Магистрант
  1. Физическая химия  1.1. Термодинамика  1.1.1. Законы термодинамики  1.1.2. Энтальпия и теплоемкость  1.1.3. Энтропия и свободная энергия  1.1.4. Фазовое равновесие  1.1.5. Статистическая термодинамика  1.1.6. Термодинамический цикл  1.1.7. Фугитивность и активность  1.2. Квантовая химия  1.2.1. Принципы квантовой механики  1.2.2. Уравнение Шрёдингера  1.2.3. Частица в ящике  1.2.4. Операторы и собственные значения  1.2.5. Атомные орбитали  1.2.6. Теория молекулярных орбиталей  1.2.7. Теория возмущений  1.2.8. Теория валентных связей  1.2.9. Гибридизация и химическое связывание  1.3. Химическая кинетика  1.3.1. Законы скорости и механизмы реакций  1.3.2. Теория столкновений  1.3.3. Теория переходного состояния  1.3.4. Кинетика ферментов  1.3.5. Цепные реакции и полимеризация  1.3.6. Фотохимические реакции  1.4. Statistical mechanics  1.4.1. Функции разделения  1.4.2. Молекулярные функции распределения  1.4.3. Распределение Больцмана  1.4.4. Статистика Бозе-Эйнштейна и статистика Ферми-Дирака  1.5. Спектроскопия  1.5.1. Ротационная спектроскопия  1.5.2. Вибрационная спектроскопия  1.5.3. Электронная спектроскопия  1.5.4. Спектроскопия ядерного магнитного резонанса  1.5.5. Масс-спектрометрия  1.5.6. Спектроскопия Рамана  1.5.7. Электронный парамагнитный резонанс  1.6. Поверхностная и коллоидная химия  1.6.1. Изотерма абсорбции  1.6.2. Поверхностное натяжение и смачиваемость  1.6.3. Коллоидная стабильность  1.6.4. Катализ  1.6.5. Эмульсии и мицеллы  1.7. Электрохимия  1.7.1. Уравнение Нернста  1.7.2. Электрохимические ячейки  1.7.3. Проводимость и подвижность  1.7.4. Война  1.7.5. Топливные элементы  1.7.6. Электролиз
  2. Organic chemistry  2.1. Механизм реакции  2.1.1. Nucleophilic substitution reactions  2.1.2. Электофильные реакции присоединения  2.1.3. Реакции элиминирования  2.1.4. Реакции перестройки  2.1.5. Radical reactions  2.1.6. Перициклические реакции  2.2. Спектроскопия и определение структуры  2.2.1. УФ-Вид спектроскопия  2.2.2. ИК-спектроскопия  2.2.3. ЯМР-спектроскопия  2.2.4. Масс-спектрометрия  2.2.5. Рентгеновская кристаллография  2.3. Stereoscopic  2.3.1. Хиральность и оптическая активность  2.3.2. Структурный анализ  2.3.3. Геометрическая изомерия  2.3.4. Динамическая стереохимия  2.4. Органометаллическая химия  2.4.1. Органолитиевые и органомагниевые реагенты  2.4.2. Реакции кросс-сочетания с использованием палладия в качестве катализатора  2.4.3. Комплексы переходных металлов  2.4.4. Металл–углеродная связь  2.5. Химия полимеров  2.5.1. Механизм полимеризации  2.5.2. Характеристики полимеров  2.5.3. Биодеградируемый полимер  2.5.4. Проводящий полимер  2.5.5. Супрамолекулярные полимеры  2.6. Медицинская химия  2.6.1. Дизайн и разработка лекарств  2.6.2. Фармакокинетика и фармакодинамика  2.6.3. Соотношения структура-активность  2.6.4. Молекулярный докинг и скрининг лекарств
  3. Неорганическая химия  3.1. Координационная химия  3.1.1. Теория кристаллического поля  3.1.2. Теория поля лигандов  3.1.3. Спектрохимический ряд  3.1.4. Хелатирование и стабильность  3.2. Органометаллическая химия  3.2.1. Металлокарбонилы  3.2.2. Катализ органометаллическими комплексами  3.2.3. Металоцены  3.3. Био-неорганическая химия  3.3.1. Металлопротеины и ферменты  3.3.2. Роль металлов в биологических системах  3.3.3. Транспорт и хранение ионов металлов  3.4. Химия твердого тела  3.4.1. Кристаллические структуры  3.4.2. Теория зон в твердых телах  3.4.3. Сверхпроводники  3.4.4. Дефекты в кристалле  3.5. Лантаноиды и актиноиды  3.5.1. Электронная конфигурация в лантанидах и актинидах  3.5.2. Координационная химия лантаноидов  3.5.3. Магнитные свойства лантаноидов
  4. Аналитическая химия  4.1. Хроматография  4.1.1. Газовая хроматография  4.1.2. Высокоэффективная жидкостная хроматография  4.1.3. Тонкослойная хроматография  4.2. Спектроскопические методы  4.2.1. Атомно-абсорбционная спектроскопия  4.2.2. Дифракция рентгеновских лучей  4.2.3. Спектроскопия с индуктивно связанной плазмой  4.3. Электроаналитические методы  4.3.1. Потенциометрия  4.3.2. Вольтамперометрия  4.3.3. Колометрия  4.4. Масс-спектрометрия  4.4.1. Техника ионизации  4.4.2. Фрагментационная картина  4.5. Хемометрия  4.5.1. Мультидисциплинарный анализ  4.5.2. Машинное обучение в химии
  5. Теоретическая и вычислительная химия  5.1. Молекулярная динамика  5.1.1. Силовые поля и минимизация энергии  5.1.2. Метод Монте-Карло в симуляциях молекулярной динамики  5.2. Квантовохимические методы  5.2.1. Теория Хартри — Фока  5.2.2. Теория функционала плотности  5.2.3. Полуэмпирические методы  5.3. Компьютерное проектирование лекарств  5.3.1. Молекулярный докинг  5.3.2. QSAR Моделирование  5.3.3. Виртуальный скрининг
  6. Биохимия  6.1. Enzyme Kinetics  6.1.1. Кинетика Михаэлиса-Ментен  6.1.2. Механизм ингибирования  6.2. Метаболизм и биоэнергетика  6.2.1. Гликолиз  6.2.2. Citric acid cycle  6.2.3. Цепь переноса электронов  6.3. Молекулярная биология  6.3.1. Репликация и восстановление ДНК  6.3.2. Синтез белка  6.3.3. Регуляция генов  6.4. Структурная биохимия  6.4.1. Свертывание белка  6.4.2. Мембранная биофизика
  7. Экологическая химия  7.1. Атмосферная химия  7.1.1. Greenhouse gases  7.1.2. Истощение озонового слоя  7.1.3. Загрязнители воздуха и дым  7.2. Химия воды  7.2.1. pH и жесткость воды  7.2.2. Очистка сточных вод  7.2.3. Аквальная Химия  7.3. Химия почвы  7.3.1. Загрязнение тяжелыми металлами  7.3.2. pH почвы и буферизация  7.3.3. Циркуляция питательных веществ  7.4. Токсикология и химическая безопасность  7.4.1. Токсикокинетика  7.4.2. Оценка риска в токсикологии и химической безопасности в экологической химии  7.4.3. Влияние загрязняющих веществ на окружающую среду

