Предлагаемый учебник коллоидной химии обобщает опыт использования в учебном процессе первого издания этой книги, которое выходило в 1982 г. в издательстве МГУ. При подготовке данного издания произведены переработка и частичная перекомпоновка материала, включены новые сведения, в том числе некоторые вопросы коллоидной химии биологических объектов.
В учебнике последовательно проводится разграничение основного материала, соответствующего программе, и дополнительных сведений. Основные вопросы излагаются в значительной мере на полуколичественном, а в ряде случаев на качественном уровне; этот текст набран обычным шрифтом. Количественные выводы и другие усложненные вопросы даны большей частью мелким шрифтом (петитом). Вводимые впервые понятия, как правило, выделены курсивом.
Учебник использует многолетний опыт преподавания коллоидной химии на химическом факультете Московского университета, в некоторых разделах привлекаются результаты научно-исследовательских работ, выполненных на кафедре коллоидной химии МГУ и в лаборатории физико-химической механики Института физической химии АНР.
В зависимости от особенностей постановки учебного процесса в различных вузах страны некоторые смежные разделы (адсорбция газов и паров, хроматография, электрокапиллярные явления, физическая химия высокомолекулярных соединений и др.) могут включаться в другие учебные курсы. По таким разделам в учебнике излагается лишь тот материал, который является коллоидно-химическим по существу и необходим по логике построения курса. Более подробное изложение этих вопросов, а также современных коллоидно-химических методов исследования читатели могут найти в руководствах по практикуму, пособиях и монографиях, приведенных в конце книги. В связи с разветвленным, интердисциплинарным характером коллоидно-химической науки в книге многократно используются ссылки на предыдущие и последующие главы, что помогает восприятию взаимосвязи разделов учебника.
В соответствии с определяющей ролью поверхностных явлений в образовании и устойчивости дисперсных систем учебник начинается с описания поверхностных явлений на различных по фазовому состоянию контактирующих фаз границах раздела
3
(гл. I—III), затем рассматриваются образование (гл. IV), свойс ва (гл. V—VII) и устойчивость дисперсных систем (гл. VIII—} завершается книга изложением основ новой области коллоидн химической науки—физико-химической механики.
Учебник рассчитан на студентов химических факультетов уи
верситетов и может служить пособием для студентов другв
факультетов университетов и вузов, изучающих коллоидну!
химию как самостоятельный предмет. Книга может быть испол!
зована также широким кругом научных работников и аспирав
тов, инженеров и технологов, занятых в различных областж
науки и производства, связанных с применением дисперсньв
систем и поверхностных явлений.
Авторы сердечно благодарят коллектив кафедры коллоидной химии МГУ, членов методической комиссии, помогавших своими рекомендациями подготовке этого учебника, и других коллег, высказавших ценные соображения о совершенствовании коллоидно-химического образования. Авторы выражают искреннюю признательность рецензентам—проф. М. А. Луниной а коллективу кафедры коллоидной химии С. Петербургского государственного университета, возглавляемому проф. А. И. Русановым. Авторы глубоко благодарны Е. П. Арсентьевой за гомощь в оформлении рукописи.
Авторы
ВВЕДЕНИЕ
Современная коллоидная химия как большая самостоятельная область химической науки, изучающая вещество в дисперсном состоянии, выделяется среди других областей химии тем, что в центре ее внимания находятся поверхностные явления. Дисперсные системы и поверхностные явления неразрывны; именно поверхностные яв.цения определяют характерные свойства дисперсных систем и пути управления этими свойствами. Вместе с тем следует подчеркнуть, что коллоидная химия—своеобразная пограничная область знания, складывавшаяся во взаимодействии химии, физики и других смежных наук в постепенном процессе генезиса, отпочковывания, дифференциации и слияния их разделов. Как пограничная область коллоидная химия тесно связана с изучением кинетики электрохимических процессов на межфазных поверхностях, микрогетерогенности (зарождения новых фаз и структур) в дисперсиях природных и синтетических полимеров, процессов сорбции и ионного обмена в ультрамикропористых системах, а также с такими областями науки, как химия и физика твердого тела, молекулярная физика, механика материалов, реология, гидродинамика и т. д. Это определяет фундаментальную теоретическую разработанность и значительную математизированность многих ведущих разделов коллоидной химии с широким применением методов химической термодинамики и статистики, термодинамики необратимых процессов, электродинамики, квантовой теории, теорий газового и конденсированного состояния вещества, структурной органической химии, статистики макромолеку-лярных цепей и т. д. В последние годы интенсивно развиваются методы молекулярной динамики—численного эксперимента динамического типа с использованием быстродействующих ЭВМ.
