| Закреплена за кафедрой | Кафедра физической и неорганической химии |
|---|---|
| Направление подготовки | 04.05.01. специальность Фундаментальная и прикладная химия |
| Специализация | Физическая химия твердых тел, коллоидных систем и наноматериалов |
| Форма обучения | Очная |
| Общая трудоемкость | 4 ЗЕТ |
| Учебный план | 04_05_01_ФиПХ_фх-5-2019 |
|
|
||||||||||||||
Распределение часов по семестрам
| Курс (семестр) | 4 (7) | Итого | ||
|---|---|---|---|---|
| Недель | 18,5 | |||
| Вид занятий | УП | РПД | УП | РПД |
| Лекции | 34 | 34 | 34 | 34 |
| Практические | 32 | 32 | 32 | 32 |
| Сам. работа | 51 | 51 | 51 | 51 |
| Часы на контроль | 27 | 27 | 27 | 27 |
| Итого | 144 | 144 | 144 | 144 |
Визирование РПД для исполнения в очередном учебном году
Рабочая программа пересмотрена, обсуждена и одобрена для
исполнения в 2019-2020 учебном году на заседании
кафедры
Кафедра физической и неорганической химии
Протокол от г. №
Заведующий кафедрой Безносюк С.А. д.ф.-м.н., профессор
| 1.1. | Целью преподавания дисциплины «Строение вещества» является: освоение модельных представлений об основных форм внутримолекулярного движения и их взаимосвязь со строением и структурой как изолированных молекул, так и конденсированных систем, способов интерпретации спектроскопических данных к строению вещества. |
|---|
| Цикл (раздел) ООП: Б1.Б |
| ОПК-3 | способностью использовать теоретические основы фундаментальных разделов математики и физики в профессиональной деятельности |
| ПК-3 | владением системой фундаментальных химических понятий и методологических аспектов химии, формами и методами научного познания |
| В результате освоения дисциплины обучающийся должен | |
| 3.1. | Знать: |
|---|---|
| 3.1.1. | О современных модельных представлениях строения молекул и молекулярных систем; О взаимосвязи строения со свойствами веществ; О современных методах исследования структуры и строения; Основные этапы развития представлений о строении вещества. |
| 3.2. | Уметь: |
| 3.2.1. | Основные понятия и терминологию, характеризующую данную дисциплину; Пользоваться теоретическими основами при описании строения и свойств вещества; Знать и уметь пользоваться математическими моделями для расчета параметров молекул и молекулярных систем. |
| 3.3. | Иметь навыки и (или) опыт деятельности (владеть): |
| 3.3.1. | Расчета некоторых параметров молекул из их спектров; Составления моделей молекул; Интерпретации спектроскопических исследований в структурные элементы молекул |
| Код занятия | Наименование разделов и тем | Вид занятия | Семестр | Часов | Компетенции | Литература |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Раздел 1. Основы классической теории химического строения | ||||||
| 1.1. | Предмет и объект курса «Строение вещества. Основные понятия: строение вещества, структура, их взаимосвязь | Лекции | 7 | 2 | Л1.1 | |
| Раздел 2. Физические основы учения о строении молекул | ||||||
| 2.1. | Различные аспекты термина "строение молекул": топологический, геометрический, электронный и др. | Лекции | 7 | 2 | Л1.1 | |
| 2.2. | История развития учения о строении вещества и строении молекул. Главные тенденции в развитии методов исследования. | Сам. работа | 7 | 1 | Л1.1 | |
| 2.3. | Классическая теория строения: теория А.М. Бутлерова, понятия об «эффективных атомах». Упорядоченные и неупорядоченные структуры конденсированных фаз. Молекулярные модели различного уровня в современной теории химического строения. Общий обзор методов экспериментального и теоретического изучения строения молекул и строения веществ. Структурная формула и граф молекулы. Величины, определяющие геометрическую конфигурацию молекулы: межъядерные расстояния, валентные углы, двугранные и торсионные углы. Внутреннее вращение. Конформации молекул. | Лекции | 7 | 2 | Л1.1 | |
| 2.4. | Молекулярные модели, структурные формулы, понятие графа, изомерия. | Сам. работа | 7 | 1 | Л1.1 | |
