Настоящее четвертое издание учебного пособия «Практические работы по физической химии» почти целиком переработано и дополнено — главным образом работами по кинетике, а также учебно-научными работами студентов (УНРС). Задача последних — привлечение студентов к самостоятельным исследованиям в избранной области физической химии.
Работы в книге сгруппированы по двум ее основным разделам: равновесные и неравновесные системы; предложено также несколько минимально необходимых работ по строению вещества. В начале каждого из основных разделов помещены общие введения по основам термодинамики равновесий и химической кинетики, а описания каждой из работ содержат непосредственно необходимые для их понимания теоретические сведения. Характер последних позволяет подготовиться к выполнению работ в любом порядке, поскольку это вызвано организацией преподавания. Таким образом, общетеоретические введения и описания работ содержат весь необходимый для выполнения учебных работ материал и не требуют обращения к учебникам.
Учебно-научные работы студентов входят в общий план, но набраны петитом. В некоторых УНРС можно расширить объем описанного в книге исследования (число измерений, измерения при не-,скольких температурах и т. п.). Большая же их часть требует дополнительных знаний теории и применения усложненных методов исследования, поэтому к ним рекомендована дополнительная литература. Предполагается, что для этих работ будет предоставлено время за счет всего времени, отведенного по плану учебных работ. Учебно-научные работы студенты ведут в соответствующих подразделениях кафедры.
В конце каждой работы рекомендована форма отчета по работе. Отчеты по УНРС должны содержать: краткое изложение теории работы с выводами важнейших закономерностей; описание установки, подготовки реактивов, порядка проведения опытов; результаты измерений, представляемые в виде таблиц и графиков; статистическую обработку результатов измерений и выводы, освещающие новизну исследования.
В пособии даны только принципиальные схемы исследовательских приборов, так как детальные их описания и инструкции по работе прилагаются заводами-изготовителями -непосредственно к приборам.
Значения физических постоянных, терминология и обозначения в пособии соответствуют рекомендациям ИЮПАК и КОДАТА-74.
Книгу полностью переработали и дополнили преподаватели кафедр физической химии Ленинградского технологического института им. Ленсовета и Северо-Западного заочного политехнического института: профессора Б. Н. Афанасьев, А. Б. Порай-Кошиц, А. А. Равдель, В. В. Синев; доценты Н. М. Барон, В. И. Ганц,
СОДЕРЖАНИЕ
1редисловие ......................... 3
^лава I. Обработка результатов измерений............. 5
I. 1. Ошибки измерений. А. А. Равдель............. 5
1.2. Выражение результатов измерений в виде таблиц, графиков и
уравнений. А. М. Пономарева........ . . . 14
1асть первая. РАВНОВЕСНЫЕ СИСТЕМЫ
ТЕРМОДИНАМИКА И ТЕРМОХИМИЯ.............. 23
Глава II. Основы термодинамики. Н. М. Барон............. 23
'м II. 1. Понятия и определения................ 23
II. 2. Первое начало термодинамики.............. 24
II. 3. Второе начало термодинамики.............. 28
II. 4. Правило фаз Гнббса.................. 40
Глава 111. Калориметрические измерения. А. М. Пономарева....... 44
III. 1. Теплоемкость .............-........ 44
III. 2. Тепловые эффекты................... 46
III. 3. Принципы калориметрических измерений.......... 50
III. 4. Выполнение работ.................... 54
III. 5. Упражнения..................... 59
ГЕТЕРОГЕННЫЕ РАВНОВЕСИЯ В ОДНО- И ДВУХКОМПОНЕНТНЫХ
