Физическая и коллоидная химия (стр. 1 )

Н. Н.БОГДАШЕВ

ФИЗИЧЕСКАЯ И КОЛЛОИДНАЯ ХИМИЯ

КУРС ЛЕКЦИЙ

ЧАСТЬ I. ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

Пятигорск

2002

ББК 24.5

УДК: 54

Р е ц е н з е н т ы:

1.  Доцент кафедры физической и коллоидной химии Пятигорской государственной фармацевтической академии, кандидат фармацевтических наук .

2.  Преподаватель кафедры аналитической химии Пятигорской государственной фармацевтической академии, кандидат химических наук

Автор: доктор фармацевтических наук

Курс лекций по физической и коллоидной химии. Часть I - Физическая

химия.

Для студентов фармацевтических ВУЗов.

Редакционный совет:

Председатель - проф. , проф. , проф. В. И.По­го­ре­лов, проф. , проф. , проф. , доц. В. В.Га­цан, доц. , , .

ОГЛАВЛЕНИЕ

	Стр.
Предисловие.	. . 9
Принятые обозначения.	. 11
Основные физические константы	. .12
ВВЕДЕНИЕ
1.	Предмет физической химии, её место среди естественно­научных дисциплин и значение для фармации, медицины и биологии. . .	. .13
2	Краткий исторический очерк развития физической химии. . .	. .16
3.	Методы физической химии	. 18
I. ХИМИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА
ГЛАВА	1. Общие сведения из термодинамики. Нулевое и первое начала термодинамики	. .21
1.1.	Краткий исторический очерк	. .22
1.2.	Основные понятия и величины.	. .22
1.3.	Нулевое начало термодинамики.	. .27
1.4.	Первое начало термодинамики . .	. .27
1.5.	Энтальпия. .	. .29
ГЛАВА	2. Термохимия	. .32
2.1.	Термохимия, её задачи и значение	. .32
2.2.	Краткий исторический очерк. . .	. .32
2.3.	Калориметрические измерения . .	. .33
2.4.	Тепловой эффект химической реакции. . .	. .34
2.4.1.	Соотношение между тепловыми эффектами реакций при постоянном объёме и при постоян­ном давлении	. .35
2.4.2.	Тепловые эффекты, используемые при термохимических измерениях и вычислениях	. .36
2.5.	Стандартные состояния. Стандартные условия	. .37
2.6.	Термохимические уравнения. . .	. .38
2.7.	Закон Гесса.	. .39
2.8.	Зависимость теплового эффекта реакции от температуры. Уравнение Кирхгоффа	. .43
2.9.	Теплота растворения. .	. .46
2.10.	Теплота нейтрализации	.49
ГЛАВА	3. Второе и третье начала термодинамики
3.1.	Второе начало термодинамики. .	. .50
3.1.1.	Статистический характер второго начала термодинамики	. .52
3.2.	Обратимые и необратимые процессы. Самопроизвольные и несамопроизвольные процессы	. .52
3.3.	Факторы интенсивности и экстенсивности (ёмкости.	. .53
3.4.	Термодинамическая вероятность системы	. .54
3.5.	Энтропия . . .	. .55
3.5.1.	Энтропия со статистической точки зрения.	. .55
3.5.2.	Энтропия с термодинамической точки зрения	. .56
3.6.	Расчёт изменения энтропии для различных процессов	. .58
3.6.1.	Изотермическое расширение идеального газа	. .58
3.6.2.	Изотермические фазовые переходы (плавление, кипение, сублимация. .	. .59
3.6.3.	Неизотермический физический процесс (нагревание или охлаждение тела	. .59
3.6.4.	Химические реакции. .	. .60
3.7.	Третье начало термодинамики. Постулат Планка. Абсолютная энтропия	. .60
3.8.	Энергия Гельмгольца. Энергия Гиббса. Критерий достижения химического равновесия	. .62
3.9.	Свободная и связанная энергия. .	. .65
