Колесников И.М., Сваровская Н.А., Винокуров В.А., Колесников С.И.,
Фролов В.И.
Учебное пособие. – М.: Изд. центр РГУ нефти и газа имени И.М.
Губкина, 2015. — 348 с.: ил.
Изображение очень хорошего качества с текстовым слоем и закладками. В книге представлено новое методическое изложение разделов курса по физической химии растворов для нефтегазовой и химической отрасли. В начале учебного пособия обсуждаются природа и силы межмолекулярного взаимодействия частиц вещества в разных агрегатных состояниях и их математическое описание. Обсуждается природа водородной связи. В следующем разделе представлено описание структуры и свойств индивидуальных веществ и их растворов. Описывается полиэдрическая структура веществ и растворов. Следующей раздел посвящен краткому изложению кристаллохимии твердых тел, как основа описания пород. Гомогенные системы также изучаются с кристаллохимической точки зрения и термодинамики образования растворов. Растворы газов в жидкостях изучаются на основе законов Генри, Генри — Дальтона в приложении к процессу абсорбции и их математического описания. Растворы твердых тел изучаются с учетом их коллигативных свойств и законов Рауля. Для растворов обсуждены парциальные мольные величины и методы их расчета. Термодинамика многофазных систем представлена на основе правила Гиббса и завершается учебное пособие изучением растворов жидкостей в жидкостях. В конце учебного пособия представлены задачи с решениями. Рекомендовано в качестве учебного пособия для бакалавров, магистрантов, аспирантов и преподавателей. Допущено Учебно-методическим объединением вузов Российской Федерации по нефтегазовому образованию в качестве учебного пособия для студентов образовательных организаций высшего образования, обучающихся по направлению подготовки бакалавриата «Нефтегазовое дело», по представлению Ученого совета РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина. Содержание (под спойлером).
Межмолекулярные взаимодействия
Понятия о межмолекулярных взаимодействиях.
Классификация межмолекулярных взаимодействий.
Типы межмолекулярных взаимодействий.
Структура элементарных групп и межмолекулярные взаимодействия.
Предварительные сведения о соединениях ван дер Ваальса.
Электростатическая теория межмолекулярных взаимодействий.
Сила и энергия межмолекулярных взаимодействий.
Ион-ионное взаимодействие.
Ион-дипольное взаимодействие.
Силы и энергия сил ван дер Ваальса.
Ориентационное взаимодействие.
Индукционное взаимодействие.
Дисперсионное взаимодействие.
Уравнение Леннард-Джонса.
Уравнение ван дер Ваальса и соединения ван дер Ваальса.
Понятие о реактивном поле.
Специфические межмолекулярные взаимодействия и их разновидности.
Водородные связи и структура жидкостей.
Структура жидкой воды.
Структура льда.
Типы водородных связей.
Внутримолекулярная связь.
Межмолекулярная водородная связь.
Цепочечная водородная связь.
Пространственно-решёточная и слоистая структуры.
Жидкие кристаллы.
Водородные связи и образование молекул дезоксирибонуклеиновой кислоты — ДНК.
Комплексы с переносом зарядов или механизм одноэлектронного переноса.
Понятия об органических ионах и радикалах.
Структура и свойства индивидуальных веществ и их смесей
Классификация систем.
Индивидуальные газообразные вещества и их свойства.
Расчёт коэффициентов сжатия газов в идеальном и реальном состоянии.
Эффект Джоуля — Томсона.
Аналитическое выражение коэффициента дросселирования.
Вязкость индивидуальных газов.
Теплопроводность газов.
Смеси газов.
Уравнения смеси газов в идеальном и неидеальном состоянии.
Жидкости
Структура жидкостей.
Кинетическая теория жидкостей.
Понятия о флуктуациях.
Сходство и различие в строении газов, жидкостей и твёрдых тел.
Классификация растворителей (жидкостей) по физико-химическим свойствам.
Физико-химические свойства индивидуальных жидкостей.
Сжимаемость жидкостей и уравнения.
Теплоёмкость жидкостей.
Давление насыщенного пара индивидуальных жидкостей.
Вязкость жидкости.
Кристаллохимия твёрдых тел
Состав и структура твёрдых тел и растворов.
Классификация твёрдых тел.
Строение элементарной ячейки.
Миллеровские обозначения граней элементарных ячеек.
