URSS.ru - Издательская группа URSS. Научная и учебная литература
Об издательстве Интернет-магазин Контакты Оптовикам и библиотекам Вакансии Пишите нам
КНИГИ НА РУССКОМ ЯЗЫКЕ


 
Вернуться в: Каталог  
Обложка Кустов А.В., Батов Д.В., Усачева Т.Р. Калориметрия растворов неэлектролитов: Теоретические основы, эксперимент, анализ данных
Id: 220181
 
999 руб.

Калориметрия растворов неэлектролитов: Теоретические основы, эксперимент, анализ данных

URSS. 2017. 288 с. Твердый переплет. ISBN 978-5-396-00722-2.

 Аннотация

Данная монография призвана восполнить имеющийся в отечественной литературе существенный пробел в области экспериментальной калориметрии и оказать помощь как опытным исследователям, так и (в особенности) молодым коллегам в ознакомлении с теоретическими основами и практикой калориметрических исследований растворов неэлектролитов, выборе соответствующего оборудования для осуществления научных задач, понимании физической сущности измеряемых на опыте характеристик, определении границ применимости модельных подходов и формально строгих теорий для объяснения, описания и предсказания результатов калориметрического эксперимента в жидких средах.

Книга будет полезна исследователям, работающим в области термодинамики и структуры растворов, специалистам в области физической и коллоидной химии, медицинской химии и фармакологии, студентам старших курсов и аспирантам.


 Оглавление

Введение
Глава 1. Теоретические основы
 1.1. Элементы термометрии
  1.1.1. Условные температурные шкалы
  1.1.2. Термодинамическая температурная шкала
  1.1.3. Международная температурная шкала
  1.1.4. Средства измерения температуры
 1.2. Теория и практика калориметрии
  1.2.1. Режимы калориметрических измерений
  1.2.2. Калориметры как динамические объекты
Глава 2. Калориметры для изучения процессов в растворах
 2.1. Общие сведения
 2.2. Калориметры переменной температуры с изотермической оболочкой
  2.2.1. Проведение опыта и определение истинного изменения температуры в калориметре переменной температуры с изотермической оболочкой
  2.2.2. Градуировка изопериболических калориметров. Стандартные вещества в калориметрии растворов
  2.2.3. Некоторые специфические особенности проведения термохимических измерений и обработки результатов
 2.3. Ячеечные калориметры для измерения теплоемкости
 2.4. Проточные калориметры
 2.5. Коммерческие калориметры теплового потока
  2.5.1. Изотермический калориметр TAM III TA Instruments (США)
  2.5.2. Изотермический калориметр MS80 Setaram (Франция)
Глава 3. Растворители и растворы: структура, классификация, свойства
 3.1. Растворители
  3.1.1. Межмолекулярные взаимодействия в жидкостях
  3.1.2. О классификации растворителей
  3.1.3. Эмпирические параметры сольватирующей способности
  3.1.4. Некоторые закономерности для гомологических рядов растворителей
 3.2. Растворы
  3.2.1. Идеальные, атермические и регулярные растворы
  3.2.2. Сольватация и ее энтальпийные характеристики
  3.2.3. Стандартные энтальпии: энтальпии растворения, сольватации, переноса, смешения
Глава 4. Анализ экспериментальных данных
 4.1. Строгие термодинамические подходы
  4.1.1. Феноменологические соотношения
  4.1.2. Теория Макмиллана-Майера. Вириальные коэффициенты и параметры кратных взаимодействий
 4.2. Эмпирический подход. Индивидуальные растворители
  4.2.1. Специфическая и неспецифическая сольватация
  4.2.1.1. Модель неспецифической сольватации Джилла и Дека
  4.2.1.2. Теория регулярных растворов Скетчарда-Гильдебранда
  4.2.1.3. Другие подходы к описанию неспецифической сольватации: взаимосвязь энтальпийных характеристик со свойствами растворенного вещества и растворителя
  4.2.1.4. Специфическая сольватация: исследование химического сродства веществ, энергии донорно-акцепторного взаимодействия и Н-связей
 4.3. Эмпирический подход. Смешанные растворители
  4.3.1. Методы расчета энтальпий растворения неэлектролитов в смешанных растворителях
  4.3.2. Методы расчета энтальпий растворения алканов в смешанных неводных растворителях
  4.3.3. Методы расчета энтальпий растворения алканов в смесях воды с органическими растворителями
  4.3.4. Модель гидрофобной гидратации де Виссера-Сомсен
  4.3.5. Расширенная координационная модель Фикинса и Вагхорна и ее модификации
Глава 5. Практика калориметрических исследований: сольватация, мицелло- и комплексообразование в растворах
 5.1. Сольватация бензола и его монофункциональных производных в водно-органических растворителях
 5.2. Термохимия растворов ПАВ и микроэмульсий
  5.2.1. Термохимия мицеллообразования
  5.2.2. Термодинамика образования микроэмульсий. Энтальпии микроэмульгирования воды и масла в растворах ПАВ
  5.2.3. Термохимия образования микроэмульсий из индивидуальных компонентов
 5.3. Термодинамика молекулярного комплексообразования в индивидуальных и смешанных растворителях
  5.3.1. Особенности комплексообразования "гость-хозяин" на примере взаимодействия аминокислот и краун-эфиров
  5.3.2. Методика проведения эксперимент
  5.3.3. Комплексы 18-краун-6 с аминокислотами в воде и водно-органических растворителях
  5.3.4. Анализ сольватационных вкладов реагентов в изменение энергии Гиббса реакций образования молекулярных комплексов 18-краун-6 с аминокислотами
  5.3.5. Анализ сольватационных вкладов реагентов в изменение энтальпий реакций образования молекулярных комплексов 18-краун-6 с аминокислотами
Библиография