| 2.5. | Молекулярные модели. Графическое описание молекулы | Практические | 7 | 2 | Л1.1 | |
| Раздел 3. Симметрия молекулярных систем | ||||||
| 3.1. | Механическая модель молекулы. Потенциалы парных взаимодействий. Метод молекулярной механики при анализе строения молекул. Общие принципы квантово-механического описания молекулярных систем. Стационарное уравнение Шрёдингера для свободной молекулы. Адиабатическое приближение. Квантовые состояния молекулы (электронные, колебательные, вращательные). | Лекции | 7 | 2 | Л1.1 | |
| 3.2. | Квантово-механическое моделирование различных форм движения и представление результатов. | Сам. работа | 7 | 1 | Л1.1 | |
| 3.3. | Потенциальные поверхности электронных состояний молекул. Их общая структура и различные типы. Равновесные конфигурации молекул. Структурная изомерия. Оптические изомеры. | Лекции | 7 | 1 | Л1.1 | |
| 3.4. | Потенциальные поверхности, формы изображения, применение для описания реакционной способности конформеров. | Сам. работа | 7 | 2 | Л1.1 | |
| 3.5. | Методы молекулярной механики при описании молекул. Структурная изомерия. Потенциальные кривые. | Практические | 7 | 1 | Л1.1 | |
| 3.6. | Колебания молекул. Среднеквадратичные смещения атомов (амплитуды колебаний). Нормальные колебания, частоты нормальных колебаний и частоты основных колебательных переходов. Колебания с большой амплитудой. Вращение молекул как целого. Различные типы молекулярных волчков. Электронное строение молекул. Молекулярные орбитали. Интерпретация строения молекул на основе орбитальных моделей | Лекции | 7 | 2 | Л1.1 | |
| 3.7. | Колебания молекул, простейший случай, сложные молекулы. Концепция групповых колебаний. Вращение молекул, типы волчков. | Сам. работа | 7 | 3 | Л1.1 | |
| 3.8. | Колебания молекул. Гармонический и ангармонический осциллятор. Колебания сложных молекул | Практические | 7 | 2 | Л1.1 | |
| 3.9. | Вращение молекул как целого Вращательный спектр и его информативность. | Практические | 7 | 1 | Л1.1 | |
| Раздел 4. Электрические и магнитные свойства молекул | ||||||
| 4.1. | Элементы и операции симметрии ядерной конфигурации молекулы. Точечные группы симметрии. Понятие о представлениях групп и характерах представлений. Общие свойства симметрии волновых функций и потенциальных поверхностей молекул. Классификация квантовых состояний молекул по симметрии. Симметрия атомных и молекулярных орбиталей. | Лекции | 7 | 2 | Л1.1 | |
| 4.2. | Точечные группы симметрии, применение к описанию равновесных конфигураций. Влияние симметрии на волновые функции. | Сам. работа | 7 | 3 | Л1.1 | |
| 4.3. | Влияние симметрии равновесной конфигурации ядер на свойства молекул и их динамическое поведение (дипольный момент и моменты инерции, форма нормальных колебаний, вырождение состояний, сохранение орбитальной симметрии при химических реакциях и т.п.). | Лекции | 7 | 2 | Л1.1 | |
| 4.4. | Симметрия молекул, симметрия движения. Влияние симметрии на активность отдельных видов движения, вырождение движения и состояний по симметрии. | Сам. работа | 7 | 2 | Л1.1 | |
| 4.5. | Симметрия молекулярных систем. Влияние симметрии на проявление свойств молекул. | Практические | 7 | 2 | Л1.1 | |
| Раздел 5. Межмолекулярные взаимодействия | ||||||
| 5.1. | Постоянные внешние электрическое и магнитное поля. Дипольный момент и поляризуемость молекул, магнитный момент и магнитная восприимчивость молекул. | Лекции | 7 | 1 | Л1.1 | |
| 5.2. | Намагниченность, и электрическая восприимчивость молекул. Собственные электрические и магнитные свойства молекул: дипольный момент, орбитальный магнитный момент, спиновый магнитный момент | Сам. работа | 7 | 2 | Л1.1 | |
| 5.3. | Электрические свойства молекул. Поляризуемость и дипольный момент. Их связь со структурой и проявление в свойствах. | Практические | 7 | 1 | Л1.1 | |
| 5.4. | Эффекты Штарка и Зеемана. Магнитно-резонансные (ЭПР и ЯМР) методы исследования строения молекул. | Лекции | 7 | 1 | Л1.1 | |
