Содержание дисциплины

№ п/п

№ семестра

Наименование раздела, темы учебной дисциплины

Содержание раздела, темы

в дидактических единицах

1

2

3

4

6 семестр

Раздел 1. Основы химической термодинамики

Тема 1. Введение. Первое начало термодинамики. Приложения первого начала термодинамики к химическим процессам

Предмет и содержание курса физической и коллоидной химии. Его основные разделы. Значение физической и коллоидной химии для технологии пищевых продуктов.

Предмет термодинамики. Основные термодинамические понятия и определения: система (классификация систем), процесс (классификация процессов) термодинамические параметры, функции состояния.

Первый закон термодинамики. Внутренняя энергия и энтальпия как функции состояния системы. Математическое выражение первого закона термодинамики для изохорного и изобарного процессов.

Термохимия. Экзо- и эндотермические реакции. Термохимические уравнения. Закон Гесса. Три следствия из закона Гесса. Теплота (энтальпия) образования. Теплота (энтальпия) сгорания. Расчеты тепловых эффектов химических реакций по теплотам образования и теплотам сгорания веществ.

Зависимость теплового эффекта от температуры (уравнение Кирхгофа). Калорийность пищевых продуктов и ее расчет.

Тепловые эффекты реакций в растворах. Теплота реакции нейтрализации и электролитической диссоциации. Закон постоянства теплот нейтрализации. Тепловые эффекты растворения веществ.

Тема 2. Второй термодинамики.

Физический смысл, статистическое истолкование и формулировки II закона термодинамики. Термодинамические обратимые и необратимые процессы. Энтропия. Выражение II закона термодинамики для обратимых и необратимых процессов. Статистическое истолкование энтропии.

Тема 3. Термодинамические потенциалы.

Термодинамические потенциалы. Энергия Гиббса. Энергия Гельмгольца. Условия равновесия и критерии самопроизвольного протекания процессов. Роль энтальпийного и энтропийного факторов.

6 семестр

Раздел 2 . Химические и фазовые равновесия

Тема 1. Химическое равновесие. Уравнение изотермы Вант-Гоффа.

Термодинамическое и химическое понимание обратимости процесса. Характеристические функции. Уравнение Гельмгольца-Гиббса. Химический потенциал. Константа равновесия и способы ее выражения. Изотерма химической реакции. Химическое сродство. Зависимость константы равновесия от температуры. Принцип Ле Шателье–Брауна.

Тема 2. Фазовое равновесие. Фазовые диаграммы.

Условия термодинамического равновесия между фазами. Понятия «фаза», «число компонентов», «число степеней свободы». Правило фаз Гиббса. Термодинамика фазовых переходов. Анализ уравнения Клаузиуса-Клапейрона. Применение правил фаз к разбору диаграмм состояния однокомпонентных систем. Диаграмма состояния воды.

Диаграммы плавкости двухкомпонентных систем.

6 семестр

Раздел 3. Растворы

Тема 1. Образование растворов и растворимость

Образование растворов. Растворимость газов в жидкостях, взаимная растворимость жидкостей, растворимость твердых веществ в жидкостях. Общие свойства растворов. Идеальные растворы. Значение растворов в пищевой промышленности.

Тема 2. Растворы неэлектролитов

Коллигативные свойства растворов неэлектролитов. Осмотическое давление. Диффузия и осмос, уравнение Вант-Гоффа. Практическое значение осмоса. Давление пара над растворами, закон Рауля. Температура замерзания и кипения растворов.

Эбулиоскопия и криоскопия.

Тема 3. Растворы электролитов

Растворы электролитов. Основные положения теории Аррениуса. Теория сильных электролитов Дебая-Хюккеля. Современные представления о растворах электролитов. Коллигативные свойства растворов электролитов. Отклонение растворов электролитов от законов Рауля и Вант-Гоффа. Изотонический коэффициент.

