МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Факультет естественных наук

Практикум по физической химии

Часть 1

Химическая термодинамика

Учебно-методическое пособие

Под общей редакцией

Рогова В. А. и Пармона В. Н.

Новосибирск

2012

Первая часть учебно-методического пособия содержит описание физических методов исследования и лабораторных работ, выполняемых в практикуме по химической термодинамике.

Предназначено для студентов 3-го курса факультета естественных наук Новосибирского государственного университета.

Составители:

Рогов В. А., Рудаков Е. С., Арзуманов С. С., Грекова А. Д., Зеленина Л. Н., Лузгин М. В., Пархомчук Е. В., Степанов А. Г., Талзи Е. П., Трухан С. Н., Шаронов В. Е., Шубин А. А.

Рецензент

д-р хим. наук Окунев А. Г.

Пособие подготовлено в рамках реализации программы развития НИУ–НГУ.

©Новосибирский государственный

университет, 2012

Оглавление

Предисловие

Введение

1. Кондуктометрия

1.1. Основные понятия и законы, особенности методики

используемое оборудование

1.2. Лабораторные работы К-1 и К-2

1.3. Контрольные вопросы

Библиографический список к работам К-1 и К-2

2. Потенциомерия

2.1. Основные понятия и законы, особенности методики

используемое оборудование

2.2. Лабораторные работы П-1, П-2 и П-3

2.3. Контрольные вопросы

Библиографический список к работам П-1, П-2 и П-3

3. Оптическая спектроскопия

3.1. Основные понятия и законы, особенности методики

используемое оборудование

3.2. Лабораторные работы С-1 – С-4

3.3. Контрольные вопросы

Библиографический список к работам С-1 – С-4

4. ИК спектроскопия

4.1. ИК спектры двухатомных молекул в газе

4.2. Методики регистрации ИК спектров

4.3. Элементы статистической термодинамики

4.4. Лабораторные работы ИК-1 и ИК-2

4.5. Контрольные вопросы

Библиографический список к работам ИК-1 и ИК-2

5. Фазовые равновесия

5.1. Основные понятия, определения, законы

5.2. Лабораторные работы Ф-1, Ф-2 и Ф-3

5.3. Контрольные вопросы

Библиографический список к работам Ф-1, Ф-2 и Ф-3

6. Адсорбция

6.1. Термодинамика поверхностных явлений

6.2. Лабораторные работы А-1 – А-4

6.3. Контрольные вопросы

Библиографический список к работам А-1 – А-4

7. ИССЛЕДОВАНИЕ ХИМИЧЕСКОГО РАВНОВЕСИЯ В ПРО-

ТОЧНОМ РЕАКТОРЕ. ГАЗОВАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ

7.1. Газовая хроматография

7.2. Химическое равновесие. Константа равновесия

7.3. Каталитическая реакция в открытой системе

7.4. Каталитическое дегидрирование спиртов

7.5. Лабораторные работы Хр-1 и Хр-2

7.6. Контрольные вопросы

Библиографический список к работам Хр-1 и Хр-2

8. Спектроскопия ЯМР

8.1. Ядерный магнитный момент

8.2. Спектры ЯМР и их интерпретация

8.3. Введение в импульсную спектроскопию ЯМР

8.4. Применение ЯМР в физической химии

8.5. Ядерный магнитный резонанс в парамагнитных комплексах

8.6. Лабораторные работы Я-1, Я-2 и Я-3

8.7. Контрольные вопросы

Библиографический список к работам Я-1, Я-2 и Я-3

9. Порядок прохождения практикума и требования к оформлению отчёта о лабораторной работе

10. Контрольные вопросы для коллоквиума по химической термодинамике

Библиографический список литературы

Предисловие

Пособие подготовлено на основе опыта проведения практических работ по химической термодинамике и химической кинетике на кафедре физической химии факультета естественных наук Новосибирского национального исследовательского университета. Основателем этого практикума был заведующий кафедрой физической химии НГУ, профессор Елисей Сергеевич Рудаков, который руководил им в течение 12 лет, начиная с 1961 года. Многие впервые поставленные тогда лабораторные работы выполняются студентами по настоящее время, хотя приборная база за прошедшее время кардинально изменилась, а число лабораторных работ возросло.