3.10.	Максимальная работа процесса и химическое сродство	. .66
3.11.	Уравнение максимальной работы (уравнение Гиббса - Гельмгольца.	. .67
II. ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ
ГЛАВА	4. Термодинамика химического равновесия
4.1.	Химическое равновесие	. .70
4.2.	Краткий исторический очерк. . .	. .71
4.3.	Константа равновесия.	. .72
4.4.	Расчёты с применением констант равновесия	. .75
4.4.1.	Определение направления протекания обратимых реакций. . .	. .75
4.4.2.	Расчёт равновесного выхода продуктов реакции. . .	. .76
4.5.	Факторы, влияющие на равновесие. Принцип Ле-Шателье - Брауна	. .77
4.5.1.	Влияние на равновесие начального состава реакционной смеси. Уравнение изотермы химической реакции	. .78
4.5.2.	Влияние температуры на равновесие. Уравнения изобары и изохоры химической реакции. . .	. .81
4.5.3.	Влияние на равновесный выход изменения объёма и давления реакционной смеси. . .	. .82
4.6.	Способы вычисления констант равновесия	. .83
4.7.	Химическое равновесие в гетерогенных системах. .	. .86
III. ФАЗОВОЕ РАВНОВЕСИЕ
ГЛАВА	5. Термодинамика фазового равновесия
5.1.	Краткий исторический очерк. . .	. .88
5.2.	Фазовые переходы. . .	. .89
5.3.	Основные понятия	. .90
5.4.	Правило фаз.	. .91
5.5.	Общее условие фазового равновесия. Химический потенциал	. .92
ГЛАВА	6. Фазовые равновесия в однокомпонентных системах
6.1.	Связь между давлением и температурой фазовых переходов. Уравнение Клапейрона	. .94
6.1.1.	Процесс кипения. Уравнение Клаузиуса – Клапейрона	. .98
6.2.	Физико-химический анализ. Фазовые диаграммы. .	.100
6.3.	Диаграмма состояния воды	.101
ГЛАВА	7. Фазовые равновесия в двухкомпонент­ных системах. Растворы неэлектро­ли­тов
7.1.	Растворы. Основные понятия. . .	.105
7.2.	Значение растворов для фармации	.107
7.3.	Концентрация. Способы выражения концентрации.	.107
7.4.	Двухкомпонентные растворы летучих жидкостей. Закон Рауля	.110
7.5.	Отклонения от закона Рауля	.113
7.6.	Первый закон Коновалова	.116
7.7.	Диаграммы кипения. . .	.117
7.8.	Второй закон Коновалова	.119
7.9.	Правило рычага	.121
7.10.	Перегонка бинарных жидкостных смесей.	.123
7.11.	Разделение азеотропных смесей.	.125
7.12.	Ограниченно растворимые жидкости	.127
7.13.	Диаграммы растворения. Правило Алексеева	.128
7.13.1.	Системы с верхней критической температурой растворения. .	.129
7.13.2.	Системы с нижней критической температурой растворения. . .	.132
7.13.3.	Системы с верхней и нижней критическими температурами растворения	.133
7.14.	Растворы нелетучих веществ. Коллигативные свойства растворов . . .	.134
7.15.	Понижение температуры замерзания растворов. Криометрия.	.135
7.16.	Повышение температуры кипения растворов. Эбулиометрия.	.139
7.17.	Осмос	.140
7.17.1.	Осмотическое давление	.142
7.17.2.	Осмометрия .	.143
7.17.3.	Значение осмотических явлений	.144
7.18.	Несмешивающиеся жидкости. . .	.147
7.19.	Перегонка с водяным паром	.148
7.20.	Диаграммы плавления. Термический анализ	.150
7.20.1.	Системы, состоящие из неизоморфных веществ	.151
7.20.2.	Системы, состоящие из веществ, образующих химические соединения . .	.156
7.20.3.	Системы, состоящие из веществ, образующих твёрдые растворы	.160
