Учебник соответствует программе по физической и коллоидной химии для фармацевтических вузов и фармацевтических факультетов медицинских высших учебных заведений. Изложены основы термодинамики, теория растворов, фазовые равновесия, электрохимия, химическая кинетика, гомогенный и гетерогенный катализ, основы молекулярной спектроскопии, физикохимия поверхностных явлений, свойства коллоидных систем, аэрозоли и порошки, суспензии и эмульсии, поверхностно-активные и высокомолекулярные вещества. Показано значение физической и коллоидной химии для фармации.
Учебник предназначен студентам фармацевтических вузов и фармацевтических факультетов медицинских вузов.
§ 1. Предмет и значение физической и коллоидной химии
§ 2. Основные этапы развития физической и коллоидной химии
§ 3. Основные разделы физической и коллоидной химии и их значение для фармации
РАЗДЕЛ 1. Термодинамика
Глава 1. Нулевой и первый закон термодинамики. Термохимия
§ 1.1. Термодинамическая система и окружающая среда
§ 1.2. Состояние системы. Термодинамические величины. Экстенсивные и интенсивные свойства
§ 1.3. Термодинамические процессы, самопроизвольные и несамопроизвольные, равновесные и неравновесные
§ 1.4. Внутренняя энергия
§ 1.5. Энтальпия
§ 1.6. Теплота и работа
§ 1.7. Нулевой закон термодинамики. Тепловое равновесие
§ 1.8. Первый закон термодинамики
§ 1.9. Применение первого закона термодинамики для изобарного и изохорного процесса
§ 1.10. Тепловые эффекты. Стандартное состояние. Закон Гесса
§ 1.11. Применение закона Гесса к расчету тепловых эффектов
§ 1.12. Методы расчета теплового эффекта химических реакций с использованием стандартных теплот
образования и сгорания
§ 1.13. Теплоемкость
§ 1.14. Зависимость теплового эффекта химической реакции от температуры. Уравнение Кирхгофа
Контрольные вопросы
Глава 2. Энтропия. Закон возрастания энтропии. Третий закон термодинамики. Термодинамические потенциалы
§ 2.1. Энтропия
§ 2.2. Закон возрастания энтропии (второй закон термодинамики)
§ 2.3. Третий закон термодинамики
§ 2.4. Расчет изменений энтропии
§ 2.5. Фундаментальное уравнение для закрытых систем
§ 2.6. Термодинамические потенциалы
§ 2.7. Термодинамические потенциалы и работа
§ 2.8. Энтропия как мера связанной энергии
§ 2.9. Термодинамические потенциалы и их частные производные
§ 2.10. Химический потенциал. Уравнение Гиббса-Дюгема
§ 2.11. Зависимость изобарного потенциала от температуры. Уравнение Гиббса-Гельмгольца
§ 2.12. Химический потенциал идеального газа
§ 2.13. Фугитивность и активность
Контрольные вопросы
Глава 3. Растворы неэлектролитов
§ 3.1. Общая характеристика растворов
§ 3.2. Способы выражения концентрации растворов
§ 3.3. Термодинамика идеальных газовых смесей
§ 3.4. Идеальные растворы. Давление пара идеального раствора. Закон Рауля
§ 3.5. Термодинамика идеальных растворов
§ 3.6. Давление пара неидеальных растворов. Закон Генри
§ 3.7. Активность. Коэффициент активности
Контрольные вопросы
Глава 4. Термодинамика химического равновесия
§ 4.1. Условие химического равновесия
§ 4.2. Закон действующих масс. Константа равновесия
§ 4.3. Равновесие простых газовых реакций
§ 4.4. Равновесие реакций в растворах
§ 4.5. Уравнение изотермы химической реакции
