Национальный цифровой ресурс Руконт - межотраслевая электронная библиотека (ЭБС) на базе технологии Контекстум (всего произведений: 524551)
Консорциум Контекстум Информационная технология сбора цифрового контента
Уважаемые СТУДЕНТЫ и СОТРУДНИКИ ВУЗов, использующие нашу ЭБС. Рекомендуем использовать новую версию сайта.

Методологический базис химии. Как решаются научные задачи (535,00 руб.)

0   0
Первый авторЛупейко Т. Г.
АвторыЮжный федеральный ун-т
ИздательствоРостов н/Д.: Изд-во ЮФУ
Страниц450
ID692370
АннотацияВ учебнике на примере химии показаны истоки, принципы работы и результаты квантового, геометрического, аналитического (математического) и других подходов, руководствуясь которыми, современная химия и другие науки решают свои исследовательские задачи. Особый акцент сделан на инновациях, полученных в этой области автором работы: в их числе графическое и математическое моделирование и полученные с их использованием конкретные прорывные результаты в приложении к фазовым равновесиям и состояниям систем с различным числом компонентов и к уникальному фундаментальному свойству растворимости веществ. Особенностью учебника является также то, что фактический материал излагается заинтересованно, с учетом исторического развития и динамики его формирования, сопровождается авторскими комментариями, наглядными примерами, образными сравнениями и стремлением приобщить читателя к творческому процессу познания.
Кому рекомендованоУчебник может быть рекомендован широкому кругу читателей, включая студентов естественнонаучных и других факультетов, а также исследователей и специалистов, желающих на примере химии освоить базовые методологические приемы современной науки и использовать их универсальные, высокоэффективные возможности в своей работе.
ISBN978-5-9275-2757-1
УДК54+001.895(075.8)
ББК24я73
Лупейко, Т.Г. Методологический базис химии. Как решаются научные задачи [Электронный ресурс] : учебник с результатами авт. исслед. / Южный федеральный ун-т, Т.Г. Лупейко .— Ростов н/Д. : Изд-во ЮФУ, 2018 .— 450 с. — ISBN 978-5-9275-2757-1 .— Режим доступа: https://rucont.ru/efd/692370

Предпросмотр (выдержки из произведения)

Методологический_базис_химии.pdf
Стр.3
Стр.4
Стр.5
Стр.6
Стр.7
Стр.8
Стр.9
Стр.10
Методологический_базис_химии.pdf
УДК 54+001.895(075.8) ББК 24я73 Л85 Печатается в соответствии с решением кафедры общей и неорганической химии химического факультета ЮФУ, протокол № 6 от 30 августа 2017 г. Рецензенты: заведующий лабораторией «Физико-химический анализ оксидных систем», ИОНХ РФ, д. х. н., профессор В. М. Скориков; заведующий кафедрой моделирования ФГАОУ ВО «Южный федеральный университет», д. ф.-м. н., профессор А. В. Наседкин Л85 Лупейко, Т. Г. Методологический базис химии. Как решаются научные задачи : учебник с результатами авторских исследований / Т. Г. Лупейко ; Южный федеральный университет. – Ростов-на-Дону ; Таганрог : Издательство Южного федерального университета, 2018. – 446 с. ISBN 978-5-9275-2757-1 В учебнике на примере химии показаны истоки, принципы работы и результаты квантового, геометрического, аналитического (математического) и других подходов, руководствуясь которыми, современная химия и другие науки решают свои исследовательские задачи. Особый акцент сделан на инновациях, полученных в этой области автором работы: в их числе графическое и математическое моделирование и полученные с их использованием конкретные прорывные результаты в приложении к фазовым равновесиям и состояниям систем с различным числом компонентов и к уникальному фундаментальному свойству растворимости веществ. Учебник может быть рекомендован широкому кругу читателей, включая студентов естественнонаучных и других факультетов, а также исследователей и специалистов, желающих на примере химии освоить базовые методологические приемы современной науки и использовать их универсальные, высокоэффективные возможности в своей работе. Особенностью учебника является также то, что фактический материал излагается заинтересованно, с учетом исторического развития и динамики его формирования, сопровождается авторскими комментариями, наглядными примерами, образными сравнениями и стремлением приобщить читателя к творческому процессу познания. УДК 54+001.895(075.8) ББК 24я73 ISBN 978-5-9275-2757-1 © Южный федеральный университет, 2018 © Т. Г. Лупейко, 2018 © Оформление. Макет. Издательство Южного федерального университета, 2018
Стр.3
