1. Основы химической термодинамики.
Термодинамическая система. Внутренние, внешние, экстенсивные и интенсивные параметры. Термодинамическая фаза и компоненты. Парциальные мольные величины. Равновесное и неравновесные состояния.
Объективное и субъективное статистическое описание термодинамической системы. Неопределенность, информация и энтропия. Теорема Шеннона. Принцип максимума энтропии. Формализм Джейнса. Статистическая сумма.
Теплота и работа. Преобразование Лежандра. Термодинамические потенциалы и законы термодинамики. Уравнения состояния. Теплоемкость. Максимальная полезная работа. Уравнения Гиббса-Гельмгольца. Соотношения Максвелла. Уравнение Гиббса-Дюгема. Использование определителей Якоби.
Идеальный газ. Химический потенциал идеального газа. Реальные газы. Летучесть. Уравнения состояния для реального газа. Химический потенциал реального газа. Эффект Джоуля-Томпсона.
Кристаллы. Корреляционная функция. Энергия решетки молекулярных и ионных кристаллов. Теплоемкость. Точечные дефекты и дислокации. Сегнетоэлектрики.
Аморфное состояние. Стекла и полимеры. Конфигурационная статистика полимерных цепей.
Жидкости. Корреляционная функция. Вязкость. Теории жидкого состояния. Межмолекулярные взаимодействия; уравнение Ми, потенциал Леннард-Джонса. Силы Ван-дер-Ваальса. Диэлектрические свойства.
Смеси газов. Парадокс Гиббса. Идеальные растворы. Закон Рауля и закон Генри. Теория изомегетических растворов Ван-Лаара. Реальные растворы. Активность. Растворы неэлектролитов. Сольватация. Гидрофобные взаимодействия. Коллигативные свойства растворов. Осмос, осмотическое давление. Дилатометрия.
Фазовые переходы в индивидуальных веществах. Фазовая диаграмма. Уравнение Клаузиуса-Клапейрона. Фазовые переходы в многокомпонентных системах. Общие условия равновесия. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Фазовые диаграммы двух- и трехкомпонентных систем. Восстанавливающиеся фазы. Перегонка, азеотропные смеси, ректификация. Законы Коновалова и Вревского.
Конформационные переходы в биополимерах. Переход спираль-клубок в полипептидах и белках. Структурные переходы в нуклеиновых кислотах.
Жидкие кристаллы. Термотропные и лиотропные мезофазы. Нематические, смектические и холестерические мезофазы. Фазовые диаграммы. Флексоэлектрический эффект. Бислойные липидные мембраны: структурные переходы.
Химическое равновесие. Химческая переменная. Закон действующих масс. Экзо- и эндотермические реакции. Закон Гесса. Изотерма и изобара реакции.
Два типа калориметрических измерений. Дифференциальная сканирующая микрокалориметрия: обработка результатов измерений. Термогравиметрический анализ.

