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 Цивадзе А.Ю. (отв. редактор), Абросимов В.К., Киселев М.Г. Структурная самоорганизация в растворах и на границе раздела фаз
Id: 77995
 
599 руб.

Структурная самоорганизация в растворах и на границе раздела фаз

URSS. 2008. 544 с. Твердый переплет. ISBN 978-5-382-00796-0.

 Аннотация

Предлагаемая книга является коллективным научным трудом, посвященным изучению проблем самоорганизации в растворах и на границе раздела фаз. В монографии изложено теоретическое обоснование эффектов, связанных с самоорганизацией лабильных структур растворителя, возникающих в результате внешних воздействий (внешнее поле, изменение термодинамических параметров (Т, p), влияние сольвофобного растворенного вещества, гидрофобной поверхности и т.д.). Дано фундаментальное изложение взаимосвязи самоорганизации с физико-химическими свойствами растворов и границы раздела фаз. Проявление таких эффектов является принципиально важным не только для процессов гидратации ДНК, конформации макромолекул, денатурации белков, формирования наноструктур, но и для многих явлений в растворах, определяемых многочастичными эффектами, такими как сольвофобная сольватация, микрогетерогенность, кластерообразование, ориентационные корреляции, перенос протонов в ассоциированных жидкостях и др. Изложенный в предлагаемой монографии новый научный материал позволяет с единых позиций подойти к изучению широкого круга явлений в растворах, зависящих от самоорганизации растворителя. Все главы книги написаны авторитетными учеными, специалистами в данной области науки.

Книга предназначена для ученых, аспирантов и студентов, работающих над проблемами теории растворов.


