Статистическая механика межмолекулярных и поверхностных сил

2026/2027

Статус: Маго-лего

Кто читает: Департамент прикладной математики

Где читается: Московский институт электроники и математики им. А.Н. Тихонова

Охват аудитории: для всех кампусов НИУ ВШЭ

Преподаватели: Будков Юрий Алексеевич

Язык: русский

Кредиты: 6

Контактные часы: 80

Дополнительные материалы в LMS Задать вопрос

Аннотация

В рамках курса будет дано введение в термодинамику и статистическую физику молекулярных жидкостей и растворов, а также взаимодействующих поверхностей твердых тел, погруженных в жидкие среды. Будут освещены недавние результаты в области теории поверхностных сил, структурных сольватационных и гидратационных сил, гидрофобных взаимодействий, ионно-корреляционных сил, сил тепловых флуктуаций, а также взаимодействий частиц и поверхностей в полимерных растворах и расплавах. Курс адресован студентам старших курсов физико-химических специальностей и студентам специальности "Прикладная математика", интересующихся моделированием физико-химических процессов, происходящих в жидкостях и на межфазных границах.

Цель освоения дисциплины

Цель освоения данной дисциплины состоит в формировании у студентов понимания современного состояния теории и феноменологии межмолекулярных и поверхностных сил, а также для последующего применения полученных знаний в современной химии и науке о материалах.

Планируемые результаты обучения

Получить представление о фундаментальных взаимодействиях в природе и о разновидностях межмолекулярных и поверхностных сил.
Знать, что такое химический потенциал, энергия когезии и распределение Больцмана. Уметь производить оценку энергии когезии молекул в конденсированных фазах, таких как жидкость и твёрдое тело.
Усвоить понятие сольватации.
Уметь оценивать энергию сольватации иона по Борну.
Уметь вычислять свободную энергию заряд-дипольного взаимодействия.
Получить представление о поляризационных взаимодействиях.
Усвоить понятие ориентационной и статической поляризуемостей молекул.
Усвоить понятие дисперсионных взаимодействий.
Уметь производить оценку энергии дисперсионных взаимодействий атомов в рамках теории Лондона.
Получить представление о структуре жидкости и о природе ближнего порядка в жидкостях.
Освоить приближение Дерягина для оценки поверхностных сил между твёрдыми телами, погруженными в жидкости.
Получить представление о теории Лифшица ван-дер-ваальсовых взаимодействий макроскопических тел.
Уметь проводить расчет силы взаимодействия между твёрдыми телами через прослойку диэлектрика на основе известных данных по диэлектрической спектроскопии взаимодействующих твёрдых тел и диэлектрика.
Получить представление о дебаевском экранировании в растворах электролитов.
Получить навык решения линеаризованного уравнения Пуассона-Больцмана для различных физических ситуаций.
Получить представление о теории ДЛФО стабильности коллоидных систем.
Применять теорию ДЛФО для оценки стабильности коллоидных растворов.
Получить представление о термодинамике поверхности.
Получить представление о поверхностном натяжении и о его различных интерпретациях.
Получить представление о теории Кана-Хиллиарда границы раздела фаз "жидкость-пар".
Получить представление об описании криволинейной границы раздела "жидкость-пар".

Содержание учебной дисциплины

Природа межмолекулярных взаимодействий
Химический потенциал. Энергия когезии. Распределение Больцмана.
Сольватация. Борновская энергия. Растворимость электролитов. Потенциал взаимодействие ионов и полярных молекул.
Поляризационные и индукционные взаимодействия молекул
Дисперсионные взаимодействия
Структура жидкостей
Теория поверхностных сил
Теория Лифшица
Уравнение Пуассона-Больцмана
Теория Дерягина-Ландау-Фервея-Овербека (ДЛФО)
Термодинамика поверхности жидкости
Теория границы "жидкость-пар"

