УЧЕБНИК ПО ФХ
.pdf
Кумыков Р.М., Беев А.А., Беева Д.А.
КРАТКИЙ КУРС
ФИЗИЧЕСКОЙ И КОЛЛОИДНОЙ
ХИМИИ
НАЛЬЧИК 2013
1
Кумыков Р.М., Беев А.А., Беева Д.А.
КРАТКИЙ КУРС
ФИЗИЧЕСКОЙ И КОЛЛОИДНОЙ
ХИМИИ
Допущено
в качестве учебного пособия для студентов, специальностей факульте-
та технологии пищевых производств, а также аспирантов и преподава-
телей нехимических специальностей высших учебных заведений
Издательство « типография КБГАУ им. В.М. Кокова»
Нальчик 2013
2
ББК 24.5
Х 65
УДК 541.1 (075.8)
Рецензенты:
Кафедра физической химии Кабардино-Балкарского государственного уни-
верситета (зав. кафедрой д.х.н., проф. Кушхов Х.Б.) и д.х.н., проф. Алоев В.З. ( Кабардино-Балкарский государственный аграрный университет им.
В.М. Кокова)
Кумыков Р.М., Беев А.А., Беева Д.А.
Краткий курс физической и коллоидной химии: Учебное пособие для
студентов, специальностей факультета технологии пищевых производств высших учебных заведений
ISBN
В учебном пособии изложены основные разделы физической и коллоидной химии: состояние вещества, химическая термодинамика, термохимия, химиче-
ское и фазовое равновесие, химическая кинетика и катализ, фотохимия, термо-
динамические свойства растворов электролитов и неэлектролитов, электропро-
водность растворов электролитов, электрохимические процессы, поверхност-
ные явления , учение о коллоидных состояниях и др.
3
|
ОГЛАВЛЕНИЕ |
|
Предисловие -------------------------------------------------------------------- |
11 |
|
|
Часть первая. Физическая химия |
|
Введение ------------------------------------------------------------------------ |
12 |
|
|
Глава Ι. Агрегатные состояния вещества |
|
1. Введение ----------------------------------------------------------------- |
14 |
|
2. Газообразное состояние ----------------------------------------------- |
15 |
|
3. Жидкое состояние ----------------------------------------------------- |
18 |
|
4. Твердое состояние ------------------------------------------------------------- |
20 |
|
5. |
Вопросы и задачи -------------------------------------------------------------- |
21 |
|
Глава Ι Ι Основы химической термодинамики |
|
1. |
Введение ---------------------------------------------------------------- |
23 |
2. |
Основные термодинамические понятия ------------------------- |
24 |
3. |
Первое начало термодинамики ---------------------------------- |
26 |
4. |
Приложения первого начала термодинамики к химическим |
|
|
процессам -------------------------------------------------------------- |
29 |
5. |
Зависимость теплового эффекта химической реакции от |
|
|
температуры ---------------------------------------------------------- |
33 |
6. |
Второе начала термодинамики. Энтропия. --------------------- |
35 |
7. |
Третье начала термодинамики ------------------------------------ |
42 |
8. |
Термодинамические потенциалы --------------------------------- |
44 |
9. |
Вопросы и задачи --------------------------------------------------- |
48 |
|
Глава Ι Ι Ι. Химическое и фазовое равновесие |
|
|
1. Введение ------------------------------------------------------------ |
51 |
2.Константа равновесия и ее выражение через равновесные концентрации, парциальные давления или мольные доли
реагирующих веществ ------------------------------------------- |
53 |
4
3. |
Химический потенциал. Изотерма химической реакции - |
54 |
|
4. |
Влияние внешних условий на химическое равновесие |
---- |
58 |
5. |
Фазовое равновесие. Правило фаз Гиббса.------------------- |
|
61 |
6. |
Влияние давления на температуру фазового |
|
|
|
перехода. Уравнение Клаузиуса – Клапейрона -------- |
64 |
|
7. |
Вопросы и задачи ---------------------------------------------------- |
|
65 |
|
Глава Ι V. Химическая кинетика |
|
1. |
Введение -------------------------------------------------------------- |
68 |
2. |
Скорость химической реакции. Влияние температуры на |
|
|
константу скорости реакции. ------------------------------------ |
69 |
3. |
Кинетическое уравнение химической реакции. Порядок |
|
|
реакции -------------------------------------------------------------- |
72 |
4. |
Молекулярность элементарных реакций. Сложные реак- |
|
|
ции -------------------------------------------------------------------- |
78 |
5. |
Цепные и фотохимические реакции --------------------------- |
81 |
6. |
Теория Арениуса. Активированный комплекс. |
Энергия |
|
активации. Уравнение Арениуса -------------------------------- |
87 |
7.Кинетика обратимых и гетерогенных химических реакций- 91
8.Каталитические реакции ( гомогенный, автокатализ,
гетерогенный и ферментативный) ----------------------------- |
93 |
9. Вопросы и задачи ------------------------------------------------ |
101 |
Глава V. Термодинамические свойства растворов неэлектролитов и
5
электролитов. |
|
|
1. |
Введение ---------------------------------------------------------- |
104 |
2. |
Образование растворов. Растворимость ------------------- |
106 |
3. |
Растворимость газов в газах --------------------------------- |
108 |
4. |
Растворимость газов в жидкостях -------------------------- |
108 |
5. |
Взаимная растворимость жидкостей ----------------------- |
109 |
6. |
Растворимость твердых веществ в жидкостях ----------- |
111 |
7. |
Давление насыщенного пара разбавленных растворов -111 |
|
8. |
Давление пара идеальных и реальных растворов ------- |
112 |
9. |
Температура кристаллизации и температура кипения |
|
|
разбавленных растворов -------------------------------------- |
114 |
10. |
Осмос. Осмотическое давление разбавленных растворов117 |
|
11. Теория электролитической диссоциации ----------------- |
119 |
|
12. |