 Введение

Предисловие -- это откровенный обмен мыслей автора с читателем.
К.А.Тимирязев

Термохимия представляет собой раздел физической химии, задачей которого является определение тепловых эффектов различных процессов и установление закономерностей в их величинах [,, ]. В этой связи термохимию растворов и, в частности, растворов неэлектролитов разумно рассматривать как раздел физической химии растворов, занимающийся изучением эффектов сольватации неэлектролитов в жидких системах и использующий в качестве основного метода калориметрию. Хотя калориметрия широко используется в различных областях науки и техники, ни для кого не является секретом, что за последние десятилетия число научных групп в мире, проводящих классические термохимические исследования растворов, ощутимо уменьшилось. Отчасти это связано с бурным развитием новых методов и подходов к изучению растворов, таких как классическое и квантово-механическое компьютерное моделирование методами Монте-Карло (МК) и молекулярной динамики (МД), ИК-Фурье и двумерная ЯМР-спектроскопия, фемптосекундная лазерная спектроскопия, абсорбция и рассеяние рентгеновских лучей и нейтронов и т.д. Отчасти с тем, что макроскопические термодинамические величины опосредованно и весьма завуалированно отражают искомые авторами оригинальных работ микроскопические изменения в растворе, связанные с интимным поведением молекул или ионов, а структурная интерпретация этих данных всегда сопряжена с произволом. В этой связи не удивительно, что накопление колоссального объема экспериментальных данных по термодинамическим и, в частности, термохимическим характеристикам жидких систем (см., например, [, ] и ссылки там), не привело, как ожидалось на заре их исследования, к возникновению более или менее стройной теории сольватации. Это, а также развитие новых направлений исследований, связанных с изучением супрамолекулярных и наноразмерных систем, во многом и предопределило угасание интереса к классическим термодинамическим исследованиям.