§ 4.6. Стандартный потенциал образования
§ 4.7. Влияние внешних условий на равновесие
§ 4.8. Уравнение изобары и изохоры
§ 4.9. Расчет теоретического выхода продукта реакции
§ 4.10. Термодинамика неравновесных процессов
Контрольные вопросы
РАЗДЕЛ 2. Фазовые равновесия
Глава 5. Равновесие фаз. Однокомпонентные системы
§ 5.1. Условия равновесия фаз
§ 5.2. Правило фаз Гиббса
§ 5.3. Фазовые переходы. Сосуществование фаз
§ 5.4. Уравнение Клапейрона
§ 5.5. Уравнение Клаузиуса-Клапейрона
§ 5.6. Диаграмма состояния
§ 5.7. Диаграмма состояния воды
Контрольные вопросы
Глава 6. Бинарные системы. Коллигативные свойства
§ 6.1. Осмос и осмотическое давление. Закон Вант-Гоффа
§ 6.2. Понижение температуры замерзания
§ 6.3. Повышение температуры кипения раствора твердого нелетучего вещества в жидкости
§ 6.4. Определение молярной массы растворенного вещества криоскопическим, эбулиоскопическим
и осмотическим методом
Контрольные вопросы
Глава 7. Бинарные системы. Фазовые равновесия. Многокомпонентные системы
§ 7.1. Общие положения
§ 7.2. Значение фазовых диаграмм для фармации
§ 7.3. Анализ диаграмм состояния
§ 7.4. Равновесия кристалл - жидкий раствор. Классификация
§ 7.5. Диаграмма состояния системы с неограниченной растворимостью компонентов в жидком и взаимной нерастворимостью в твердом состоянии
§ 7.6. Феноменологическое описание процесса кристаллизации системы с неограниченной
растворимостью компонентов в жидком и взаимной нерастворимостью в твердом состоянии
§ 7.7. Диаграмма состояния системы с неограниченной растворимостью компонентов в жидком
и ограниченной растворимостью в твердом состоянии
§ 7.8. Феноменологическое описание процесса кристаллизации
§ 7.9. Диаграмма состояния системы с неограниченной растворимостью компонентов в жидком состоянии. В твердом состоянии ее компоненты образуют химические соединения, плавящиеся конгруэнтно
§ 7.10. Диаграмма состояния системы с неограниченной растворимостью компонентов в жидком и твердом состояниях
§ 7.11. Равновесие жидкость-жидкость. Ограниченно растворимые жидкости
§ 7.12. Равновесие жидкость-пар. Взаимно растворимые жидкости
§ 7.13. Равновесие жидкость-пар. Взаимно несмешивающиеся жидкости
Контрольные вопросы
Глава 8. Многокомпонентные системы. Закон распределения
§ 8.1. Закон распределения
§ 8.2. Диаграмма состояния трехкомпонентных систем
§ 8.3. Диаграмма состояния трехкомпонентной жидкой смеси
Контрольные вопросы
Глава 9. Методы анализа и разделения
§ 9.1. Термический анализ
§ 9.2. Дифференциальный термический анализ
§ 9.3. Методы очистки веществ
§ 9.4. Разделение неограниченно растворимых жидкостей методом простой перегонки
§ 9.5. Разделение неограниченно растворимых жидкостей методом фракционной перегонки.
Ректификация
§ 9.6. Методы разделения азеотропных смесей
§ 9.7. Экстракция
§ 9.8. Экстракция типа твердое тело - жидкость
Контрольные вопросы
РАЗДЕЛ 3. Электрохимия
Глава 10. Растворы электролитов и ионные равновесия. Слабые электролиты
§ 10.1. Растворы электролитов
§ 10.2. Равновесие электролитической диссоциации в растворе
§ 10.3. Кислотно-основное равновесие
§ 10.4. Термодинамическая константа диссоциации. Активность. Коэффициент активности.
