НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Факультет естественных наук
Кафедра химии твердого тела
МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ
ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ В ХИМИИ ТВЕРДОГО ТЕЛА
Спецкурс для студентов 4-5 курса,
Авторы:
д.х.н., доцент Н.Ф.Уваров
к.х.н., ассистент Ю.Г.Матейшина
Новосибирск 2008
Издание подготовлено в рамках выполнения инновационно-образовательной программы «Инновационные образовательные программы и технологии, реализуемые на принципах партнерства классического университета, науки, бизнеса и государства» национального проекта «Образование».
ВВЕДЕНИЕ
Химия твердого тела находится на стыке химии и физики твердого тела и занимает особое место в ряду других наук. Реакционная способность кристаллов определяется как химическими свойствам отдельных молекул, так и коллективными характеристиками ансамбля атомов и ионов. Поэтому, химические процессы в твердых веществах часто идут совсем по другим механизмам, чем в растворах или в газах. Для изучения таких процессов необходимо использовать широкий арсенал физико-химических методов. Цель данного спецкурса – ознакомить читателя с основными физическими методами, используемыми в химии твердого тела, и научить студента осмысленно пользоваться ими в повседневной работе.
Любой физический метод дает информацию о конкретном свойстве твердофазной системы – монокристалла или гетерофазной смеси реагентов и продуктов реакции. В курсе последовательно обсуждаются различные методики с конкретными примерами их применения в химии твердого тела. Все методики сгруппированы в отдельные группы, отличающиеся по принципу измерений. Каждая группа методов обсуждается в отдельном разделе, в конце которого приведен список дополнительной справочной литературы. В данном издании изложены общий план лекций и основные разделы.
1. Методы определения
механических свойств. К механическим
свойствам твердофазных химических систем относятся масса, линейные размеры, плотность,
твердость, прочность, сжимаемость.
1.1. Измерение массы (гравиметрия) – традиционный и наиболее простой метод химического анализа. Измерения производятся весовыми методами с использованием двухчашечных или одночашечных весов (например, пружинных); предельная чувствительность 10-5 г. Области использования: изучение равновесий или кинетики реакций, сопровождающихся изменением массы (гидратации, дегидратации, окисления, разложения). При этом можно варьировать температуру, давления или другие внешние параметры. Метод, в котором регистрируется производная массы по времени, называется дериватографией, а прибор - дериватографом. Существуют пьезомикровесы, принцип действия которых основан на изменении частоты собственных колебаний кварцевого резонатора Df/f0 » Dm/m0; они обладают рекордной чувствительностью - 10-11 г при m0=10-4 г. Пьезомикровесы можно использовать для исследования кинетики начальных стадий реакций, сопровождающихся малым изменением массы, процессов адсорбции и десорбции, электрохимической кристаллизации (до одного монослоя!).
1.2. Измерение линейных размеров, объема (дилатометрия).
|
|
|
|
Рис. 1. Схема оптико-механического дилатометра: 1 — исследуемый образец; 2 — шток; 3 — зажим; 4 — зеркало, прикрепленное к валику 5; 6 — магнит, притягивающий зажим; 7 — источник света; 8 — зрительная труба |
Рис. 2. Схема интерференционного дилатометра: 1 — источник света; 2 — конденсор; 3 — полупрозрачное зеркало; 4 — нижняя плоскость верхней пластины; 5 — верхняя плоскость нижней пластины; 6 — исследуемый образец; 7 — интерференционная картина в плоскости AA; 8 — линза, позволяющая наблюдать интерференционную картину. |
Дилатометрия дает информацию о коэффициентах термического расширения, ангармонизме колебаний атомов или ионов, фазовых
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
