ХИМИЯ_2

Как должны располагаться друг относительно друга вращательные квантовые уровни молекулы, не являющейся жестким ротатором? Нанесите пунктиром эти уровни на схему, вычерченную в предыдущем пунктеэ. Ответ на данный вопрос рекомендуется дать самостоятельно, а в случае затруднений обратиться к специальной литературе. приведенной в конце пособия.

Определим момент инерции молекулы 1H7Li (кг∙м2).

её приведенную массу (кг):

м m1 m2 1 7 1.66 10 27 кг 1,4525 10 27 кг m1 m2 1 7

и равновесное междуядерное расстояние (м и Ǻ).

Сопоставьте полученную величину со справочными данными.

Нарисуйте схематически вращательный спектр поглощения двухатомной молекулы.

Объясните причину немонотонного изменения интенсивности

51

вращательных линий поглощения по мере увеличения энергии вращения молекулы.

_

Из приведённого на рисунке спектра NO видно, что разность н не остается постоянной, а это происходит в силу того, что на самом деле молекула не является жестким ротатором. Чем больше энергия вращения, тем больше будет центробежная сила, которая увеличивает межъядерное расстояние и, следовательно, момент инерции. Отсюда во вращательном спектре наблюдается постепенное сближение вращательных линий или

_

уменьшение н.

Задание 6.2 КОЛЕБАТЕЛЬНЫЕ СПЕКТРЫ МОЛЕКУЛ

Напишите квантово-механическое уравнение энергии колебательного движения молекулы как гармонического и ангармонического осциллятора. Выведите уравнение для расчета максимального колебательного квантового числа.

На основании волнового числа собственных колебаний ωе и ангармоничности ωеχе для молекулы А (см.табл.5.3), взятых из справочника [КС], определите:

а) энергию колебательного движения молекулы АВ на нулевом колебательном квантовом уровне Е0 (Дж) ;

б) энергию колебательного движения молекулы АВ на первом, втором и третьем колебательных квантовых уровнях (Дж);

в) максимальное колебательное квантовое число υmax для молекулы А; г) энергию диссоциации молекулы А (кДж/моль).

Вычертите график зависимости Eкол = f(υ) и укажите на графике Еmax и энергию диссоциации Едис

Пример выполнения задания 6.2

Формула для расчета энергии колебательного движения молекулы как гармонического осциллятора описывается квантово-механическим уравнением вида

Eкол (х 1) h c щe ,

2

Квантово-механическое уравнение для расчета энергии колебательного движения молекулы как ангармонического осциллятора имеет вид

52

Рис.5.2. Простейшая модель гармоничного осциллятора: m1 и m2 - массы атомов; re - межъядерное расстояние (равновесное); r - смещение от

положения равновесия.

53

Теперь, чтобы вывести уравнение для расчета максимального колебательного квантового числа, примем, что уравнение (*****) описывает

непрерывную функцию, а при υ= υmах энергия Екол = Екол,max, то при максимальном колебательном квантовом числе производная равна нулю

Определим

энергию колебательного движения молекулы LiH на нулевом колебательном квантовом уровне EO , используя волновое число собственных колебаний ωe = 140586 м-1 и ангармоничность ωe xe = 2337.1 м-1 (табл. 11.2).

энергию колебательного движения Етах (Дж) на максимальном колебательном квантовом уровне.

Вычертим график зависимости Екол=f(υ), выбрав 2—3 значения квантового

54

числа υ и рассчитав значения Екол в интервале от 0 до υmах.

Eкол, 2 19.86 10 26 [(2 1/ 2) 140586 (2 1/ 2)2 2337.1] 64.3 10 21 Дж

Eкол, 4 19.86 10 26 [(4 1/ 2) 140586 (4 1/ 2)2 2337 /1] 123.55 10 21 Дж

Eкол, 7 19.86 10 26 [(7 1/ 2) 140586 (7 1/ 2)2 2337.1] 205.91 10 19 Дж

Укажите на графике Етах и энергию диссоциации Do.

Рис.5.3. Разрешенные уровни колебательной энергии и некоторые переходы между ними для двухатомной молекулы, совершающей ангармонические колебания.

