Файл: Болдырев, А. И. Физическая и коллоидная химия учеб. пособие.pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 14.10.2024

Просмотров: 122

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

А. И. БОЛДЫРЕВ

ФИЗИЧЕСКАЯ

И КОЛЛОИДНАЯ ХИМИЯ

Допущено Министерством сельского хозяйства СССР

в качестве учебного пособия для студентов агрономических

и агрохимических специальностей сельскохозяйственных вузов

МОСКВА «ВЫСШАЯ ШКОЛА» 1974 г.

J

541 Б79

УДК 541.1+541.18(075)

Ш - э ь ь Ш Рецензенты: проф. Л. А. Николаев (МНИТ) и кафедра химии Херсонского сельскохозяйственного ин-та им. А. Д. Цюрупы (зав. кафедрой проф. Б. 3. Рудой)

 

 

Анатолий

Иванович

Болдырев

 

 

 

 

 

ФИЗИЧЕСКАЯ

И КОЛЛОИДНАЯ

ХИМИЯ

 

 

Редактор Г. С. Iольденберг.

Технический редактор Н. Н. Баранова,

Художественный редактор

Н.

Е. Алешина.

Художник М. Н. Бакушев,

 

 

Корректор Р. К. Косинова

 

 

 

 

Сдано в набор

22/Х — 73

г.

 

 

Подп.

к

печати

20/V — 1974 г.

Формат бОхОО'/и-

Объем

31,5 печ. л.

 

 

 

Бум. тип. № 3

Уч.-иэд. л. 35,63

( уел.

печ. л.

31,5)

1

р.

Изд. Аз ХИМ-474

 

Тираж 40 000 экз.

 

«Высшая

Цена

13

коп.

 

План выпуска литературы изд-ва

школа» (вузы

и техникумы)

на 1974 г

Позиция № 69

Москва, К-51,

 

Неглинная ул., 29/14

 

 

Издательство «Высшая школа»

 

 

 

Московская типография №

4

«Союзполиграфпрома»

при

Государствен­

ном

комитете

Совета Министров СССР

по

делам

издательств,

полигра­

фии

и книжной торговли,

Москва,

И-41,

Б. Переяславская. 46

Зак. 560

Б79

Болдырев А.И.

 

пособие

Физическая и коллоидная химия. Учеб,

 

для с.-х. вузов. М., «Высш. школа», 1974.

 

 

504 с. с ил.

 

 

 

 

Излагается

курс

физической

и коллоидной химии для

сельскохо­

 

зяйственных вузов.

Агрегатные

состояния вещества, современное уче­

 

ние о растворах, явления диффузии и осмоса; тургора и плазмолиза,

 

электропроводность растворов, основы химической термодинамики и

 

термохимии, вопросы химической кинетики и катализа и

химических

 

равновесий, электрохимия рассмотрены с точки зрения их

приложения

 

в биологии и сельском хозяйстве. Рассмотрены также коллоидно-хи­

 

мические свойства белков, роль свободной воды в коллоидах, коллоид­

 

но-химические

свойства протоплазмы, свойства коллоидов

почвы.

 

Б -^> 3 -0 9 '

69.74

 

54.

001(01)-74

(£; Издательство «Высшая школа», 1974.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Предлагаемое пособие «Физическая и коллоидная химия» пред­ назначено для студентов сельскохозяйственных высших учебных за­ ведений и составлено в основном в соответствии с программой, утверж­ денной Министерством высшего и среднего специального образова­ ния СССР. Оно рассчитано на подготовку агрономов всех специально­ стей, включая агрохимиков и почвоведов.

В связи с широким развитием заочного образования автор при со­ ставлении данной книги учитывал специфику самостоятельной работы студентов-заочников, которые практически не имеют возможности про­ слушать систематический курс лекций по данной дисциплине. Поэтому автор стремился излагать материал в наиболее доступной форме, по возможности не перегружать его математическим аппаратом, иллюстри­ ровать теоретические положения примерами из почвоведения, агрохи­ мии, биохимии, физиологии растений и других смежных наук. Во всех случаях автор свою главную задачу видел в раскрытии физической сущности рассматриваемых теоретических положений, в указании их практического значения и применения в различных областях того слож­ ного биологического процесса, которым является наше технически вооруженное сельское хозяйство.