Приближённые правила кристаллохимии твёрдых тел.
Представления о сложном строении твёрдых тел.
Гомогенные растворы
Понятие о структуре и составе гомогенных растворов.
Теории растворов.
Полиэдрическое строение жидких растворов.
Сольватация и гидратация в растворах.
Первичные и вторичные сольватные оболочки.
Положительная и отрицательная сольватация.
Термодинамические условия образования растворов.
Изменение энергии Гиббса с изменением состава раствора.
Термодинамика процесса смешения.
Способы расчёта состава смеси.
Расчёт состава раствора по количеству растворённого вещества.
Расчёт состава раствора по количеству растворителя.
Средние величины параметров смесей жидкостей.
Растворы газов в жидкостях
Общие понятия.
Закон Генри, Генри — Дальтона и Рауля — Генри.
Вывод уравнения закона Генри по уравнению Гиббса — Дюгема.
Уравнения для раствора газа в жидкости при повышенных давлениях.
Влияние температуры.
Классификация теплот растворения.
Влияние природы газов и жидкостей на растворимость.
Отклонения от закона Генри.
Растворимость газов в водных растворах солей.
Абсорбция газов жидкостью с химической реакцией.
Растворы твёрдых тел в жидкостях
Понятия о растворах.
Классификация растворов твёрдых тел в жидкостях.
Влияние природы твёрдых тел и жидкостей на растворимость.
Растворимость твёрдых тел в жидкости в зависимости от температуры.
Уравнение зависимости растворимости твёрдых тел в жидкости от температуры.
Метод определённого интегрирования.
Неопределённое интегрирование.
Термодинамика получения растворов твёрдых тел в жидкостях при их смешении.
Влияние давления на растворимость твёрдых тел в жидкостях.
Закон Рауля и Рауля — Генри.
Термодинамический вывод уравнений закона Рауля.
Осмос. Осмотическое давление растворов неэлектролитов (коллигативные свойства).
Осмос и законы идеальных газов.
Термодинамический вывод уравнений разбавленных растворов неэлектролитов.
Связь осмотического давления с понижением давления насыщенного пара над раствором. Осмос и работа.
Связь осмотического давления с концентрацией раствора.
Термодинамический вывод закона Рауля.
Вывод уравнения для осмоса методом химических потенциалов.
Понижение температуры замерзания растворов. Криоскопия.
Связь осмотического давления с понижением температуры замерзания раствора.
Повышение температур кипения растворов. Эбулиоскопия.
Термодинамические свойства разбавленных растворов электролитов.
Изотонический коэффициент.
Неидеальные растворы неэлектролитов. Активности и методы определения коэффициентов активности для растворов неэлектролитов.
Понятие об активности и коэффициенте активности.
Метод определения активности компонента в растворе. Стандартные условия.
Отклонения давления насыщенных паров реальных растворов от свойств идеальных растворов.
Выбор стандартных условий для растворителя и растворённого вещества.
Формулы для расчёта активностей.
Парциальные мольные величины
Определение парциальных мольных величин.
Парциальный мольный объём.
Общие формулы парциальных мольных величин.
Термодинамические уравнения с парциальными мольными величинами.
Уравнение Гиббса — Дюгема.
Уравнение Дюгема — Маргулиса.
Основные методы определения парциальных молярных величин.
Графические методы.
Термодинамика равновесия в гетерогенной системе
Понятия о составляющих, компоненте, фазе и модификации.
Условия равновесия в однокомпонентной двухфазной системе.
Правило фаз Гиббса.
Приложение правила фаз к однокомпонентной системе.
Фазовые переходы 1-го рода.
Уравнение Клаузиуса — Клапейрона.
Фазовые переходы 2-го рода.
Уравнение Эренфеста.
Модификационные переходы. Энантиотропные и монотропные.
Конденсированные многокомпонентные системы
Общие понятия .
Классификация конденсированных систем.
Основные диаграммы двух- и трёхкомпонентных систем.
Диаграмма состояния двухкомпонентной смеси, в которой не образуются химические соединения (изоморфные системы).
Термический анализ.
Типы решёток твёрдых тел .
Смеси веществ, образующих устойчивое химическое соединение. Конгруэнтно плавящееся химическое соединение.
Инконгруэнтно плавящиеся смеси твёрдых веществ.
