9 Физическая и коллоидная химия: Курс лекций. — 2-е изд., исправл. - М.: ГЭОТАР-МЕД, 2001. - 384 с.: ил. - (XXI век). ISBN 5-9231-0149-1
В книге представлен полный курс лекций в соответствии с программой по физической и коллоидной химии для студентов фармацевтических факультетов и институтов.
Курс включает 7 разделов: 1. «Химическая термодинамика», 2. «Фазовые равновесия и растворы», 3. «Растворы электролитов и электрохимия», 4. «Химическая кинетика», 5. «Поверхностные явления», 6. «Дисперсные системы», 7. «Лиофильные дисперсные системы».
Материал курса имеет двойное разбиение — с одной стороны, на 34 главы; с другой стороны, на 34 лекции, которые не всегда совпадают с главами. Первая страница каждой лекции — это краткое изложение содержания предыдущей лекции со всеми основными формулами. Это позволяет использовать книгу и как обычный учебник с четкой структурой и рубрикацией, и (для преподавателей-лекторов) как примерный текст лекций, и как сжатый (на 34 страницах) конспект всего курса.
Предназначен студентам не только фармацевтических, но и других смежных специальностей.
СОДЕРЖАНИЕ
Предисловие................................................ 3
Лекция 1................................................. 4
Введение................................................... 4
Раздел 1
Химическая термодинамика........................................ 6
1. Основные понятия и первое начало термодинамики.................. 6
1. Термодинамические системы, состояния и характеристики (6). 2. Термодинамические процессы (8). 3. Пример: изотермическое изменение объема газа (9). 4. Первое начало термодинамики (10). 5. Первое начало термодинамики для различных процессов в системе идеального газа (12).
2. Термохимия............................................... 13
1. Теплота и работа реакций (13). 2. Энтальпия (14).
Лекция 2................................................. 16
3. Расчет теплот реакций (16). 4. Теплоемкости веществ (18). 5. Зависимость теплоты реакции от температуры (19). 6. Теплоты физико-химических процессов (20).
3. Второе начало термодинамики................................. 23
1. Общий смысл второго начала (23). 2. Связь энтропии с теплотой обратимого процесса (25).
Лекция 3................................................. 28
3. Дополнительные замечания (28). 4. Расчет Д5 в некоторых процессах (29). 5. Статистическая природа энтропии (32). 6. Математическая формулировка второго начала термодинамики (35).
4. Термодинамические потенциалы. Энергия Гиббса................... 36
1. Изолированные системы (36). 2. Закрытые системы: изотерме— изохорные процессы (37).
Лекция 4................................................. 39
3. Закрытые системы: изотермо-изобарные процессы (39). 4. Понятие о термодинамических потенциалах (40). 5. Смысл и использование энергии Гиббса (41). 6. Производные энергии Гиббса по температуре и давлению (43). 7. Химический потенциал (43). 8. Осмотические процессы (44). 9. Энергия Гиббса химических реакций (45). 10. Анализ уравнения изотермы реакции (47). 11. Практический расчет ДСрц (48).
Лекция 5................................................. 50
12. Реакции, идущие с участием водородных ионов (50).
5. Химическое равновесие...................................... 52
1. Предварительные замечания (52). 2. Закон действующих масс для равновесий (52). 3. Закон Гесса для констант равновесия (53). 4. Принцип Ле Шателье: общий смысл (54). 5. Концентрационные возмущения системы (54). 6. Изменение общего давления (55). 7. Влияние температуры (с точки зрения принципа Ле Шателье) (56). 8. Влияние температуры на Д5рц и ДСрц (56). 9. Зависимость Кр от температуры (58). Лекция 6................................................. 60
Раздел 2
Фазовые равновесия и растворы неэлектролитов......................... 61
6. Общие закономерности фазовых переходов........................ 61
1. Фазы системы (61). 2. Число независимых компонентов (62). 3. Условия фазового равновесия (63). 4. Частные случаи условия химического равновесия между фазами (64). 5. Правило фаз Гиббса (66).
7. Однокомпонентные системы................................... 68
1. Общий анализ (68). 2. Диаграмма состояния воды: общее описание (69). Лекция 7................................................. 71
3. Физический смысл диаграммы состояния воды (71). 4. Диаграмма состояния серы (73). 5. Уравнение Клаузиуса— Клайперона: общая форма (74). 6. Зависимость давления насыщенного пара от температуры (75).
7. Зависимость температуры плавления от давления (77).
8. Растворы................................................. 78
1. Природа растворов (78). 2. Способы выражения концентрации растворов (79). 3. Термодинамика растворения: газовые растворы (80). Лекция 8................................................. 81
4. Термодинамика растворения. Жидкие растворы (81). 5. Фазовое равновесие раствор — пар растворителя (закон Рауля) (82). 6. Следствия из закона Рауля: изменение Тк и Т3 (84). 7. Природа констант Хэб и Jv3 (85).