Магистрант ↓


Физическая химия


Физическая химия - это фундаментальная отрасль химии, которая объединяет принципы физики и химии для понимания того, как ведет себя материя на молекулярном и атомном уровнях. Она предоставляет детальные объяснения различных макроскопических явлений, возникающих в результате молекулярных взаимодействий. Физическая химия применяет такие концепции, как термодинамика, квантовая механика, статистическая механика и кинетика для изучения и понимания физических свойств молекул и их химических реакций.

Основные концепции

Физическая химия имеет несколько ключевых концепций, которые служат фундаментом предмета:

1. Термодинамика

Термодинамика занимается изучением тепла и температуры и их связью с энергией и работой. Она описывает макроскопическое поведение систем и может быть обобщена с помощью четырех фундаментальных законов:

Первый закон термодинамики утверждает, что энергия не может быть создана или уничтожена, только преобразована. Это часто называется принципом сохранения энергии. Математическое выражение:

ΔU = Q - W

где ΔU - изменение внутренней энергии системы, Q - это тепло, добавленное в систему, и W - работа, выполненная системой.

Второй закон термодинамики гласит, что полная энтропия изолированной системы никогда не может уменьшаться со временем. Энтропия - это мера беспорядка или случайности. Примером этого является плавление льда, при котором структура ледяной решетки превращается в более случайную жидкую воду.