Трёхкомпонентные смеси.
Способ Гиббса.
Способ Рузебума.
Растворы жидкостей в жидкостях
Общая классификация растворов жидкостей в жидкостях.
1-й класс. Жидкости, нерастворимые друг в друге.
Вычисление молекулярной массы с помощью перегонки с водяным паром.
2-й класс. Жидкости, ограниченно растворимые друг в друге.
3-й класс. Жидкости, неограниченно растворимые друг в друге.
Жидкости, неограниченно растворимые друг в друге и не имеющие постоянной температуры кипения.
Растворы жидкостей с идеальными свойствами.
Законы Рауля, Генри и Дальтона.
Уравнение равновесия, связывающее состав паровой фазы с составом жидкой фазы раствора с идеальными свойствами.
Зависимость общего давления смеси от состава жидкой и паровой фаз.
Положительные и отрицательные отклонения свойств реальных растворов от законов Рауля и Дальтона.
Первый закон Гиббса — Коновалова.
Термодинамическое доказательство первого закона
Д.П. Коновалова. Уравнение Дюгема — Маргулиса.
Второй закон Д.П. Коновалова. Растворы жидкостей с экстремумами.
Законы М.С. Вревского.
Принцип ректификации.
Распределение вещества
между двумя несмешивающимися жидкостями. Экстракция.
Уравнение ступенчатой экстракции.
Задачи к главам
Уравнение ван дер Ваальса .
Сжатие газа.
Эффект Джоуля — Томсона.
Давление насыщенного пара индивидуальных жидкостей.
Способы расчёта состава смеси с идеальными свойствами.
Растворы газов в жидкостях. Закон Генри и Генри — Дальтона.
Закон Рауля.
Активность веществ в растворах.
Осмотическое давление.
Эбулиоскопия для растворов неэлектролитов.
Криоскопия.
Термодинамические свойства разбавленных растворов электролитов. Давление насыщенного пара над раствором электролитов.
Эбулиоскопия для растворов электролитов.
Криоскопия электролитов.
Парциальные мольные величины.
Правило фаз Гиббса.
Растворы жидкостей в жидкостях. Растворы с идеальными свойствами.
Жидкости, нерастворимые друг с другом. Перегонка с водяным паром.
Экстракция.
Литература
Термодинамика, физическая и коллоидная
химия, смежные вопросы: аннотированный список литературы
Изображение очень хорошего качества с текстовым слоем и закладками. В книге представлено новое методическое изложение разделов курса по физической химии растворов для нефтегазовой и химической отрасли. В начале учебного пособия обсуждаются природа и силы межмолекулярного взаимодействия частиц вещества в разных агрегатных состояниях и их математическое описание. Обсуждается природа водородной связи. В следующем разделе представлено описание структуры и свойств индивидуальных веществ и их растворов. Описывается полиэдрическая структура веществ и растворов. Следующей раздел посвящен краткому изложению кристаллохимии твердых тел, как основа описания пород. Гомогенные системы также изучаются с кристаллохимической точки зрения и термодинамики образования растворов. Растворы газов в жидкостях изучаются на основе законов Генри, Генри — Дальтона в приложении к процессу абсорбции и их математического описания. Растворы твердых тел изучаются с учетом их коллигативных свойств и законов Рауля. Для растворов обсуждены парциальные мольные величины и методы их расчета. Термодинамика многофазных систем представлена на основе правила Гиббса и завершается учебное пособие изучением растворов жидкостей в жидкостях. В конце учебного пособия представлены задачи с решениями. Рекомендовано в качестве учебного пособия для бакалавров, магистрантов, аспирантов и преподавателей. Допущено Учебно-методическим объединением вузов Российской Федерации по нефтегазовому образованию в качестве учебного пособия для студентов образовательных организаций высшего образования, обучающихся по направлению подготовки бакалавриата «Нефтегазовое дело», по представлению Ученого совета РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина. Содержание (под спойлером).
Межмолекулярные взаимодействия
Понятия о межмолекулярных взаимодействиях.
Классификация межмолекулярных взаимодействий.
Типы межмолекулярных взаимодействий.
Структура элементарных групп и межмолекулярные взаимодействия.
Предварительные сведения о соединениях ван дер Ваальса.
Электростатическая теория межмолекулярных взаимодействий.
Сила и энергия межмолекулярных взаимодействий.
