В пособии изложены теоретические основы физико-химических методов исследования: электронного парамагнитного и ядерного магнитного резонанса, люминесцентных и фотохимических методов, импульсного фотолиза, газожидкостной хроматографии. Описание методов рассчитано на то, чтобы читатель, имеющий общую физико-химическую подготовку, мог освоить эти методы, не пользуясь дополнительной литературой. Рассмотрено применение методов для изучения кинетики и механизмов химических реакций. Даны примеры экспериментальных работ.
Для студентов и аспирантов, специализирующихся в области химической кинетики, физической химии, химической физики, а также может быть использовано для ознакомления с кинетическими методами исследования специалистами смежных областей.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Кинетические методы в настоящее время все шире применяются во многих областях химии, техники, биологии и медицины, позволяя глубже понять механизмы химических реакций, лежащих в основе различных промышленных и природных процессов, открывая новые подходы к управлению этими процессами. Такой широкий диапазон использования кинетических методов привел к тому, что интерес к химической кинетике проявляют не только химики, но и специалисты смежных областей науки и техники.
Современная химическая кинетика немыслима без применения разнообразных физико-химических методов исследования. Простые методы измерения скорости химических реакций позволили в свое время развить феноменологическую химическую кинетику. Использование новых методов исследования, позволивших изучать быстропротекающие процессы и лабильные промежуточные продукты, показало, что механизмы химических реакций являются весьма разнообразными и подчас достаточно сложными. Только изучая природу и свойства промежуточных продуктов, удается понять механизмы и закономерности химических реакций и научиться управлять ими.
Учебное пособие «Экспериментальные методы химической кинетики» представляет собой изложение теоретических основ некоторых физико-химических методов исследования и описание возможностей их применения для изучения кинетики и механизмов химических реакций. Оно предназначено для студентов химических специальностей и рассчитано на тот уровень знаний, который они получают из общих курсов физики, неорганической, аналитической, органической и физической химии. При этом авторы исходили из того, чтобы как для
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие ............
Глава 1. ЭЛЕКТРОННЫЙ ПАРАМАГНИТНЫЙ РЕЗОНАНС 7
§ 1. Парамагнетизм.......... 7
§ 2. Парамагнитные частицы в постоянном внешнем магнитном поле........... 13
§ 3. Парамагнитные частицы в постоянном магнитном и
переменном электромагнитном полях..... 15
§ 4. Процессы релаксации......... 17
§ 5. Форма и ширина линий спектра ЭПР .... 21
§ 6. Сверхтонкая структура спектров ЭПР .... 26
§ 7. Применение метода ЭПР в химической кинетике . 39 § 8. Общие принципы устройства и работы ЭПР-спектро-
метра............. 47
§ 9. Практические работы......... 49
Глава 2. ЯДЕРНЫЙ МАГНИТНЫЙ РЕЗОНАНС 52
§ 1. Основы ядерного магнитного резонанса .... 53 § 2. Химические сдвиги ядер и спин-спиновое взаимодействие ............. 67
§ 3. Экспериментальные методы ЯМР..... 78
§ 4. Применение метода ЯМР-спектроскопии для исследования межмолекулярных взаимодействий ... 98 § 5. Практические работы......... 104
Глава 3. ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ ........ 115
§ 1. Физические основы люминесценции..... 116
§ 2. Кинетика фотолюминесценции...... 140
§ 3. Измерение люминесценции....... 149
§ 4. Практические работы......... 164
Глава 4. КИНЕТИКА ЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ .... 182
§ 1. Определение констант скорости фотопроцессов . . 182
§ 2. Методы изучения кинетики люминесценции . . . 208
§ 3. Практические работы......... 220
Глава 5. ФОТОХИМИЯ.......... 225
§ 1. Законы фотохимии.......... 226
§ 2. Элементарный акт.......... 226
§ 3. Фотосенсибилизация......... 230
§ 4. Типы химических реакций........ 231
§ 5. Кинетика фотохимических процессов..... 233
§ 6. Двухквантовые реакции........ 241
§ 7. Техника фотохимического эксперимента .... 244
§ 8. Практические работы......... 270
Глава 6. ИМПУЛЬСНЫЙ ФОТОЛИЗ...... 277
§ 1. Аппаратура........... 278
§ 2. Исследование триплетных состояний молекул методом импульсного фотолиза....... 284
§ 3. Применение импульсного фотолиза для измерения
флуоресценции........... 296
§ 4. Применение импульсного фотолиза для изучения промежуточных продуктов....... . 298
§ 5. Кинетическая обработка результатов измерений . 310
§ 6. Практические работы......... 316
Глава 7. ГАЗОЖИДКОСТНАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ . . 326
§ 1. Принципиальная схема газового хроматографа . . 327
§ 2. Элюционные характеристики....... 329
§ 3. Теория хроматографического процесса . ... 331
§ 4. Выбор условий хроматографического анализа . . 340 § 5. Асимметрия хроматографических пиков и способы ее
устранения............ 357
§ 6. Качественный анализ......... 360
§ 7. Количественный хроматографический анализ . . 367 § 8. Газовая хроматография как метод исследования кинетики химических реакций....... 370
§ 9. Практические работы......... 379
Цена: 150руб.