Третий закон термодинамики: по мере приближения температуры к абсолютному нулю энтропия идеального кристалла стремится к нулю. Это показывает, что достижение абсолютного нуля за конечное число шагов невозможно.

Нулевой закон термодинамики касается теплового равновесия и составляет основу измерения температуры.

2. Квантовая химия

Квантовая химия применяет принципы квантовой механики к изучению молекул. Она предоставляет детальное понимание того, как распределены электроны в атомах и молекулах, и описывает квантованную природу уровней энергии.

Элементарная квантово-механическая модель - уравнение Шрёдингера, которое предоставляет способ расчета вероятностного распределения электронов:

ĤΨ = EΨ

где Ĥ - оператор Гамильтона, Ψ - волновая функция, и E - энергия системы.

ЯдроE-E-

Иллюстрация модели электронной оболочки вокруг ядра. В квантовой химии электроны представлены вероятностными моделями, а не фиксированными орбиталями.

3. Статистическая механика

Статистическая механика связывает микроскопические состояния частиц с макроскопическими свойствами, такими как температура и давление. Она использует статистику для связывания набора молекулярных поведений с термодинамическими свойствами. Распределение Больцмана - важная концепция:

P(E) = g(E)exp(-E/kT)/Z

где P(E) - вероятность нахождения системы в состоянии с энергией E, g(E) - дегенерация состояния, k - константа Больцмана, T - температура, а Z - статистическая сумма.

4. Химическая кинетика

Химическая кинетика изучает скорости химических реакций и факторы, влияющие на эти скорости. Она помогает понять, с какой скоростью реакция пойдет и каков механизм реакции.

Важное выражение в кинетике - закон скорости, который связывает скорость реакции с концентрациями реагентов:

Rate = k[A]^m[B]^n

где k - константа скорости, [A] и [B] - концентрации реагентов, а m и n - их порядки реакции соответственно.

Применение физической химии

Физическая химия имеет много применений в различных научных областях. Некоторые из приложений включают:

  • Дизайн и синтез новых материалов.
  • Понимание и продвижение эффективного преобразования энергии в топливных элементах и батареях.
  • Разработка фармацевтических препаратов через рациональный дизайн лекарств.
  • Экологическая химия для контроля загрязнений и инициатив в области "зеленой" химии.

Примеры и модели

1. Закон идеального газа

Закон идеального газа - это важное уравнение в физической химии, которое предоставляет простую связь между давлением, объемом и температурой идеального газа:

PV = nRT

где P - давление, V - объем, n - количество моль, R - универсальная газовая постоянная, а T - температура.

2. Уравнение Ван-дер-Ваальса

Для реальных газов закон идеального газа не всегда применим. Уравнение Ван-дер-Ваальса учитывает неидеальное поведение:

[P + a(n/V)^2](V/n - b) = RT

где a и b - константы, специфичные для каждого газа, ответственные за межмолекулярные силы и объем, занимаемый молекулами газа соответственно.

Объем (V)Давление(P)

График выше показывает кривую Ван-дер-Ваальса, которая подчеркивает отклонения от поведения идеального газа и показывает, как взаимодействуют реальные газы.

3. Фазовая диаграмма

Фазовые диаграммы - это графические представления, показывающие фазу вещества при различных температурах и давлениях. Они незаменимы для изучения свойств и фазовых переходов вещества.

Твердое телоЖидкостьГазТемператураДавление

Фазовая диаграмма показывает связи между температурой и давлением вместе с твердыми, жидкими и газообразными фазами вещества.

Заключение

Физическая химия - это обширная область, основа нашего понимания химических процессов, происходящих внутри и вокруг нас. Объединяя концепции физики с химическими явлениями, она позволяет ученым понимать сложные взаимодействия на молекулярном уровне и разрабатывать практические приложения в различных областях, включая биологию, материалознание и экологическую науку. По мере углубления в изучение физической химии вы обнаружите, что ее принципы не только занимают центральное место в области химии, но и информируют и влияют на многие другие научные дисциплины.


Магистрант → 1


U
username
0%
завершено в Магистрант

Следующий (1.1) →
Термодинамика

Комментарии 



Физическая химия

https://www.chemistryelite.com/g/1?ceal=ru