:ИСТЕМАХ......................... 61
Глава IV. Давление насыщенного пара. А. А. Равдель, Н М. Барон ... .61
IV. 1. Равновесие в системе твердое тело — жидкость — пар..... 61
т IV. 2. Выполнение работ................... 65
IV. 3. Упражнения..................... 69
;ава V. Давление диссоциации. А. А. Равдель............ 70
V. 1. Равновесие в системе твердое тело — газ.......... 70
V. 2. Выполнение работы.................. 72
V. 3. Упражнения..................... 74
'лава VI. Криомефия. Я. М. Барон................ 75
VI. 1. Понижение давления пара растворителя над раствором .... 75 VI. 2. Повышение температуры кипения разбавленного раствора ... 76 VI. 3. Понижение температуры замерзания разбавленного раствора 77
VI. 4. Выполнение работы.................. 81
VI. 5. Упражнения..................... 86
395
Глава VII. Неограниченно смешивающиеся жидкости. Н. М. Барон
VII. 1. Диаграмма состав — свойство ........... 87
VII. 2. Идеальные растворы ............... '• .' 88
VII. 3. Неидеальные растворы .............. • • 92
VII. 4. Выполнение работы ................ • ' 95
Глава VIII. Ограниченно смешивающиеся жидкости. А. М. Пономарева gg
VIII. 1. Взаимная растворимость жидкостей VIII. 2. Выполнение работы
Глава IX. Сплавы. Термический анализ. Н. М. Барон ......... Ю2
IX. 1. Вещества, неограниченно растворимые в жидком и нерастворимые
в кристаллическом состоянии ............... ЮЗ
IX. 2. Вещества, образующие устойчивые химические соединения . . ' Ю7 IX. 3. Вещества, образующие неустойчивые химические соединения 108 .IX. 4. Вещества, неограниченно растворимые в жидком и кристалличе-
ском состояниях ................. ... ПО
IX. 5. Вещества, неограниченно растворимые в жидком состоянии и
ограниченно растворимые в кристаллическом состоянии . . . .111
IX. 6. Выполнение работы .................. 112
ГЕТЕРОГЕННЫЕ РАВНОВЕСИЯМ ТРЕХКОМПОНЕНТНЫХ СИСТЕМАХ US
Глава X. Ограниченно смешивающиеся жидкости. А. М. Пономарева . . .118
X. 1. Способы изображения составов ..... ........ 116
X. 2. Выполнение работы .................. 118
Глава XI. Закон распределения. А. М. Пономарева .......... 119
XI. 1. Коэффициент распределения ............... 119
XI. 2. Состояние исследуемого вещества в фазах и закон распределения 121 XI. 3. Экстрагирование ................... 123
XI. 4. Выполнение работ . ................. 124
XI. 5. Упражнения ..................... 127
РАВНОВЕСИЯ В СИСТЕМАХ, СОДЕРЖАЩИХ ЗАРЯЖЕННЫЕ ЧАСТИЦЫ ............. ................ 128
Глава XII. Электродвижущие силы. А. А. Равдель .......... 128
XII. 1. Возникновение электродного потенциала .......... 128
XII. 2. Термодинамика гальванических элементов ......... 130
XII. 3. Основы измерения электродвижущих сил ......... 132
XII. 4. Электрохимический потенциал и потенциал отдельного электрода 135 XII. 5. Уравнение Нернста .................. 13°
XII. 6. Схематическое изображение гальванического элемента .... 13Ь
XII. 7. Водородная шкала стандартных потенциалов ....... 137
XII. 8. Классификация электродов ............... }3»
XII. 9. Классификация гальванических элементов ........ |44
XII. 10. Компенсационный метод измерения э. д. с .......... |^а
XII. 11. Выполнение работ .................. }?'
XII. 12. Упражнения ..................... laz
Глава XIII. Ионные равновесия. А. А. Равдель, Н. А. Новикова. А. М. Лоно-марева, Э. И. Квят ..................
153
XIII. 1. Кислотно-основные равновесия ........ ..... jgg
XIII. 2. Водородный показатель (рН) .............. ^gg
XIII, 3, Буферные растворы ..................
