Что такое физическая химия. На факультет фундаментальной физико-химической инженерии МГУ объявлен приём абитуриентов
Декан - академик РАН Алдошин Сергей Михайлович
В настоящее время в России остро стоит вопрос об интеграции образования, фундаментальных научных исследований и наукоемких производств, без которых невозможно существование высокоразвитого, экономически независимого государства. Один из наиболее перспективных путей решения этого вопроса - сочетание фундаментального университетского образования студентов со специализацией на базе активно действующих научно-исследовательских центров Российской академии наук (РАН). Этот принцип заложен в основу организации учебного процесса факультета.
На факультете студенты обучаются на трех отделениях: инженерная физика твёрдого тела (направление подготовки «Прикладные математика и физика»); инженерная химическая физика(специальность «Фундаментальная и прикладная химия»); инженерия материалов для авиации и космоса (специальность «Фундаментальная и прикладная химия»).
Для занятий научными исследованиями в базовых институтах РАН (Институт физики твёрдого тела РАН и Институт проблем химической физики РАН) под руководством персонального научного наставника на 1–3 курсах в учебном расписании выделен 1 день в неделю, с 4 курса - 2 дня в неделю. Проведение научных исследований формализовано в рамках выполнения курсовых работ. Многие курсовые работы доводятся до уровня законченной научной работы, и студенты представляют эти работы на научных конференциях и в качестве публикаций в научных журналах. Для каждого студента темы курсовых работ по разделам химии, физики и междисциплинарным тематикам подобраны таким образом, чтобы все работы были объединены общей задачей и выполнялись в одной лаборатории. Это позволяет накопить значительный экспериментальный материал для выполнения дипломной, а затем и кандидатской работы. Междисциплинарная учебная подготовка на факультете (физика + химия + биология) позволяет эффективно внедрять студентов в проведение научной работы по междисциплинарным тематикам стратегических направлений технологического прорыва, определённых Президентом РФ: «Энергоэффективность, энергосбережение и разработка новых видов топлива» и «Медицинские технологии, диагностическое оборудование и новые лекарственные средства». Актуальность научных тематик является обязательным условием научной работы студентов.
На факультете активно внедряются современные образовательные технологии и интерактивные сервисы, позволяющие без снижения качества образования снизить аудиторную нагрузку и увеличить долю самостоятельной работы студентов, превратить слушателей в активных участников процесса обучения, увеличить удельный вес индивидуальных контактов с преподавателем и создать индивидуальную образовательную траекторию для каждого студента. К преподаванию на факультете активно привлекаются учёные РАН, имеющие опыт преподавательской работы. Учебные курсы преподавателей факультета мобильно обновляются и идут в ногу со временем, интересны, активно воспринимаются, т.к. снабжены примерами из реальной научной практики и демонстрационным экспериментом. Это возбуждает интерес студентов к предмету и ведёт к более глубокому и полному усвоению материала.
Образование на факультете фундаментальной физико-химической инженерии — это новая форма инженерного образования. Обучение призвано усилить технологическую составляющую классического естественнонаучного образования, нацелено на реализацию инновационной междисциплинарной подготовки специалистов в области физики, химии и биологии и соединяет:
· фундаментальное университетское образование, нацеленное на знание и понимание основных научных принципов с их объяснениями; · инженерное образование и подготовку специалистов для реализации инновационных научных и инженерных идей на практике; · непрерывную научную работу студентов, начиная с 1 курса, в базовых институтах РАН, на инжиниринговых и технологических площадках факультета.