 Оглавление

Предисловие (А.Ю.Цивадзе, В.К.Абросимов, М.Г.Киселев)
1. Роль самоорганизации растворителя в сольвофобных эффектах (М.Г.Киселев, Ю.П.Пуховский, Г.А.Альпер)
 Введение
 1.1.Критерии самоорганизации локальной структуры жидкости
 1.2.Информационная теория и энтропия
 1.3.Гидрофобная гидратация
 1.4.Реорганизация растворителя в водных растворах спиртов
 1.5.Аномалии концентрационной зависимости теплоемкости в смеси вода--метанол
 1.6.Статистика водородных связей смеси метанол--вода
 1.7.Ассоциация молекул метанола
 1.8.Реорганизация структуры растворителя в водном растворе метанола при сверхкритических условиях
 1.9.Раствор трет-бутанола в воде
 1.10.Метод статистической геометрии
 1.11.Максимум теплоемкости
 1.12.Сверхкритические условия
 1.13.Преимущественная сольватация в смеси вода--трет-бутанол
 1.14.Эластичность сетки водородных связей
 1.15.Взаимосвязь стабилизации структуры растворителя с кинетическими характеристиками в водном растворе трет-бутанола
 1.16.Особенности концентрационной зависимости вязкости в смеси трет-бутанол--вода
 1.17.Растворы н-алканов в алифатических спиртах
 1.18.Влияние нелокализованных электронов на структуру растворителя
 1.19.Радиальные функции распределения
 1.10.Структура сольватных оболочек
 Заключение
 Литература
2. Самоорганизация растворителя около поверхности раздела фаз и макромолекул (С.Ю.Носков, М.Г.Киселев, А.М.Колкер)
 Введение
 2.1.Самоорганизация растворителя около поверхности раздела фаз
  2.1.1.Квантово-химические расчеты
  2.1.2.Структура
  2.1.3.Гидратация порфиразина
 2.2.Процессы ассоциации макромолекул в растворах
  2.2.1.Энтальпия и свободная энергия ассоциации
  2.2.2.Образование комплекса между протеином P-53 и ДНК. Влияние точечных мутаций на энергетику ассоциации
  2.2.3.Энергия сольватации
  2.2.4.Свободная энергия взаимодействия между участниками реакции в газовой фазе и энергии изомеризации
  2.2.5.Полуэмпирические методы в изучении процессов ассоциации макромолекул
  2.2.6.Энтропия
  2.2.7.Квазигармонический анализ
  2.2.8.Расчет энтропий на основании информационной теории
 2.3.Структурные особенности воды около токсина Cry4b
 2.4.Физико-химические модели в изучении функциональной активности биологических каналов
  2.4.1.Использование методов броуновской динамики и уравнений электродиффузии в моделировании транспорта ионов через alpha -гемолизин
  2.4.2.Атомная модель и детали методов
  2.4.3.Результаты моделирования неравновесных ионных токов
  2.4.4.Механизм селективного транспорта ионов через гемолизин
  2.4.5.Физико-химические модели селективности ионных каналов
  2.4.6.Калиевые каналы
  2.4.7.Теория напряженности поля
  2.4.8.Структурная модель Безаниллы и Армстронга
  2.4.9.Кристаллическая структура KcsA
  2.4.10.Теоретические подходы к описанию механизмов возникновения ионного транспорта
  2.4.11.Na+/K+ селективность в валиномицине
 Литература
3. Об упругости пространственной сетки водородных связей в жидкостях и растворах (М.Н.Родникова)
 Введение
 3.1.Некоторые особенности физики жидкого состояния
 3.2.Природа водородной связи, условия ее образования и характерные черты
 3.3.Пространственная сетка водородных связей в жидкостях и растворах. Механизм подвижности молекул воды на сетке водородных связей
 3.4.Растворители с пространственной сеткой водородных связей
 3.5.Сольвофобные эффекты
 3.6.Упругость пространственной сетки водородных связей в жидкостях и растворах
 3.7.Оценка упругости пространственной сетки водородных связей
 3.8.Упругость пространственной сетки Н-связей в водных растворах диаминов, диолов и аминоспиртов
 3.9.Роль упругости пространственной сетки Н-связей в самоорганизации жидких систем: в биологических, физико-химических и технологических процессах
 Литература
4. Лабильные супрамолекулярные структуры и их динамика в ассоциированных жидкостях по данным ЯМР (Г.В.Лагодзинская, Н.Г.Юнда, Г.Б.Манелис)
 Введение
 4.1.Катализируемые Н+ симметричные протонные обмены в чистых жидкостях и надмолекулярный механизм эстафетной подвижности протона
  4.1.1.Кинетика протонных обменов и молекулярной реориентации
  4.1.2.Самоассоциация в чистых жидкостях
  4.1.3.Сольватация протона