6 семестр

раздел 4. Кинетика химических реакций и катализ

Тема 1. Скорость химической реакции

Химическая кинетика как наука о скоростях и механизмах химических реакций. Основные понятия химической кинетики. Простые и сложные реакции. Элементарные стадии. Гомогенные и гетерогенные реакции. Скорость химической реакции и методы ее экспериментального определения. Факторы, влияющие на скорость химической реакции. Основной постулат химической кинетики (закон действия масс). Константа скорости химической реакции. Молекулярность и порядок реакции.

Зависимость скорости реакции от температуры. Температурный коэффициент скорости реакции. Уравнение Аррениуса. Энергия активации.

Тема 2. Каталитические процессы

Катализ и катализаторы. Каталитическая активность и селективность. Виды катализа. Гомогенный катализ. Кислотно-основной катализ. Гетерогенный катализ. Краткие сведения о теориях катализа. Ферменты как биокатализаторы. Ферментативный катализ. Уравнение Михаэлиса-Ментен. Значение ферментативного катализа в жизнедеятельности человека.

6 се-местр

раздел 5. Коллоидная химия. Поверхностные явления. Дисперсные системы. Адсорбция

Тема 1. Поверхностная энергия и поверхностное натяжение

Поверхностный слой и его свойства.

Поверхностное натяжение как мера свободной энергии поверхности. Самопроизвольные процессы в поверхностном слое.

Тема 2. Адсорбция

Адсорбция. Физическая адсорбция и хемосорбция. Поверхностно-активные вещества. Ориентация молекул на границе между фазами. Строение и свойства адсорбционных слоев. Адсорбция как самопроизвольное сгущение на границе раздела фаз веществ, понижающих поверхностное натяжение. Практическое применение рассмотренных явлений в промышленном производстве пищевых продуктов.

Тема 3. Адсорбция на границе жидкость – газ.

Адсорбция на границе жидкость – газ. Уравнение Гиббса. Поверхностно-активные (ПАВ) и поверхностно-инактивные (ПИВ) вещества. Изменение поверхностной активности в гомолитических рядах (правило Траубе). Изотерма адсорбции. Ориентация молекул в поверхностном слое и структура биомембран.

Тема 4. Адсорбция на неподвижных границах раздела фаз.

Адсорбция газов на твердых телах. Адсорбция из растворов на твердых телах. Изотерма мономолекулярной адсорбции Ленгмюра. Зависимость величины адсорбции от различных факторов. Виды изотермы адсорбции. Уравнение Фрейндлиха. Теория полимолекулярной адсорбции Поляни и БЭТ. Адсорбционные методы определения удельной поверхности твердых тел.

6 семестр

Тема 5. Дисперсные системы

Основные характеристики дисперсных систем, их классификация.

Методы получения дисперсных систем. Конденсационные и диспергационные методы получения дисперсных систем (суспензий, эмульсий, пен, коллоидных растворов). Процессы диспергирования в природе, современной технике и химической технологии. Очистка коллоидных систем. Молекулярно-кинетические свойства дисперсных систем. Оптические свойства дисперсных систем. Оптические методы исследования коллоидных систем.

Электрические свойства дисперсных систем. Механизмы образования и строение двойного электрического слоя.

Молекулярно-кинетические свойства дисперсных систем: броуновское движение, диффузия, осмотические явления и седиментация.

Тема 6. Коллоидные ПАВ.

Коллоидные ПАВ. Классификация. Свойства водных растворов ПАВ. Мицеллообразование в растворах ПАВ. Критическая концентрация мицеллообразования (ККМ). Зависимость между структурой ПАВ, его концентрацией в растворе и формой образующихся мицелл. Методы определения ККМ. Явление солюбилизации, его роль в технологических процессах и биологических системах. Применение коллоидных ПАВ в пищевой промышленности для интенсификации технологических процессов и улучшения качества продукции.лектродиализ, ультрафильтрация.