8. Осмотическое давление растворов (86). 9. Коллигативные свойства: общий перечень (87). 10. Активности веществ (87). 11. Уравнение Гиббса-Дюгема (89). 12. Коллигативные свойства растворов электролитов (90).
Лекция 9................................................. 91
13. Растворение газов в жидкости (законы Генри и Сеченова) (91). 14. Растворимость твердых веществ в жидкости (93).
9. Жидкие смеси с неограниченной растворимостью компонентов......... 93
1. Смеси, подчиняющиеся закону Рауля (идеальные смеси): давление и состав пара (93). 2. Идеальные смеси: полный вариант диаграммы давления (95). 3. Идеальные смеси: диаграммы кипения (95). 4. Смеси, отклоняющиеся от закона Рауля (97). 5. Азеотропные смеси (99).
Лекция 10................................................ 101
6. Разделение жидкостей — перегонка и ректификация (102).
10. Смеси компонентов, ограниченно растворимых или нерастворимых друг
в друге в жидком или в твердом состоянии........................ 104
1. Ограниченно растворимые жидкости (104). 2. Взаимно нерастворимые жидкости (106). 3. Экстракция (107). 4. Затвердевание бинарных жидких смесей: простейший случай (108). 5. Затвердевание смесей, в которых компоненты взаимно нерастворимы в твердом состоянии (109).
Лекция 11................................................ 112
6. Характеристики затвердевания некоторых смесей (112). 7. Применение диаграмм плавления (113).
Раздел 3
Растворы электролитов и электрохимия............................... 115
11. Растворы слабых электролитов ................................ 115
1. Классификация электролитов (115). 2. Логарифмические показатели кислотности (116). 3. Влияние заданного рН на степень диссоциации слабого электролита (118). 4. Чистые растворы слабых кислот и оснований (119). 5. Чистые растворы солей слабых кислот и оснований (122).
Лекция 12................................................ 123
12. Буферные системы......................................... 123
1. Буферное действие растворов слабых электролитов (124). 2. Расчет рН раствора с буферной системой (125). 3. Буферные свойства многоосновных кислот (127). 4. Буферная сила и буферная емкость (127).
13. Теория растворов сильных электролитов. Электропроводность растворов . . 129 1. Ионная сила раствора (129). 2. Расчет коэффициента активности по теории Дебая-Хюккеля. Предельный случай (130). 3. Более точные формулы расчета коэффициента активности (132).
Лекция 13................................................ 134
4. Подвижность ионов (134). 5. Электропроводность растворов (136). 6. Связь проводимости раствора с подвижностью ионов (137). 7. Факторы, влияющие на электропроводность растворов (138). 8. Влияние концентрации электролита на электропроводность раствора (140). 9. Кондуктомет-рия (141).
14. Электродные процессы. ЭДС гальванических элементов.............. 144
1. Электролиз (144).
Лекция 14................................................ 146
2. Генерация ЭДС в гальванических элементах (146). 3. Дополнительные замечания об элементе Даниэля-Якоби (148). 4. Еще несколько общих замечаний о гальванических элементах (148). 5. Что следует понимать под величиной Д1//ри (150). 6. Связь Ду/рц с ДСрц (150). 7. Правило расстановки индексов (151). 8. Зависимость Ду/ри от концентраций участников ОВР и от температуры (152). 9. Электродные потенциалы (154). 10. Стандартные значения потенциалов (155).
Лекция 15................................................ 158
11. Примеры расчета ЭДС для элемента Даниэля—Якоби (158). 12. Кажущиеся потенциалы (159). 13. Механизм возникновения электродных потенциалов (160). 14. Составные части ЭДС гальванического элемента (161).
15. Виды гальванических элементов и электродов. Потенциометрия........ 163
1. Обозначение электродов и элементов (163). 2. Классификация элементов по источнику энергии (164). 3. Электроды первого рода (165).
4. Электроды второго рода (166).
Лекция 16................................................ 169
5. Окислительно-восстановительные (или редокс-) электроды (169).
6. Ионоселективные электроды (170). 7. Другие способы классификации электродов и элементов (171). 8. Потенциометрия (172).
Раздел 4
Кинетика химических реакций...................................... 175
16. Введение в химическую кинетику.............................. 175
1. Предмет кинетики (175). 2. Скорость химической реакции (176). 3. Закон действующих масс для скоростей (177). 4. Константа скорости и период полупревращения (178).
Лекция 17................................................ 181
17. Простейшие кинетические уравнения........................... 181
1. Необратимые реакции нулевого и первого порядков (182). 2. Обратимые реакции первого порядка (183). 3. Необратимые реакции второго порядка (185). 4. Необратимые реакции третьего порядка (188). 5. Определение порядка реакции (189).
