Изучение основ физической и коллоидной химии имеет фундаментальное значение для подготовки будущих учителей химии.
Курс физической химии открывает огромные возможности для формирования научного мировоззрения, на основе конкретного материала, способствует подготовке будущего учителя к проведению идейно-политической и воспитательной работы в школе.
Будущему учителю Химии для квалифицированного изложения многообразного фактического материала, предусмотренного программой средней школы, необходимо усвоить теоретические основы, изучаемые в курсе физической и коллоидной химии. Необходимость знания основ физической химии будущим учителем обусловливается и все увеличивающимся значением отдельных ее разделов, включаемых в программу курса средней школы и составляющих его теоретическую базу. На основе физико-химических закономерностей должны рассматриваться химико-технологические и металлургические процессы. Теоретические знания требуются и для успешного изложения факультативных курсов в средней школе. И наконец, знание физической и коллоидной химии необходимо учителю химии и биологии для глубокого понимания физиологических процессов, протекающих в организме растений, человека и животных.
Курс физической и коллоидной химии должен также способствовать формированию у учителя навыков современного химического лабораторного эксперимента, умения ставить количественные практические работы, графически обрабатывать полученные результаты и производить необходимые расчеты.
Главы I—III написаны В. В. Серпинским, глава IV — Л. И. Каданером, глава V — В. В. Серпинским и Е. Ш. Гане-линой, глава VI — Б. И. Лобовым, глава VII — Т. М. Буркат, главы VIII и IX — Д. П. Добычиным, X — XV — Л. И. Ка-Данером, главы XVI — XVIII — Т. М. Буркат, глава XIX — Л. И. Каданером.
Книга рассчитана на студентов педагогических институтов по двум специальностям: «химия»; «химия и биология». Некоторые абзацы соответствуют только программе по специальности «химия» и могут быть пропущены студентами, обучающимися по специальности «химия и биология». Эти абзацы отмечены знаками: А (начало соответствующих абзацев) и т (конец этих абзацев).
ВВЕДЕНИЕ
Физическая химия — наука, которая изучает общие закономерности химических процессов. Она является теоретической основой всей химической науки и технологии химических производств, различных технологических процессов, которые применяются в нехимических отраслях промышленности. Физическая химия обобщает огромный экспериментальный и теоретический материал, полученный в разных разделах химии, и тем самым способствует их дальнейшему развитию. Физико-химические методы анализа и контроля производства дают возможность получать результаты значительно быстрее и точнее, облегчают передачу необходимой информации управляющим электронно-вычислительным машинам.
Физическая химия тесно связана с физикой. Она изучает и устанавливает количественные взаимосвязи между химическими процессами и физическими параметрами системы. Изучение физической химии способствует диалектико-материалистиче-скому пониманию процессов, протекающих в окружающем нас мире.
Истоки физической химии берут свое начало в XVIII в., когда М. В. Ломоносов впервые прочитал курс и написал трактат «Курс истинной физической химии». Как самостоятельная научная дисциплина физическая химия окончательно сформировалась в России, когда Н. Н. Бекетов, впервые в истории химии начал читать в Харькове университетский курс «Соотношение физических и химических явлений между собой» (1860 г.) и «Физическая химия» (1865 г.).
Значительный вклад в развитие физической химии внесли русские ученые: Г. И. Гесс (1802—1850 гг.) — автор выдающихся исследований по термохимии, Д. И. Менделеев (1834— 1907 гг.), В. Ф. Алексеев (1852—1919 гг.), И. А. Каблуков (1857—1942 гг.) — своими работами в области теории растворов, Н. С. Курнаков (1860—1941 гг.) — основоположник физико-химического анализа, Н. А. Шилов (1872—1930 гг.) — в области адсорбции и химической кинетики, В. А. Кистяковский (1865—1952 гг.) — в электрохимии.
