Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского» Химический факультет Кафедра физической химии УТВЕРЖДАЮ Декан химического факультета профессор____________Гущин А.В. «12» сентября 2011 г. Учебная программа дисциплины ДВМ.01 "Термодинамика полимеров" магистерской программы 020104 – «Физическая химия» по направлению подготовки 020100_68 - « Химия» Нижний Новгород 2011 г. 1. Область применения Данная дисциплина относится к блоку специальных дисциплин регионального компонента по выбору студентов, преподается студентам магистерской программы 020104 – «Физическая химия» в В семестре. 2. Цели и задачи дисциплины Содержание дисциплины направлено на изучение применения методов химической термодинамики к высокомолекулярным соединениям и особенностей исследования термодинамических свойств и термодинамических параметров синтеза полимеров. 3. Требования к уровню усвоения содержания дисциплины В результате изучения студенты должны знать: фундаментальные понятия и законы химической термодинамики и их применение к высокомолекулярным соединениям; фундаментальные понятия и законы химической термодинамики и их применение к реакциям с участием полимеров; уметь: использовать практически основные уравнения и законы химической термодинамики в применении к изучению термодинамических свойств полимеров и процессам с их участием; иметь представление о: современном уровне и состоянии термодинамических исследований весьма представительных и перспективных с точки зрения практического использования семейств полимерных материалов (линейных, разветвленных, дендримеров, термостойких, биоразлагаемых, биосовместимых и т.д.). 4. Структура дисциплины 4.1 Объем дисциплины виды учебной работы Виды учебной работы Всего часов Семестры 2 3 200 В Аудиторные занятия 72 72 Лекции 36 36 Практические занятия (ПЗ) 36 36 Самостоятельная работа 22 22 экзамен экзамен 1 Общая трудоемкость дисциплины Другие виды самостоятельной работы Вид итогового контроля (зачет, экзамен) 2 5. Содержание дисциплины 5.1. Разделы дисциплины и виды занятий № п/п 1. 2. 3. 4. 5 6. Раздел дисциплины Основные понятия и законы химической термодинамики. Современная классификация полимеров. Основные понятия полимерной химии. Экспериментальные методы химической термодинамики, особенности их применение к полимерным веществам Термодинамические характеристики полимеров и методы их определения. Термодинамические характеристики процессов получения полимеров. Термодинамика основных классов полимеров. Лекции СР + – + – + + + + + + + + 5.2. Содержание разделов дисциплины 1. Основные понятия и законы химической термодинамики Первое начало термодинамики. Закон Гесса. Энтальпия системы и энтальпия процесса. Термохимия. Методы расчета энтальпии химических реакций. Энтальпия образования химических соединений, методы её определения. Энтальпия сгорания химических соединений. Энергия диссоциации и средняя энергия диссоциации химических связей. Теплоемкость, классические и современные теории. Кривые зависимостей теплоемкости от температуры для разного вида полимеров. Второе начало термодинамики. Равновесие. Самопроизвольные, несамопроизвольные, равновесные, обратимые и неравновесные процессы. Химическое равновесие. Энтропия – критерий направленности протекания процессов в изолированных системах. Критерии самопроизвольного протекания процессов и равновесия в открытых и закрытых системах. Химическое равновесие, законы, расчет констант равновесия и термодинамического выхода продуктов реакций. 2. Современная классификация полимеров. Основные понятия полимерной химии. Современная классификация полимеров: линейные, разветвленные, сшитые, дендридопобобные. Биоразлагаемые, биоустойчивые, биосовместимые полимеры. Применение полимеров. Обоснование применимости законов классической термодинамики к полимерным системам. 3. Экспериментальные методы химической термодинамики, особенности их применение к полимерным веществам. Низкотемпературная вакуумная адиабатическая калориметрия. Динамическая калориметрия. Реакционная калориметрия. Калориметрия сгорания. Особенности их применение к полимерным веществам. 3 4. Термодинамические характеристики полимеров и методы их определения. Метастабильность полимеров; теплоемкость; параметры стеклования и стеклообразного состояния и других релаксационных превращений (интервал Tg и температуру Tg стеклования, увеличение теплоемкости при расстекловании C p (Tg ) , конфигурационную Sconf и нулевую Sg1 ( 0 ) энтропии, разность нулевых энтальпий полимера в стеклообразном и кристаллическом состояниях при 0 К; термодинамические характеристики плавления полимеров и других фазовых переходов (температура, энтальпия фазовых переходов); степень кристалличности полимеров, ее определение; стандартные энтальпии сгорания и термодинамические характеристики реакций образования полимеров; стандартные термодинамические функции, расчет стандартных термодинамических функций полностью кристаллических и аморфных полимеров по данным о температурной зависимости теплоемкости полимера в частично-кристаллическом состоянии. 