18. Природа константы скорости ................................. 190
1. Энергия активации (191).
Лекция 18................................................ 193
2. Распределение частиц по скоростям и энергии (193). 3. Доля активных молекул (195). 4. Теория активных столкновений (196). 5. Анализ уравнения Аррениуса (198). 6. Теория активированного комплекса (199).
7. Анализ уравнения Эйринга (201).
Лекция 19................................................ 204
19. Кинетика сложных процессов................................. 204
1. Две параллельные реакции первого порядка (205). 2. Две последовательные реакции первого порядка (206). 3. Дополнительные замечания о последовательных реакциях (208). 4. О моделировании биологических и фармакокинетических процессов (210). 5. Фотохимические реакции: энергетика и стехиометрия (211). 6. Кинетика фотохимических реакций (212).
Лекция 20................................................ 215
20. Цепные и каталитические реакции ............................. 215
1. Общее представление о цепных реакциях (215). 2. Кинетика цепных процессов (218). 3. Общее представление о каталитических реакциях (219). 4. Особенности катализа (221). 5. Три принципиальных способа ускорения реакций (221). 6. Уравнение Михаэлиса-Ментен (223).
7. Временное характеристики ферментативной реакции (224).
Лекция 21................................................ 226
8. Обсуждение уравнения Михаэлиса—Ментен (226).
21. Кинетика гетерогенных процессов.............................. 228
1. Введение (228). 2. Общие сведения о диффузии (229). 3. Скорость гетерогенной реакции (231).
22. Электрохимическая кинетика................................. 232
1. Неравновесные электрохимические процессы (232). 2. Роль диффузии
в электрохимических процессах (233). 3. Расчет стационарного тока при электролизе (234).
Лекция 22................................................ 237
4. Концентрация реагента на электроде (237). 5. Законы электролиза (238). 6. Электродная поляризация (240). 7. Полярография (242). 8. Анализ полярографической кривой (244).
Раздел 5
Поверхностные явления.......................................... 246
23. Поверхностный слой и его свойства............................. 246
1. Поверхность раздела фаз (246).
Лекция 23................................................ 248
2. Поверхностная энергия и поверхностное натяжение (248). 3. Поверхностная энтальпия и энтропия. Влияние температуры на а (251). 4. Влияние на а природы фазообразующих веществ (253). 5. Влияние на а растворенных веществ (254). 6. Количественные аспекты влияния растворенных веществ на ст (255).
24. Обзор поверхностных явлений................................. 257
1. Классификация поверхностных явлений (257).
Лекция 24................................................ 259
2. Явления, уменьшающие поверхность раздела (кроме перегонки) (259).
3. Самопроизвольная перегонка жидкости (260). 4. Поверхностное давление (262). 5. Адгезия и смачивание (263). 6. Растекание (265).
25. Адсорбция на жидкой поверхности............................. 266
1. Определения (266). 2. Геометрические параметры адсорбата (267).
3. Зависимость адсорбции от концентрации ПАВ (268).
Лекция 25................................................ 270
4. Вывод уравнения Ленгмюра (270). 5. Параметры уравнения Ленгмю-ра (272). 6. Уравнение изотермы адсорбции Гиббса (272). 7. Вывод уравнения Гиббса (273). 8. Следствия из уравнений Гиббса и Ленгмюра (275).
26. Адсорбция на твердой поверхности............................. 277
1. Количественные характеристики адсорбции (277). 2. Адсорбция газов
на границе ГТ: возможные механизмы (278). 3. Простейшие изотермы адсорбции на границе ГТ (279).
Лекция 26................................................ 281
4. Более сложные изотермы адсорбции на границе ГТ (281). 5. Молекулярная адсорбция на границе твердое тело — раствор (282). 6. Избирательная адсорбция ионов (283). 7. Ионообменная адсорбция (284). 8. Ионообменная хроматография аминокислот (285).
Раздел 6
Дисперсные системы............................................. 288
27. Исходные представления о дисперсных системах................... 288
1. Основные характеристики (288). 2. Осмотическое давление ДСи (290).
3. Классификация дисперсных систем (290).
Лекция 27................................................ 293
4. Другие способы классификации дисперсных систем (293). 5. Способы образования дисперсных систем (294). 6. Двойной электрический слой (295).
28. Электрические свойства дисперсных систем....................... 296
1. Электрическая подвижность и электрический потенциал (296). 2. Модель Гельмгольца (298). 3. Использование современной модели строения мицеллы (299). 4. Расчет дзета-потенциала через подвижность частиц (302).
Лекция 28................................................ 303
5. Формула Гельмгольца—Смолуховского (303). 6. Факторы, влияющие на f-потенциал (305). 7. Электрокинетические явления (306).
29. Молекулярно-кинетические свойства дисперсных систем............. 308
Цена: 300руб.
