Электрохимические процессы.

Специальности МА; НТ; ТМО. Доц. Беляева Л.С.

Введение.

Материя, вещество, поле. Предмет изучения и связь химии с другими науками. Значение химии для инженеров авиационных специальностей. Основные законы и понятия.

Строение атома.

Предпосылки квантовой теории. Модели строения атома. Двойственная природа электрона. Теория Бора. Уравнение Планка. Принцип неопределенностей Гейзенберга. Волновая функция. Атомная орбиталь. Уравнение Шредингера. Квантовые числа: главное, орбитальное, магнитное, спиновое; их возможные значения и физическая сущность. Принцип Паули. Правило Хунда. Атомные спектры.

Периодический закон и периодическая система Д. И. Менделеева. Порядок заполнения электронных слоев в атомах элементов Периодической системы. Эффект экранирования и провал электронов. Свойства атомов: энергия ионизации, сродство к электрону, электроотрицательность, атомный радиус. Периодичность изменения свойств атомов.

Химическая связь.

Ковалентная связь. Модель Гейтлера-Лондона. Метод валентных связей.

Два механизма образования ковалентной связи: обменный и донорно-акцепторный. Валентность, кратность связи. Свойства ковалентной связи: прочность, насыщаемость, направленность, полярность; их количественные характеристики. Гибридизация электронных орбиталей (sp-, sp²-, sp³-) и пространственная конфигурация молекул. Полярность молекул.

Ионная связь. Механизм образования и свойства ионной связи: полярность, ненаправленность, ненасыщенность, прочность.

Комплексные соединения. Внешняя и внутренняя сфера, комплексообразователь, лиганды. Координационное число. Химическая связь в комплексных соединениях. Классификация и названия комплексных соединений. Электролитическая диссоциация и устойчивость комплексных соединений.

Межмолекулярные взаимодействия: ориентационные, индукционные, дисперсионные.

Водородная связь и её свойства.

Энергетика химических превращений.

Предмет химической термодинамики. Внутренняя энергия, ее физический смысл. Теплота, работа. Первый закон термодинамики, вывод и его использование.

Энтальпия, физический смысл. Термохимические реакции. Стандартная энтальпия образования вещества. Закон Г.И.Гесса. Расчет энтальпии процесса. Энтальпийные диаграммы.

Энтропия, физический смысл. Стандартная энтропия образования вещества. Расчет энтропии процесса. Использование.

Энергия Гиббса – изобарно-изотермический потенциал, изменение в химических процессах. Второй закон термодинамики. Стандартная энергия Гиббса. Термодинамическая вероятность протекания процесса: расчет и использование.

Химическая кинетика.

Предмет химической кинетики. Скорость химической реакции. Фаза. Гомогенные и гетерогенные реакции. Скорость и стадийность гетерогенного процесса. Лимитирующая стадия.

Закон действующих масс. Кинетическое уравнение. Константа скорости. Порядок и молекулярность реакции. Реакции I и II порядка.

Понятие активированного комплекса. Энергия и энтропия активации.

Влияние температуры на скорость реакции. Уравнение Аррениуса. Правило Вант-Гоффа.

Обратимые реакции. Химическое равновесие. Константа равновесия. Сдвиг химического равновесия - принцип Ле-Шателье.

Дисперсные системы.

Дисперсная фаза и дисперсионная среда. Классификация дисперсных систем по степени дисперсности и фазовому состоянию. Растворы. Способы выражения содержания растворенного вещества: молярность, моляльность, молярная концентрация эквивалента, процентная концентрация. Закон Рауля.

Электролитическая диссоциация. Энергетический эффект сольватации. Степень ионизации. Сильные электролиты. Активность и коэффициент активности. Ионная сила раствора. Слабые электролиты. Константа диссоциации. Закон разбавления Оствальда. Реакции в растворах электролитов.

Электролитическая диссоциация воды. Ионное произведение воды. Водородный показатель, pH. Индикаторы.

Равновесие в системе осадок - насыщенный раствор. Произведение растворимости (ПР). Применение ПР.

Гидролиз солей. Уравнение реакций гидролиза по ступеням. Константа гидролиза. Влияние изменения внешних факторов на гидролиз солей.

Коллоидные растворы. Мицелла и ее строение. ДЭС и свойства коллоидных растворов: агрегативная и кинетическая устойчивость, коагуляция, седиментация, пептизация, электрические и оптические свойства.

Электрохимические процессы.

Электрохимические процессы и их использование в практике машиностроения. Окислитель. Восстановитель. Окислительно-восстановительные реакции (ОВР). Роль среды в ОВР. Типы ОВР: межмолекулярные, внутримолекулярные, диспропорционирования. Методы электронного и электронно-ионного баланса. Токовые и бестоковые ОВР.

Электрод. Механизм возникновения двойного электрического слоя в системе: металл – электролит. Электродный потенциал. Уравнение Нернста. Стандартный электродный потенциал. Водородный электрод. Металлический, окислительно-восстановительный, газовый электроды и расчет их потенциалов.

Гальванический элемент и электродвижущая сила (ЭДС). Теория работы гальванического элемента. Элементы Вольта и Даниэля-Якоби. Термодинамика и кинетика работы гальванического элемента. Связь ЭДС с термодинамической вероятностью ОВР. Поляризация электродов, перенапряжение и виды перенапряжения.

Электролиз и сущность электродных процессов. Законы Фарадея. Закономерности катодных и анодных процессов при электролизе.

Химия металлов.

Характеристика металлов. Некоторые виды классификации металлов. Металлы s-, p-, d- и f- семейств. Закономерности изменения свойств. Нахождение в природе, получение и их применение. Строение, важнейшие степени окисления, соединения и их свойства.

Химическая связь в металлах. Основы зонной теории. Типы кристаллических структур, их характеристика. Полиморфизм.

Взаимодействие с простыми окислителями (O₂, H₂, N₂, S, галогенами и др.). Механизм, стадийность процесса. Расчет термодинамической вероятности процесса.

Взаимодействие с электролитами: водой; растворами щелочей; бескислородными кислотами; с азотной и серной кислотами. Механизм, расчет термодинамической вероятности процесса; кинетические затруднения. Маркировка металлов.