Фізична хімія, частина 1
Спеціальність: Харчова хімія та експертиза
Код дисципліни: 6.102.01.O.019
Кількість кредитів: 6.00
Кафедра: Фізична, аналітична та загальна хімія
Лектор:
Доцент, д.х.н. Собечко Ірина Борисівна
Семестр: 3 семестр
Форма навчання: денна
Завдання: Вивчення навчальної дисципліни передбачає формування у здобувачів освіти компетентностей:
загальні компетентності:
Здатність до абстрактного мислення, аналізу та синтезу.
Здатність вчитися і оволодівати сучасними знаннями.
Здатність працювати у команді.
Здатність до адаптації та дії в новій ситуації.
Навички використання інформаційних і комунікаційних технологій.
Здатність до пошуку, оброблення та аналізу інформації з різних джерел.
Здатність бути критичним і самокритичним.
фахові компетентності:
Здатність застосовувати знання і розуміння математики та природничих наук для вирішення якісних та кількісних проблем в хімії.
Здатність оцінювати та забезпечувати якість виконуваних робіт виходячи із вимог хімічної метрології та професійних стандартів в галузі хімії.
Здатність до використання спеціального програмного забезпечення та моделювання в хімії
Здатність використовувати сучасні методи аналізу даних
Здатність здійснювати кількісні вимірювання фізикохімічних величин, описувати, аналізувати і критично оцінювати експериментальні дані.
Здатність використовувати стандартне хімічне обладнання
Результати навчання: У результаті вивчення навчальної дисципліни здобувач освіти повинен бути здатним продемонструвати такі результати навчання:
• Вміти розраховувати термодинамічні властивості речовин (ентальпію утворення, теплоємність, ентропію, ізобарний потенціал) за довідниковими даними.
• Вміти розраховувати термодинамічні параметри хімічної реакції ( зміну ентальпії, теплоємності, ентропії, ізобарного потенціалу) за заданих умов.
• Передбачати напрям протікання хімічної реакції за заданих умов, можливий стан рівноваги та вихід рівноважних продуктів.
• Вміти розраховувати термодинамічні параметри розчинів та передбачати їх зміну при зміні умов процесу.
• Вміти знаходити молекулярну масу невідомих речовини за їх колігативними властивостями в розчині.
• Вміти аналізувати фазові діаграми двокомпонентних систем і використовувати їх для процесів перегонки, ректифікації, екстракції, тощо.
Необхідні обов'язкові попередні та супутні навчальні дисципліни: Попередні навчальні дисципліни: математика, загальна та неорганічна хімія, органічна хімія, фізика
Супутні і наступні навчальні дисципліни: фізична хімія ч. 2, колоїдна хімія, аналітична хімія, комп’ютерні та інформаційні технології в хімії.
Короткий зміст навчальної програми: Фізична хімія вивчає взаємозв'язок хімічних процесів і фізичних явищ, що їх супроводжують, установлюють закономірності між хімічним складом, будовою речовин і їх властивостями.
Фізична хімія існує на межі між хімією і фізикою, оскільки вона вивчає закони взаємоперетворення хімічних і фізичних форм руху матерії. Користуючись теоретичними й експериментальними методами обох наук, а також власними методами, фізична хімія встановлює закони перебігу хімічних процесів і умови досягнення хімічної рівноваги.
Опис: Закони хімічної термодинаміки. Перший закон термодинаміки. Теплота, робота, внутрішня енергія, ентальпія, теплоємність. Тепловий ефект реакції. Закон Гесса, рівняння Кірхгофа, їх застосування для розрахунку теплових ефектів реакції з використанням таблиць стандартних величин. Наближені методи розрахунку теплових ефектів реакцій. Другий закон термодинаміки. Оборотні та необоротні процеси. Ентропія, енергія Гіббса та Гельмгольца - як критерії рівноваги та спрямування процесів, їх залежність від температури та тиску. Третій закон термодинаміки, постулат Планка, визначення абсолютної ентропії речовин. Розрахунок ентропії, енергій Гіббса та Гельмгольца хімічних реакцій з використанням таблиць стандартних величин. Хімічний потенціал. Термодинамічне обґрунтування рівнянь умов рівноваги в багатокомпонентних гетерогенних системах.