Элементы контроля

Активность на семинарах
Экзамен
Домашние задания

Промежуточная аттестация

2026/2027 4th module
0.2 * Активность на семинарах + 0.55 * Домашние задания + 0.25 * Экзамен

Список литературы

Рекомендуемая основная литература

Адгезия твердых тел, Дерягин, Б. В., 1973
Взаимодействие атомных частиц с поверхностью твердого тела, Арифов, У. А., 1968
Взаимодействие газа с поверхностью : учебное пособие, Баранцев, Р. Г., 1990
Ефремов, Ю. С. Статистическая физика и термодинамика : учебное пособие для академического бакалавриата / Ю. С. Ефремов. — 2-е изд., испр. и доп. — Москва : Издательство Юрайт, 2019. — 209 с. — (Бакалавр. Академический курс). — ISBN 978-5-534-05152-0. — Текст : электронный // Образовательная платформа Юрайт [сайт]. — URL: https://urait.ru/bcode/438850 (дата обращения: 28.08.2023).
Ефремов, Ю. С. Статистическая физика и термодинамика : учебное пособие для вузов / Ю. С. Ефремов. — 2-е изд., испр. и доп. — Москва : Издательство Юрайт, 2021. — 209 с. — (Высшее образование). — ISBN 978-5-534-05152-0. — Текст : электронный // Образовательная платформа Юрайт [сайт]. — URL: https://urait.ru/bcode/472899 (дата обращения: 04.07.2025).
Казин, В. Н. Физическая химия : учебное пособие для среднего профессионального образования / В. Н. Казин, Е. М. Плисс, А. И. Русаков. — 2-е изд., испр. и доп. — Москва : Издательство Юрайт, 2021. — 182 с. — (Профессиональное образование). — ISBN 978-5-534-11832-2. — Текст : электронный // Образовательная платформа Юрайт [сайт]. — URL: https://urait.ru/bcode/475718 (дата обращения: 04.07.2025).
Каплан, И. Г. Межмолекулярные взаимодействия. Физическая интерпретация, компьютерные расчеты и модельные потенциалы : учебное пособие / И. Г. Каплан , под редакцией Н. Ф. Степанова , перевод с английского Д. С. Безрукова, И. Г. Рябинкина. — 4-е изд. (эл.). — Москва : Лаборатория знаний, 2023. — 397 с. — ISBN 978-5-93208-648-3. — Текст : электронный // Лань : электронно-библиотечная система. — URL: https://e.lanbook.com/book/319208 (дата обращения: 00.00.0000). — Режим доступа: для авториз. пользователей.
Каплан, И. Г. Межмолекулярные взаимодействия. Физическая интерпретация, компьютерные расчеты и модельные потенциалы : учебное пособие / И. Г. Каплан , под редакцией Н. Ф. Степанова , перевод с английского Д. С. Безрукова,И. Г. Рябинкина. — 3-е изд. — Москва : Лаборатория знаний, 2017. — 397 с. — ISBN 978-5-00101-503-1. — Текст : электронный // Лань : электронно-библиотечная система. — URL: https://e.lanbook.com/book/94111 (дата обращения: 00.00.0000). — Режим доступа: для авториз. пользователей.
Классическая статистическая механика ; Теория жидкостей, Мартынов, Г. А., 2014
Ландау, Л. Д. Теоретическая физика : учебное пособие для вузов : в 10 т. Том 5. Статистическая физика. Часть 1 / Л. Д. Ландау, Е. М. Лифшиц ; под. ред. Л. П. Питаевского. — 6-е изд., стер. - Москва : ФИЗМАТЛИТ, 2018. - 620 с. - ISBN 978-5-9221-1510-0. - Текст : электронный. - URL: https://znanium.com/catalog/product/1223531