| 5.5. | Ядерный магнитный резонанс, константа экранирования, прецессия спина в магнитном поле. Неспареный электрон, парамагнитные свойства. Делокализация электрона. Полный момент количества движения электрона. | Сам. работа | 7 | 2 | Л1.1 | |
| 5.6. | Магнитные свойства. Магнитный момент электрона и ядра. ЭПР и ЯМР спектры. Эффект Штарка и Зеемана | Практические | 7 | 1 | Л1.1 | |
| 5.7. | сверхтонкая и тонкая структур в спектрах ЯМР и ЭПР | Практические | 7 | 2 | ||
| 5.8. | Оптические спектры молекул. Вероятности переходов и правила отбора при переходах между различными квантовыми состояниями молекул. | Лекции | 7 | 1 | Л1.1 | |
| 5.9. | Оптические спектры молекул. Связь спектров молекул с их строением. Определение структурных характеристик молекул из спектроскопических данных. | Практические | 7 | 1 | Л1.1 | |
| 5.10. | Поглощение и излучение молекулами, коэффициенты Эйнштейна, вероятность переходов, правила отбора. | Сам. работа | 7 | 3 | Л1.1 | |
| 5.11. | Связь спектров молекул с их строением. Определение структурных характеристик молекул из спектроскопических данных. | Лекции | 7 | 1 | Л1.1 | |
| 5.12. | Классификация спектров, их информативность. | Сам. работа | 7 | 3 | Л1.1 | |
| Раздел 6. Обзор основных результатов по изучению строения молекул | ||||||
| 6.1. | Основные составляющие межмолекулярных взаимодействий. Классификация межмолекулярных взаимодействий. Влияние межмолекулярных взаимодействий на свойства веществ. Молекулярные комплексы (π-комплексы и др.) | Лекции | 7 | 1 | Л1.1 | |
| 6.2. | Причины межмолекулярного взаимодействия, классификация их видов. Координационные соединения. | Сам. работа | 7 | 2 | Л1.1 | |
| 6.3. | Межмолекулярные взаимодействия. Основные составляющие межмолекулярных взаимодействий. Влияние межмолекулярных взаимодействий на свойства веществ. Молекулярные комплексы (π-комплексы и др.). | Практические | 7 | 2 | Л1.1 | |
| 6.4. | Кластеры атомов и молекул. Классификация кластеров. Ван-дер- ваальсовы молекулы. Водородная связь. Спектроскопия водородной связи | Лекции | 7 | 1 | Л1.1 | |
| 6.5. | Понятие кластеров, их классификация: физические и химические Водородная связь. | Сам. работа | 7 | 2 | Л1.1 | |
| 6.6. | Кластеры атомов и молекул. Ван-дер-ваальсовы молекулы. Водородная связь. | Практические | 7 | 2 | Л1.1 | |
| Раздел 7. Структурная классификация конденсированных фаз | ||||||
| 7.1. | Молекулы простых и координационных неорганических соединений. Полиядерные комплексные соединения. Хелаты. Строение органических соединений. Полиэдраны. Фуллерены. | Лекции | 7 | 1 | Л1.1 | |
| 7.2. | Полиядерные комплексы, органические соединения, Полиэдраны, фуллерены. | Сам. работа | 7 | 3 | Л1.1 | |
| 7.3. | Элементоорганические соединения. Металлоцены. Соединения включения (клатраты). Ротаксаны и катенаны. Фуллерены. Полимеры и биополимеры. Белки. | Лекции | 7 | 1 | Л1.1 | |
| 7.4. | Клатраты, белки, полимеры. | Сам. работа | 7 | 1 | Л1.1 | |
| 7.5. | фкллерены, белки, клатраты, кластеры | Практические | 7 | 2 | ||
| 7.6. | Мезофазы. Строение белков. Фуллерены, катенаны. Ротаксаны. | Практические | 7 | 2 | Л1.1 | |
| Раздел 8. Строение жидкостей и аморфных веществ | ||||||
| 8.1. | Идеальные кристаллы. Кристаллы с неполной упорядоченностью. Доменные структуры. Жидкие кристаллы и другие мезофазы. Аморфные вещества. Жидкости. Особенности строения полимерных фаз. | Лекции | 7 | 1 | Л1.1 | |
| 8.2. | Конденсированное состояние. Кристаллическое состояние вещества. Причина и механизм кристаллизации. Аморфные вещества, идеальные жидкости. | Сам. работа | 7 | 3 | Л1.1 | |
| 8.3. | Структурная классификация конденсированных фаз Идеальные кристаллы. Кристаллы с неполной упорядоченностью. Доменные структуры. Аморфные вещества | Практические | 7 | 2 | Л1.1 | |