Ионная сила раствора
§ 10.5. Гидролиз. Расчет рН гидролизованных растворов
§ 10.6. Буферные растворы. Расчет рН буферных растворов
Контрольные вопросы
Глава 11. Сильные электролиты. Растворы электролитов и ионные равновесия
§ 11.1. Причины электролитической диссоциации
§ 11.2. Активности электролитов
§ 11.3. Особенности свойств сильных электролитов. Теория Дебая-Хюккеля
§ 11.4. Основные понятия теории ассоциации
§ 11.5. Понятие сольватации ионов
Контрольные вопросы
Глава 12. Равновесные электродные процессы
§ 12.1. Общие положения
§ 12.2. Феноменология возникновения электродного потенциала
§ 12.3. Электродные потенциалы
§ 12.4. Гальванические элементы. Электродвижущая сила (э.д.с.). Измерение э.д.с.
§ 12.5. Диффузионный потенциал
§ 12.6. Способы обозначений для гальванических элементов
§ 12.7. Термодинамика гальванического элемента. Уравнение Нернста
§ 12.8. Основное уравнение потенциала электрода
§ 12.9. Экспериментальное определение электродных потенциалов. Стандартный водородный электрод
§ 12.10. Обратимые и необратимые электроды. Классификация обратимых электродов
§ 12.11. Потенциометрическое определение физико-химических величин
§ 12.12. Потенциометрия
§ 12.13. Современные химические источники тока
Контрольные вопросы
Глава 13. Неравновесные электродные процессы. Электролиз. Полярография.
Амперометрическое титрование
§ 13.1. Неравновесные электродные процессы
§ 13.2. Электролиз
§ 13.3. Законы Фарадея. Электрохимические эквиваленты. Выход вещества по току
§ 13.4. Скорость электрохимических процессов
§ 13.5. Кулонометрия
§ 13.6. Потенциал разложения и перенапряжение
§ 13.7. Электродная поляризация
§ 13.8. Полярография
§ 13.9. Амперометрическое титрование
§ 13.10. Электрохимическая коррозия металлов
Контрольные вопросы
Глава 14. Электрическая проводимость растворов
§ 14.1. Движение ионов в электрическом поле. Удельная электрическая и молярная (эквивалентная)
проводимость растворов электролитов. Закон Кольрауша
§ 14.2. Влияние разбавления на удельную проводимость растворов электролитов
§ 14.3. Числа переноса
§ 14.4. Измерение электрической проводимости растворов электролитов
§ 14.5. Кондуктометрия
§ 14.6. Кондуктометрическое титрование
Контрольные вопросы
РАЗДЕЛ 4. Введение в спектроскопию
Глава 15. Элементы квантовой химии
§ 15.1. Основные понятия квантовой механики
§ 15.2. Квантово-механическое объяснение строения атома
§ 15.3. Атомные уровни энергии
§ 15.4. Связь строения атома с периодической системой Д. И. Менделеева
§ 15.5. Энергия ионизации атомов и сродство к электрону
§ 15.6. Химическая связь и ее параметры
§ 15.7. Межмолекулярные взаимодействия. Силы Ван дер Ваальса. Водородная связь
§ 15.8. Электронные термы молекулы
Контрольные вопросы
Глава 16. Взаимодействие электромагнитного излучения с веществом
§ 16.1. Электромагнитное излучение