Ион-ионное взаимодействие.
Ион-дипольное взаимодействие.
Силы и энергия сил ван дер Ваальса.
Ориентационное взаимодействие.
Индукционное взаимодействие.
Дисперсионное взаимодействие.
Уравнение Леннард-Джонса.
Уравнение ван дер Ваальса и соединения ван дер Ваальса.
Понятие о реактивном поле.
Специфические межмолекулярные взаимодействия и их разновидности.
Водородные связи и структура жидкостей.
Структура жидкой воды.
Структура льда.
Типы водородных связей.
Внутримолекулярная связь.
Межмолекулярная водородная связь.
Цепочечная водородная связь.
Пространственно-решёточная и слоистая структуры.
Жидкие кристаллы.
Водородные связи и образование молекул дезоксирибонуклеиновой кислоты — ДНК.
Комплексы с переносом зарядов или механизм одноэлектронного переноса.
Понятия об органических ионах и радикалах.
Структура и свойства индивидуальных веществ и их смесей
Классификация систем.
Индивидуальные газообразные вещества и их свойства.
Расчёт коэффициентов сжатия газов в идеальном и реальном состоянии.
Эффект Джоуля — Томсона.
Аналитическое выражение коэффициента дросселирования.
Вязкость индивидуальных газов.
Теплопроводность газов.
Смеси газов.
Уравнения смеси газов в идеальном и неидеальном состоянии.
Жидкости
Структура жидкостей.
Кинетическая теория жидкостей.
Понятия о флуктуациях.
Сходство и различие в строении газов, жидкостей и твёрдых тел.
Классификация растворителей (жидкостей) по физико-химическим свойствам.
Физико-химические свойства индивидуальных жидкостей.
Сжимаемость жидкостей и уравнения.
Теплоёмкость жидкостей.
Давление насыщенного пара индивидуальных жидкостей.
Вязкость жидкости.
Кристаллохимия твёрдых тел
Состав и структура твёрдых тел и растворов.
Классификация твёрдых тел.
Строение элементарной ячейки.
Миллеровские обозначения граней элементарных ячеек.
Приближённые правила кристаллохимии твёрдых тел.
Представления о сложном строении твёрдых тел.
Гомогенные растворы
Понятие о структуре и составе гомогенных растворов.
Теории растворов.
Полиэдрическое строение жидких растворов.
Сольватация и гидратация в растворах.
Первичные и вторичные сольватные оболочки.
Положительная и отрицательная сольватация.
Термодинамические условия образования растворов.
Изменение энергии Гиббса с изменением состава раствора.
Термодинамика процесса смешения.
Способы расчёта состава смеси.
Расчёт состава раствора по количеству растворённого вещества.
Расчёт состава раствора по количеству растворителя.
Средние величины параметров смесей жидкостей.
Растворы газов в жидкостях
Общие понятия.
Закон Генри, Генри — Дальтона и Рауля — Генри.
Вывод уравнения закона Генри по уравнению Гиббса — Дюгема.
Уравнения для раствора газа в жидкости при повышенных давлениях.
Влияние температуры.
Классификация теплот растворения.
Влияние природы газов и жидкостей на растворимость.
Отклонения от закона Генри.
Растворимость газов в водных растворах солей.
Абсорбция газов жидкостью с химической реакцией.
Растворы твёрдых тел в жидкостях
Понятия о растворах.
Классификация растворов твёрдых тел в жидкостях.
Влияние природы твёрдых тел и жидкостей на растворимость.
Растворимость твёрдых тел в жидкости в зависимости от температуры.
Уравнение зависимости растворимости твёрдых тел в жидкости от температуры.
Метод определённого интегрирования.
Неопределённое интегрирование.
Термодинамика получения растворов твёрдых тел в жидкостях при их смешении.
Влияние давления на растворимость твёрдых тел в жидкостях.
Закон Рауля и Рауля — Генри.
Термодинамический вывод уравнений закона Рауля.
Осмос. Осмотическое давление растворов неэлектролитов (коллигативные свойства).
Осмос и законы идеальных газов.
Термодинамический вывод уравнений разбавленных растворов неэлектролитов.
Связь осмотического давления с понижением давления насыщенного пара над раствором. Осмос и работа.
Связь осмотического давления с концентрацией раствора.
Термодинамический вывод закона Рауля.
