"ХИМИЯ"

по направлению 511500 - радиофизика

Цель изучения курса "Химия" - дать студентам представление о взаимосвязи свойств веществ с особенностями их химического строения и состава, познакомить с описанием процессов, протекающих при химическом взаимодействии вещества с внешней фазой.

Курс "Химия" для студентов, обучающихся по направлению "радиофизика", включает разделы, традиционно относящиеся к физической химии, в том числе - к физической химии твердого тела. В совокупности с изучением курса "Физика твердого тела" это должно помочь усвоению специальных дисциплин, облегчить будущим инженерам и магистрам знакомство с широким кругом новых материалов, используемых в современных радиотехнике, электронике, приборостроении.

Объем материала, включенного в программу, несколько превышает количество лекционных учебных часов, предусматриваемых типовым учебным планом. Предполагается, что в зависимости от специфики вуза, изучаемой специальности и запланированного объема курса "Химия" - ряд разделов может быть изложен в сжатом виде.

Для выработки практических навыков проведения химических расчетов, таких как оценка состава вещества, элементов кристаллической структуры, расчет свойства жидкого или твердого раствора, выхода продуктов химической реакции - рекомендуется проведение практических занятий по основным разделам курса.

При изучении курса "Химия" предполагается знакомство студентов с курсами математического анализа, классической механики, термодинамики и некоторыми разделами квантовой механики.

ВВЕДЕНИЕ

Предмет химии. Вещества и их изменения. Значение химии в изучении природы и развитии техники. Химия и экология.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ЗАКОНЫ ХИМИИ

Основные законы химии. Основы атомно-молекулярного учения. Химический элемент, простое вещество, химическое соединение. Относительные атомная и молекулярная массы. Моль. Валентность. Химические формулы и химические уравнения.

СТРОЕНИЕ АТОМА И ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ЭЛЕМЕНТОВ

Модели строения атома. Квантово-механическое описание атома. Состояния электронов в многоэлектронном изолированном атоме. Атомные орбитали. Квантовые числа. Принцип Паули. Электронная структура атомов и периодическая система элементов Д.И.Менделеева.

СТРУКТУРА ТВЕРДЫХ ТЕЛ

Кристаллические твердые тела. Основные свойства кристаллов. Элементы симметрии кристаллов.

Структура кристалла. Символы атома, атомного ряда. Индексы Миллера для атомной плоскости. Структурная ячейка. Структурный тип. Основные структуры диэлектрических, полупроводниковых и металлических кристаллов.

Симметрия и анизотропия физических и физико-химических свойств кристаллов. Принцип Нейманна.

Некристаллические твердые тела.

ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ В ТВЕРДЫХ ТЕЛАХ

Электроотрицательность химического элемента. Природа и свойства ионной связи. Энергия связи. Ковалентная связь и ее основные свойства. Гибридизация электронных состояний при образовании ковалентной связи. Металлическая связь. Связь Ван-дер-Ваальса.

Атомные и ионные радиусы элементов. Влияние типа химической связи на свойства твердого тела. Особенности ионных, атомных, металлических и молекулярных кристаллов.

ДЕФЕКТЫ В КРИСТАЛЛАХ

Классификация дефектов кристаллической структуры. Собственные точечные дефекты (вакансия, межузельный атом, антиструктурные дефекты). Примесные атомы.

Влияние точечных дефектов структуры на физические свойства кристаллов. Легирование кристаллов.

РАСТВОРЫ

Представления о природе растворов. Парциальные молярные величины. Идеальные растворы. Основные свойства идеальных растворов. Закон Рауля. Температура кристаллизации идеального раствора. Неидеальные растворы.

Твердые растворы. Условия образования твердого раствора. Зависимость основных и структурно-чувствительных свойств твердого раствора от его состава.

ФАЗОВЫЕ РАВНОВЕСИЯ

Понятия физико-химической системы, фазы, компонента. Условия фазового равновесия. Число степеней свободы системы. Правило фаз Гиббса.

Фазовые равновесия в однокомпонентных системах. Фазовые переходы I и II рода. Уравнение Клапейрона-Клаузиуса.

Фазовые равновесия в двухкомпонентных системах. Графическое изображение состава двухкомпонентной системы. Правило рычага. Различные типы фазовых диаграмм (системы с эвтектикой, твердыми растворами, химическим соединением).

ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ

Условия химического равновесия. Уравнение изотермы химической реакции. Константа равновесия химической реакции. Закон действующих масс. Направление протекания химической реакции. Зависимость константы равновесия от температуры. Уравнения изобары и изохоры Вант-Гоффа. Гетерогенное химическое равновесие.

Квазихимический метод исследования образования структурных дефектов в кристалле твердого тела. Основные правила написания квазихимических реакций. Зависимости равновесных концентраций точечных структурных дефектов в бинарном кристалле от состава и давления собственного пара.

КИНЕТИКА ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ

Элементарные реакции. Скорость химической реакции. Порядок реакции. Зависимость скорости реакции от концентрации реагентов. Зависимость скорости реакции от температуры. Уравнение Аррениуса. Энергия активации химической реакции.

Сложные реакции. Двусторонние (обратимые) реакции. Параллельные и последовательные реакции.

Скорость гетерогенных реакций. Реакции, скорость которых определяется скоростью диффузии. Понятие о гетерогенном катализе.

ПРИМЕРНЫЕ ТЕМЫ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ

1. Введение. Основы атомно-молекулярного учения.
2. Структура твердых тел.
3. Дефекты структуры.
4. Растворы.
5. Химическое равновесие.
6. Кинетика химических реакций.

ЛИТЕРАТУРА

Основная

1. Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия: Учебник для вузов.- 3-е изд.- М.: Высшая школа, 1998.- 743 с.
2. Карапетьянц М.Х., Дракин С.И. Общая и неорганическая химия: Учебник для вузов.- 3-е изд.- М.: Химия, 1994.- 592 с.
3. Киреев В.А. Краткий курс физической химии: Учебник для нехимических спец. вузов.- Изд.5-е.- М.: Химия, 1978.- 624 с.
4. Коровин Н.В. Общая химия: Учебник для технических направ. и спец. вузов.- М.: Высшая школа, 1998.- 559 с.
5. Суворов А.В., Никольский А.Б. Общая химия: Учебник для вузов.- СПб: Химия, 1997.- 624 с.
6. Фистуль В.И. Физика и химия твердого тела: В 2-х т: Учебник для вузов.- М.: Металлургия, 1995.- Т.1 - 480 с., Т.2 - 320 с.

Дополнительная

1. Глинка Н.Л. Общая химия: Учебное пособие для вузов.- Л.: Химия, 1983.- 704 с.
2. Горшков В.И., Кузнецов И.А. Основы физической химии:- Учебник- 2-е изд.- М.: Изд-во МГУ, 1993.- 336 с.
3. Киселева Е.В., Каретников Г.С., Кудряшов И.В. Сборник примеров и задач по физической химии. Изд. 5-е.- М.: Высшая школа, 1983.- 456 с.
4. Крестовников А.Н., Вигдорович В.Н. Химическая термодинамика.- Изд. 2-е.- М.: Металлургия, 1973.- 256 с.
5. Стромберг А.Г., Семченко Д.П. Физическая химия: Учебник для хим. спец. вузов.- 3-е изд.- М.: Высшая школа, 1999.- 527 с.

Программу составил В.П. Гермогенов, профессор (Томский госуниверситет)