7.21.	Правило рычага для конденсированных систем	.162
ГЛАВА	8. Фазовые равновесия в трёхкомпонентных системах. Экстракция
8.1.	Третий компонент в двухслойной жидкой системе. Закон распределения Нернста	.164
8.2.	Жидкостная экстракция	.165
IV. ЭЛЕКТРОХИМИЯ
ГЛАВА	9. Электрохимия. Растворы электролитов. Кондуктометрия
9.1.	Предмет электрохимии и её значение для фармации, медицины и биологии	.171
9.2.	Краткий исторический очерк. . .	.171
9.3.	Коллигативные свойства растворов электролитов. . .	.172
9.4.	Буферные растворы. Буферная ёмкость. . .	.174
9.5.	Электрическая проводимость растворов. Закон Кольрауша. . .	.176
9.6.	Кондуктометрические измерения	.182
9.6.1.	Прямая кондуктометрия	.182
9.6.2.	Кондуктометрическое титрование	.183
ГЛАВА	10. Электродные процессы и электро­дви­жу­щие силы
10.1.	Основные понятия и величины.	.187
10.2.	Электроды первого и второго рода. Газовые электроды	.190
10.3.	Термодинамика гальванического элемента	.194
10.4.	Формула записи гальванического элемента	.197
10.5.	Уравнение Нернста. . .	.198
10.6.	Контактный и диффузионный потенциалы	.202
ГЛАВА	11. Потенциометрические измерения
11.1.	Потенциометрия	.204
11.2.	Потенциометрическое измерение рН растворов. Ионометрия.	.204
11.3.	Потенциометрическое определение концентрации (активности) ионов. Концентрационные гальванические элементы	. .207
11.4.	Определение констант равновесия электрохимических реакций. Окислительно-восстановительные электроды и гальванические элементы	.211
V. ХИМИЧЕСКАЯ КИНЕТИКА И КАТАЛИЗ
ГЛАВА	12. Формальная и молекулярная кинетика
12.1.	Предмет химической кинетики и её значение для фармации, медицины и биологии.	.215
12.2.	Краткий исторический очерк. . .	.217
12.3.	Кинетическая классификация химических реакций. Порядок и молекулярность реакции	.217
12.4.	Скорость химической реакции. Время полупревращения	.220
12.5.	Закон действующих масс. Константа скорости	.222
12.6.	Расчёт констант скорости для реакций различных порядков. .	.224
12.6.1.	Реакции первого порядка	.224
12.6.2.	Реакции второго порядка	.228
12.7.	Определение порядка реакции. .	.231
12.8.	Механизмы химических реакций	.232
12.9.	Влияние температуры на скорость реакции	.233
12.9.1.	Правило Вант-Гоффа. .	.234
12.9.2.	Теория активных столкновений. Уравнение Аррениуса	.235
12.10.	Теория переходного состояния. Активированный комплекс. .	.238
12.11.	Гетерогенные реакции.	.242
ГЛАВА	13. Катализ
13.1.	Основные понятия. Значение катализа для медицины, фармации и биологии. .	.244
13.2.	Краткий исторический очерк. . .	.245
13.3.	Виды катализа	.245
13.4.	Механизм действия катализаторов	.247
13.5.	Гомогенный катализ. .	.247
13.6.	Гетерогенный катализ.	.249
13.7.	Теории гетерогенного катализа. .	.251
13.7.1.	Мультиплетная теория.	.251
13.7.2.	Теория активных ансамблей	.253
13.7.3.	Электронная теория. . .	.254
13.8.	Ингибиторы .	.259
VI. ФОТОХИМИЯ
ГЛАВА	14. Фотохимические реакции
14.1.	Значение фотохимических реакций	.256
14.2.	Первичные и вторичные фотохимические процессы	.257
14.3.	Законы фотохимии. . .	.258
14.4.	Фотохимическая эффективность	.259
14.5.	Фотосенсибилизация . .	.260
Использованная литература	.261
Предметный указатель.	.263