5. Термодинамические характеристики процессов получения полимеров. Полимеризационно-деполимеризационное равновесие, закон действующих масс для реакций полимеризации, уравнение изобары химической реакции Вант–Гоффа; энтальпия полимеризации, методы определения энтальпии полимеризации, зависимость энтальпии полимеризации от температуры, давления, физического состояния и структуры исходных мономеров и образующихся полимеров, растворителей; энтропия полимеризации, методы определения энтальпии полимеризации, зависимость энтальпии полимеризации от температуры, давления, физического состояния и структуры исходных мономеров и образующихся полимеров; функция Гиббса полимеризации, зависимость функция Гиббса полимеризации от температуры и давления, предельная температура полимеризации, ее определение; 6. Термодинамика основных классов полимеров. Термодинамические свойства и термодинамика получения полиалканов, полиалкенов, полиуретанов, поликетонов, биоразлагаемых полимеров и т.д. 6. Лабораторный практикум Не предусмотрен в рамках данного курса 7. Учебно-методическое обеспечение дисциплины 7.1. Рекомендуемая литература. а) основная литература: 1. Савада Х. Термодинамика полимеризации. М.: Химия, 1979. 312 с. [Sawada Hideo. Thermodynamics of polymerization. Marcel Dekker. INC. New York and Basel. 1979.] 2. Лебедев Б.В., Смирнова Н.Н. Термодинамика полимеров. Учеб. пособие. Н. Новгород, Изд. Нижегородского университета. 2006 г. 95 с. 3. Пригожин И. Современная термодинамика. М: Мир. 2002. 464 с. 4. Эткинс П. Физическая химия. Т. 1. М.: Мир. 1980. 580 с. 5. Полторак О.М. Термодинамика в физической химии. М: Высш. шк. 1991. 319 с. 6. Еремин Е.Н. Основы химической термодинамики: Учеб. пособие. М: Высш. шк. 1978. 391 с. 7. Колесов В.П.. Основы термохимии. М.: Изд-во МГУ. 1996. 205 с. б) дополнительная литература: 1. Киреев В.А. Методы практических расчетов в термодинамике химических реакций. М.: Химия. 1972. 481 с. 2. Лебедев Б.В., Смирнова Н.Н. Химическая термодинамика полиалканов и полиалкенов. Нижний Новгород. Изд. Нижегородского университета. 1999. 274 с. 3. Маркин А.В. Термодинамика кристаллических полимерных наноструктур фуллерена 4 С60. Дисс. на соиск. уч. степени канд. хим. наук. Н. Новгород. 2004. 8. Вопросы для контроля 1. Методы расчета химического равновесия и выхода продуктов реакции по экспериментальным данным и справочным величинам. 2. Методы и аппаратура, используемые для определения термодинамических характеристик полимеров. 3. Современная классификация полимеров. 4. Степень кристалличности полимеров, ее определение по калориметрическим данным. 5. Расчет стандартных термодинамических функций полностью кристаллических и аморфных полимеров по данным о температурной зависимости теплоемкости полимера в частично-кристаллическом состоянии. 6. Закон действующих масс для реакций полимеризации. Уравнение изобары химической реакции Вант–Гоффа. 7. Энтальпия полимеризации, методы определения энтальпии полимеризации. 8. Зависимость энтальпии полимеризации от температуры, давления, физического состояния и структуры исходных мономеров и образующихся полимеров, растворителей; 9. энтропия полимеризации, методы определения энтальпии полимеризации, зависимость энтальпии полимеризации от температуры, давления, физического состояния и структуры исходных мономеров и образующихся полимеров 10. Функция Гиббса полимеризации, зависимость функция Гиббса полимеризации от температуры и давления, предельная температура полимеризации, ее определение; 11. Термодинамика некоторых процессов полимеризации (полимеризация олефинов, циклических соединений. 9. Критерии оценок Превосходно Отлично Очень хорошо Хорошо Удовлетворительно Превосходная подготовка. Исчерпывающее и логически строгое изложение всех разделов дисциплины. Владение материалом позволяет быстро справиться с видоизмененным заданием. Успешное владение любыми типами расчетных и качественных задач. Отличная подготовка. Твердое знание всех разделов дисциплины. Допускаются незначительные неточности, нарушения в последовательности изложения материала. Владение необходимыми приемами и способами решения всех расчетных и качественных задач. Очень хорошая подготовка. Твердое знание всех разделов дисциплины с рядом неточностей. Владение необходимыми приемами и способами решения всех расчетных и качественных задач. Хорошая подготовка. Знание основных разделов дисциплины. При изложении материала допускаются незначительные неточности. Владение необходимыми приемами и способами решения основных расчетных и качественных задач. Подготовка, удовлетворяющая минимальным требованиям. 5 Неудовлетворительно Плохо Знание основного содержания разделов дисциплины, допускаются грубые неточности, неправильные формулировки, нарушения в последовательности изложения материала. Имеющихся знаний недостаточно для освоения дисциплин последующих курсов. Допускаются грубые ошибки в решении расчетных задач. Обладает необходимыми приемами и способами решения основных качественных задач. Не знает значительной части основного содержания разделов дисциплины. Полностью не освоен предлагаемый материал 10. Примерная тематика курсовых работ и критерии их оценки Не предусмотрены в рамках данного курса. Программа составлена в соответствии с Федеральным государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по направлению подготовки 020100.68 – «Химия» Автор программы, профессор___________Н.Н. Смирнова Программа рассмотрена на заседании кафедры 21 июня 2011 г. протокол № 10 Заведующий кафедрой, академик РАН______________Г.А. Абакумов Программа одобрена методической комиссией факультета от 5 сентября 2011 г протокол № 1 Председатель методической комиссии, профессор_________________ Е.В. Сулейманов 6