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.
| 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.
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.
Евгений Дмитриевич Щукин (род. 30 мая 1928, Москва) - советский учёный в области физической химии, доктор физико-математических наук, профессор, лауреат Ленинской премии, академик.
Биография
Родился в Москве в семье священника, репрессированного в 1930-х годах, и учительницы. В 1941-1943 годах - в эвакуации в Горьковской области. В 1943-1944 годах работал и учился, в 1945 году вернулся в 10-й класс московской средней школы № 110, досдав экзамены экстерном.
Занял первое место на Общемосковской математической олимпиаде в 1945 году, в том же году окончил школу. Ему, первому в СССР, была вручена золотая медаль «За отличные успехи и примерное поведение» и аттестат зрелости № 000001. Он мог бы не получить медаль из-за своего происхождения, если бы не директор школы И. К. Новиков.
В 1950 году с отличием окончил физический факультет МГУ по специальности «физика». В 1951-1956 годах служил офицером в Советской Армии. С сентября 1953 года преподавал радиолокацию на военной кафедре МГУ, затем коллоидную химию. В 1973-1994 годах - заведующий кафедрой коллоидной химии МГУ. Одновременно с 1956 года работал в институте физической химии Академии наук СССР (ныне Институт физической химии и электрохимии имени А. Н. Фрумкина), с 1967 там же заведовал лабораторией физико-химической механики.
В 1958 году защитил диссертацию на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук (научные руководители - П. А. Ребиндер, В. Н. Рожанский) в Институте физической химии, в 1962 году - в МГУ на соискание степени доктора физико-математических наук.
С 1994 года Е. Д. Щукин живёт в Балтиморе, читает курсы коллоидной химии и физико-химической механики в Университете Джонса Гопкинса. Одновременно остаётся профессором кафедры коллоидной химии химического факультета МГУ.
Научная деятельность
К 1964 году Е. Д. Щукиным создана теория прочности дисперсных пористых структур, разработаны методы повышения долговечности промышленных катализаторов и сорбентов. В 1969-1975 годах разработаны методы применения поверхностно-активных веществ для стабилизации золей, эмульсий и пен. В 1990 году открыл каталитическое ускорение спекания порошков.
Е. Д. Щукин выполнял экспериментальные и теоретические исследования в области физической и коллоидной химии дисперсных систем, поверхностных явлений и поверхностно-активных веществ. Им изучены механизмы действия поверхностно-активных веществ на различных межфазных границах, получения и регулирования устойчивости дисперсных систем (золей, гелей, эмульсий, пен, аэрозолей). Изучены такие явления, как адгезия, спекание, гидратационное твердение, переход «золь-гель», охрупчивание под действием жидких металлов, износ, смазывающее действие и др., а также их молекулярные механизмы. Создано учение о взаимодействии частиц и структурообразовании в дисперсных системах, разработаны коллоидно-химические методы для защиты окружающей среды. В сферу интересов академика Е. Д. Щукина входят физико-химия поверхностных явлений в твердых телах, теория дислокаций, влияние поверхностно-активной среды на механические свойства материалов, особенно в тонких приповерхностных слоях. Кроме того, выполнены практические приложения исследований: повышение прочности и долговечности катализаторов, минеральных вяжущих и керамики, обработка высокотвердых материалов, бурение твердых горных пород.
Е. Д. Щукин продолжил и развил работы П. А. Ребиндера в области устойчивости и самопроизвольного диспергирования, изучил молекулярные механизмы действия поверхностно-активных веществ, построил физико-химическую теорию структурообразования и прочности дисперсных структур. Впервые осуществил компьютерное моделирование «эффекта Ребиндера».
Е. Д. Щукин создал общий курс «Коллоидная химия», специальный курс «Физико-химическая механика дисперсных систем и материалов», являлся руководителем более 40 защищенных кандидатских диссертаций.
В области педагогических исследований работы Е. Д. Щукина посвящены значению междисциплинарных областей науки и их технических приложений в системе знаний и развитие методов их отражения в предметах естественно-математического цикла.
Родился в Москве в семье священника, репрессированного в 1930-х годах, и учительницы. В 1941—1943 годах — в эвакуации в Горьковской области. В 1943—1944 годах работал и учился, в 1945 году вернулся в 10-й класс московской средней школы № 110, досдав экзамены экстерном. Занял первое место на Общемосковской математической олимпиаде в 1945 году, в том же году окончил школу. Ему, первому в СССР, была вручена золотая медаль «За отличные успехи и примерное поведение» и аттестат зрелости № 000001.
Он мог бы не получить медаль из-за своего происхождения, если бы не директор школы И. К. Новиков. В 1950 году с отличием окончил физический факультет МГУ по специальности «физика». В 1951-1956 годах служил офицером в Советской Армии. С сентября 1953 года преподавал радиолокацию на военной кафедре МГУ, затем коллоидную химию. В 1973-1994 годах — заведующий кафедрой коллоидной химии МГУ.
Одновременно с 1956 года работал в институте физической химии Академии наук СССР (ныне Институт физической химии и электрохимии имени А. Н. Фрумкина), с 1967 там же заведовал лабораторией физико-химической механики. В 1958 году защитил диссертацию на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук (научные руководители — П. А. Ребиндер, В. Н. Рожанский) в Институте физической химии, в 1962 году — в МГУ на соискание степени доктора физико-математических наук.