55

КУРСОВАЯ РАБОТА

В соответствии с учебным планом студенты заочной формы обучения выполняют курсовую работу по физической химии в 7 семестре.

Курсовая работа должна быть выполнена и принята преподавателем в установленные учебным планом сроки. Тема курсовой работы может быть предложена как преподавателем, так и самим студентом, и может носить экспериментальный, так и теоретический (обзорно-реферативный) характер.

Содержание обзорно-реферативных курсовых работ может определяться специальностью студента, при написании такой работы необходимо использовать разделы курса физической химии.

При большом объёме работы в рамках выбранной темы курсовая работа может выполняться несколькими студентами.

ТЕМЫ ДЛЯ КУРСОВЫХ РАБОТ ПО ФИЗИЧЕСКОЙ ХИМИИ

для студентов инженерных специальностей заочной формы обучения

Для курсовой работы студентам могут быть предложены следующие темы.

1.Определение термохимическими методами

теплот растворения;

теплот гидратообразования;

теплот диссоциации

Вкачестве объектов исследования могут быть выбраны бинарные и

многокомпонентные системы содержащие как неорганические, так и органические вещества14. Исследования могут быть выполнены при

варьировании: концентрации растворов, растворителя, соотношения между растворенными веществами, температуры15. Для курсовой работы число значений варьируемых параметров (концентрации, температуры и др.) не должно быть менее 4 – 5. На проведение эксперимента должно быть запланировано 8 часов.

2. Определение потенциометрическим методом (при варьировании концентрации растворов:

14выбор объектов исследования зависит от наличия соответствующих реактивов.

15при наличии термостатирующих устройств

56

соотношениях растворителей, отличающихся по величинам диэлектрической проницаемости;

pH гидроксидообразования (методом потенциометрического титрования) при варьировании состава и ионной силы растворов (за счет добавления солей с одинаковым ионом);

констант устойчивости комплексов;

температурного коэффициента ЭДС и термодинамических характеристик процессов, протекающих в гальванических элементах;

коэффициентов активности электролитов (солей, кислот, оснований) в растворах.

2.Кондуктометрическое определение :

энтальпии, свободной энергии и констант диссоциации слабых электролитов в водных растворах;

температурного коэффициента электрической проводимости растворов электролитов;

произведения растворимости труднорастворимых солей (например, BaSO4, BaI2, H2WO4 и др.);

pH растворов слабых электролитов;

коэффициентов в уравнении Онзагера (сравнение их с полученными расчетным путем) для растворов солей, кислот и оснований;

размеров и чисел гидратации ионов на основании их подвижностей и чисел переноса;

концентрации (содержания) электролитов в пробе путем титрования соответствующими реагентами ;

влияния природы ионов и растворителя на характер концентрационных зависимостей удельной и молярной электрической проводимости;

3.Определение чисел переноса ионов в растворах (например, сульфатов кальция, меди и никеля) методами Гитторфа и движущейся границы.

4.Исследование влияния концентрации катализаторов (кислот, щелочей, солей), диэлектрической проницаемости растворителей на кинетику реакций в растворах

омыление эфира;

иодирование ацетона;

57

инверсия сахара;

5.Изучение электродных процессов

кинетики разряда ионов на различных электродах;

окисления и восстановления элементов в сульфатных растворах при варьировании pH среды (гальваностатическим методом);

скорости коррозии металлов и сплавов;

6.Исследование растворов электролитов кондуктометрическим методом

изучение концентрационной зависимости электропроводности растворов сильных и слабых электролитов

определение степени и константы диссоциации слабых электролитов

определение ПР труднорастворимых солей

анализ содержания веществ в водных растворах методом кондуктометрического титрования

7. Химические источники тока: измерение ЭДС гальванических элементов, составленных из электродов 1 и 2 рода, редокс-электродов.

8. Исследование растворов электролитов потенциометрическим методом.

измерение равновесных электродных потенциалов электродов 1 рода изучение концентрационной зависимости электропроводности растворов сильных и слабых электролитов

определение степени и константы диссоциации слабого электролита

определение произведения растворимости соли

определение состава растворов электролитов методом кондуктометрического титрования

9. Определение чисел переноса ионов методом Гитторфа в водных растворах электролитов:

щелочи NaOH

кислоты Н2SO4.