Образовательный процесс на факультете направлен на подготовку на основе физических и химических знаний высококвалифицированных специалистов, способных конструировать процессы, методики, реакции и технологии, обеспечивающие создание новых веществ, материалов и комплексных искусственных систем с заданными свойствами. Областями профессиональной деятельности выпускника факультета, в частности, являются:
· энергоэффективность и энергосбережение, включая вопросы разработки новых перспективных энерго-, био- и химических технологий (альтернативные источники энергии, экологически чистые энерго- и ресурсосберегающие технологии преобразования энергии, ростовые технологии); · инженерная физика твёрдого тела, в частности, инженерия новых перспективных материалов с заданными функциональными (электрическими, оптическими, магнитными и т. п.) свойствами; разработка новых технологий получения таких материалов и устройств на их основе; · прикладные проблемы физики и химии горения и взрыва, кинетики сложных химических реакций и высокотемпературных процессов; · инженерия конструкционных материалов для авиации и космоса; · современные технологии глубокой переработки углеводородов в ценные нефтехимические продукты, разработки и модернизации процессов получения важнейших нефтехимических продуктов на основе нефтяного и не нефтяного сырья.
Инженерная составляющая образовательного процесса предполагает изучение предметов блока инженерных дисциплин и дисциплин по инженерной инноватике, в частности, таких как: материаловедческие основы конструирования, компьютерное моделирование технологических процессов и установок, расчёт и конструирование пилотных установок, управление знаниями, основы инновационной деятельности, менеджмент инноваций в промышленности. На базе фундаментальной университетской подготовки, получаемой на факультете (в учебный план включены предметы математического, физического, химического и биологического блоков), опыта научной работы и в результате освоения дисциплин инженерного и инновационного блоков студент становится подготовленным к решению главной задачи инновационной инженерной деятельности: он овладевает умением комбинировать фундаментальные и прикладные знания из смежных областей (физика, химия, биология) и использовать их неожиданным образом в практических целях для решения конкретной задачи.
Наука, объясняющая химические явления и устанавливающая их закономерности на основе общих принципов физики. Название науки Физическая химия введено М. В. Ломоносовым, который впервые (1752 1753) сформулировал ее предмет и задачи и установил один… … Большой Энциклопедический словарь
ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ - ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ, «наука, объясняющая на основании положений и опытов физическую причину того, что происходит через хим. операции в сложных телах». Это определение, к рое ей дал первый физико химик М. В. Ломоносов в курсе, прочитанном … Большая медицинская энциклопедия
ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ, наука, изучающая физические изменения, связанные с ХИМИЧЕСКИМИ РЕАКЦИЯМИ, а также связь между физическими свойствами и химическим составом. Главные разделы физической химии ТЕРМОДИНАМИКА, занимающаяся изменениями энергии в… … Научно-технический энциклопедический словарь
Физическая химия - – раздел химии, в котором изучаются химические свойства веществ на основе физических свойств составляющих их атомов и молекул. Современная физическая химия – широкая междисциплинарная область, граничащая с различными разделами физики … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов
ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ, объясняет химические явления и устанавливает их закономерности на основе общих принципов физики. Включает химическую термодинамику, химическую кинетику, учение о катализе и др. Термин физическая химия ввел М.В. Ломоносов в 1753 … Современная энциклопедия
Физическая химия - ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ, объясняет химические явления и устанавливает их закономерности на основе общих принципов физики. Включает химическую термодинамику, химическую кинетику, учение о катализе и др. Термин “физическая химия” ввел М.В. Ломоносов в… … Иллюстрированный энциклопедический словарь
ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ - раздел хим. науки, изучающий хим. явления на основе принципов физики (см. (1)) и физ. экспериментальных методов. Ф. х. (как и химия) включает учение о строении вещества, хим. термодинамику и хим. кинетику, электрохимию и коллоидную химию, учение… … Большая политехническая энциклопедия
Сущ., кол во синонимов: 1 физхим (1) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов
физическая химия - — EN physical chemistry A science dealing with the effects of physical phenomena on chemical properties. (Source: LEE) … … Справочник технического переводчика
физическая химия - – наука, объясняющая химические явления и устанавливающая их закономерности на основе физических принципов. Словарь по аналитической химии … Химические термины
Книги
- Физическая химия , А. В. Артемов , Учебник создан в соответствии с Федеральным государственным образовательным стандартом по направлениям подготовки бакалавров, предусматривающими изучение дисциплины `Физическая химия`.… Категория: Учебники для ВУЗов Серия: Высшее образование Издатель: Дрофа , Производитель: Дрофа ,
- Физическая химия , Ю. Я. Харитонов , В учебнике изложены основы физической химии в соответствии с примерной программой по дисциплине "Физическая и коллоидная химия" для специальности 060301 "Фармация". Издание предназначено… Категория: Абитуриентам и студентам Издатель:
ФИЗИЧЕСКАЯ
, наука
об общих законах, определяющих строение и хим. превращения в-в при разл. внеш.