Для развития физической химии огромное значение имели исследования М. Фарадея (1791—1867 гг.) в электрохимии, Дж. Гиббса (1839—1903 гг.) — основоположника химической термодинамики, В. Нернста (1864—1941 гг.) в термодинамике и
„ТГРКТРОХИМИИ, Св. Аррениуса (1859—1927 гг.) — создателя ОРИИ электролитической диссоциации, Я. Вант-Гоффа в об-Т6 ти растворов, химической кинетики и химического равнове-Л&я В. Оствальда (1853—1932 гг.) в области адсорбции и по-веохностных явлений.
Советские академики Н. Н. Семенов, А. Н. Фрумкин, П А. Ребиндер, В. А. Каргин, М. М. Дубинин внесли огромный вклад в развитие химической кинетики, электрохимии, адсорбции, поверхностных явлений, физической химии высокомолекулярных соединений.
Формирование коллоидной химии — части физической химии которая уже давно выделилась в самостоятельную науку, связано с именами Т. Грэма, М. Смолуховского, А. Эйнштейна, Ж. Перрена, Г. Свердберга, Г. Р. Кройта, а также русских учёных: Ф. Ф. Рейса, И. Г. Борщова, А. В. Думанского, Н. П. Пескова, С. М. Липатова, Б. В. Дерягина.
В физической и колл№дной химии широко используется термодинамический метод, который дает возможность решать ряд важных задач, связанных с превращениями различных видов энергии, которыми сопровождаются химические процессы и фазовые переходы, а также с направлением химических процессов и равновесием. Не менее широко используется статистический метод для решения задач химической кинетики, равновесия и его смещения, кинетики адсорбционных и электрохимических процессов, кинетики процессов, протекающих в дисперсных системах. Ознакомление с указанными основополагающими методами, а также с другими физическими и физико-химическими методами исследования, которые излагаются в настоящем курсе, будет способствовать существенному повышению теоретического уровня знаний будущего учителя.
СОДЕРЖАНИЕ
ПРЕДИСЛОВИЕ ........................ 8
ВВЕДЕНИЕ............................ 4
ЧАСТЬ ПЕРВАЯ. ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
ГЛАВА I. ХИМИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА ........... в
§ 1. Предмет химической термодинамики. Основные понятия . . 6
§ 2. Энергия системы ................., . g
§ 3. Формы обмена энергией системы с окружающей средой . . Ц
§ 4. Первое начало термодинамики ............. 1з
§ 5. Обмен энергией в форме работы............. 17
§ 6. Обратимые и необратимые процессы........... 21
§ 7. Обмен энергией в форме теплоты. Теплоемкости...... 24
§ 8. Второе начало термодинамики ............. 33
§ 9. Математическая формулировка второрх) начала термодинамики. Энтропия ..................... 87
§ 10. Расчет изменения энтропии в различных процессах .... 41 § 11. Энтропия и вероятность. Статистический смысл законов термодинамики. Критика идеи о «Тепловой смерти» Вселенной . 42
§ 12. Фундаментальное уравнение термодинамики....... 47
§ 13. Энергия Гельмгольца и энергия Гиббса. Критерии равновесия и направления самопроизвольных процессов..... 51
§ 14. Связь химических потенциалов с термодинамическими потенциалами. Формулы для расчета химических потенциалов. 57 § 15. Коэффициент полезного действия циклического процесса.
Теорема Карно..................... 63
§ 16. Обобщение понятия «термодинамический потенциал». Универсальный алгоритм вывода термодинамических формул . . 68
ГЛАВА II. ТЕРМОХИМИЯ ................... 71
§ 1. Тепловые эффекты химических реакций......... 71
§ 2. Закон Гесса ..................... 74
§ 3. Теплоты образования. Теплоты сгорания. Энергии связей . 76 . § 4. Зависимость тепловых эффектов от температуры. Закон Кирхгофа ....................... 82
§ 5. Расчет тепловых эффектов по таблицам......... 85
ГЛАВА III. ХИМИЧЕСКИЕ РАВНОВЕСИЯ........... . 86
§ 1. Химическое равновесие как частный случай общей проблемы
равновесия ..................... 86
§ 2. Термодинамический вывод закона действующих масс ... 87
§ 3. Уравнение изотермы химической реакции........ 94
§ 4. Влияние температуры на химическое равновесие. Уравнение
изобары и изохоры реакции ............... 97
§ 5. Тепловая теорема Нернста. Третье начало термодинамики.
