари досліджених речовин.
Теоретичні методи розрахунку фізико-хімічних властивостей молекул. Розрахунок термодинамічних параметрів з експериментальних даних
Методи аналітичного розрахунку ентальпій плавлення. Розрахунок термодинамічних параметрів речовин за адитивними методами розрахунку
Закон Кірхгофа. Коректування енталпій фазових переходів Особливості використання термохімічного циклу при визначенні ентальпійних характеристик фазових перетвореходів.
Методи та критерії оцінювання: Форма семестрового контролю – екзамен (письмовий та усний контроль), поточний контроль – перевірка розрахункових робіт.
Критерії оцінювання результатів навчання: Поточний контроль: виконання та захист розрахункових робіт (30 балів); тести (10 балів).
Екзаменаційний контроль: письмова компонента (50 балів) та усна компонента (10 балів)
Порядок та критерії виставляння балів та оцінок: 100–88 балів – («відмінно») виставляється за високий рівень знань (допускаються деякі неточності) навчального матеріалу компонента, що міститься в основних і додаткових рекомендованих літературних джерелах, вміння аналізувати явища, які вивчаються, у їхньому взаємозв’язку і роз витку, чітко, лаконічно, логічно, послідовно відповідати на поставлені запитання, вміння застосовувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 87–71 бал – («добре») виставляється за загалом правильне розуміння навчального матеріалу компонента, включаючи розрахунки , аргументовані відповіді на поставлені запитання, які, однак, містять певні (неістотні) недоліки, за вміння застосовувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 70 – 50 балів – («задовільно») виставляється за слабкі знання навчального матеріалу компонента, неточні або мало аргументовані відповіді, з порушенням послідовності викладення, за слабке застосування теоретичних положень під час розв’язання практичних задач; 49–26 балів – («не атестований» з можливістю повторного складання семестрового контролю) виставляється за незнання значної частини навчального матеріалу компонента, істотні помилки у відповідях на запитання, невміння застосувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 25–00 балів – («незадовільно» з обов’язковим повторним вивченням) виставляється за незнання значної частини навчального матеріалу компонента, істотні помилки у відповідях на запитання, невміння орієнтуватися під час розв’язання практичних задач, незнання основних фундаментальних положень.
Рекомендована література: 1. Ковальчук Є.П., Решетняк О.В. Фізична хімія.-Львів: Видавничий центр ЛНУ ім.І.Франка, 2007.-800 с.
https://vns.lpnu.ua/course/view.php?id=17
Уніфікований додаток: Національний університет «Львівська політехніка» забезпечує реалізацію права осіб з інвалідністю на здобуття вищої освіти. Інклюзивні освітні послуги надає Служба доступності до можливостей навчання «Без обмежень», метою діяльності якої є забезпечення постійного індивідуального супроводу навчального процесу студентів з інвалідністю та хронічними захворюваннями. Важливим інструментом імплементації інклюзивної освітньої політики в Університеті є Програма підвищення кваліфікації науково-педагогічних працівників та навчально-допоміжного персоналу у сфері соціальної інклюзії та інклюзивної освіти. Звертатися за адресою:
вул. Карпінського, 2/4, І-й н.к., кімн. 112
E-mail: nolimits@lpnu.ua
Websites: https://lpnu.ua/nolimits https://lpnu.ua/integration
Академічна доброчесність: Політика щодо академічної доброчесності учасників освітнього процесу формується на основі дотримання принципів академічної доброчесності з урахуванням норм «Положення про академічну доброчесність у Національному університеті «Львівська політехніка» (затверджене вченою радою університету від 20.06.2017 р., протокол № 35).