Дисциплина Теоретические и экспериментальные методы исследования в химии

Дисциплина «Теоретические и экспериментальные методы исследования в химии» Знать: основные научные школы и направле- ния, источники знания; методологию научных исследований, методы и приемы экспериментов, теоретические основы метода, возможности и границы применения. Дополнительно для технарей: микрои макроэкономику, планирование и прогнозирование. Уметь: выбрать и поставить эксперимент, ана- лизировать результаты, прогнозировать экономические эффекты и последствия запланированной и реализованной деятельности.

Теоретические методы в химии Выделяют: расчетные методы; топологические методы. Методы используют для теоретических расчетов свойств вещества Экспериментальные методы в химии Их огромное количество. Подразделяют на химические, физиче – ские и физико-химические методы. Этими методами изучают строение вещества и любые его свойства. Теоретический фундамент современной химии – физическая химия и химическая физика. Обе они базируются на квантовой механике, стат. физике, термодинамике, теории поля, нелинейной динамике и др. разделах фундаментальных наук - физики и математики. Химия – третья фундаментальная наука.

Теоретические методы в химии Квантовая химия – учение о строении и свойствах молекул, ионов, радикалов, комплексов, использует математический аппарат квантовой механики. Охватывает строение атомов и молекул, природу химической связи, валентность, электронную структуру молекулы, спектроскопические ( оптические и радиочастотные), электрические и магнитные свойства молекул, силы взаимодействия и реакционную способность молекул, в том числе и полимерных. Основана на решении уравнения Шредингера для систем ядер и электронов, образующих соответствующую частицу.

Экспериментальные методы в химии Что будем изучать? Методы исследования в химии - конкретно: 1. Теоретические основы метода; 2. Принципиальные схемы установок; 3. Работа на них, особенно – подготовка образцов; 4. Что конкретно регистрирует установка; 5. Как оценить надежность и точность установки; 6. Как обработать экспериментальные результаты; 7. Какие выводы можно сделать по результатам; 8. Границы применения метода. Как правильно поставить эксперимент? т. е. подготовить установку к работе, очистить реактивы, провести опыт, записать результаты эксперимента в рабочий журнал, сделать предварительный анализ результатов.

Экспериментальные методы в химии Какие методы существуют и что будем изучать? 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Кратко ознакомимся с основами хемометрики и химической метрологии. Термические методы: ДТА и ТГА, девиватография, дифференциально-сканирующая калориметрия , акустическая эмиссия и т. д. . Оптические методы: показатель преломления и поляризуемость, двулучепреломление (в том числе и в потоке в жидкости), оптический дихроизм, вращение плоскости поляризации. Спектроскопические методы: атомная спектроскопия, молекулярная спектроскопия, рентгеновская спектроскопия, электронная спектроскопия. Хроматографические методы: хроматография газовая, жидкостная, ионная, планарная, электросепарационная, хромато-масс-спектрометрия, их разновидности. Электрохимические методы: потенциометрия, кулонометрия, диэлектрометрия, вольтамперометрия, их разновидности. Кинетические, биохимические и биологические методы.

Термические методы в химии Термохимические методы: определение теплот сгорания, растворения, испарения, плавления. Изучение теплоемкости и теплопроводности. ДТА, ТГА и дериватография. Дифференциально-сканирующая калориметрия. Теплоты реакций. Оригинальные – кинетика реакций, деформация в полимерах и т. д. Теоретическая база: химическая термодинамика, главным образом ее раздел «Термохимия» . Аппаратура: калориметры всевозможной конструкции или специально построенные установки с калориметрической ячейкой. Особая область – измерение температуры. Термометры газовые, жидкостные (ртутные, спиртовые и т. п. ), термометры сопротивления, термопары, термисторы, болометры, Результаты – для характеристики свойств вещества, изучения физических, физико-химических и химических процессов, механизма реакций и т. д. Подробно рассмотрим ДТА, ТГА, дериватографию, изучение деформации.

ПРИМЕНЕНИЕ ДТА К ПОЛИМЕРАМ 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Реакции образования смол. Теплоты полимеризации. Степень кристалличности. Температуры переходов. Механизм деструкции. Идентификация полимерных веществ. Специфические использования метода (в принципе возможности ДТА неограниченны, а возникающие трудности не являются непреодолимыми).

ДСК – дифференциальная сканирующая калориметрия ДСК разработан примерно 40 лет назад и лет 20 -30 назад становится фактически основным методом изучения и контроля состояния полимеров и композитов. ПРИЧИНА – сочетание традиционной равновесной калориметрии и динамического анализа тепловых процессов. Позволяет определять все термодинамические параметры вещества и фазовых переходов в нем, все кинетические характеристики фазовых и химических процессов и релаксационных переходов. Все это дополняется экспрессивностью метода, применением образцов малого объема, сравнительной простотой и компактностью установок, ясной и доступной теорией, достаточной легкостью обработки и интерпретации результатов.