условиях. Исследует хим. явления с помощью теоретич. и эксперим. методов физики.
Как самостоят, наука физическая оформилась к . 18 в. Термин "физическая " принадлежит М.В. Ломоносову,
к-рый в 1752 впервые прочитал студентам Петербургского университета курс физической . Ему же принадлежит след. определение: "Физическая есть наука,
объясняющая на основе положений и опытов физики то, что происходит в смешанных
телах при химических операциях". Первый научный журнал, предназначенный
для публикации статей по физической , был основан в 1887 В. Ост-вальдом и Я. Вант-Гоффом.
Ф
изическая является основным
теоретич. фундаментом совр. , опирающимся на такие важнейшие разделы физики,
как , статистич. физика и , нелинейная динамика,
теория поля и др. Она включает учение о строении в-ва, в т.ч. о , и . В качестве
отдельных разделов в физической часто выделяют также ,
физическую (в т. ч. ), учение о , физико-химию высокомол. соед.
и др. Весьма близко примыкают к физической и подчас рассматриваются как ее самостоят.
разделы , и .
Большинство разделов физической имеет достаточно четкие границы по объектам и
методам исследования, по методологич. особенностям и используемому аппарату.
Совр. этапу развития физической присущи углубленный анализ общих закономерностей хим. превращений на мол.
уровне, широкое использование мат. , расширение диапазона внеш.
воздействий на хим. систему (высокие и криогенные т-ры, высокие , сильные
радиац. и магн. воздействия), изучение сверхбыстрых процессов, способов накопления
энергии в хим. в-вах и т. п.
Применение квантовой теории,
прежде всего , при объяснении хим. явлений повлекло за собой
значит. усиление внимания к уровню интерпретации и привело к выделению двух
направлений в . Направление, опирающееся на квантовомех. теорию и оперирующее
на микроскопич. уровне объяснения явлений, часто называют хим. физикой, а направление,
оперирующее с ансамблями большого числа частиц, где в силу вступают статистич.
законы,- физической . При таком подразделении граница между физической химияей и хим. физикой не
м. б. проведена резко, что особенно проявляется в теории скоростей хим. р-ций.
Учение о строении в-ва
и
обобщает обширный эксперим. материал, полученный при
использовании таких физ. методов, как молекулярная , изучающая
взаимод. электромагн. излучения с в-вом в разл. диапазонах длин волн, фото-
и , и рентгенодиффракционные
методы, методы на основе магнитооптич. эффектов и др. Эти методы позволяют получать
структурные данные об электронной , о равновесных положениях
и амплитудах колебаний ядер в и конденсир. в-ве, о системе энергетич.
уровней и переходах между ними, об изменении геом. конфигураций при
изменении окружения или отдельных ее фрагментов и т.д.
Наряду с задачей соотнесения
свойств в-в с их строением совр. физическая активно занимается и обратной задачей
прогнозирования строения соединений с заданными св-вами.
Весьма важным источником
информации о , их характеристиках в разл. состояниях и особенностях
хим. превращений служат результаты квантовохим. расчетов. дает
систему понятий и представлений, к-рая используется в физической при рассмотрении
поведения хим. соединений на мол. уровне и при установлении корреляций между
характеристиками , образующих в-во, и св-вами этого в-ва. Благодаря результатам
квантовохим. расчетов пов-стей потенциальной энергии хим. систем в разл. и эксперим. возможностям последних лет, прежде всего развитию , физическая вплотную подошла к всестороннему изучению св-в соед. в возбужденных
и высоковозбужденных состояниях, к анализу особенностей строения соед. в таких
состояниях и специфики проявления этих особенностей в динамике хим. превращений.