2. Физико-химическая кинетика
Вероятностное описание изменения состояния системы. Формальная химическая кинетика. Основные постулаты химической кинетики. Дифференциальные и интегральные кинетические уравнения. Порядок и молекулярность реакции. Необратимые, обратимые, последовательные и параллельные реакции.
Зависимость скорости реакции от температуры. Уравнение Вант-Гоффа-Аррениуса. Переходное состояние. Энергия активации.
Элементарные химические процессы в газовой фазе. Теория столкновений. Стерический фактор.
Теория абсолютных скоростей реакций. Поверхность потенциальной энергии для реакции. Координата реакции. Активированный комплекс. Предэкспоненциальный множитель. Энтропия и энтальпия реакции. Адиабатические и неадиабатические процессы.
Туннельные эффекты в химических реакциях. Низкотемпературный предел скорости реакции.
Цепные реакции. Неразветвленные и разветвленные цепи, модели Христиансена-Крамерса и Семенова. Первый и второй пределы воспламенения.
Диффузионные процессы: кинетическая теория. Перенос ионов через простые поры мембран.
Реакции в конденсированных средах. Роль диффузии.
Катализ. Гомогенный катализ. Общий кислотно-основной катализ. Функции кислотности. Гетерогенный катализ; диффузия, хемосорбция. Ферментативный катализ. Ковалентный катализ.
Кинетика ферментативных реакций. Уравнение Михаэлиса-Ментен и его анаморфозы. Кооперативность, коэффициент Хилла. Применение графов и диаграмм в ферментативной кинетике. Схема Боттса-Моралеса. Ингибиторный анализ. Предстационарная кинетика. Аллостерические ферменты. Гистерезисные ферменты. Медленно диссоциирующие ферменты. Сопряженные реакции.
Иммобилизованные ферменты. Ферментативные реакции в неводных средах. Изотопный эффект. Сенсоры с использованием ферментов.
Химические реакции в распределенных системах. Автоколебательные химические реакции. Реакция Белоусова-Жаботинского. Кинетика ферментативных реакций с учетом медленной конформационной релаксации фермента.
Кинетика фазовых переходов. Термодиэлектрический эффект (эффект Рибейры). Кинетика конформационных переходов в биополимерах.
Хроматография. Фильтрация. Седиментация. Экстракция.

3. Электрохимия
Механизм растворения, электролитическая диссоциация, ионы. Сильные и слабые электролиты. Окислительно-восстановительные реакции и равновесия. Степень окисления.
Сольватация. Энергия сольватации. Модель Борна. Координационное число сольватации иона. Ионная атмосфера, теория Дебая-Хюккеля.
Удельная и эквивалентная электроповодность электролитов. Числа переноса и их определение. Эффекты Фалькенхагена и Вина. Закон разбавления Оствальда. Активность электролита, средний ионный коэффициент активности. Ионная сила. Теория Робинсона-Стокса. Уравнение Кольрауша. Электрохимичекий потенциал. Растворимость макромолекул. Эффекты всаливания и высаливания. Буферные системы.
Электроды. Внешний, поверхностный и внутренний потенциал на границе раздела фаз; Гальвани-потенциал и Вольта-потенциал. Двойной электрический слой, теория Штерна. Электродные потенциалы, потенциал полуэлемента, уравнение Нернста. Редокс-потенциал. Водородный, каломельный и хлорсеребряный электроды. Гальванические элементы. Кинетика электродных процессов.
Диффузионный потенциал. Концентрационный элемент.
Мембранные процессы. Мембранный потенциал. Доннановское равновесие и доннановский потенциал. Мембранные электроды, стеклянные электроды, уравнение Никольского. Биологические мембраны: профиль потенциала в мембране, собственная и индуцированная проницаемость, уравнение Гольдмана.
Электрокинетические явления. Электроосмос, потенциал течения.
Электрохимические методы исследования. Кондуктометрия. Полярография. Потенциометрическое и амперометрическое титрование. Электрофорез. Иониты и ионообменная хроматография.

4. Поверхностные явления
Поверхностное натяжение, поверхностное давление. Поверхностно-активные соединения. Адсорбция на поверхности. Уравнение Гиббса. Изотерма Лэнгмюра. Уравнение Шишковского.
Монослои и мультислойные структуры Лэнгмюра-Блоджет. Уравнения состояния монослоя амфифильного соединения на жидкой субфазе.
Коллоидные растворы. Избыточная свободная энергия микрочастицы. Мицеллы. Критическая концентрация мицеллообразования.
Бислойные липидные мембраны: слияние мембран.

5. Неравновесные системы.
Формализм Джейнса для неравновесных систем.
Уравнения баланса. Линейное приближение, соотношение взаимности Онзагера, принцип Кюри. Принцип Онзагера, принцип Пригожина и взаимосвязь между ними. Интегральный принцип Дьярмати.
Уравнения теплопроводности, диффузии. Эффекты Соре, Дюфура, Зеебека, взаимодействие ионных потоков.
Диссипативные структуры. Самоорганизация.

Составитель: д.ф.-м.н., проф. Яковенко Л.В.