За последние годы в практике агрохимических и почвенных лабора­ торий все более широкое распространение получают различные физи­ ко-химические методы анализа, знание которых необходимо для агро- нома-агрохимика и почвоведа. Поэтому автор счел необходимым изло­ жить в специальной главе теоретические основы современных физико­ химических методов исследования, а также их применение для анали­ за растений, почв, удобрений, ядохимикатов и других сельскохозяй­ ственных объектов. Эта глава имеет очень важное значение для студен­ тов факультета почвоведения и агрохимии. На других факультетах она может быть опущена.

Во всех случаях материал, отсутствующий в действующей програм­ ме для агрономических специальностей, но необходимый для студентовагрохимиков и почвоведов, набран мелким шрифтом.

В настоящей книге изложены все основные разделы физической и коллоидной химии, знание которых необходимо студентам для более

—3 —

углубленного изучения в последующем специальных дисциплин, та­ ких, как агрохимия, почвоведение, биохимия, физиология растений и т. п. Исключение составляет раздел физической химии «Строение ато­ мов и молекул», который не включен в данную книгу, так как он под­ робно излагается в курсе общей химии.

Автор заранее благодарен всем лицам, которые выскажут ему свои критические замечания по книге. Все эти замечания будут тщательно проанализированы и учтены в дальнейшей работе над книгой.

Автор выражает свою глубокую признательность рецензентам — проф. Л. А. Николаеву и проф. Б. 3. Рудому — за существенные за­ мечания, сделанные при просмотре рукописи.

А. Болдырев

Часть первая

Ф И З И Ч Е С К А Я Х И М И Я

ВВЕДЕНИЕ

Предмет физической химии и ее значение для промышленности ' и сельского хозяйства. Физическая химия — наука, объясняющая хи­ мические явления на основании физических принципов и законов. В настоящее время она определилась как самостоятельная отрасль науки, обладающая специфическими методами исследования. Физиче­ ская химия занимается многосторонним исследованием различных хи­ мических реакций и сопутствующих им физических процессов. Как по­ граничная наука она изучает объект с нескольких сторон, учитывая диалектический характер взаимосвязи и взаимодействия сложных явлений материального мира.

Химические реакции тесно связаны с такими физическими процес­ сами как электрические явления, теплопередача, поглощение или излу­ чение электромагнитных колебаний. Например, химические реак­ ции, протекающие в гальванических элементах и аккумуляторах, яв­ ляются причиной возникновения электрического тока. Многие химичес­ кие реакции сопровождаются выделением или поглощением энергии в виде теплоты, возникновение же других реакций обусловлено дей­ ствием света. Так, поглощение солнечного света зелеными растениями вызывает сложные реакции фотосинтеза, в результате которых из дву­ окиси углерода и воды образуются различные органические соедине­ ния. Таким образом, физическая химия решает наиболее общие вопро­ сы химии, опираясь на физические законы и методы исследования.

Физическая химия является важной учебной дисциплиной в хими­ ческих, химико-технологических, горнометаллургически.х, медицин­ ских, сельскохозяйственных и других высших учебных заведениях.

Физическая химия включает несколько основных разделов, харак­ теризующих направление этой науки и определяющих ее предмет.

Строение вещества. Этот раздел физической химии изучает связь между строением веществ и их физическими и химическими свойства­ ми, а также агрегатные состояния веществ. На основании результатов, полученных физикой при изучении атомов и молекул, а также дости­ жений квантовой механики в этой области за последние годы наблю­ даются значительные успехи. Благодаря применению в эксперименталь­ ных работах новейших методов молекулярной спектроскопии (включая радиоспектроскопию), а также рентгеноструктурного, электронногра­ фического, электронномикроскопического и других методов исследо-

— 5 —

вааия получены новые данные о строении атомов и молекул, о природе

сил, действующих между ними.

В учении об агрегатных состояниях рассматриваются вопросы вза­

имодействия молекул и важнейшие свойства

веществ;

находящихся

в газообразном, жидком и кристаллическом

состоянии.

Это

учение

получило свое развитие на базе кинетической теории материи и

стати­

стической физики.

Химическая термодинамика. Этот раздел физической химии позво­ ляет на основе законов термодинамики проводить энергетические рас­ четы химических реакций и химического равновесия, а также опре­ делять возможность и направление самопроизвольного течения того или иного химического процесса. Химическая термодинамика изучает фазовые переходы (растворение, испарение, кристаллизацию и др.), адсорбцию и т. п. Важным разделом химической термодинамики явля­ ется термохимия, которая изучает тепловые эффекты химических ре­ акций. Этот раздел физической химии имеет большое значение в народ­ ном хозяйстве, особенно в области промышленного синтеза.

Учение о растворах. В этом разделе изучаются молекулярные струк­ туры растворов, различные их свойства, процессы образования раство­ ров и особенности протекающих в них реакций, а также вопросы рас­ творимости.