Ограничением обычной
является то, что она позволяет описывать только равновесные состояния и обратимые
процессы. Реальные необратимые процессы составляют предмет возникшей в 30-е
гг. 20 в. . Эта область физической изучает
неравновесные макроскопич. системы, в к-рых скорость возникновения
локально сохраняется постоянной (такие системы локально близки к равновесным).
Она позволяет рассматривать системы с хим. р-циями и переносом массы (),
тепла, электрич. зарядов и т. п.
изучает превращения хим. в-в во времени, т. е. скорости хим. р-ций, механизмы
этих превращений, а также зависимость хим. процесса от условий его осуществления.
Она устанавливает закономерности измене
ния
состава превращающейся системы во времени, выявляет связь между скоростью хим.
р-ции и внешними условиями, а также изучает факторы, влияющие на скорость и
направление хим. р-ций.
Большинство хим. р-ций
представляет собой сложные многостадийные процессы, состоящие из отдельных элементарных
хим. превращения, транспорта и переноса энергии. Теоретич. хим.
кинетика включает изучение механизмов элементарных р-ций и проводит расчет таких процессов на основе идей и аппарата классич. механики и квантовой
теории, занимается построением моделей сложных хим. процессов, устанавливает
связь между строением хим. соединений и их реакц. способностью. Выявление кинетич.
закономерностей для сложных р-ций (формальная кинетика) базируется часто на
мат. и позволяет осуществлять проверку гипотез о механизмах сложных
р-ций, а также устанавливать систему дифференц. ур-ний, описывающих результаты
осуществления процесса при разл. внеш. условиях.
Для хим. кинетики характерно
использование многих физ. методов исследования, позволяющих проводить локальные
возбуждения реагирующих , изучать быстрые (вплоть до фемтосекундных)
превращения, автоматизировать регистрацию кинетич. данных с одновременной обработкой
их на ЭВМ и т. п. Интенсивно накапливается кинетич. информация через кинетич.
, в т.ч. для хим. р-ций в экстремальных условиях.
Весьма важным разделом физической , тесно связанным с хим. кинетикой, является учение о , т. е. об изменении скорости и направления хим. р-ции при воздействии в-в (
Физ. химия - наука о закономерностях хим.процессов и хим. явлений.
Предмет физ.химии объяснение хим. явлений на основе более общих законов физики. Физ.химия рассматривает две основные группы вопросов:
1. Изучение строения и свойств вещества и составляющих его частиц;
2. Изучение процессов взаимодействия веществ.
Физ.химия ставит целью изучение связей м/у хим-ми и физ-ми явлениями. Знание таких связей необходимо для того, чтобы глубже изучить хим.реакции, протекающие в природе и используемые в технолог. процессах, управлять глубиной и направлением реакции. Основной целью дисциплины Физ.химия изучение общих связей и закономерностей хим. процессов, основанных на фундаментальных принципах физики. Физ.химия применяет физ. теории и методы к хим.явлениям.
Она объясняет ПОЧЕМУ и КАК происходят превращения веществ: хим. реакции и фазовые переходы. ПОЧЕМУ – хим.термодинамика. КАК- химическая кинетика.
Основные понятия физ.химии
Основной объект хим. термодинамики –это термодинамическая система. Термодинамич. система – любое тело или совокупность тел, способных обмениваться м/у собой и с др. телами энергией и в-вом. Системы подразделяют на открытые, закрытые и изолированные. Открыт ая - термодинамическая система обменивается с внешней средой и в-вом и энергией. Закрыт ая -система, в которой отсутствует обмен в-вом с окружающей средой, но она может обмениваться с ней энергией. Изолированн ая -система объем остается постоянным и лишена возможности обмениваться с окружающей средой и энергией и в-вом.
Система может быть гомогенной (однородной) или гетерогенной (неоднородной ). Фаза - это часть системы, которая в отсутствии внешнего поля сил обладает одинаковым составом во всех своих точках и одинаковыми термодинамич. св-вами и отделена от других частей системы поверхностью раздела. Фаза всегда однородна, т.е. гомогенна, поэтому однофазная система называется гомогенной. Система, состоящая из неск-ких фаз, называется гетерогенной.