  4.1.4.Гроттгуссовская (эстафетная) миграция протона
 4.2.Супрамолекулярные образования в растворах электролитов в жидкостях с водородными связями
  4.2.1.Методика прецизионных измерений и анализа результатов
  4.2.2.Водно-кислотные системы HClO4-H2O, HNO3-H2O, HCl-H2O
  4.2.3.Растворы азотнокислых солей в азотной кислоте
 4.3.Влияние супрамолекулярных структур на превращение неравновесной безводной хлорной кислоты в равновесную
  4.3.1.Кинетика и механизм диспропорционирования HClO4
 Заключение
 Литература
5. Роль слабых водородных H2CH...O/N-связей в процессах структурной самоорганизации в жидких средах (Е.В.Иванов, С.П.Кришталь, Д.В.Ивлев)
 Введение
 5.1.Современные представления об особенностях образования слабой водородной связи
  5.1.1.Природа водородной связи и основные признаки ее образования
  5.1.2.Подходы к описанию механизма образования слабой Н-связи
  5.1.3.Некоторые из наиболее вероятных форм образования молекулярных комплексов со слабой водородной H2CH...Y-связью в процессах структурной самоорганизации
 5.2.Результаты исследований специфических взаимодействий с участием метильных групп молекул метанола и ацетонитрила
  5.2.1.Оценка возможности образования слабой водородной H2CH...O-связи в изолированном димере метанола по данным ab initio расчетов
  5.2.2.Прогнозируемые формы структурных образований в конденсированных средах метанола и ацетонитрила, основанные на способности метильного радикала к специфическому взаимодействию
 5.3.Результаты исследований феномена "слабой водородной связи" методом изотопного H/D-замещения в молекулах компонентов конденсированной среды
  5.3.1.Сравнительная термодинамическая характеристика эффектов H-связывания, индуцированных заменой протонов дейтронами в различных молекулярных фрагментах жидкого метанола
  5.3.2.Анализ изотопных H/D-эффектов, индуцированных последовательным дейтерированием CH3-группы молекулы метанола
 Заключение
 Литература
6. Описание термодинамических свойств растворов на основе кластерной модели самоорганизации (А.М.Рудаков, В.В.Сергиевский)
 Введение
 6.1.Сольватация и коэффициенты активности компонентов растворов
  6.1.1.Определение чисел сольватации по коэффициентам активности компонентов
  6.1.2.Кластеры в растворах
 6.2.Самоорганизация в полуидеальных растворах
  6.2.1.Теоретическая часть
  6.2.2.Моделирование экспериментальных данных
  6.2.3.Изопиестические и многокомпонентные растворы
 6.3.Системы с положительными и знакопеременными отклонениями от закона Рауля
  6.3.1.Ассоциация неэлектролитов в бинарных растворах
  6.3.2.Сольватация и ассоциация растворенного вещества
 Литература
7. Структурная динамика и спектры ориентационной поляризации воды и других жидкостей (А.К.Лященко, Т.А.Новскова)
 Введение
 7.1.Спектры ориентационной поляризации жидкостей и модели их описания
  7.1.1.Структурно-динамическая модель
  7.1.2.Теоретические соотношения для описания спектров
  7.1.3.Ориентационная динамика диполь-дипольных жидкостей
  7.1.4.Структурная динамика воды и ее спектры во всей области ориентационной поляризации
  7.1.5.Автокорреляционные функции дипольного момента воды и других жидкостей
 7.2.Структурная динамика молекул воды в растворах неэлектролитов
  7.2.1.Структурно-кинетическая модель
  7.2.2.Структурный механизм гидрофобной гидратации
  7.2.3.Концентрационные изменения в водно-неэлектролитных системах
 Заключение
 Литература
8. Молекулярная структура водных растворов ацетона и мочевины (А.Идрисси, Е.Цинар)
 Введение
 8.1.Определение наблюдаемых величин
  8.1.1.Радиальные функции распределения GIJ(R) и координационные числа NIJ(R)
  8.1.2.Распределения ближайших соседей pij(n,r)
  8.1.3.Ориентационные функции распределения
  8.1.4.Ориентационный порядок
  8.1.5.Молекулярная мольная доля
  8.1.6.Химический порядок
  8.1.7.Интегралы Кирквуда--Баффа
 8.2.Водный раствор мочевины
  8.2.1.Радиальные функции распределения gij(r)
  8.2.2.Функции распределения ближайших соседей, pij(n,r)
  8.2.3.Радиальные функции распределения между силовыми центрами и угловые распределения
  8.2.4.Молекулярная мольная доля и химический порядок
  8.2.5.Интегралы Кирквуда--Баффа
  8.2.6.Основные выводы
 Литература