Абсолютные энтропии ................ 100
459
ЧАСТЬ ВТОРАЯ. КОЛЛОИДНАЯ ХИМИЯ
ГЛАВА XI. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА КОЛЛОИДНЫХ СИСТЕМ.
МЕТОДЫ ИХ ПОЛУЧЕНИЯ ................ 380
§ 1. Классификация коллоидных систем .......... 380
§ 2. Краткие сведения об истории коллоидной химии ..... 381
§ 3. Свойства коллоидных растворов ............ 383
§ 4. Методы приготовления коллоидных растворов...... 386
ГЛАВА XII. ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
КОЛЛОИДНЫХ РАСТВОРОВ ............... 388
§ 1. Рассеяние света (опалесценция)............. 388
§ 2. Нефелометрия .................... 391
§ 3. Ультрамикроскоп .................. 392
§ 4. Электронный микроскоп ................ 394
§ 5. Рентгенография и электронография .......... 395
§ 6. Абсорбция (поглощение) света коллоидами и окраска коллоидных растворов ................... 396
ГЛАВА XIII. МОЛЕКУЛЯРНО-КИНЕТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КОЛЛОИДНЫХ РАСТВОРОВ .................. 397
§ 1. Броуновское движение ................. 397
§ 2. Кинетическая устойчивость дисперсных систем и седимен-
тационное равновесие ................ 401
§ 3. Осмотическое давление ................ 404
§ 4. Равновесие Доннана ................. 405
ГЛАВА XIV. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КОЛЛОИДНЫХ РАСТВОРОВ ......................... 408
§ 1. Электроосмос и электрофорез ............. 408
§ 2. Электрокинетический потенциал ............ 410
§ 3. Строение коллоидных частиц.............. 414
ГЛАВА XV. АГРЕГАТИВНАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ КОЛЛОИДНЫХ РАСТВОРОВ И КОАГУЛЯЦИЯ ................. 415
§ 1. Общие положения .................. 415
§ 2. Теория устойчивости гидрофобных коллоидных растворов. 415
§ 3. Влияние электролитов на коагуляцию ......... 418
§ 4. Влияние температуры и глубокого диализа на коагуляцию.
Коагуляция коллоидов коллоидами .......... 422
§ 5. Защита коллоидов растворами ВМС........... 424
§ 6. Скорость коагуляции ................. 425
ГЛАВА XVI. РЕОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ. 426
§ 1. Общее понятие о реологии дисперсных систем...... 426
§ 2. Вязкость дисперсных и коллоидных систем....... 429
§ 3. Связнодисперсные системы .............. 431
ГЛАВА XVII. СВОЙСТВА РАСТВОРОВ ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫХ
СОЕДИНЕНИЙ ...................... 435
§ 1. Строение высокомолекулярных соединений ....... **"
§ 2. Общая характеристика растворов высокомолекулярных сое-
динений...................... 436
§ 3. Набухание и растворение ВМС............. 437
§ 4. Термодинамические свойства растворов высокомолекулярных
соединений ..................... 439
§ б. Вязкость растворов высокомолекулярных соединений . . . 441 § 6. Растворы полимерных электролитов. Изоэлектрическая
точка .....,................... 443
ГЛАВА XVIII. КОЛЛОИДНЫЕ СИСТЕМЫ С ТВЕРДОЙ ДИСПЕРСИОННОЙ СРЕДОЙ........................ 443
ГЛАВА XIX. ЭМУЛЬСИИ, СУСПЕНЗИИ, ПЕНЫ, АЭРОЗОЛИ .... 448
§ 1. Общая характеристика эмульсий ............ 448
§ 2. Устойчивость эмульсий................. 449
§ 3. Разрушение и обращение эмульсий........... 451
§ 4. Пены ........................ 452
§ 5. Суспензии ................. ... 455
§ 6. Аэрозоли ...................... 456
Цена: 150руб.
