- •Методическое пособие для студентов специальности
- •Часть I. Физическая химия
- •1. Электрохимические системы. Химические источники тока. Коррозия металлов
- •1.1. Предмет электрохимии
- •1.2. Электродные потенциалы. Уравнение Нернста
- •Стандартные потенциалы металлических, водородного и кислородного электродов (при парциальных давлениях водорода и кислорода 1 атм), измеренные относительно стандартного водородного электрода
- •1.3. Направление окислительно-восстановительных реакций с участием металлов, водорода и кислорода в водных растворах электролитов
- •Реакции металлов с раствором соли другого металла
- •Реакции металлов с растворами кислот, водой и растворами щелочей
- •Реакции молекулярного н2 с растворами солей металлов
- •Реакции кислорода с металлами в присутствии водной среды
- •1.4. Химические источники тока
- •1.5. Электрохимическая коррозия металлов
- •1.6. Примеры решения задач
- •1.7. Задачи для самостоятельной работы
- •Лабораторная работа № 1. Коррозия и защита металлов
- •Опыт 3. Влияние хлорид - ионов на коррозию алюминия
- •2. Равновесная термодинамика. Химические и фазовые равновесия в одно- и многокомпонентных системах
- •2.1. Химический потенциал. Правило фаз
- •2.2. Фазовые равновесия в однокомпонентных системах
- •2.3. Фазовые равновесия в двухкомпонентных системах
- •2.3.1. Равновесие между жидкой и твердой фазой. Эвтектические смеси
- •2.3.2. Равновесие между жидкостью и насыщенным паром. Азеотропные смеси. Законы Коновалова
- •2.4. Примеры решения задач
- •2.5. Задачи для самостоятельной работы
- •3. Поверхностные явления. Адсорбция
- •3.1. Движущие силы адсорбции
- •3.2. Адсорбция на границе раздела жидкой и газообразной фаз. Поверхностно-активные вещества (пав)
- •3.3. Адсорбция на границе раздела твердой и жидкой (или газообразной) фаз
- •3.3.1. Теория мономолекулярной адсорбции
- •3.3.2. Хроматография
- •3.3.3. Ионообменная адсорбция и хроматография
- •3.4. Примеры решения задач
- •3.5. Задачи для самостоятельной работы
- •Лабораторная работа № 2. Адсорбция уксусной кислоты из водного раствора на активированном угле
- •Реактивы и посуда
- •Методика выполнения работы
- •4. Кинетика и катализ
- •4.1. Теория абсолютных скоростей химических реакций
- •4.2. Кинетика каталитических реакций
- •Гомогенный и гетерогенный катализ
- •Ферментативные реакции
- •Примеры каталитических процессов
- •4.3. Принцип линейных соотношений свободных энергий (лссэ)
- •Соотношение Бренстеда
- •Принцип энергетического соответствия Баландина
- •Уравнение Гаммета
- •4.4. Задачи для самостоятельной работы
- •Литература по курсу физической химии
- •Часть II. Основы коллоидной химии
- •1. Дисперсные системы. Смачивание. Капиллярные явления
- •Степень раздробленности дисперсной фазы характеризуют дисперсностью где - поперечный размер частиц (диаметр при их сферической форме).
- •1.1. Типы дисперсных систем
- •1.2. Смачивание
- •1.3. Капиллярные явления. Фазовые равновесия в системах с искривленной поверхностью раздела фаз
- •1.3.1. Фазовые равновесия в двухфазных системах с искривленной поверхностью раздела фаз
- •1) Жидкость ↔ насыщенный пар;
- •2) Твердый электролит ↔ ионы в насыщенном растворе.
- •1.3.2. Равновесия при контакте трех фаз с искривленными межфазными границами
- •А) Сферическая поверхность жидкость – газ
- •Б) Цилиндрическая поверхность жидкость – газ
- •1.4. Примеры решения задач
- •1.5. Задачи для самостоятельной работы
- •2. Устойчивость, получение, свойства, стабилизация и коагуляция коллоидных систем
- •2.1. Термодинамика образования лиофильных и лиофобных коллоидных систем
- •2.2. Особые свойства коллоидных систем
- •Особые свойства коллоидных систем можно подразделить на две основные группы :
- •Оптические свойства
- •Молекулярно-кинетические свойства
- •Адсорбционные свойства
- •Электрокинетические свойства
- •2.3. Методы получения лиофобных коллоидных систем Диспергирование
- •Конденсационные методы (методы укрупнения)
- •2.4. Стабилизация лиофобных коллоидных систем (золей, эмульсий)
- •2.4.1. Стабилизация электролитами
- •2.4.2. Стабилизация в присутствии пав и полимеров
- •2.5. Коагуляция коллоидных систем
- •2.6. Примеры решения задач
- •2.7. Задачи для самостоятельной работы
- •Лабораторная работа Получение, коагуляция и стабилизация лиофобных коллоидных систем
- •Опыт 3. Получение и коагуляция золя гидроксида трехвалентного железа
- •Опыт 4. Определение порога коагуляции
- •Литература по курсу коллоидной химии*
- •Вопросы и задачи для подготовки к экзамену по курсу физической и коллоидной химии Физическая химия
- •1. Электрохимические системы. Химические источники тока. Коррозия металлов
- •2. Адсорбция и хроматография
- •3. Фазовые равновесия
- •4. Кинетика и катализ
- •Основы коллоидной химии
МОСКОВСКИЙ
АВТОМОБИЛЬНО-ДОРОЖНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ (МАДИ)
Кафедра химии
Утверждаю
Зав. кафедрой профессор
___________И.М. Паписов
“_____”___________2012 г.
