В учебнике изложены основные разделы современной коллоидной химии - науки о дисперсном состоянии вещества: учение о поверхностных явлениях, свойствах адсорбционных слоев, получении и свойствах дисперсных систем, их устойчивости и стабилизации, структурообразовании в дисперсных системах, даны их теоретические и экспериментальные основы и принципы практического применения. Представлены такие фундаментальные проблемы, как механизмы действия поверхностно-активных веществ, лиофильность и самопроизвольное диспергирование, физико-химическая механика.
Соответствует Федеральному государственному образовательному стандарту высшего профессионального образования третьего поколения.
Для студентов университетов и химико-технологических вузов.
Оглавление
| Предисловие | | 6 |
| Введение |
| 8 |
| Г л а в а I. Поверхность раздела фаз и капиллярные явления |
| 15 |
| I.1. Термодинамические характеристики поверхности в однокомпонентных
системах |
| 15 |
| I.2. Поверхностная энергия и межмолекулярные взаимодействия в однокомпонентных системах |
| 25 |
| I. 3. Поверхности раздела между конденсированными фазами в двухкомпонентных системах |
| 37 |
I.4. Смачивание и растекание |
| 43 |
| I.5. Влияние кривизны поверхности на равновесие фаз |
| 55 |
| I. 5.I. Закон Лапласа. |
| 55 |
| I. 5.2. Уравнение Томсона (Кельвина) |
| 61 |
I. 6. Методы определения поверхностного натяжения жидкостей и удельной
свободной поверхностной энергии твердых тел |
| 63 |
Глава II. Адсорбционные явления. Строение и свойства адсорбционных слоев
на границе жидкость - газ |
| 72 |
| II. 1. Основы термодинамики адсорбции. Уравнение Гиббса |
| 73 |
| II.2. Адсорбция растворимых ПАВ |
| 86 |
| II.З. Адсорбционные слои нерастворимых ПАВ |
| 96 |
| II. 4. Классификация поверхностно-активных веществ и современный
ассортимент синтетических ПАВ | |
111 |
Глава III. Адсорбционные явления на поверхностях раздела конденсированных фаз.
Электроповерхностные явления |
| 121 |
| III. 1. Адсорбция ПАВ на поверхностях раздела конденсированных фаз |
| 121 |
| Ш.2. Применение ПАВ для управления процессами смачивания и избирательного смачивания |
| 132 |
| III.3. Адсорбция ионов; строение двойного электрического слоя |
| 139 |
| III.4. Ионный обмен |
| 154 |
| III.5. Электрокапиллярные явления. |
| 159 |
| Глава IV. Процессы переноса в дисперсных системах. Элекгрокинетические явления |
| 162 |
| IV. 1. Общее рассмотрение процессов переноса в дисперсных системах |
| 162 |
| IV.2. Общие представления о природе электрокинетических явлений |
| 168 |
| IV. 3. Процессы переноса в свободнодисперсных системах |
| 174 |
| IV.4. Особенности процессов переноса в связнодисперсных системах (пористых диафрагмах и мембранах) |
| 182 |
| TV 5 Влияние электполитов на элекпюкинетические явления |
| 190 |
| Глава V. Молекулярно-кинетнческне и оптические свойства дисперсных систем. Дисперсионный анализ |
| 195 |
| V.I. Седиментация и диффузия в дисперсных системах |
| 195 |
| V.2. Броуновское движение и флуктуации концентрации частиц дисперсной фазы |
| 201 |
| V.3. Рассеяние света малыми частицами (по Рэлею) |
| 208 |
| V.4. Оптические свойства дисперсных систем при увеличении размера частиц |
| 213 |
| V.5. Методы дисперсионного анализа |
| 218 |
| V.5.I. Седиментационный анализ |
| 222 |
| V.5.2. Использование центрифуг и ультрацентрифуг в дисперсионном анализе |
| 225 |
| V.5.3. Нефелометрия. Ультрамикроскопия |
| 228 |
| V.5.4. Рассеяние света на флуктуациях концентрации |
| 229 |
| Глава VI. Образование лиофильных и лиофобных дисперсных систем |
| 233 |
| VI.1 Лиофилъные и лиофобные дисперсные системы |
| 234 |
| VI.2. Мицеллообразование в растворах ПАВ |
| 242 |
| VI.2.1. Термодинамика мицеллообразования |
| 245 |
| V1.2.2. Концентрированные дисперсии мицеллообразующих ПАВ |
| 251 |
| VI.2.3. Мицеллообразование в неводных средах |
| 253 |
| VI.3. Солюбилизаиия в растворах мицеллообразующих ПАВ, образование микроэмульсий |
| 255 |
| VI.4. Критические эмульсии. Лиофильные коллоидные системы в дисперсиях высокомолекулярных соединений |
| 262 |
| VI.5. Конденсационное образование лиофобных дисперсных систем |
| 267 |
| VI.5.1. Термодинамические основы гомогенного зародышеобразования (по Гиббсу - Фольмеру) |
| 267 |
| VI.5.2. Гетерогенное образование новой фазы |
| 273 |
| VI.5.3. Кинетика возникновения зародышей новой фазы в метастабиль-ной системе |
| 277 |
| VI.5.4. Скорость роста частиц новой фазы |
| 280 |
| VI.6 Получение лиофобных дисперсных систем |
| 284 |
| Глава VII. Общие причины разрушения я относительной стабильности лнофоб-ных дисперсных систем |
| 291 |
| VII. 1. Седиментационная и агрегативная устойчивость дисперсных систем. Роль теплового движения |
| 292 |
| VII.2. Тонкие пленки |
| 297 |
| VII.3. Молекулярные взаимодействия в дисперсных системах |
| 303 |
| VII.4. Факторы стабилизации дисперсных систем |
| 311 |
VII.5. Электростатическая составляющая расклинивающего давления и ее роль в устойчивости дисперсных систем.