 Предисловие

Прошло немногим более двадцати пяти лет со времени выхода монографии Г.Николиса и И.Пригожина "Самоорганизация в неравновесных системах". За этот сравнительно небольшой промежуток времени термин самоорганизация стал одним из наиболее часто используемых в современной науке. В химической литературе применяются также понятия детерминированный хаос, синергизм, диссипативные структуры, которые по сути можно считать синонимами понятия самоорганизации. Появление и широкое распространение новых дефиниций связано с тем, что в конце XX века был открыт широкий класс явлений и процессов, описание которых в рамках детерминистского подхода и идеологически связанной с ним термодинамики Гиббса оказалось невозможным. Бурное внедрение нанотехнологий привело к необходимости изучения новых явлений, описание которых может быть проведено в рамках парадигмы "диссипативные структуры". Заметим, что круг процессов, так или иначе связанных с феноменом самоорганизации, непрерывно расширяется за счет вовлечения явлений, изучение которых ранее проводилось в рамках идеологии равновесных процессов.

Вместе с тем в теории растворов сформировалась достаточно парадоксальная ситуация, сущность которой заключается в том, что изучению явлений самоорганизации в жидких системах до сих пор не уделяется должного внимания. Остаются неясными принципы взаимосвязи структурирования раствора и самоорганизации всей системы. Главная трудность заключается в необходимости учета дальнодействующих корреляций и кооперативных эффектов в жидкостях. Получение информации о влиянии дальнодействующих корреляций на свойства жидкостей предполагает как развитие самих методов анализа, так и совершенствование методов интерпретации полученных данных. Растворы являются таким классом конденсированных систем, описание которых связано с решением целого ряда исключительно сложных проблем. К их числу следует отнести необходимость идентификации лабильных структур, образуемых сеткой водородных связей в так называемых H-связанных растворителях, установления причин кооперативности сетки H-связей, и кооперативности гидрофильных/гидрофобных эффектов гидратации гетерофункциональных молекул, а также поиск непротиворечивой интерпретации таких квазиравновесных явлений, как микрогетерогенность жидкостей при нормальных и околокритических условиях. Попытки описания этих явлений в рамках классического подхода не привели к существенному успеху в понимании их механизма на молекулярном уровне. Исключительно важной является также проблема установления влияния структуры растворителя на упорядоченность супрамолекулярных образований в растворах.

Предлагаемая вниманию читателей книга является коллективным научным трудом, в котором рассматриваются новые достижения в изучении фундаментальных проблем самоорганизации в растворах и на образованной гидрофобной поверхностью границе раздела фаз. Монография состоит из восьми концептуально связанных глав, написанных известными учеными, каждым из которых внесен заметный вклад в развитие теории растворов.

Первая глава (М.Г.Киселев, Ю.П.Пуховский, Г.А.Альпер) посвящена рассмотрению роли самоорганизации растворителя в сольвофобных эффектах. Авторами показано, что динамические свойства сетки водородных связей являются фактором, определяющим ее кооперативность. По мнению авторов, коллективные эффекты могут быть определены как эффекты самоорганизации локальной структуры жидкости. Разработан эффективный подход к решению задачи учета многочастичных корреляций в растворе и связанных с ними коллективных мод движения молекул растворителя. Хотя развитые авторами концепция и математический аппарат окончательно не сформированы, применение последнего позволило на качественном уровне описать ряд тонких эффектов сольватации. В частности, с его использованием была обнаружена стабилизация цепочечных структур молекул алканолов для ряда растворов в сольватных оболочках растворенного вещества при малой концентрации компонента меньшей полярности. На основании исследования топологических особенностей водородно-связанных кластеров в зависимости от температуры и давления показано, что около критической точки для воды и метанола наблюдается кооперативное разрушение водородно-связанных кластеров, приводящее к преимущественному образованию димеров, что является причиной излома на ходе зависимости концентрации молекул растворителя, связанных водородными связями, от среднего значения энергии ННсвязей. При изучении динамических характеристик были выделены коллективные моды движения молекул алканолов, связанные с кооперативным характером образования кластеров из их молекул, вносящие доминирующий вклад в свободную энергию активации вязкого течения в смесях метанола с гептаном и трет-бутанола с водой.

Самоорганизация растворителя (воды) около гидрофобной поверхности раздела фаз и вблизи макромолекул рассмотрена во второй главе монографии (С.Ю.Носков, М.Г.Киселев, А.М.Колкер). Дано подробное описание процессов самоорганизации растворов вблизи биомакромолекул и рассмотрена роль этих процессов в проявлении физиологической активности биологически активных веществ.