ОГЛАВЛЕНИЕ ПРЕДИСЛОВИЕ ..................................................................................... 10 Введение .................................................................................................. 12 Общие сведения ...................................................................................... 15 ГЛАВА 1. КВАНТОВАЯ МЕТОДОЛОГИЯ И ЕЕ ИСТОКИ .............. 39 1.1. Развитие представлений о строении атома .............................. 40 1.2. Атомные масштабы .................................................................... 42 1.3. Основные этапы развития взглядов на строение атома .......... 45 1.4. Понятие о спектрах .................................................................... 49 1.5. Спектр атома водорода ............................................................... 50 1.6. Планетарное строение атома ..................................................... 54 1.7. «Кентавры» микромира .............................................................. 58 1.8. Хотите себя попробовать в решении атомных задач? ............. 65 1.9. Хотите увидеть квантовый мир глазами первопроходцев? ..... 66 Вопросы для самоконтроля .................................................................... 67 ГЛАВА 2. КВАНТОВАЯ МЕХАНИКА И СТРОЕНИЕ АТОМА ....... 68 2.1. Уравнение Шредингера – основа квантовой механики .......... 68 2.2. Обычное и необычное в квантовой механике .......................... 70 2.3. Как работает и на что претендует квантовая механика .......... 72 ГЛАВА 3. КВАНТОВАЯ ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ .......... 84 3.1. Виды химической связи ............................................................. 84 3.2. Химическая связь в трактовке квантовой химии..................... 88 3.3. Метод валентных связей ............................................................ 92 3.4. Природа ковалентной связи ....................................................... 93 3.5. Энергетика ковалентной связи .................................................. 95 3.6. Что такое валентность ................................................................ 98 3.7. Свойства ковалентной связи и строение молекул ................. 103 3.7.1. Молекулы, состоящие из двух одновалентных атомов, σ- и π-связь .................................................................... 104 3
Стр.4
3.7.2. Молекулы с центральным многовалентным атомом и одновалентными заместителями. Гибридизация ................ 107 3.7.3. Обобщенная методика анализа химической связи и строения молекул в рамках МВС .......................................... 111 Тестовое задание № 1 .......................................................................... 119 Тестовое задание № 2 .......................................................................... 120 Вопросы для самопроверки .................................................................. 121 Вопросы для самостоятельной работы ............................................. 122 3.8. Метод молекулярных орбиталей ............................................. 122 Вопросы для самостоятельной работы ............................................. 130 3.9. Квантовая химия и другие виды химической связи .............. 130 3.9.1. Ионная связь ..................................................................... 131 3.9.2. Металлическая связь ........................................................ 132 3.9.3. Межмолекулярные взаимодействия ............................... 134 ГЛАВА 4. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ И ГЕОМЕТРИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ................................... 136 4.1. Общие сведения ........................................................................ 136 4.2. Правило фаз и классификация фазовых систем .................... 138 4.3. Истоки физико-химического анализа ..................................... 145 4.4. Место ФХА среди других научных дисциплин ..................... 148 4.5. Основные принципы геометрического анализа диаграмм ........................................................................................... 150 4.6. Методы исследования, возможности и значение ФХА ......... 153 ГЛАВА 5. ГЕОМЕТРИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИАГРАММ СОСТОЯНИЯ ОДНОКОМПОНЕНТНЫХ СИСТЕМ ........................ 156 5.1. Геометрическая модель диаграмм состояния однокомпонентных систем ............................................................. 156 5.2. Изобарические и изотермические процессы в однокомпонентных системах и решение прикладных вопросов на их основе ..................................................................... 164 5.3. Геометрические модели диаграмм однокомпонентных систем веществ с полиморфными превращениями...................... 170 Вопросы для самопроверки .................................................................. 173 4
Стр.5
ГЛАВА 6. ГЕОМЕТРИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИАГРАММ ДВУХКОМПОНЕНТНЫХ ФАЗОВЫХ СИСТЕМ ............................. 174 6.1. Способ изображения состава двойных систем ...................... 174 6.2. Базовые геометрические модели двойных фазовых систем ................................................................................ 176 6.3. Геометрические модели диаграмм «свойство – состав» двойных моноагрегатных конденсированных систем ................. 180 6.4. Геометрические модели диаграмм растворимости двойных моноагрегатных конденсированных систем ................. 185 6.4.1. Геометрические модели диаграмм растворимости двойных жидких систем ............................................................ 186 6.4.2. Геометрические модели диаграмм растворимости двойных моноагрегатных твердофазных систем .................... 