Слабые электролиты. Константа диссоциации --------- |
120 |
13. |
Сильные электролиты. Активность. Коэфициент активности. |
|
|
Ионная сила ------------------------------------------------------ |
122 |
14. |
Вопросы и задачи ---------------------------------------------- |
124 |
Глава V Ι. Электропроводность растворов электролитов. |
|
|
1. Введение ----------------------------------------------------------- |
126 |
|
6
2.Удельная электропроводность растворов электролитов -- 127
3.Молярная электропроводность растворов электролитов -- 129
4. Вопросы и задачи -------------------------------------------------- |
131 |
|
|
Глава V ΙΙ. Электрохимические процессы |
|
1. |
Введение ------------------------------------------------------------ |
135 |
2. |
Электрические потенциалы на фазовых границах -------- |
136 |
3. |
Гальванический элемент. ЭДС гальванического элемента137 |
|
4. |
Электродный потенциал. Уравнение Нернста -------------- |
139 |
5. |
Классификация электродов ------------------------------------- |
141 |
6. |
Индикаторные электроды -------------------------------------- |
145 |
7. |
Окислительно-восстановительные электроды ------------- |
147 |
8. |
Вопросы и задачи ------------------------------------------------ |
149 |
|
Часть вторая. Коллоидная химия. |
|
Глава V ΙΙΙ. Поверхностные явления. |
|
|
1. |
Введение ------------------------------------------------------------ |
153 |
2. |
Растекание одной жидкости на поверхности другой. |
|
|
Адгезия и когезия ----------------------------------------------- |
154 |
3. |
Смачивание. Краевой угол смачивания. Гидрофильные |
|
|
и гидрофобные твердые поверхности. ----------------------- |
156 |
7
4. |
Капиллярное давление. Уравнение Томсона -------------- |
159 |
5. |
Поверхностная энергия. Адсорбция ------------------------ |
161 |
6. |
Адсорбция на границе раствор – пар ----------------------- |
163 |
7. |
Адсорбция на границе твердое тело – газ ---------------- |
166 |
8. |
Теории адсорбции. Теория мономолекулярной адсорбции |
|
|
Ленгмюра -------------------------------------------------------- |
167 |
9. |
Теория полимолекулярной адсорбции Поляни --------- |
170 |
10.Уравнение Фрейндлиха. Изотерма адсорбции ----------- |
171 |
|
11.Адсорбция на границе твердое тело – раствор ----------- |
172 |
|
12. Вопросы и задачи ---------------------------------------------- |
174 |
|
|
Глава ΙX. Коллоидные системы. |
|
1. |
Введение --------------------------------------------------------- |
178 |
2. |
Методы получения коллоидно – дисперсных систем -- |
179 |
3. |
Очистка коллоидных систем -------------------------------- |
185 |
4. |
Молекулярно – кинетические свойства коллоидных |
|
|
систем ------------------------------------------------------------- |
187 |
5. |
Оптические свойства коллоидных систем ---------------- |
189 |
6. |
Электрические свойства коллоидных систем. ------------ |
192 |
7. |
Двойной электрический слой. Электрокинетические |
|
|
явления ----------------------------------------------------------- |
194 |
8
8. |
Кинетическая и агрегативная устойчивость коллоидных |
|
|
систем ------------------------------------------------------------ |
197 |
9. |
Коагуляция коллоидных систем ----------------------------- |
198 |
10.Механизм и кинетика коагуляции золей электролитами 200 |
||
11. Взаимная коагуляция золей ---------------------------------- |
203 |
|
12. Старение золей ------------------------------------------------ |
203 |
|
13. Вопросы и задачи ---------------------------------------------- |
204 |
|
|
Глава X. Растворы высокомолекулярных соединений. |
|
1. |
Характеристика растворов ВМС. Физическое и фазовое |
|
|
состояние ВМС ----------------------------------------------- |
207 |
2. |
Осмотическое давление растворов полимеров --------- |
209 |
3. |
Набухание и растворение ВМС --------------------------- |
210 |
4. |
Структурообразование в коллоидных и высокомолекулярных |
|
|
системах --------------------------------------------------------- |
213 |
5. |
Вопросы и задачи ---------------------------------------------- |
217 |
|
Глава XΙ. Микрогетерогенные системы. |
|
1. |
Суспензии (взвеси) -------------------------------------------- |
218 |
2. |
Эмульсии -------------------------------------------------------- |
220 |
3. |
Порошки --------------------------------------------------------- |
223 |
4. |
Пены -------------------------------------------------------------- |
224 |
9
5. |
Аэрозоли -------------------------------------------------------- |
225 |
6. |
Дисперсные системы с твердой дисперсионной средой-227 |
|
7. |
Вопросы --------------------------------------------------------- |
229 |
|
Глава X ΙΙ. Гели. Студни. Полуколлоиды. |
|
1. |
Гели -------------------------------------------------------------- |
230 |
2. |
Студни ---------------------------------------------------------- |
230 |
3. |
Полуколлоиды ------------------------------------------------ |
232 |
4. |
Вопросы -------------------------------------------------------- |
233 |
Заключение ------------------------------------------------------- |
234 |
|
Список литературы -------------------------------------------- |
234 |
|
Приложения |
|
|
1. |
Основные термодинамические свойства некоторых соединений в |
|
|
стандартных условиях --------------------------------------- |
236 |
2. |
Константы диссоциации некоторых слабых электролитов в водных |
|
|
растворах при 25ºС--------------------------------------------- |
237 |
3. |
Коэффициенты активности ионов при различных ионных силах рас- |
|
|
твора -------------------------------------------------------------- |
238 |
10