Вывод уравнения для осмоса методом химических потенциалов.
Понижение температуры замерзания растворов. Криоскопия.
Связь осмотического давления с понижением температуры замерзания раствора.
Повышение температур кипения растворов. Эбулиоскопия.
Термодинамические свойства разбавленных растворов электролитов.
Изотонический коэффициент.
Неидеальные растворы неэлектролитов. Активности и методы определения коэффициентов активности для растворов неэлектролитов.
Понятие об активности и коэффициенте активности.
Метод определения активности компонента в растворе. Стандартные условия.
Отклонения давления насыщенных паров реальных растворов от свойств идеальных растворов.
Выбор стандартных условий для растворителя и растворённого вещества.
Формулы для расчёта активностей.
Парциальные мольные величины
Определение парциальных мольных величин.
Парциальный мольный объём.
Общие формулы парциальных мольных величин.
Термодинамические уравнения с парциальными мольными величинами.
Уравнение Гиббса — Дюгема.
Уравнение Дюгема — Маргулиса.
Основные методы определения парциальных молярных величин.
Графические методы.
Термодинамика равновесия в гетерогенной системе
Понятия о составляющих, компоненте, фазе и модификации.
Условия равновесия в однокомпонентной двухфазной системе.
Правило фаз Гиббса.
Приложение правила фаз к однокомпонентной системе.
Фазовые переходы 1-го рода.
Уравнение Клаузиуса — Клапейрона.
Фазовые переходы 2-го рода.
Уравнение Эренфеста.
Модификационные переходы. Энантиотропные и монотропные.
Конденсированные многокомпонентные системы
Общие понятия .
Классификация конденсированных систем.
Основные диаграммы двух- и трёхкомпонентных систем.
Диаграмма состояния двухкомпонентной смеси, в которой не образуются химические соединения (изоморфные системы).
Термический анализ.
Типы решёток твёрдых тел .
Смеси веществ, образующих устойчивое химическое соединение. Конгруэнтно плавящееся химическое соединение.
Инконгруэнтно плавящиеся смеси твёрдых веществ.
Трёхкомпонентные смеси.
Способ Гиббса.
Способ Рузебума.
Растворы жидкостей в жидкостях
Общая классификация растворов жидкостей в жидкостях.
1-й класс. Жидкости, нерастворимые друг в друге.
Вычисление молекулярной массы с помощью перегонки с водяным паром.
2-й класс. Жидкости, ограниченно растворимые друг в друге.
3-й класс. Жидкости, неограниченно растворимые друг в друге.
Жидкости, неограниченно растворимые друг в друге и не имеющие постоянной температуры кипения.
Растворы жидкостей с идеальными свойствами.
Законы Рауля, Генри и Дальтона.
Уравнение равновесия, связывающее состав паровой фазы с составом жидкой фазы раствора с идеальными свойствами.
Зависимость общего давления смеси от состава жидкой и паровой фаз.
Положительные и отрицательные отклонения свойств реальных растворов от законов Рауля и Дальтона.
Первый закон Гиббса — Коновалова.
Термодинамическое доказательство первого закона
Д.П. Коновалова. Уравнение Дюгема — Маргулиса.
Второй закон Д.П. Коновалова. Растворы жидкостей с экстремумами.
Законы М.С. Вревского.
Принцип ректификации.
Распределение вещества
между двумя несмешивающимися жидкостями. Экстракция.
Уравнение ступенчатой экстракции.
Задачи к главам
Уравнение ван дер Ваальса .
Сжатие газа.
Эффект Джоуля — Томсона.
Давление насыщенного пара индивидуальных жидкостей.
Способы расчёта состава смеси с идеальными свойствами.
Растворы газов в жидкостях. Закон Генри и Генри — Дальтона.
Закон Рауля.
Активность веществ в растворах.
Осмотическое давление.
Эбулиоскопия для растворов неэлектролитов.
Криоскопия.
Термодинамические свойства разбавленных растворов электролитов. Давление насыщенного пара над раствором электролитов.
Эбулиоскопия для растворов электролитов.
Криоскопия электролитов.
Парциальные мольные величины.
Правило фаз Гиббса.
Растворы жидкостей в жидкостях. Растворы с идеальными свойствами.
Жидкости, нерастворимые друг с другом. Перегонка с водяным паром.
Экстракция.
Литература