192 6.5. Геометрические модели двойных изобарических систем с жидкими и твердыми фазами .......................................... 194 6.5.1. Геометрическая модель диаграмм двойных систем с простой эвтектикой (тип 1) ........................................ 195 6.5.2. Геометрические модели диаграмм двойных изобарических систем с кристаллизацией твердых растворов ...................................................................... 206 6.5.3. Геометрические модели диаграмм двойных систем с кристаллизацией ограниченных твердых растворов (тип 2) ........................................................................ 207 6.5.4. Геометрическая модель диаграмм двойных систем с ограниченными твердыми растворами и эвтектикой ........... 210 6.5.5. Методика обоснования, построения и анализа геометрических моделей диаграмм двойных фазовых систем .......................................................................... 216 6.5.6. Геометрическая модель диаграмм двойных систем с ограниченными твердыми растворами и перитектикой ........................................................................... 218 6.5.7. Геометрические модели диаграмм двойных систем с кристаллизацией неограниченных твердых растворов (тип 3) ........................................................................ 220 6.6. Геометрические модели диаграмм двойных изобарических систем с образованием соединений ..................... 223 5
Стр.6
6.6.1. Геометрическая модель диаграмм двойных систем с образованием конгруэнтно плавящегося соединения .......... 223 6.6.2. Геометрическая модель диаграмм двойных систем с образованием инконгруэнтно плавящегося соединения .................................................................................. 226 6.6.3. Геометрические модели диаграмм двойных систем с образованием соединений в твердом состоянии .................. 227 6.6.4. Геометрические модели диаграмм двойных систем с образованием конгруэнтно плавящихся соединений и твердых растворов ............................................. 229 6.7. Геометрические модели диаграмм двойных изобарических систем с ограниченной растворимостью компонентов в жидком состоянии .................................................. 234 6.8. Краткие сведения о геометрических моделях двойных систем с превращениями в твердом состоянии ............ 237 6.9. Контрольные задания по направлению геометрического моделирования двойных систем .................................................... 240 ГЛАВА 7. ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ДИАГРАММ ТРЕХКОМПОНЕНТНЫХ, ТРОЙНЫХ ВЗАИМНЫХ И МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ СИСТЕМ .......................................... 244 7.1. Способы изображения состава трехкомпонентных систем. Треугольник составов и его свойства ............................... 244 7.2. Геометрические модели диаграмм состояния тройных систем ................................................................................ 248 7.2.1. Геометрические модели диаграмм тройных систем эвтектического типа ...................................................... 250 7.2.2. Анализ процессов охлаждения расплавов с использованием геометрической модели диаграммы плавкости тройных систем типа 1 ............................................ 254 7.2.3. Вопросы экспериментального построения диаграмм тройных систем ......................................................... 261 7.3. Геометрические модели диаграмм тройных систем с соединениями ................................................................... 262 7.3.1. Тройные системы с двойным конгруэнтно плавящимся соединением и стабильным сечением ................ 264 6
Стр.7
7.3.2. Геометрическая модель плоских диаграмм тройных систем с двойным конгруэнтно плавящимся соединением и нестабильным триангулирующим сечением ........................ 269 7.3.3. Геометрическая модель плоских диаграмм тройных систем с двойным конгруэнтно плавящимся соединением и нестабильным и нетриангулирующим сечением ...................................................................................... 277 7.3.4. Геометрическая модель плоских диаграмм тройных систем с двойным инконгруэнтно плавящимся соединением .......................................................... 281 7.3.5. Геометрическая модель плоских диаграмм тройных систем с образованием нескольких двойных соединений .................................................................. 284 7.3.6. Геометрическая модель диаграмм тройных систем с образованием тройных соединений .......................... 286 7.4. Геометрическая модель тройных систем с кристаллизацией твердых растворов .......................................... 291 7.5. Геометрическая модель тройных систем с ограниченной растворимостью компонентов в жидком состоянии .................... 294 7.6. Геометрические модели диаграмм плавкости тройных взаимных систем .............................................................................. 