| 8.4. | Мгновенная и колебательно-усредненная структура жидкости. Ассоциаты и кластеры в жидкостях. Современные методы описания структуры жидкостей. Флуктуации и корреляционные функции. Специфика аморфного состояния | Лекции | 7 | 1 | Л1.1 | |
| 8.5. | Структурирование жидкостей. Модельные представления о структуре структурированных жидкостей. | Сам. работа | 7 | 3 | Л1.1 | |
| 8.6. | Структура простых жидкостей. Растворы неэлектролитов. Структура воды и водных растворов. Структура жидких электролитов. Мицеллообразование и строение мицелл. | Лекции | 7 | 1 | Л1.1 | |
| 8.7. | Структура воды: аномалии в физических свойствах. Структура жидких электролитов. | Сам. работа | 7 | 2 | Л1.1 | |
| 8.8. | Современные представления о структуре жидкостей. Структура растворов, методы исследования их строения | Практические | 7 | 2 | Л1.1 | |
| Раздел 9. Строение мезофаз | ||||||
| 9.1. | Определение мезофаз. Методы изучения их структуры. Классификационные типы и классификационные признаки. | Лекции | 7 | 1 | Л1.1 | |
| 9.2. | Понятие мезофазы. Признаки структуры, качественные и количественные параметры. | Сам. работа | 7 | 2 | Л1.1 | |
| Раздел 10. Строение кристаллов | ||||||
| 10.1. | Жидкие кристаллы (нематики, смектики, холестерики и др.) их строение, классификация и физические свойства. Жидкокристаллическое состояние в биологических системах. | Лекции | 7 | 1 | Л1.1 | |
| 10.2. | Жидкие кристаллы. Классификация жидких кристаллов. Коллоидные частицы, кластеры | Практические | 7 | 2 | Л1.1 | |
| 10.3. | Жидкие кристаллы. Классификация жидких кристаллов. Коллоидные частицы, кластеры | Сам. работа | 7 | 3 | ||
| Раздел 11. Поверхность конденсированных фаз | ||||||
| 11.1. | Кристаллическая решетка и кристаллическая структура. Реальные кристаллы. Типы дефектов в реальных кристаллах. Симметрия кристаллов. Реальные и идеальные кристаллы. Дефекты, уровни организации дефектов, их типы. | Лекции | 7 | 1 | Л1.1 | |
| 11.2. | Кристаллическая решетка и кристаллическая структура. Реальные кристаллы. Типы дефектов в реальных кристаллах. Зонная структура | Практические | 7 | 2 | Л1.1 | |
| 11.3. | Кристаллическая решетка и кристаллическая структура. Реальные кристаллы. Типы дефектов в реальных кристаллах. Зонная структура | Сам. работа | 7 | 2 | ||
| 11.4. | Кристаллографические точечные группы симметрии, типы решеток, понятие о пространственных группах симметрии кристаллов. Связь симметрии решетки и симметрии кристалла. | Лекции | 7 | 1 | Л1.1 | |
| 11.5. | Атомные, ионные, молекулярные и другие типы кристаллов. Цепочечные, слоистые и каркасные структуры. Динамика кристаллической решетки. Фононный спектр. Строение твердых растворов. Упорядоченные твердые растворы. Типы кристаллов. Связь свойств и природы связи. Твердые растворы их типы. | Лекции | 7 | 1 | Л1.1 | |
| 11.6. | структурные особенности конденсированной фазы | Практические | 7 | 1 | ||
| 11.7. | Особенности строения поверхности кристаллов и жидкостей. Структура границы раздела конденсированных фаз. Молекулы и кластеры на поверхности. Структура адсорбционных слоев. Граница раздела конденсированных фаз, структура и свойства адсорбционных слоев. | Лекции | 7 | 1 | Л1.1 | |
| 11.8. | Особенности строения поверхности кристаллов и жидкостей. Структура границы раздела конденсированных фаз. | Практические | 7 | 2 | Л1.1 | |
| 11.9. | Особенности строения поверхности кристаллов и жидкостей. Структура границы раздела конденсированных фаз. | Сам. работа | 7 | 3 | ||
| Раздел 12. Заключение | ||||||
| 12.1. | Заключение. Обзор современных достижений в исследовании вещества. Супрамолекулы, Информационная структура вещества. Структура поверхности кристаллов, понятия реконструкции. | Лекции | 7 | 1 | Л1.1 | |
| 12.2. | Заключение. Обзор современных достижений в исследовании вещества. Супрамолекулы, Информационная структура вещества. Структура поверхности кристаллов, понятия реконструкции. | Сам. работа | 7 | 2 | ||