С 1994 года Е. Д. Щукин живет в Балтиморе, читает курсы коллоидной химии и физико-химической механики в Университете Джонса Гопкинса. Одновременно остаётся профессором кафедры коллоидной химии химического факультета МГУ.
К 1964 году Е. Д. Щукиным создана теория прочности дисперсных пористых структур, разработаны методы повышения долговечности промышленных катализаторов и сорбентов. В 1969-1975 годах разработаны методы применения поверхностно-активных веществ для стабилизации золей, эмульсий и пен. В 1990 году открыл каталитическое ускорение спекания порошков. Е. Д. Щукин выполнял экспериментальные и теоретические исследования в области физической и коллоидной химии дисперсных систем, поверхностных явлений и поверхностно-активных веществ.
Им изучены механизмы действия поверхностно-активных веществ на различных межфазных границах, получения и регулирования устойчивости дисперсных систем (золей, гелей, эмульсий, пен, аэрозолей). Изучены такие явления, как адгезия, спекание, гидратационное твердение, переход «золь-гель», охрупчивание под действием жидких металлов, износ, смазывающее действие и др., а также их молекулярные механизмы. Создано учение о взаимодействии частиц и структурообразовании в дисперсных системах, разработаны коллоидно-химические методы для защиты окружающей среды. В сферу интересов академика Е. Д. Щукина входят физико-химия поверхностных явлений в твердых телах, теория дислокаций, влияние поверхностно-активной среды на механические свойства материалов, особенно в тонких приповерхностных слоях. Кроме того, выполнены практические приложения исследований: повышение прочности и долговечности катализаторов, минеральных вяжущих и керамики, обработка высокотвердых материалов, бурение твердых горных пород.
Е. Д. Щукин продолжил и развил работы П. А. Ребиндера в области устойчивости и самопроизвольного диспергирования, изучил молекулярные механизмы действия поверхностно-активных веществ, построил физико-химическую теорию структурообразования и прочности дисперсных структур. Впервые осуществил компьютерное моделирование «эффекта Ребиндера». Е. Д. Щукин создал общий курс «Коллоидная химия», специальный курс «Физико-химическая механика дисперсных систем и материалов», являлся руководителем более 40 защищенных кандидатских диссертаций. В области педагогических исследований работы Е. Д. Щукина посвящены значению междисциплинарных областей науки и их технических приложений в системе знаний и развитие методов их отражения в предметах естественно-математического цикла.
Е. Д. Щукин в разные годы являлся членом специализированных советов химического факультета МГУ, Института физической химии РАH, Института Металлургии АH СССР, Института содержания и методов обучения РАО, членом Национального Комитета российских химиков, ВАК СССР, членом редакционных коллегий журналов: «Коллоидный журнал», «Трение и износ», «Физика в школе», «Физико-химическая механика материалов», «Физика и химия обработки материалов». В настоящее время является членом редакционных коллегий международных научных журналов «Journal of Materials Science», «Journal of Dispersion Science and Technology», «Colloids and Surfaces», «Colloid & Interface Science», «Advances in the Mechanics and Physics of Surfaces», «Zeitschrift für Physikalische Chemie»
В учебнике изложены основные разделы современной коллоидной химии - науки о дисперсном состоянии вещества: учение о поверхностных явлениях, свойствах адсорбиционных слоев, получении и свойствах дисперсных систем, их устойчивости и стабилизации, структурообразовании в дисперсных системах, даны их теоретические и экспериментальные основы и принципы практического применения.
Шаг 1. Выбирайте книги в каталоге и нажимаете кнопку «Купить»;
Шаг 2. Переходите в раздел «Корзина»;
Шаг 3. Укажите необходимое количество, заполните данные в блоках Получатель и Доставка;
Шаг 4. Нажимаете кнопку «Перейти к оплате».
На данный момент приобрести печатные книги, электронные доступы или книги в подарок библиотеке на сайте ЭБС возможно только по стопроцентной предварительной оплате. После оплаты Вам будет предоставлен доступ к полному тексту учебника в рамках Электронной библиотеки или мы начинаем готовить для Вас заказ в типографии.
Внимание! Просим не менять способ оплаты по заказам. Если Вы уже выбрали какой-либо способ оплаты и не удалось совершить платеж, необходимо переоформить заказ заново и оплатить его другим удобным способом.
Оплатить заказ можно одним из предложенных способов:
- Безналичный способ:
- Банковская карта: необходимо заполнить все поля формы. Некоторые банки просят подтвердить оплату – для этого на Ваш номер телефона придет смс-код.
- Онлайн-банкинг: банки, сотрудничающие с платежным сервисом, предложат свою форму для заполнения.
Просим корректно ввести данные во все поля.
Например, для " class="text-primary">Сбербанк Онлайн требуются номер мобильного телефона и электронная почта. Для " class="text-primary">Альфа-банка потребуются логин в сервисе Альфа-Клик и электронная почта. - Электронный кошелек: если у Вас есть Яндекс-кошелек или Qiwi Wallet, Вы можете оплатить заказ через них. Для этого выберите соответствующий способ оплаты и заполните предложенные поля, затем система перенаправит Вас на страницу для подтверждения выставленного счета.