Свойства системы подразделить на две группы: экстенсивные и интенсивные.
В термодинамике используются понятия равновесных и обратимых процессов. Равновесным –это процесс, проходящий через непрерывный ряд состояний равновесия. Обратимый термодинамический процесс – это процесс, который может быть проведен в обратном направлении без того, чтобы в системе и окружающей среде остались какие-либо изменения.
2. I-ый закон термодинамики. Внутренняя энергия, теплота, работа.
Первое начало термодинамики непосредственно связано с законом сохранения энергии. Исходя из этого закона, следует, что в любой изолированной системе запас энергии остается постоянным. Из законасохранения энергии вытекает еще одна формулировка первого начала термодинамики – невозможность создания вечного двигателя (perpetuum mobile) первого рода, который производил бы работу, не затрачивая на это энергии. Особенно важной для химической термодинамики формулировкой
первого начала является выражение его через понятие внутренней энергии: внутренняя энергия является функцией состояния, т.е. её изменение не зависит от пути процесса, а зависит только от начального и конечного состояния системы. Изменение внутренней энергии системы U может происходить за счет обмена теплотой Q и работой W с окружающей средой. Тогда из закона сохранения энергии следует, что полученная системой извне теплота Q расходуется на приращение внутренней энергии ΔU и работу W, совершенную системой, т.е. Q = ΔU +W . Данное у равнение является
математическим выражением первого начала термодинамики.
I начало термодинамики его формулировки:
в любой изолированной системе запас энергии остается постоянным;
разные формы энергии переходят друг в друга в строго эквивалентных количествах;
вечный двигатель (perpetuum mobile ) первого рода невозможен;
внутренняя энергия является функцией состояния, т.е. её изменение не зависит от пути процесса, а зависит только от начального и конечного состояния системы .
аналитическое выражение: Q = D U + W ; для бесконечно малого изменения величин d Q = dU + d W .
1-ое начало термодинамики устанавливает соотнош. м/у теплотой Q, работой А и изменением внутр. энергии системы ΔU. Изменение внутр. энергии системы равно кол-ву сообщенной системе теплоты минус кол-во работы, совершенной системой против внешних сил.
Уравнение (I.1)- математическая запись 1-го начала термодинамики, уравнение (I.2) – для бесконечно малого изменения сост. системы.
Внутр. энергия- функция сост.; это означает, что измен-е внутр. энергии ΔU не зависит от пути перехода системы из состояния 1 в состояние 2 и равно разности величин внутр. энергии U2 и U1 в этих состояниях: (I.3)
Внутр. энергия системы- это сумма потенциальной энергии взаимодейст. всех частиц тела м/у собой и кинетической энергии их движения (без учета кинетич. и потенциальн. энергий системы в целом). Внут. энергия системы зависит от природы в-ва, его массы и от параметров состоянии системы. Она возраст. с увеличением массы системы, так как является экстенсивным св-вом системы. Внутр. энергию обозначают литерой U и выражают в джоулях (Дж). В общем случае для системы с кол-вом в-ва 1 моль. Внутр. энергия, как и любое термодинамич. св-во системы, явл-ся функцией сост. Непосредственно в эксперименте проявляются только изменения внутр. энергии. Именно поэтому при расчетах всегда оперируют с её изменением U2 –U1 = U.
Все изменения внутр. энергии делятся на две группы. В 1-ую группу входит только 1-а форма перехода движения путем хаотических столкновений молекул двух соприкасающихся тел, т.е. путём теплопроводности (и одновременно путём излучения). Мерой передаваемого таким способом движения является теплота. Понятие теплоты связано с поведением огромного числа частиц – атомов, молекул, ионов. Они находятся в постоянном хаотическом (тепловом) движении. Теплота – форма передачи энергии. Второй способ обмена энергией – работа. Этот обмен энергии обусловлен действием, совершаемым системой, или действием, совершаемым над ней. Обычно работу обозначают символом W . Работа, также как и теплота, не является функцией состояния системы, поэтому величину, соответствующую бесконечно малой работе, обозначают символом частной производной - W .