Хімічна рівновага. Правило фаз Гіббса. Рівняння ізотерми хімічної реакції. Стандартна хімічна спорідненість та реакційна здатність. Константа рівноваги, її зв’язок з термодинамічними параметрами. Особливості вираження константи рівноваги в гетерогенних системах. Розрахунок константи рівноваги з використанням таблиць стандартних величин. Розрахунок виходу в хімічних реакціях. Залежність виходу продуктів реакції від зміни зовнішніх умов. Рівняння ізобари хімічної реакції. Складні реакції
Фазова рівновага. Однокомпонентні системи. Виведення та аналіз рівняння Клапейрона-Клаузіуса. Аналіз діаграм стану однокомпонентних систем
Розчини. Ідеальні, гранично розведені та реальні розчини. Активність компонентів розчину Коліагативні властивості розчинів: тиск насиченої пари компонентів над розчином (закони Рауля і Генрі); Температура кипіння і замерзання, осмотичний тиск розчинів. Залежність розчинності речовин від температури і тиску.
Двокомпонентні системи. Рівновага в системі кристали-рідина. Рівняння Шредера. Криві охолодження, термічний аналіз. Аналіз систем з необмеженою та обмеженою розчинністю в твердому стані, з простою евтектикою та з утворенням стійких та нестійких хімічних сполук. Рівновага в системі з взаємною обмеженою розчинністю в рідкому стані. Правило Алєксєєва. Вплив температури на взаємну розчинність. Критична температура розшарування. Рівновага в системі пара - розчин летких рідин. Закони Рауля, додатні та від’ємні відхилення від нього, їх термодинамічне обґрунтування. Закономірності загального тиску пари над розчином. Закони Коновалова-Вревського. Діаграми кипіння в системах пара - неперервний розчин летких рідин. Взаємозв’язок діаграм загальний тиск - склад і температура кипіння - склад для розчинів. Перегонка летких розчинів, ректифікація. Азеотропні розчини. Діаграми кипіння розчинів з обмеженою розчинністю в рідкому стані, гетероазеотропи, перегонка з водяною парою. Визначення коефіцієнтів активності компонентів розчину за діаграмами кипіння
Трьохкомпонентні системи. Особливості рівноваги в трьохкомпонентних системах. Графічний вираз складу. Діаграми стану з потрійною евтектикою та з обмеженою розчинністю в рідкому стані. Закон розподілу розчиненої речовини між двома фазами (закон Нернста - Шилова), екстракція, висалювання розчинених речовин.
Методи та критерії оцінювання: Основними методами діагностики знань є: поточний (ПК) і семестровий контроль (СК), який здійснюється з навчального матеріалу, обсяг якого визначений робочою програмою дисципліни за семестр.
Поточний контроль здійснюється під час лекцій і лабораторних занять з метою перевірки рівня засвоєння теоретичних і практичних знань та умінь студента. ПК проводиться у формі: письмового експрес-контролю (індивідуальні завдання) та захисту лабораторних робіт.
Семестровий контроль проводиться у формі контрольної залікової роботи (КЗР). Залік – це форма СК результатів навчання студента з навчальної дисципліни за семестр.
Критерії оцінювання результатів навчання: Поточний контроль: виконання та захист лабораторних робіт та індивідуальних багатоваріантних завдань (40 балів).
Заліковий контроль: письмова компонента (55 балів) та усна компонента (5 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. Білий О.В. Фізична хімія. – Київ: ЦУГ, 2002. – 364 с
2. Гомонай В.І. Фізична та колоїдна хімія: Підручник. – Ужгород: ВАТ «Патент», 2006. – 496 с
3. Мороз А.С., Ковальова А.Г. Фізична та колоїдна хімія - Львів: “Світ”, 1994. – 247 с.
4. Раєвський Ю.А., Ван-Чин-Сян Ю.А., Дібрівний В.М. Фізична хімія, частина 1. Навч. Посібник. – Львів: Видавництво НУ «Львівська політехніка», 2010, 120 с.
5. Яцимирський В.К. Фізична хімія. – К.; Ірпінь: ВТФ «Перун», 2007. – 512 с.
6. Сергеєв В.В., Герасимчук С.І., Собечко І.Б., Дібрівний В.М., Мельник Г.В. Термодинамічні властивості речовин: методичні вказівки для самостійної роботи студентів спеціальності 161 "Хімічна технологія та інженерія". Видавництво Львівської політехніки, 2019. – 68 с.
Інформаційні ресурси
1. http://www.nbuv.gov.ua/ ? Національна бібліотека України ім.В.І. Вернадського.
2. http://www.nplu.kiev.ua/ ? Національна парламентська бібліотека України.
3. https://webbook.nist.gov/chemistry/
4. https://vns.lpnu.ua/course/view.php?id=17754– Віртуальне навчальне середовище Національного університету «Львівська політехніка»
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).