Электрохимия. Рассматривает важнейшие процессы взаимного пре­ вращения электрической и химическойформ движения материи, а также свойства и строение растворов электролитов, процессы электро­ лиза, работу гальванических элементов, электрохимическую коррозию металлов, электросинтез веществ и др. В настоящее время электрохи­ мические методы исследования и анализа приобретают все большее значение в практике заводских, агрохимических, почвенных и других лабораторий.

Химическая кинетика — это учение о скоростях химических ре­ акций и их зависимости от температуры, давления, концентрации, сре­ ды, перемешивания и т. д. Она рассматривает также вопросы катали­ за гомогенных и гетерогенных химических реакций и способы, позво­ ляющие регулировать и направлять течение различных химических процессов, а также выход продуктов реакции. В этом разделе физичес­ кой химии рассматривается также механизм действия биологических катализаторов — ферментов.

Фотохимия. Фотохимия изучает процессы воздействия электромаг­ нитных излучений на ход химических превращений. Важными фото­

химическими

реакциями являются фотосинтез, люминесценция, фото­

графические

и многие другие

процессы. Фотохимия тесно связана

с учением о строении молекул,

а также с химической кинетикой.

Таковы основные разделы физической химии. Приведенное деление условно, поскольку каждый физико-химический процесс не только мно­ гогранен, но и тесно связан с целым рядом других явлений. Марксист­ ско-ленинский диалектический метод учит, что любое явление матери­ ального мира необходимо рассматривать в его тесной н неразрывной связи с окружающими явлениями. .Этим объясняется и возникновение физической химии и тесная взаимосвязь различных ее разделов.

— о

Необходимо учесть, что всякое реальное движение материи слож­ но и едино, а разделение его на отдельные формы движения условно и относительно. В силу этого границы между основными разделами фи­ зической химии также приблизительны и условны.

Указанные разделы не охватывают всех областей физической хи­ мии. В последние годы в самостоятельные разделы выделены магнетохимия, радиационная химия, физико-химия высокомолекулярных сое­ динений и др.

Физическая химия не только всесторонне изучает и обобщает мате­ риал по различным разделам химии, она объединяет его, анализи­ рует и выводит общие закономерности, лежащие в основе развития вечно движущейся материи. В этом заключается общенаучное значение физической химии. Законы, открываемые ею, широко используются общей химией, биологией, геологией, агрохимией, почвоведением и многими прикладными науками.

Велико значение физической химии и методов ее исследования в развитии химической технологии. Знакомство с физической химией дает инженеру возможность не только глубоко понять сущность хи­ мического процесса, лежащего в основе производства, но и созна­ тельно выбирать и регулировать условия, наиболее благоприятные для проведения нужных процессов. Физическая химия позволяет предви­ деть направление химической реакции, а также р-ассчитать теоретичес­ ки выход ее продуктов.

Физическая химия как наука призвана сыграть в решении проблемы химизации сельского хозяйства одну из первостепенных ролей. Произ­ водство новых и высокоэффективных удобрений, разработка и внед­ рение химических способов борьбы с вредителями и болезнями расте­ ний, улучшение водно-физическттх свойств почвы — эти вопросы могут быть успешно решены лишь на основе знания физической химии. Это убедительно доказали работы советских агрохимиков К. К. Гедройца и Д. Н. Прянишникова. На основании их обширных и разносторон­ них исследований с применением методов физической химии было со­ здано учение о почвенном поглощающем комплексе, которое полу­ чило широкое признание в нашей стране и за рубежом.

В настоящее время все большее распространение получают такие физико-химические методы исследования, как термический, рентге­ нографический, электронномикроскопический, инфракрасноспектро­ скопический и многие другие, с помощью которых бьш^получены весь­ ма ценные данные о природе и строении почвенного поглощающего комплекса. Методы электропроводности, потенциометрии, криоскопии, фотометрии, эмиссионного анализа и другие также широко применя­ ются в решении основных проблем агрономии.

Изучение с помощью физической химии фотохимических реакций позволяет глубже вникать в сущность сложных процессов фотосинтеза.

Как известно, из всей солнечной энергии, доходящей до поверхнос­ ти земли, энергия, усваиваемая за счет фотосинтеза всей раститель­ ностью земного шара, составляет в среднем только 0,3%. Культур­ ные растения используют солнечную энергию полнее, чем дикая рас­ тительность Земли в целом. Используемая ими доля солнечной энср-

—7

Смотрите также файлы