Ландау, Л. Д. Теоретическая физика : учебное пособие для вузов : в 10 т. Том 9. Статистическая физика. Теория конденсированного состояния. Часть 2 / Л. Д. Ландау, Е. М. Лифшиц ; под. ред. Л. П. Питаевского. — 5-е изд., испр. - Москва : ФИЗМАТЛИТ, 2018. - 440 с. - ISBN 978-5-9221-1580-3. - Текст : электронный. - URL: https://znanium.com/catalog/product/1223535
Сборник индивидуальных заданий по физике. Термодинамика и молекулярная физика : учебно-методическое пособие / составители С. А. Корягин [и др.]. — Нижний Новгород : ННГУ им. Н. И. Лобачевского, [б. г.]. — Часть 3 : Фазовые переходы, поверхностное натяжение — 2019. — 24 с. — Текст : электронный // Лань : электронно-библиотечная система. — URL: https://e.lanbook.com/book/144906 (дата обращения: 00.00.0000). — Режим доступа: для авториз. пользователей.
Силы Ван-дер-Ваальса, Бараш, Ю. С., 1988
Статистическая физика плотных газов и неидеальной плазмы : учебное пособие / В. Е. Фортов, В. С. Филинов, А. С. Ларкин, В. Эбелинг. — Москва : ФИЗМАТЛИТ, 2020. — 672 с. — ISBN 978-5-9221-1885-9. — Текст : электронный // Лань : электронно-библиотечная система. — URL: https://e.lanbook.com/book/185592 (дата обращения: 00.00.0000). — Режим доступа: для авториз. пользователей.
Статистическая физика, Исихара, А., 1973
Теоретическая физика. Т. 5: Статистическая физика, Ландау, Л. Д., 1964
Теоретическая физика. Т.5, Ч. 1: Статистическая физика, Ландау, Л. Д., 2005
Теория самосогласованного поля в химической термодинамике ион - молекулярных систем, Будков, Ю. А., 2020
Физическая и коллоидная химия : учеб. пособие, Болдырев, А. И., 1974
Физическая и коллоидная химия. В 2 ч. Часть 1. Физическая химия : учебник для среднего профессионального образования / под редакцией В. Ю. Конюхова, К. И. Попова. — 2-е изд., испр. и доп. — Москва : Издательство Юрайт, 2022. — 259 с. — (Профессиональное образование). — ISBN 978-5-534-08974-5. — Текст : электронный // Образовательная платформа Юрайт [сайт]. — URL: https://urait.ru/bcode/493294 (дата обращения: 02.07.2026).
Щукин, Е. Д. Коллоидная химия : учебник для академического бакалавриата / Е. Д. Щукин, А. В. Перцов, Е. А. Амелина. — 7-е изд., испр. и доп. — Москва : Издательство Юрайт, 2019. — 444 с. — (Бакалавр. Академический курс). — ISBN 978-5-534-01191-3. — Текст : электронный // Образовательная платформа Юрайт [сайт]. — URL: https://urait.ru/bcode/444075 (дата обращения: 28.08.2023).
Яковлева, А. А. Коллоидная химия : учебное пособие для среднего профессионального образования / А. А. Яковлева. — 2-е изд., испр. и доп. — Москва : Издательство Юрайт, 2019. — 209 с. — (Профессиональное образование). — ISBN 978-5-534-10669-5. — Текст : электронный // Образовательная платформа Юрайт [сайт]. — URL: https://urait.ru/bcode/431057 (дата обращения: 28.08.2023).
Яковлева, А. А. Коллоидная химия : учебное пособие для среднего профессионального образования / А. А. Яковлева. — 2-е изд., испр. и доп. — Москва : Издательство Юрайт, 2022. — 209 с. — (Профессиональное образование). — ISBN 978-5-534-10669-5. — Текст : электронный // Образовательная платформа Юрайт [сайт]. — URL: https://urait.ru/bcode/495521 (дата обращения: 02.07.2026).

Авторы

Князева Ирина Васильевна
Будков Юрий Алексеевич
Воронцова Татьяна Дмитриевна

Программа дисциплины