А.А. ЛИТМАНОВИЧ, О.Е. ЛИТМАНОВИЧ, Е.А. ЕЛИСЕЕВА
ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ.
ОСНОВЫ КОЛЛОИДНОЙ ХИМИИ
Методическое пособие для студентов специальности
“Инженерная защита окружающей среды”
МОСКВА 2012
УДК 544.77
ББК 24.6
Л 64
Л 64 Литманович, А.А. Физическая химия. Основы коллоидной химии: метод. пособие / А.А. Литманович, О.Е. Литманович, Е.А. Елисеева; МАДИ. - М., 2012. 122 с.
Часть I методического пособия включает некоторые разделы физической химии: электрохимия (в том числе учение о коррозии металлов); физикохимия поверхностных явлений; законы фазовых равновесий в многофазных и многокомпонентных системах; учение о катализе и кинетика каталитических реакций. В части II рассмотрены особенности систем с искривленными поверхностями раздела двух фаз – микрогетерогенных систем (дисперсных и коллоидных), а также явления при искривленных поверхностях раздела трех фаз (смачивание и капиллярные явления). Пособие предназначено для студентов специальности “Инженерная защита окружающей среды”, обучающихся по программе подготовки как специалистов, так и бакалавров.
Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ), 2012
Часть I. Физическая химия
ВВЕДЕНИЕ
Физическая химия исследует химические явления с помощью теоретических и экспериментальных методов физики и является теоретическим фундаментом современной химии, опирающимся на такие важнейшие разделы физики как квантовая механика, статистическая физика и термодинамика, нелинейная динамика, теория поля и др.
Физическая химия включает учение о строении вещества, химическую термодинамику, химическую кинетику и катализ (с основами этих разделов физической химии Вы ознакомились в курсе общей химии).
В этом курсе Вы познакомитесь с фазовыми равновесиями в сложных многофазных и многокомпонентных системах и расчетами их равновесного состава на основе химической термодинамики, описывающей равновесные состояния и обратимые процессы (необратимые процессы являются предметом термодинамики необратимых процессов).
Кроме того, в качестве отдельных разделов физической химии Вы ознакомитесь с электрохимией (в том числе – учением о коррозии металлов), физико-химией поверхностных явлений, c кинетикой каталитических реакций и наиболее важными видами катализа.
Физико-химия высокомолекулярных соединений (в частности, растворов полимеров) будет рассмотрена в элективной части курса коллоидной химии.
1. Электрохимические системы. Химические источники тока. Коррозия металлов
1.1. Предмет электрохимии
Электрохимия – раздел физической химии, в котором изучаются химические процессы и явления с участием ионов и электронов, имеющие место на границе раздела фаз. Вспомним, что фаза – однородная по химическому составу и термодинамическим свойствам часть системы, отделенная от других частей (фаз) поверхностями раздела. На этих границах скачкообразно меняются свойства системы (состав, плотность, параметры кристаллической решетки и т.п.).
В электрохимии обычно одной из фаз является металл, а второй – раствор или расплав электролита. Установление химического равновесия на границе металла с раствором электролита сопровождается переносом части ионов металла из металла в раствор либо из раствора на поверхность металла, в результате чего поверхность металла может приобретать заряд того или иного знака (вспомните особенности строения кристаллической решетки металлов). Поэтому на границе раздела фаз всегда формируется двойной электрический слой (ДЭС) и существует некоторый равновесный скачок электрического потенциала Е (В), называемый электродным потенциалом (более общее и знакомое из курса общей химии название – окислительно-восстановительный потенциал).
Если в такой двухфазной системе возможно химическое взаимодействие зарядов металла (ионов в узлах кристаллической решетки и электронов) с ионами и молекулами раствора (расплава), то свободная энергия окислительно-восстановительной реакции может быть преобразована в электрическую энергию (в химических источниках постоянного тока).
И наоборот, пропускание постоянного электрического тока через раствор или расплав электролита вызывает соответствующие химические процессы на границе раздела фаз (электролиз ) [1, 2].