Тесные контакты коллоидной химии со смежными дисциплинами способствовали обогащению ее экспериментальной базы. Наряду с классическими методами эксперимента, ро-Дивщимися именно в коллоидной химии (определение поверхностного натяжения, ультрамикроскопия, диализ и ультра-Фильтрация, дисперсионный анализ и порометрия, изучение Рассеяния света и т. п.), в разных разделах коллоидной химии эффективно используют всевозможные спектральные методы (ЛМР, ЭПР, УФ- и ИК-спектроскопия, гашение люминесценции, Многократно нарушенное полное внутреннее отражение, элли-псометрия), рентгеновские методы, радиоактивные изотопы,
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие ,
..................... 3
Введение . •....................... 5
Гдава I. Поверхностные явленна • строение поверхности раздела фаз в од-
вокомпояентвых системах................ 16
1. Некоторые соотношения термодинамики поверхности разрыва в од-нокомпонентной системе................ 16
2. Поверхностная энергия и межмолекулярные взаимодействия в конденсированной фазе................ 24
3. Влияние кривизны поверхности на равновесие в однокомпонент-
ной системе................... . 35
4. Методы определения удельной свободной поверхностной энергии 43
Глава II. Адсорбционные явлении. Строение и свойства адсорбционных
слоев на границе жидкость — газ............. S1
1. Основы термодинамики адсорбции. Уравнение Гиббса .... 52
2. Строение и свойства адсорбционных слоев на границе раздела вода — воздух................... 64
3. Классификация поверхностно-активных веществ и современный ассортимент синтетических ПАВ............ 89
Глава III. Поверхности раздела конденсированных фаз. Явления смачивания ........................ 99
1. Границы раздела между конденсированными фазами в двухком-понентных системах................. 99
2. Адсорбция на границах раздела конденсированных фаз . . . 106
3. Смачивание и растекание............... 115
4. Применение ПАВ для управления процессами смачивания и избирательного смачивания............... 127
5. Флотация ..................... 131
Глава IV. Образование'дисперсных систем........... 135
1. Основы термодинамики дисперсных систем........ 136
2. Термодинамические основы образования зародышей новой фазы 143
3. Кинетика возникновения зародышей новой фазы в метастабилькой системе.................... 155
4. Скорость роста частиц новой фазы........... 159
5. Конденсационное образование дисперсных систем..... 163
6. Процессы диспергирования в природе и технике...... 166
р
'лава V. Молекулярно-кинетические свойства дисперсных систем ... 169
1- Броуновское движение и диффузия в коллоидных системах . . 169
2. Некоторые соотношения теории флуктуации........ 178
3. Седиментация в дисперсных системах. Седиментационные методы дисперсионного анализа.............. 181
4. Седиментационно-диффузионное равновесие в дисперсных системах. Применение центрифуг для дисперсионного анализа ... 186
4П
Глава VI. Оптические свойства дисперсных систем........ 192
1. Рассеяние света малыми частицами (по Рэлею)...... 192
2. Оптические свойства дисперсных систем при увеличении размера частиц...................... 200
3. Рассеяние света на флуктуациях концентрации....... 204
4. Нефелометрия. Ультрамикроскопия........... 206
Глава VII. Электрические свойства дисперсных систем....... 209
1. Общие представления о природе двойного электрического слоя
и электрокинетических явлений............. 209
2. Основы теории строения двойного электрического слоя ... 213
3. Основы теории электрокинетических явлений........ 227
4. Электрические свойства свободнодисперсных систем..... 234
5. Особенности электрических и фильтрационных свойств связно-дисперсных систем (пористых диафрагм и мембран)..... 241
6. Влияние электролитов на строение двойного электрического слоя и электрокинетические явления. Ионный обмен .... 248
7. Электрокапиллярные явления............. 257
Глава VIII. Лиофнльные коллоидные системы.......... 260
1. Условия образования и термодинамической стабильности лио-фильных коллоидных систем.............. 260
2. Критические эмульсии, как лиофильные коллоидные системы . 264
3. Мицеллообразование в растворах ПАВ.......... 267
4. Солюбилизация в растворах мицеллообразующих ПАВ, образование микроэмульсий................ 278
5. Лиофильные коллоидные системы в дисперсиях высокомолекулярных веществ.................. 283
Глава IX. Общие причины разрушения • относительной стабильности
лиофобных -дисперсных систем.............. 286
1. Седиментационная и агрегативная устойчивость дисперсных систем. Роль теплового движения............. 286
2. Молекулярные взаимодействия в дисперсных системах .... 296
3. Факторы стабилизации дисперсных систем........ 303
4. Электростатическая составляющая расклинивающего давления и ее роль в устойчивости дисперсных систем. Основы теории ДЛФО...................... 307
5. Структурно-механический барьер............ 316
6. Кинетика коагуляции................ 319
7. Влияние изотермической перегонки на уменьшение дисперсности 324
Глава X. Особенности строения, устойчивости и разрушения лиофобных
дисперсных систем различной природы........... 328
1. Аэрозоли..................... 328
2. Пены и пенные пленки................ 335
3. Эмульсии и эмульсионные пленки........... 343
4. Суспензии и золи................. 354
5. Коагуляция гидрофобных золей электролитами...... 356
6. Моющее действие. Микрокапсулирование......... 361
7. Системы с твердой дисперсионной средой....... . . 364
Глава XI. Основы физико-химической механики......... 365
1. Способы описания механических свойств. Основы реологии . 366
2. Структурообразование в дисперсных системах....... 375
3. Реологические свойства дисперсных систем........ 387
4. Физико-химические явления в процессах деформации и разрушения твердых тел. Эффект Ребиндера........... 396
Литература.....................,. 412
Цена: 150руб.