§ 16.2. Постулат Бора
§ 16.3. Атомная спектроскопия
§ 16.4. Молекулярная спектроскопия
§ 16.5. Вращательные спектры двухатомных молекул
§ 16.6. Колебательные спектры двухатомных молекул
§ 16.7. Колебательно-вращательный спектр
§ 16.8. Колебательный спектр конденсированных сред
§ 16.9. Спектроскопия комбинационного рассеяния
§ 16.10. Электронные спектры
§ 16.11. Дипольный момент
§ 16.12. Диэлектрическая проницаемость
§ 16.13. Поляризация
§ 16.14. Явление преломления света. Показатель преломления
§ 16.15. Оптическая активность веществ и поляризация света
§ 16.16. Поляриметрия
§ 16.17. Радиоспектроскопия, ЭПР и ЯМР
Контрольные вопросы
Глава 17. Элементы статистической термодинамики и современных методов расчета термодинамических величин
§ 17.1. Микроскопическое описание состояния методом классической механики
§ 17.2. Микроскопическое описание состояния квантовой статистикой
§ 17.3. Микроканоническое и каноничекое среднее
§ 17.4. Связь энтропии и статистического веса
§ 17.5. Каноническое распределение Гиббса
§ 17.6. Статистическое определение свободной энергии
Контрольные вопросы
РАЗДЕЛ 5. Химическая кинетика и катализ
Глава 18. Кинетика химических реакций
§ 18.1. Основные принципы и уравнения формальной кинетики
§ 18.2. Скорость реакции
§ 18.3. Кинетическое уравнение
§ 18.4. Кинетика реакций в статических условиях
§ 18.5. Методы определения порядка химических реакций
§ 18.6. Сложные реакции
§ 18.7. Цепные реакции
§ 18.8. Фотохимические реакции
§ 18.9. Принцип детального равновесия
§ 18.10. Кинетика гетерогенных процессов
§ 18.11. Влияние температуры на скорость реакции
§ 18.12. Молекулярная кинетика. Теория активных столкновений
§ 18.13. Молекулярная кинетика. Теория активированного комплекса
§ 18.14. Влияние растворителя на кинетику химической реакции
§ 18.15. Влияние ионной силы на скорость реакции
Контрольные вопросы
Глава 19. Катализ
§ 19.1. Общие положения и закономерности катализа
§ 19.2. Гомогенный катализ
§ 19.3. Кислотный и основной катализ
§ 19.4. Гомогенно-каталитические реакции, катализируемые комплексными соединениями
§ 19.5. Ферментативный катализ
§ 19.6. Гетерогенный катализ
Контрольные вопросы
РАЗДЕЛ 6. Поверхностные явления
Глава 20. Термодинамика поверхностных явлений
§ 20.1. Поверхностная энергия Гиббса. Поверхностное натяжение
§ 20.2. Факторы, влияющие на поверхностное натяжение
§ 20.3. Поверхностно-активные и поверхностно-инактивные вещества
§ 20.4. Уравнение адсорбции Гиббса
§ 20.5. Смачивание. Инверсия смачивания. Растекание. Поверхностные пленки
§ 20.6. Когезия. Адгезия. Флотация
§ 20.7. Методы определения поверхностного натяжения
Контрольные вопросы
Глава 21. Адсорбция
§ 21.1. Сорбция. Виды адсорбции
§ 21.2. Поверхностная активность. Правило Дюкло-Траубе
§ 21.3. Адсорбция на границе раздела жидкость-газ. Анализ изотермы адсорбции Ленгмюра.