Третья глава (М.Н.Родникова) содержит подробное описание оригинальной теории автора, основанной на понятии об упругости сетки водородных связей. В контексте этой теории дается объяснение механизма возникновения гидрофобной гидратации и сольвофобных эффектов, а также причин неаддитивности эффектов гидрофильной и гидрофобной гидратации. Рассмотрена роль упругости сетки водородных связей в самоорганизации жидких систем.

В главе 4 (Г.В.Лагодзинская, Н.Г.Юнда, Г.Б.Манелис) показаны возможности экспериментального исследования структурирования ассоциированных чистых жидкостей и растворов электролитов методами спектроскопии ЯМР. Исследования позволяют получать данные не только о структуре лабильных надмолекулярных образований, но и о динамике их реорганизации в исследованных жидкостях. Это дает возможность глубже понять механизм фундаментального процесса подвижности протона в жидкости как диффузии вызванного H+ структурного дефекта в системе ННсвязей жидкости ("структурной диффузии"), а также оценить влияние на этот процесс структурных особенностей сольвофобных заместителей, участвующих в реорганизации надмолекулярных образований.

Глава 5 (Е.В.Иванов, С.П.Кришталь, Д.В.Ивлев) посвящена исследованию роли слабых межмолекулярных водородных связей в процессах самоорганизации лабильных структурных образований в растворителе. На основании анализа данных, полученных методами колебательной спектроскопии, калориметрии и изотопного замещения, а также результатов квантово-химического расчета и МД-моделирования, показана возможность образования таких связей в метаноле, ацетонитриле и некоторых других растворителях.

В главе 6 авторы (А.М.Рудаков, В.В.Сергиевский) развивают оригинальный подход к изучению самоорганизации в растворах, основанный представлениях об образовании в них малоустойчивых соединений -- кластеров с переменной стехиометрией. Показано, что использование в качестве параметра числа сольватации как математического ожидания нахождения молекул растворителя в координационной сфере растворенного вещества позволяет адекватно описывать термодинамические свойства растворов. Количественный учет вклада сольватации дает возможность проводить оценку вклада ассоциации в неидеальность растворов.

В главе 7 (А.К.Лященко, Т.А.Новскова) с использованием метода диэлектрической спектроскопии (в рамках развиваемых авторами структурно-динамической и структурно-кинетической моделей) показано, что механизм гидрофобной гидратации определяется различным влиянием неполярных частиц и функциональных групп молекул на параметры, формирующие характеристические виды движения молекул растворителя.

В восьмой заключительной главе (А.Идрисси, Е.Цинар) приведены новые результаты исследования молекулярной структуры водных растворов мочевины и ацетона. Показано, что особенности гидратации такого важного с биологической точки зрения вещества, каким является мочевина, определяются эффектами самоорганизации молекул воды.

Авторы посвятили свой коллективный труд памяти академика А.М.Кутепова, который с 1997 года принимал непосредственное участие в издании серии коллективных монографий "Проблемы химии растворов" в качестве ответственного редактора. Выполненные им в последние годы крупные исследования нелинейных эффектов в неравновесных процессах, безусловно, внесли значительный вклад в развитие теории самоорганизации жидких систем.

Надеемся, что книга найдет достаточно широкий круг читателей и будет полезна ученым, аспирантам и студентам, специализирующимся в области теории растворов.

От имени редакционной коллегии благодарим всех, кто участвовал в издании настоящей монографии. Заранее приносим извинения за невольно вкравшиеся ошибки и выражаем благодарность тем читателям, которые на них укажут.

Академик А.Ю.Цивадзе
Доктор химических наук, профессор В.К.Абросимов
Доктор химических наук М.Г.Киселев
 
© URSS 2016.

Информация о Продавце