10. Исследование кинетики процесса выделения водорода на металлическом катоде, определение коэффициентов в уравнении Тафеля.

11. Исследование электрохимической коррозии металлов в различных средах.

58

12. Расчет молекулярных констант веществ на основании спектральных данных.

13. Физико-химические расчеты термодинамических функций идеальных газов статистическим методом на основании спектральных данных о строении молекул:

определение термодинамических характеристик веществ (S, Cp,

сумм по состояниям ;

определение константы равновесия химической реакции при нескольких температурах;

определение теплоёмкости вещества при различных температурах

энтропии вещества при различных температурах.

Перед началом выполнения курсовой работы преподаватель проводит консультацию со студентами, в которой объясняет

Распределение вариантов контрольных заданий

59

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Учебники и учебные пособия по физической химии

1.Нараев В.Н. Физическая химия. Часть 1. Химическая термодинамика. Фазовые равновесия и учение о растворах. Электрохимия /Учеб.пособие для студ. заочной формы обучения химико-технолог. специальностей. – СПбГТИ(ТУ). СПб., 2007. - 259 с.

2.Стромберг А.Г., Семченко Д.П. Физическая химия / Под ред. А.Г.Стромберга. - 2-е изд.- М.: Высшая школа, 1988. 496 с.

3.Физическая химия. В 2-х кн.: Учеб. для вузов / К.С.Краснов, Н.К.Воробьёв, И.Н.Гриднев и др.; Под ред. К.С.Краснова. – 2-е изд.. перераб. и доп. - М.: Высш. шк.., 1995. – 512 с. ил.

4.Голиков Г.А. Руководство по физической химии: Учеб.пособие для хим.- технол.спец.вузов. - 2-е изд., перераб. и доп.- -М.: Высш.шк.,1988.- 383 с.

5.ЭТКИНС П. Физическая химия т.I и II. - М: Мир,1980. 496 с.

6.Практические работы по физической химии/Учебное пособие для вузов/Под ред. К.П.Мищенко, А.А.Равделя и А.М.Пономаревой. – 5-е изд. перераб. – СПб. Изд-во

«Профессия», 2002. – 384 с.

7.Физическая химия. Теоретическое и практическое руководство. /Под ред.акад. Б.П.Никольского. -Л.:Химия,1987.-880 с.

Химическая термодинамика

1.Афанасьев Б.Н., Акулова Ю.П. Химическая термодинамика / Текст лекций / СПбГТИ(ТУ), СПб. - 1993.-75 с.

2.Карапетьянц М.Х. Химическая термодинамика. - М.: Химия, 1975. 583 с.

3.Полторак О.М. Термодинамика в физической химии. Учеб. для хим. и хим.-технол. спец.вузов.- М.: Высшая школа.- 1991. 319 с.

4.Нараев В.Н., Сысоева В.В., Ильин А.А. Статистический метод расчета термодинамических функций идеальных газов / Учебное пособие для студентов химикотехнологических специальностей. - СПбГТИ(ТУ). СПб., 1998. - 74 с., ил.

Фазовые равновесия и учение о растворах

1. Пономарева А.М. фазовые равновесия и учение о растворах. Учеб. пособие/

СПбТИ., СПб. 1992. – 159 с.

Электрохимия

1. Дамаскин Б.Б., Петрий О.А., Цирлина Г.А. Электрохимия: Учебник для вузов. - М.:

Химия, 2001. 624 с.

2.Дамаскин Б.Б., Петрий О.А. Основы электрохимии. –М.: Высшая школа, 1980.

3.Сысоева В.В. Теоретические основы физико-химических измерений в электрохимической технологии. Учебное пособие.- Л.: ЛТИ им. Ленсовета, 1985.- 91с.

4.Дамаскин Б.Б., Петрий О.А. Электрохимия : учебное пособие для химических факультетов университетов. М.: Высш. шк., 1987. 295с.

5.Ротинян А.Л., Тихонов К.И., Шошина И.А. Теоретическая электрохимия . - Л.: Химия, 1981 .

6.Багоцкий В.С. Основы электрохимии. – Химия, 1988. – 400 с.: ил

60