300 7.7. Многокомпонентные фазовые системы ................................. 308 7.7.1. Способы изображения состава многокомпонентных систем .......................................................................................... 309 7.7.2. Геометрическая модель изобарической четверной системы ..................................................................... 312 ГЛАВА 8. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДВУХКОМПОНЕНТНЫХ ФАЗОВЫХ СИСТЕМ И ПРИМЕРЫ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ .................................................... 319 8.1. Математическая модель изобары плавкости компонента двойной системы и ее анализ .................................... 320 8.2. Анализ взаимосвязи термодинамических и фазовых параметров двойных систем ........................................ 326 8.3. Математическая модель ликвидуса двойной эвтектической системы и ее эвтектики .......................................... 329 7
Стр.8
ГЛАВА 9. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТРОЙНЫХ ВЗАИМНЫХ СИСТЕМ ................................................... 335 9.1. Три «кита» химии ..................................................................... 335 9.2. Примеры вывода первоосновных уравнений связи и их применения для решения задач .............................................. 336 9.3. Уравнения связи фазовых равновесий тройных взаимных систем .............................................................................. 337 9.4. Уравнение изотерм растворимости солей ТВС ..................... 339 9.5. Уравнения симметричных изотерм растворимости солей ТВС .............................................................. 340 9.6. Виды изотерм кристаллизации (растворимости) солей ТВС ......................................................................................... 346 9.7. Критические процессы начала расслаивания в расплавах ТВС .............................................................................. 352 ГЛАВА 10. ПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ ДИЗАЙН ФАЗОВЫХ РАВНОВЕСИЙ ТВС ............................................................................. 363 10.1. Получение математической модели фазовых равновесий ТВС ............................................................................... 363 10.2. Анализ математической модели фазовых равновесий ТВС ............................................................................... 366 10.3. Координатное пространство (n, р) ........................................ 368 10.4. Анализ растворимости фаз в системах с обменным взаимодействием в расплавах ......................................................... 375 10.4.1. Изотермическая растворимость фаз в ТВС ................. 375 10.4.2. Политермическая растворимость фаз в ТВС ............... 382 10.5. Критерии существования равновесий твердых фаз с расплавом ТВС ....................................................................... 388 ГЛАВА 11. НОВАЯ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКАЯ ПЛАТФОРМА И ЕЕ ВОЗМОЖНОСТИ ....................................................................... 395 11.1. Оптимальна ли современная термодинамика? .................... 395 11.2. Взаимный расчет термодинамических параметров и диаграмм плавкости. Формирование новой базы термодинамических данных ........................................................... 400 8
Стр.9
11.2.1. Расчет термодинамических параметров ТВС по изотермам кристаллизации (растворимости) их фаз с использованием координатного пространства (u, v) ............ 401 11.2.2. Оценка погрешностей взаимного расчета термодинамических параметров и диаграмм плавкости ТВС ............................................................................ 405 11.2.3. Расчеты параметров с использованием пространства (n, р) ..................................................................... 412 11.2.4. Расчеты параметров по изобарам плавкости компонентов диаграмм двойных и квазибинарных систем .......................................................................................... 414 11.2.5. Расчеты параметров систем с расслаиванием ............. 417 11.3. К расчетам диаграмм плавкости (растворимости) двойных и тройных взаимных систем по термодинамическим параметрам .............................................. 424 ГЛАВА 12. КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ ПО НАПРАВЛЕНИЮ АНАЛИТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ТРОЙНЫХ ВЗАИМНЫХ СИСТЕМ ........................................................................ 428 12.1. Задания .................................................................................... 428 12.2. Выводы и пояснения к решению задач ................................. 431 12.3. Примеры решения задач ........................................................ 433 ЗАКЛЮЧЕНИЕ ..................................................................................... 440 ОСНОВНЫЕ ЛИТЕРАТУРНЫЕ ИСТОЧНИКИ ................................ 445 9
Стр.10

Облако ключевых слов *


* - вычисляется автоматически