Большой вклад в создание, поддержку и модификацию практикума внесли преподаватели и сотрудники кафедры Антонов А. А., Арзуманов С. С., Афинеевская Т. В., Бутенко Ю. В., Волкова О. С., Воронцов А. В., Грекова А. Д., Грибов Е. Н., Дубовицкая В. П., Зеленина Л. Н., Зудин В. Н., Иванченко В. А., Исмагилов З. Р., Калинкин П. Н., Кириллова Л. Н., Коваленко Г. А., Козлов Д. В., Козлова Е. А., Коновалов В. В., Кузнецова Л. Л., Ложкина Н. В., Лузгин М. В., Лысова А. А., Минюкова Т. П., Михайлов В. А., Музыкантов В. С., Пархомчук Е. В., Паукштис Е. А., Райцимринг А. М., Савинов Е. Н., Садыков В. А., Селицкая Н. Д., Селищев Д. С., Смирнов М. Ю., Сошников И. Е., Степанов А. Г., Талзи Е. П., Тормышев В. М., Трухан С. Н., Филоненко Г. А., Халимская Л. М., Хасин А. А., Шаронов В. Е., Шубин А. А.

Наиболее заметно практикум трансформировался за последние 10 лет, когда произошёл переход от аналоговой регистрации данных к цифровой, все рабочие места были оснащены компьютерами и прошла полная замена оборудования, на котором выполняются лабораторные работы.

Учебно-методическое пособие состоит из трёх частей и комплекта видеоматериалов.

В первой части пособия кратко описаны основные методы исследования, используемые в практикуме (кондуктометрия, потенциометрия, УФ и ИК спектроскопия, термический анализ, ЯМР и др.), а также приведены описания лабораторных работ по химической термодинамике, которые сгруппированы по применяемым в них методам.

Во второй части пособия собраны описания лабораторных работ по химической кинетике. Работам предпосланы короткие выдержки из соответствующих разделов курса химической кинетики.

Работы, описанные в третьей части пособия, ориентированы на оборудование и методики отличные от применяемых в традиционном физико-химическом анализе (термопрограммируемое восстановление, дифференциальная сканирующая калориметрия, импульсная калориметрия, масс-спектрометрия, SSITKA, фотокатализ, наносекундная флуориметрия, кинетические измерения с использованием микроканального реактора и др.). Эти работы выполняются обычно как курсовые и в некоторых случаях – в основной части практикума.

По материалам большинства лабораторных работ сняты видеофильмы, над которыми работали Дубовицкая В. П., Кириллова Л. Н., Козлов Д. В., Ложкина Н. В., Лузгин М. В., Лысова А. А., Пархомчук Е. В., Рогов В. А., Талзи Е. П., Филоненко Г. А., и сту-денты: Алексеева А., Апарцин А., Белая Е., Гудкова И., Дерипа-лова А., Ендуткин А., Епанчинцева А., Захаров Б., Колесова М., Крашенинина О., Лукина М., Масяго Н., Моисеенко Е., Озерова А., Пискун А., Самойлова Ю., Сапрыгина Н., Сапченко С., Сухих Т., Скобелев И., Соломина С., Тиванова А., Токарева И., Харитонов М., Харламова В., Хохлова М., Чубаров А., Шаверина А., Шевелёв Г., Шлотгауэр А., Шумилова Т.

Видеофильмы наглядно демонстрируют порядок действий при подготовке рабочего места и ход выполнения лабораторных работ. Показаны приёмы работы с приборами и оборудованием, используемая посуда и реактивы. Показаны способы сохранения и преобразования данных, особенно в тех случаях, когда они сохраняются в нестандартных форматах. Порядок обработки полученных данных, как правило, отражён лишь частично.

Хочется надеяться, что издаваемое пособие, дополненное подготовленными одновременно с ним видеоматериалами, доступными в виде приложения на компакт-диске или через Интернет, будет полезным, как для студентов Новосибирского государственного университета, так и за его пределами.

Пармон В. Н., Рогов В. А.