Основы теории ДЛФО |
| 316 |
| VII.6. Структурно-механический барьер |
| 325 |
| VII.7. Кинетика коагуляции |
| 328 |
| VII.8. Влияние изотермической перегонки на уменьшение дисперсности |
| 334 |
| Глава VIII. Особенности строения, устойчивости и разрушения дисперсных систем различной природы |
| 339 |
| VIII. 1. Аэрозоли |
| 339 |
| V1II.2. Пены и пенные пленки |
| 347 |
| VIII.3. Эмульсии и эмульсионные пленки |
| 354 |
| VIII.4. Суспензии и золи |
| 364 |
| V1II.5. Коагуляция гидрофобных золей электролитами |
| 368 |
| VIII.6. Моющее действие. Микрокапсулирование |
| 372 |
| VIII.7. Системы с твердой дисперсионной средой |
| 375 |
| Глава IX. Основы физико-химической механики |
| 377 |
| IX.1. Способы описания механических свойств. Основы реологии |
| 379 |
| IX.2. Структурообразование в дисперсных системах |
| 388 |
| IX.3. Реологические свойства дисперсных систем |
| 401 |
| IX.4. Физико-химические явления в процессах деформации и разрушения твердых тел. Эффект Ребиндера |
| 410 |
| 1X.4.1. Влияние химической природы твердого тела и среды на проявление адсорбционного понижения прочности |
| 412 |
IX.4.2. Роль реальной структуры твердого тела и внешних условий в проявлении эффектов адсорбционного
влияния среды на механические свойства твердых тел |
| 418 |
| IX.4.3. Приложения эффекта Ребиндера |
| 423 |
| Заключение |
| 427 |
| Литература |
| 433 |
| Предметный указатель |
| 434 |
Посвящается светлой памяти
нашего учителя
Петра Александровича Ребиндера
Предисловие
Книга отражает основные разделы современной коллоидной химии - крупной самостоятельной области химической науки, изучающей дисперсное состояние вещества и поверхностные явления в дисперсных системах. В ней обобщен многолетний опыт педагогической, методической и научной работы коллектива кафедры коллоидной химии химического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова.
Развитие коллоидной химии и ее преподавание в Московском университете неразрывно связано с деятельностью академика Петра Александровича Ребиндера (1898-1972), который в течение 30 лет заведовал кафедрой коллоидной химии и заложил основы современного курса этой науки. В 1973-1994 гг. кафедрой заведовал академик Российской академии образования Е. Д. Щукин, конспекты лекций которого и составили исходный материал этой книги, в 1994-2005 гг. - профессор Б. Д. Сумм, а с 2006 г. кафедру возглавляет член-корреспондент Российской академии наук В. Г. Куличихин.
При подготовке книги авторы основывались на идеях П. А. Ребиндера о преподавании коллоидной химии как фундаментальной химической дисциплины, своем многолетнем опыте чтения лекций общих и специальных курсов коллоидной химии.
В четвертом и пятом изданиях учебника проведена необходимая корректировка и правка по сравнению с предыдущим существенно переработанным изданием 2004 г. с учетом всего 20-летнего опыта использования учебника для преподавания коллоидной химии в МГУ и других вузах СНГ и за рубежом. Первое издание было переведено на испанский (1988 г. "Мир") и чешский (1990 г. "Akademia" Praha) языки, второе - на английский язык (2001 г. Elsevier).
Авторы стремились сочетать глубину и строгость изложения ос-нов-ного материала с его достаточной доступностью для студентов с различным уровнем подготовки. Материал повышенной степени сложности, содержащий детали выводов, и материал, предназначенный для более углубленного изучения предмета, даются петитом.
Предлагаемый учебник рассчитан прежде всего на студентов хи-ми-ческих факультетов университетов. Он может служить пособием для студентов других факультетов университетов и для учащихся других вузов,
в которых коллоидная химия изучается как самостоятельный предмет. Книга может использоваться также широким кругом научных работников и аспирантов, инженеров и технологов, занятых в различных областях науки и производства, связанных с применением дисперсных систем и поверхностных явлений.
Авторы стремились максимально учесть пожелания, высказанные преподавателями кафедры коллоидной химии, заведующим кафедрой, руководством факультета, коллегами в других учебных заведениях и научных центрах, а также участниками сессии Совета по коллоидной химии и физико-химической механике РАН, посвященной проблемам коллоидно-химического образования (Москва, 2001 г.). Много конкретных рекомендаций было предложено В. Н. Измайловой, Н. М. Задымо-вой, Н. И. Ивановой, С. М. Левачевым, Л. И. Лопатиной, В. Н. Матве-енко, В. В. Пелех, А. В. Синевой, 3. Н. Скворцовой, О. А. Соболевой, Б. Д. Суммом, В. Ю. Траскиным. Существенные замечания сделаны в рецензиях коллективов преподавателей кафедр коллоидной химии Санкт-Петербургского университета (зав. каф. академик А. И. Русанов) и Московского химико-технологического университета им. Д. И. Менделеева (зав. каф., проф. В. В. Назаров). Эти советы и пожелания были встречены с искренней признательностью.
С сердечной благодарностью и самыми нежными чувствами я обращаюсь к моим дорогим ученикам, друзьям, помощникам, - как если бы они и сейчас были со мною, - к Саше Перцову и Леночке Амелиной.
Е. Д. Щукин
|
