64

МОСКОВСКИЙ АВТОМОБИЛЬНО-ДОРОЖНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

(МАДИ)

Кафедра химии

Утверждаю

Зав. кафедрой профессор

___________И.М. Паписов

“_____”___________2010 г.

А.А. ЛИТМАНОВИЧ, О.Е. ЛИТМАНОВИЧ

ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ И ЗАДАЧИ

ПО ФИЗИЧЕСКОЙ ХИМИИ

Методическое пособие для студентов специальности

“Инженерная защита окружающей среды”

МОСКВА 2010

УДК

ББК

Литманович А.А., Литманович О.Е. Лабораторные работы и задачи по физической химии: Методическое пособие / МАДИ (ГТУ) – М., 2010. с.

 Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ), 2010

Предмет физической химии

Физическая химия исследует химические явления с помощью теоретических и экспериментальных методов физики. Она является основным теоретическим фундаментом современной химии, опирающимся на такие важнейшие разделы физики как квантовая механика, статистическая физика и термодинамика, нелинейная динамика, теория поля и др. Физическая химия включает учение о строении вещества, химическую термодинамику, химическую кинетику и катализ. С этими разделами Вы немного знакомы по курсу общей и неорганической химии.

Равновесная термодинамика (с основами которой Вы знакомы), описывающая только равновесные состояния и обратимые процессы, позволяет решать более сложные задачи для многокомпонентных и многофазных систем. Расчет равновесного состава таких систем требует более глубокого изучения фазовых равновесий. Необратимые процессы являются предметом термодинамики необратимых процессов (ТНП), с основами которой Вам предстоит познакомиться.

В качестве отдельных разделов в физической химии часто выделяют электрохимию (в том числе – учение о коррозии металлов), фото- и радиационную химию, физико-химию поверхностных явлений (в том числе – адсорбцию), физико-химию высокомолекулярных соединений (с ней Вы познакомитесь в курсе коллоидной химии).

1. Электрохимические системы. Химические источники тока. Коррозия металлов

1.1. Предмет электрохимии

С особенностями химических свойств металлов как восстановителей в окислительно-восстановительных реакциях Вы познакомились в рамках курса общей и неорганической химии.

Знакомство с основами физической химии начинается с электрохимии – раздела физической химии, изучающего химические процессы и явления с участием ионов и электронов, имеющие место на границе раздела фаз. Вспомним, что фаза – однородная по химическому составу и термодинамическим свойствам часть системы, отделенная от других частей (фаз) поверхностями раздела. На этих границах скачкообразно меняются свойства системы (состав, плотность, параметры кристаллической решетки и т.п.).

В электрохимии обычно одной из фаз является металл, а второй – раствор или расплав электролита. Установление химического равновесия на границе металла с раствором электролита сопровождается переносом части ионов металла из металла в раствор либо – из раствора на поверхность металла, в результате чего поверхность металла может приобретать заряд того или иного знака (вспомните особенности строения кристаллической решетки металлов). Поэтому на границе раздела фаз всегда формируется двойной электрический слой и существует некоторый равновесный скачок электрического потенциала Е (В), называемый электродным потенциалом.

Если в такой двухфазной системе возможно химическое взаимодействие зарядов металла (ионов в узлах кристаллической решетки и электронов) с ионами и молекулами раствора (расплава), то свободная энергия окислительно-восстановительной реакции может быть преобразована в электрическую энергию (в химических источниках тока) либо, наоборот, пропускание электрического тока через раствор или расплав электролита вызывает соответствующие химические процессы на границе раздела фаз (электролиз [1, 2]).

Более подробные теоретические пояснения к данному разделу можно найти в пособиях [1, 2] и в курсе лекций по физической химии для экологов.