С другой стороны, бурное и поначалу многообещающее увлечение компьютерными методами исследования жидкостей, включая квантово-химические МК и МД, постепенно сменилось определенным отрезвлением и пониманием необходимости привлечения экспериментальных методов для тестирования адекватности разрабатываемых теорий и проверки компьютерных расчетов. Несмотря на всеобъемлющее проникновение компьютерного моделирования в химию растворов, оно пока не стало тем "волшебным фонарем", который высветил бы истинные молекулярные механизмы процессов, протекающих в жидкой фазе, и позволил бы отказаться от проведения трудоемких экспериментальных исследований. Во многих случаях в расчетах удается воспроизвести наблюдаемые на опыте величины, но, откровенно говоря, в подавляющем числе это лишь результат подгонки под уже известные экспериментальные данные, а не блестящее независимое предсказание поведения ранее никем не исследованных систем.

Ясно, что с усложнением строения исследуемых объектов, увеличением числа компонентов или появлением границы раздела фаз, надежность предсказаний компьютерного эксперимента существенно снижается. В частности, даже для относительно простых систем, таких как растворы углеводородов в воде и водно-органических растворителях, не удается с точностью сопоставимой с экспериментальной предсказать термодинамическое поведение исследуемых объектов, не говоря уже о концентрационных и температурных зависимостях термодинамических характеристик комплексообразования или адсорбции на границе раздела фаз.

Очевидно, что лишь разумное сочетание экспериментальных и теоретических методов может обеспечить достижение дальнейшего прогресса в исследовании, описании и, главное, понимании процессов, протекающих в жидкой фазе. Понятно, что роль калориметрии как основного метода термохимии здесь существенна. Изменение энтальпии непосредственно связано с взаимодействием растворенное вещество -- растворитель и растворитель -- растворитель, что и предполагает использование калориметрии для исследования растворов. И хотя термохимия дает усредненные по всему статистическому ансамблю характеристики жидких систем, связь которых с протекающими на молекулярном и надмолекулярном уровнях процессами не всегда очевидна, она позволяет получить объективную экспериментальную информацию об энергетике межчастичных взаимодействий, которая не зависит от использования более или менее строгих теорий, гипотез или модельных представлений.

Этим и объясняется почему термохимия продолжает оставаться востребованной в различных областях физической, координационной и медицинской химии, биологии и, особенно, фармакологии. Несмотря на это, отечественная литература по данному вопросу чрезвычайно бедна. Если за последние 50 лет было опубликовано несколько фундаментальных работ, посвященных вопросам экспериментальной калориметрии [1--3, 6], то различные аспекты применения последней к растворам неэлектролитов лишь отчасти нашли свое отражение в единственной и исключительно полезной монографии В.П.Белоусова и М.Н.Панова [4], изданной более 30 лет назад. Очевидно, что приведенные в этой классической работе сведения во многом устарели: в литературе получено колоссальное количество новых калориметрических данных не только в водных, но и в неводных средах, предложены и развиты новые подходы к исследованию жидких систем, разработаны новые типы калориметров, на основе которых выпускаются коммерческие образцы. Все эти сведения ждут анализа, осмысления и систематизации. Кроме того, зачастую оказывается невозможным быстро отыскать и сами экспериментальные данные, опубликованные часто в малодоступных отечественному читателю журналах. Очевидно, что в литературе не хватает монографии, в которой в рамках единой концепции были бы последовательно рассмотрены перечисленные выше вопросы, что позволило бы как опытным исследователям, так и в особенности молодым специалистам значительно лучше ориентироваться в этой области естествознания.

Авторы надеются, что данная работа в значительной степени восполнит существующий в литературе пробел и поможет исследователям не только лучше познакомиться с теорией и практикой калориметрических исследований, подобрать калориметр для осуществления их научных задач, но и прежде всего глубже понять физическую сущность полученных ими экспериментальных данных, определить границы применимости модельных подходов и формально строгих теорий используемых ими для объяснения, описания и предсказания результатов эксперимента.