Определение размеров молекул ПАВ
§ 21.4. Адсорбция на твердой поверхности. Теории адсорбции
§ 21.5. Закономерности адсорбции на твердых
адсорбентах. Особенности адсорбции на пористых адсорбентах
§ 21.6. Адсорбция электролитов. Образование двойного электрического слоя (ДЭС). Ионный обмен
Контрольные вопросы
Глава 22. Хроматография
§ 22.1. Сущность и классификация хроматографии
§ 22.2. Основные хроматографические параметры
§ 22.3. Теоретические основы хроматографии
§ 22.4. Анализ и методы расчета хроматограмм
§ 22.5. Плоскостная, ионообменная и гель-хроматография
Контрольные вопросы
РАЗДЕЛ 7. Коллоидное состояние вещества. Дисперсные системы
Глава 23. Природа и классификация дисперсных систем
§ 23.1. Историческое развитие науки о коллоидах
§ 23.2. Классификация по размеру частиц (дисперсности)
§ 23.3. Классификация по агрегатному состоянию фаз
§ 23.4. Классификация по отсутствию или наличию взаимодействия между частицами дисперсной фазы
§ 23.5. Классификация по степени взаимодействия дисперсной фазы с дисперсионной средой
§ 23.6. Растворы высокомолекулярных соединений
Контрольные вопросы
Глава 24. Молекулярно-кинетические свойства коллоидных систем
§ 24.1. Броуновское движение
§ 24.2. Диффузия
§ 24.3. Осмотическое давление
§ 24.4. Седиментация в дисперсных системах и седиментационный анализ
Контрольные вопросы
Глава 25. Оптические свойства дисперсных систем
§ 25.1. Особенности оптических свойств дисперсных систем
§ 25.2. Рассеяние света
§ 25.3. Поглощение света
§ 25.4. Оптическая анизотропия
§ 25.5. Оптические методы анализа дисперсности
Контрольные вопросы
Глава 26. Электрический заряд коллоидных частиц
Электрокинетические явления
§ 26.1. Теории строения двойного электрического слоя. Потенциалы ДЭС
§ 26.2. Влияние электролитов на строение двойного электрического слоя
§ 26.3. Строение коллоидных частиц лиофобных золей
§ 26.4. Электрокинетические явления
§ 26.5. Разделение методом электрофореза
Контрольные вопросы
Глава 27. Методы получения и очистки коллоидных растворов
§ 27.1. Конденсационные методы получения коллоидных систем
§ 27.2. Получение коллоидных систем методами диспергирования
§ 27.3. Методы очистки коллоидных растворов
§ 27.4. Некоторые свойства мембран для диализа и ультрафильтрации
Контрольные вопросы
Глава 28. Устойчивость и коагуляция коллоидных систем
§ 28.1. Лиофильные и лиофобные дисперсные системы. Виды устойчивости
§ 28.2. Агрегация и устойчивость гидрофобных золей
§ 28.3. Факторы устойчивости дисперсных систем
§ 28.4. Теории устойчивости и коагуляции
§ 28.5. Скорость коагуляции
§ 28.6. Закономерности коагуляции гидрофобных золей под действием электролитов
§ 28.7. Коллоидная защита. Флокуляция
Контрольные вопросы
Глава 29. Классы микрогетерогенных систем
§ 29.1. Аэрозоли и порошки
§ 29.2. Суспензии
§ 29.3. Эмульсии
§ 29.4. Пены
Контрольные вопросы
Глава 30. Поверхностно-активные вещества. Коллоидные системы, образованные ПАВ
§ 30.1. Классификация и общая характеристика ПАВ
§ 30.2. Гидрофильно-липофильный баланс ПАВ. Число ГЛБ
§ 30.3. Мицеллярные растворы ПАВ. Критическая концентрация мицеллообразования (ККМ).
Солюбилизация
§ 30.4. Применение ПАВ в фармации
Контрольные вопросы
РАЗДЕЛ 8. Высокомолекулярные вещества и их растворы
Глава 31. Получение и свойства ВМС
§ 31.1. Классификация ВМС. Структура, форма и гибкость макромолекул
§ 31.2. Фазовые состояния ВМС
§ 31.3. Взаимодействие ВМС с растворителем. Набухание
§ 31.4. Свойства растворов ВМС
§ 31.5. Полиэлектролиты
§ 31.6. Осмотическое давление растворов ВМС (молекулярных коллоидов).
Мембранное равновесие Доннана
§ 31.7. Гели и студни
Контрольные вопросы
РАЗДЕЛ 9. Реологические методы исследования дисперсных систем
Глава 32. Структурно-механические свойства и реологический метод исследования дисперсных систем
§ 32.1. Реологические свойства коллоидных систем. Ньютоновские жидкости
§ 32.2. Аномалия вязкости. Неньютоновские жидкости и структурированные системы
§ 32.3. Методы определения вязкости
§ 32.4. Вязкость растворов ВМС
§ 32.5. Определение молекулярной массы ВМС вискозиметрическим методом
Контрольные вопросы