199
XIII.4. Потенциометрические измерения.............JR7
ХПГ.5. Фотоколориметрические измерения........ . . . !73
XIII.6. Упражнения.................. I78
Часть вторая. НЕРАВНОВЕСНЫЕ СИСТЕМЫ
ЯВЛЕНИЯ ПЕРЕНОСА............_......... !<*0
Глава XIV. Электрическая проводимость растворов электролитов. 3. Н. Тимофеева, Э. И. Квят................. 182
XIV. 1. Удельная электрическая проводимость........... 182
XIV. 2. Молярная и эквивалентная электрические проводимости .... 184 XIV. 3. Определение предельной эквивалентной электрической проводимости ......................... 188
XIV. 4. Влияние температуры на электрическую проводимость .... 189
XIV. 5. Методы измерения электрической проводимости....... 189
XIV. 6- Выполнение работ................... 191
XIV. 7. Упражнения..................... 193
Глава XV. Числа переноса. 3. Н. Тимофеева, А. А. Равдель.....
XV. 1. Электролиз и числа переноса...............199
XV. 2. Выполнение работ.................•. . 202
XV. 3. Упражнения.....................209
Глава XVI. Коэффициенты диффузии в растворах. А. Б. Порай-Кошиц, А. М. Овчинников-Сазонов, В. Н. Скобелев, А. А. Молохов,
А. А. Равдель...................209
XVI. 1. Закономерности нестационарной диффузии.........209
XVI. 2. Измерение коэффициентов взаимной диффузии........212
XVI. 3. Вычисление коэффициентов диффузии электролитов......215
XVI. 4. Упражнения.....................218
КИНЕТИКА.........................217
Глава XVII. Кинетика химических процессов. А. А. Равдель.....
XVII. 1. Содержание и задачи химической кинетики.........217
XVII. 2. Элементарные реакции.................220
XVII. 3. Принципы химической кинетики.............221
XVII. 4. Соотношение между константой равновесия и константами скоростей реакций.....................222
XVII. 5. Применение метода стационарных состояний........225
XVII. 6. Реакции в растворах.................226
XVII. 7. Кислотно-основной катализ...............228
XVII. 8. Кинетические кривые и их математическое описание.....229
XVII. 9. Определение порядка реакций..............231
XVII. 10. Вычисление констант скоростей реакций первого и второго порядка .......................232
XVII.11. Выход целевого вещества . ,.............233
XVII. 12. Теория элементарных реакций.............235
XVII. 13. Мономолекулярные и бимолекулярные реакции.......242
ГОМОГЕННЫЕ РЕАКЦИИ В ГАЗАХ И РАСТВОРАХ........243
Глава XVIII. Разложение паров некоторых органических веществ. А. А. Равдель.......................243
XVIII. 1. Виды реакций разложения...............213
XVIII. 2. Выполнение работ...................244
217
Глава XIX. Специфический кислотно-основной катализ. А. А. Равдвль . . 248
XIX. 1. Определенна константы скорости инверсии тростникового сахара
(сахарозы).................._ 248
XIX. 2. Определение константы скорости реакции омыления сложного
эфира........................253
XIX.3. Определение константы скорости реакции иодирования ацетона 257 XIX. 4. Упражнения.....................260
Глава XX. Влияние среды на кинетику ионных реакций в растворах В. В. Синев........................ 261
XX. 1. Применение теории активированного комплекса к реакциям между
ионами в растворах..................261
XX. 2. Изучение влияния ионной силы и диэлектрической проницаемости
на кинетику ионных реакций...............263
XX. 3. Выполнение работы..................264
Глава XXI. Быстрые реакции в растворах. В. В. Синев ......... 265
XXI. 1. Изучение кинетики быстрых реакций в растворе.......265
XXI. 2. Определение константы скорости образования эфиров карбиноль:
кого основания красителя малахитовый зеленый.......266
XXI. 3. Выполнение работы..................267
ФОТОХИМИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ.................268
Глава XXII. Квантовый выход фотохимической реакции И. М. Егоров . . . 26S
XXII. 1. Законы фотохимических превращений ... .......268
XXII. 2. Выполнение работы................ . . 269
XXII. 3. Упражнения.....................275
КИНЕТИКА В ГЕТЕРОГЕННЫХ СИСТЕМАХ............276
Глава XXIII. Гетерогенные процессы. В. В. Данилов..........276
XXIII. 1. Виды гетерогенных процессов и их режимы.........276
XXIII. 2. Основы теории пограничного слоя . . .........277
XXIII. 3. Вращающийся диск как поверхность реакции........280
XXIII. 4. Измерения скорости растворения и обработка данных опыта 283 XXIII. 5. Растворение твердых кислот в воде............285
XXIII. 6. Упражнения.....................286
Глава XXIV. Каталитическое разложение перекиси водорода на платиновой
черни. В. И. Ганц.................287
XXIV. 1. Окислительно-восстановительные свойства перекиси водорода в
водных растворах...................287
XXIV. 2. Выполнение работы..................288
Глава XXV. Кинетика электрохимических реакций. А. А. Равдель, Б. Н. Афанасьев, И. А. Черепкова...............291
XXV. 1. Концентрационная поляризация..............~^'
XXV. 2. Перенапряжение....................~:~
XXV. 3. Исследование перенапряжения при выделении водорода . . . • «°
XXV. 4. Изучение кинетики электродных реакций........• • *гд
XXV. 5. Измерения рН приэлектродного слоя...........
Глава XXVI. Адсорбция органических веществ на поверхности электрода.
Б. Н. Афанасьев..................dua
310 XXVI. 1. Электрокапиллярные измерения..............„,j
XXVI. 2. Измерения дифференциальной емкости...........
XXVI. 3. Изучение кинетики электрохимических реакций в присутствии по-
верхностно-акги'зиых веществ на ртутном капельном электроде 313 XXVI. 4. Выполнение работы..................313
Часть третья. СТРОЕНИЕ ВЕЩЕСТВА
Глава XXVII. Поляризация молекул. Г. И. Семенов..........315
XXVII. 1. Законы поляризации молекул..............315
XXVII. 2. Молярная рефракция..................317
XXVII. 3.'Выполнение работы..................319
XXVII. 4. Упражнения.....................323
Глава XXVIII. Дипольные моменты. Г. И. Семенов, В. В. Синев.....324
XXVIII. 1. Собственные дипольные моменты молекул..........324
XXVIII. 2. Определение дипольного момента по температурной зависимости
поляризации газообразных веществ (первый метод Дебая) . . . 327 XXVIII. 3. Определение дипольных моментов в разбавленных растворах (второй метод Дебая).................. . 327
XXVIII. 4. Выполнение работы..................329
XXVIII.5. Упражнения.....................337
Глава XXIX. Спектры атомов и двухатомных молекул и определение энергии
диссоциации. А. А. Равдель, Э. И. Квят . ,.......338
XXIX. 1. Поглощение и испускание энергии атомами и молекулами . . . 338
XXIX. 2. Атомные спектры...................339
XXIX. 3. Состояние и термы молекул...............342
XXIX. 4. Молекулярные спектры двухатомных молекул........344
XXIX. 5. Выполнение работы.................347
XXIX. 6. Упражнения.....................351
Глава XXX. Рентгеноструктурный анализ. Г. П. Смородина, Е. В. Строганов 351
XXX. 1. Рентгеновские спектры.................351
XXX. 2. Кристаллическое состояние вещества и типы кристаллических решеток ........................352
XXX. 3. Методы и задачи рентгеноструктурного анализа......355
XXX. 4. Рентгеновская установка и меры, обеспечивающие безопасность
при работе па ней...................368
XXX. 5. Выполнение работ...................369
Приложения.........................377
Предметный указатель.....................391
Цена: 150руб.
