ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2021
Просмотров: 1641
Скачиваний: 3
МИНИСТЕРСТВО
ОБРАЗОВАНИЯ
И
НАУКИ
РФ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ
БЮДЖЕТНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО
ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО
ОБРАЗОВАНИЯ
«
ВОРОНЕЖСКИЙ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ
»
ФИЗИКОХИМИЯ
НАНОРАЗМЕРНЫХ
СИСТЕМ
Учебно
-
методическое
пособие
для
вузов
Издательско
-
полиграфический
центр
Воронежского
государственного
университета
2013
2
Утверждено
научно
-
методическим
советом
химического
факультета
5
сен
-
тября
2013
г
.,
протокол
№
7
Составители
:
Т
.
А
.
Кравченко
,
М
.
Ю
.
Чайка
,
Е
.
В
.
Булавина
,
В
.
С
.
Горшков
Рецензент
д
-
р
хим
.
наук
,
профессор
Д
.
Л
.
Котова
Учебно
-
методическое
пособие
подготовлено
на
кафедре
физической
химии
химического
факультета
Воронежского
государственного
университета
.
Рекомендуется
для
магистров
химического
факультета
по
учебной
дисцип
-
лине
М
1.
В
.
ДВ
.3
Физикохимия
наноразмерных
систем
Для
специальности
020100 –
Химия
3
Содержание
Предисловие
............................................................................................................ 5
1.
Наноразмерные
системы
.
Их
роль
в
природе
и
технологии
........................... 6
1.1.
Определение
понятия
наноразмерной
системы
..................................... 6
1.2.
Классификация
частиц
по
размеру
......................................................... 7
1.3.
Электронная
и
геометрическая
структура
наночастиц
(
НЧ
).............. 10
1.4.
Размерные
эффекты
в
физикохимии
наноразмерных
систем
(
НС
) ... 17
1.5.
Роль
НС
в
природе
и
технологии
.......................................................... 18
2.
Методы
получения
наноразмерных
частиц
..................................................... 19
2.1.
Общие
подходы
....................................................................................... 19
2.2.
Физические
методы
получения
НЧ
....................................................... 20
2.3.
Химические
методы
получения
НЧ
...................................................... 23
3.
Стабилизация
наноразмерных
частиц
.
Нанокомпозиты
................................ 29
3.1.
Методы
стабилизации
НЧ
...................................................................... 29
3.2.
Макромолекулы
как
стабилизаторы
НЧ
............................................... 31
3.3.
Нанокомпозиты
(
НК
) .............................................................................. 34
4.
Физико
-
химическая
эволюция
наноразмерных
систем
................................. 43
4.1.
Общая
картина
эволюционного
процесса
............................................ 43
4.2.
Основной
эволюционный
маршрут
...................................................... 44
4.3.
Отклик
твердого
вещества
на
внешнее
воздействие
........................... 46
4.4.
Этап
пребывания
вещества
в
наносостоянии
...................................... 49
5.
Физикохимия
зарождения
и
роста
наноразмерных
частиц
........................... 49
5.1.
Термодинамика
зарождения
и
роста
наноразмерных
частиц
............ 49
5.1.1.
Связь
свободной
энергии
с
размером
частиц
............................. 49
5.1.2.
Кристаллизация
из
растворов
и
газов
.......................................... 51
5.1.3.
Гомогенное
и
гетерогенное
зародышеобразование
................... 53
5.1.4.
Химическое
осаждение
металлов
............................................... 55
5.2.
Кинетика
зарождения
и
роста
наноразмерных
частиц
....................... 58
4
5.2.1.
Кинетика
фазообразования
при
конденсации
из
паровой
фазы
......................................................................................................................... 58
5.2.2.
Кинетика
фазообразования
при
наличии
химической
реакции
(
газовая
фаза
) ............................................................................................ 60
5.2.3.
Кинетика
фазообразования
с
участием
твердых
тел
................. 61
5.2.4.
Скорость
кластерообразования
в
матрицах
................................ 63
5.2.5.
Фрактальные
самоорганизующиеся
структуры
.......................... 65
6.
Нанотермодинамика
и
нанокинетика
химических
реакций
.......................... 66
6.1.
Термодинамика
химических
реакций
с
участием
НЧ
......................... 66
6.2.
Кинетика
кластерных
реакций
.............................................................. 68
6.3.
Макрокинетика
химических
реакций
в
нанокомпозитах
(
НК
) .......... 71
7.
Нанокатализ
химических
реакций
................................................................... 80
7.1.
Кинетика
кластерных
реакций
.
Первичный
размерный
эффект
....... 80
7.2.
Вторичный
размерный
эффект
.............................................................. 86
Основная
литература
............................................................................................. 91
5
ПРЕДИСЛОВИЕ
Особенности
поведения
наночастиц
веществ
определяются
в
первую
очередь
их
малыми
размерами
.
Наномасштабные
частицы
обладают
повы
-
шенной
энергией
,
чем
и
вызван
значительный
интерес
к
ним
как
к
химиче
-
ски
и
каталитически
активным
материалам
.
Основная
задача
нанохимии
состоит
в
выявлении
роли
размерного
фактора
.
Физическая
химия
наноразмерных
систем
ставит
своей
целью
объяснение
и
количественное
описание
химических
превращений
с
участи
-
ем
наноразмерных
частиц
веществ
.
Размерный
фактор
рассматривается
в
качестве
переменной
величины
и
вводится
в
уравнения
химической
термо
-
динамики
и
кинетики
.
Следует
сказать
,
что
физикохимия
наноразмерных
систем
–
это
молодая
наука
.
Химические
процессы
и
их
теоретическое
описание
довольно
сложны
,
в
связи
с
чем
не
всегда
однозначно
можно
сказать
,
как
повлияет
размерный
фактор
на
направление
,
полноту
и
скорость
превращений
.
Однако
опреде
-
ленные
попытки
дать
теоретическое
описание
,
используя
и
макро
-,
и
микро
-
скопические
подходы
,
уже
имеются
.
Им
и
посвящено
настоящее
учебно
-
методическое
пособие
.
В
нем
даются
основные
понятия
о
наночастицах
,
их
классификация
по
размерам
,
электронной
и
геометрической
структуре
.
Рассматривается
роль
в
природе
и
промышленности
.
Освещаются
физические
и
химические
мето
-
ды
получения
и
стабилизации
наночастиц
.
Далее
следуют
термодинамика
и
кинетика
образования
наночастиц
,
химические
и
каталитические
реакции
с
их
участием
.