Монография будет полезна как молодым ученым, специализирующимся в области физической химии растворов, которые только начинают свой путь в науке, так и исследователям, научные интересы которых лежат в плоскости изучения термодинамики сольватационных процессов и комплексообразования в растворах. Материал будет изложен в следующем порядке: сначала будут кратко изложены теоретические вопросы калориметрии, рассмотрено устройство жидкостных калориметров и особенности проведения эксперимента в наиболее распространенных в отечественных лабораториях калориметрах переменной температуры с изотермической оболочкой, затем подробно изложены способы анализа экспериментальных результатов, начиная от строгих термодинамических соотношений и заканчивая эмпирическими способами описания и предсказания ограниченного набора данных. В последней главе авторами представлены некоторые интересные результаты термохимических исследований растворов неэлектролитов в индивидуальных и смешанных растворителях, включая растворы поверхностно-активных веществ и супрамолекулярные системы, в которых имеет место молекулярное комплексообразование.

Авторы, Иваново, 2016

 Об авторах

Кустов Андрей Владимирович
Доктор химических наук, ведущий научный сотрудник Объединенного физико-химического центра растворов Института химии растворов им. Г. А. Крестова РАН и Ивановского государственного химико-технологического университета. Является специалистом в области термодинамики электролитных и неэлектролитных жидких систем, физической химии растворов биологически активных веществ, диагностики и метафилактического лечения мочекаменной болезни. Окончил Ивановское отделение Высшего химического колледжа РАН при Ивановском государственном химико-технологическом университете и аспирантуру по кафедре неорганической химии. С 2000 г. по настоящее время — в Объединенном физико-химическом центре растворов (в должности младшего, научного, старшего и ведущего научного сотрудника). Стажировался в университете г. Регенсбург (2011).

Автор более 100 научных статей в ведущих отечественных и зарубежных журналах по термодинамике многокомпонентных электролитных и неэлектролитных систем, включая растворы биологически активных веществ, гидрофобным эффектам, рентгенофазовому анализу и электронной микроскопии поверхности мочевых камней, диагностике и лечению мочекаменной болезни. Автор монографии «Гидрофобные эффекты: структурные, термодинамические и прикладные аспекты. Достижения последних лет» (М., URSS).

Батов Дмитрий Вячеславович
Доктор химических наук, ведущий научный сотрудник Объединенного физико-химического центра растворов Института химии растворов им. Г. А. Крестова РАН и Ивановского государственного химико-технологического университета. Специалист в области термодинамики водных и неводных растворов неэлектролитов, растворов поверхностно-активных веществ и микроэмульсий. Окончил Ивановский химико-технологический институт по специальности «Технология электрохимических производств». С 1980 г. работает в Институте химии растворов им. Г. А. Крестова РАН, где в 1987 г. защитил кандидатскую, в 2002 г. докторскую диссертацию.

Автор более 100 научных статей в ведущих отечественных и зарубежных журналах, посвященных изучению растворов неэлектролитов и поверхностно-активных веществ, микроэмульсий термохимическим методом.

Усачева Татьяна Рудольфовна
Кандидат химических наук, старший научный сотрудник Ивановского государственного химико-технологического университета. Специалист в области термического анализа и калориметрии, термодинамики сольватации и комплексообразования в жидких средах. Окончила Ивановский химико-технологический институт (1988), аспирантуру при Ивановском государственном химико-технологическом университете по кафедре общей химической технологии (2001). С 1988 г. по настоящее время — младший, научный сотрудник, доцент, старший научный сотрудник Ивановского государственного химико-технологического университета. Стажировалась в Университете г. Лодзь (2000), в Университете г. Турин (2001–2006), в Институте физико-химических процессов Национального совета по исследованиям в г. Пиза (2009).

Автор более 50 научных статей в ведущих отечественных и зарубежных журналах по термодинамике растворов биологически активных веществ, термическому анализу и калориметрии. Соавтор коллективных монографий «Molecular complexation of Glycine by 18-crown-6 in aqueous-organic solvent: a solvation-thermodynamic study» (N. Y., 2013) и «Advances in chemistry research» (N. Y., 2014).

 
© URSS 2016.

Информация о Продавце