| 12.3. | Механическая модель молекулы. Потенциалы парных взаимодействий. Метод молекулярной механики при анализе строения молекул. Общие принципы квантово-механического описания молекулярных систем. Стационарное уравнение Шрёдингера для свободной молекулы. Адиабатическое приближение. Квантовые состояния молекулы (электронные, колебательные, вращательные). | Лекции | 7 | 1 | Л1.1, Л1.2 | |
| 5.1. Контрольные вопросы и задания для проведения текущего контроля и промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины |
| 5.2. Темы письменных работ для проведения текущего контроля (эссе, рефераты, курсовые работы и др.) |
| 5.3. Фонд оценочных средств для проведения промежуточной аттестации |
| фонды оценочных средств находятся в приложении |
| 6.1. Рекомендуемая литература | ||||
| 6.1.1. Основная литература | ||||
| Авторы | Заглавие | Издательство, год | Эл. адрес | |
| Л1.1 | Б.П. Шипунов | Строение вещества: | Барнаул, Изд. АлтГУ, 2007 | |
| Л1.2 | Шипунов Б.П. | Строение вещества: учебное пособие | АлтГУ, 2016 | elibrary.asu.ru |
| 6.2. Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной сети "Интернет" | ||||
| Название | Эл. адрес | |||
| Э1 | http://e.lanbook.com | |||
| Э2 | http://www.lib.asu.ru | |||
| Э3 | http://www.rsl.ru | |||
| Э4 | http://ben.irex.ru | |||
| Э5 | http://www.gpntb.ru | |||
| Э6 | http://ban.pu.ru | |||
| Э7 | http://www.nlr.ru | |||
| Э8 | http://www.elibrary.ru | |||
| Э9 | http://www.chem.msu.su | |||
| Э10 | http://www.lib.msu.su | |||
| Э11 | http://www.kge.msu.ru | |||
| Э12 | http://www.chem.port.ru/ | |||
| Э13 | http://www.ars.org/portalchemistry/ | |||
| Э14 | http://www.pstlib.nsc.ru/ | |||
| Э15 | http://www.poiskknig.ru | |||
| Э16 | Строение вещества. MOODL. | portal.edu.asu.ru | ||
| 6.3. Перечень программного обеспечения | ||||
| 6.4. Перечень информационных справочных систем | ||||
| Для успешного изучение дисциплины необходимо повторить основные положения и законы физики: механика, электричество и магнетизм, оптика. Кроме этого освежить знания в облади фференциального и интегрального счислния. Для допуска к экзамену необходимо пять ответов на вопросы семинарских занятий, а также решение 10 расчетных задач в соответствии с вариантом, указанным преподавателем. Оценка – «зачтено/незачтено». При подготовке к семинарским занятиям необходимо воспользоваться материалами учебной литературы, конспектами лекций, а также ЭУМК «Строение вещества», включающим теоретический материал и вопросы для подготовки. Кроме того, в ЭУМК приведены темы и вопросы семинарский занятий. Вопросы по подготовке к семинарскому занятию, решению задач и написанию рефератов могут быть заданы на форуме указанного ЭУМК. Для допуска к экзамену собходимо написать три контрольные работы, охватывающие основные темы курса. Билет контрольной работы содержит 5-6 теоретических вопросов. Вопросы контрольных работ приведены в ЭУМК. Максимальная оценка вопроса контрольной работы – 20 баллов. Перевод баллов в оценку: 85-100 баллов – «отлично», 70-84 балла – «хорошо», 50-69 баллов – «удовлетворительно», 0-49 баллов – «неудовлетворительно». Написание реферата предполагается в случае наличия пропусков лекций и семинарских занятий, либо неудовлетворительной оценки за контрольную работу. Тема реферата выбирается в соответствии с темами пропущенных занятий или контрольной работы. Объем реферата – 20-25 страниц машинописного текста. Реферат сдается преподавателю на проверку не позднее зачетной недели. В экзаменационный билет включены теоретические вопросы и практическое задание, соответствующие содержанию формируемых компетенций. Экзамен проводится в устной форме. На ответ и решение задачи студенту отводится 60 минут. За ответ на теоретические вопросы студент может получить максимально 70 баллов, за решение задачи 30 баллов. Перевод баллов в оценку: 85-100 баллов – «отлично», 70-84 балла – «хорошо», 50-69 баллов – «удовлетворительно», 0-49 баллов – о |