МИНОБРНАУКИ РОССИИ
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Алтайский государственный университет»

Строение вещества
рабочая программа дисциплины

Закреплена за кафедройКафедра физической и неорганической химии
Направление подготовки04.03.01. Химия
ПрофильОбщий. ФГОС 3++
Форма обученияОчная
Общая трудоемкость3 ЗЕТ
Учебный план04_03_01_Химия-1-2020
Часов по учебному плану 78
в том числе:
аудиторные занятия 42
самостоятельная работа 36
Виды контроля по семестрам
зачеты: 8

Распределение часов по семестрам

Курс (семестр) 4 (8) Итого
Недель 15
Вид занятий УПРПДУПРПД
Лекции 18 18 18 18
Практические 24 24 24 24
Сам. работа 36 36 36 36
Итого 78 78 78 78

Программу составил(и):
кандидат химических наук, доцент, Шипунов Б.П.

Рецензент(ы):
кандидат химических наук, доцент, Стась И.Е.;кандидат химических наук, доцент, Ильина Е.Г.

Рабочая программа дисциплины
Строение вещества

разработана в соответствии с ФГОС:
Федеральный государственный образовательный стандарт высшего образования по направлению подготовки 04.03.01 Химия (уровень бакалавриата) (приказ Минобрнауки России от 25.05.2019г. №)

составлена на основании учебного плана:
04.03.01 Химия
утвержденного учёным советом вуза от 30.06.2020 протокол № 6.

Рабочая программа одобрена на заседании кафедры
Кафедра физической и неорганической химии

Протокол от 05.07.2018 г. № 13
Срок действия программы: 2018-2019 уч. г.

Заведующий кафедрой
Безносюк С.А. д.ф.-м.н., профессор

Визирование РПД для исполнения в очередном учебном году

Рабочая программа пересмотрена, обсуждена и одобрена для
исполнения в 2020-2021 учебном году на заседании кафедры

Кафедра физической и неорганической химии

Протокол от 05.07.2018 г. № 13
Заведующий кафедрой Безносюк С.А. д.ф.-м.н., профессор

1. Цели освоения дисциплины

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.

2. Место дисциплины в структуре ООП

Цикл (раздел) ООП: Б1.В.01

3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины

ОПК-1: Способен анализировать и интерпретировать результаты химических экспериментов, наблюдений и измерений
В результате освоения дисциплины обучающийся должен
3.1.Знать:
3.1.1.теоретические основы физических процессов движения в молекуле и закономерности их описывающие;
основные физические закономерности зависимости свойств вещества от структурных особенностей и особенностей строения и их проявление при внешнем воздействии;
3.2.Уметь:
3.2.1.применять знания для выбора метода изучения строения молекул и конденсированного вещества, интерпретировать результаты физических измерений и проявление химических свойств к строению молекул веществ;
сопоставлять данные физических измерений со свойствами и структурой органических и неорганических веществ.
3.3.Иметь навыки и (или) опыт деятельности (владеть):
3.3.1.Навыками расчета некоторых параметров молекул из их спектров;
составления моделей молекул;
интерпретации спектроскопических исследований в структурные элементы молекул.

4. Структура и содержание дисциплины

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 8 1 ОПК-1 Л1.1, Л1.2
Раздел 2. Физические основы учения о строении молекул
2.1. История развития учения о строении вещества и строении молекул. Главные тенденции в развитии методов исследования. Сам. работа 8 2 ОПК-1 Л1.1
2.2. 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 8 1 ОПК-1 Л1.1
2.3. Молекулярные модели, структурные формулы, понятие графа, изомерия. Сам. работа 8 1 ОПК-1 Л1.1
2.4. Молекулярные модели. Графическое описание молекулы Практические 8 2 ОПК-1 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 8 2 ОПК-1 Л1.1
3.2. Квантово-механическое моделирование различных форм движения и представление результатов. Сам. работа 8 2 ОПК-1 Л1.1
3.3. Потенциальные поверхности, формы изображения, применение для описания реакционной способности конформеров. Сам. работа 8 3 ОПК-1 Л1.1
3.4. Методы молекулярной механики при описании молекул. Структурная изомерия. Потенциальные кривые. Практические 8 2 ОПК-1 Л1.1
3.5. 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 8 1 ОПК-1 Л1.1
3.6. Колебания молекул, простейший случай, сложные молекулы. Концепция групповых колебаний. Вращение молекул, типы волчков. Сам. работа 8 3 ОПК-1 Л1.1
3.7. Вращение молекул как целого Вращательный спектр и его информативность. Практические 8 2 ОПК-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 8 1 ОПК-1 Л1.1
4.2. Точечные группы симметрии, применение к описанию равновесных конфигураций. Влияние симметрии на волновые функции. Сам. работа 8 2 ОПК-1 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 8 2 ОПК-1 Л1.1
4.4. Симметрия молекул, симметрия движения. Влияние симметрии на активность отдельных видов движения, вырождение движения и состояний по симметрии. Сам. работа 8 2 ОПК-1 Л1.1
4.5. Симметрия молекулярных систем. Влияние симметрии на проявление свойств молекул. Практические 8 2 ОПК-1 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 8 1 ОПК-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 8 2 ОПК-1 Л1.1
5.3. Электрические свойства молекул. Поляризуемость и дипольный момент. Их связь со структурой и проявление в свойствах. Практические 8 2 ОПК-1 Л1.1
5.4. Эффекты Штарка и Зеемана. Магнитно-резонансные (ЭПР и ЯМР) методы исследования строения молекул. Лекции 8 1 ОПК-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 8 1 ОПК-1 Л1.1
5.6. Магнитные свойства. Магнитный момент электрона и ядра. ЭПР и ЯМР спектры. Эффект Штарка и Зеемана Практические 8 2 ОПК-1 Л1.1
5.7. Оптические спектры молекул. Вероятности переходов и правила отбора при переходах между различными квантовыми состояниями молекул. Лекции 8 1 ОПК-1 Л1.1
5.8. Оптические спектры молекул. Связь спектров молекул с их строением. Определение структурных характеристик молекул из спектроскопических данных. Практические 8 2 ОПК-1 Л1.1
5.9. Поглощение и излучение молекулами, коэффициенты Эйнштейна, вероятность переходов, правила отбора. Сам. работа 8 2 ОПК-1 Л1.1
5.10. Связь спектров молекул с их строением. Определение структурных характеристик молекул из спектроскопических данных. Лекции 8 1 ОПК-1 Л1.1
5.11. Классификация спектров, их информативность. Сам. работа 8 1 ОПК-1 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 8 1 ОПК-1 Л1.1
6.2. Причины межмолекулярного взаимодействия, классификация их видов. Координационные соединения. Сам. работа 8 1 ОПК-1 Л1.1
6.3. Межмолекулярные взаимодействия. Основные составляющие межмолекулярных взаимодействий. Влияние межмолекулярных взаимодействий на свойства веществ. Молекулярные комплексы (π-комплексы и др.). Практические 8 2 ОПК-1 Л1.1
6.4. Понятие кластеров, их классификация: физические и химические Водородная связь. Сам. работа 8 1 ОПК-1 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 8 1 ОПК-1 Л1.1, Л1.2
7.2. Полиядерные комплексы, органические соединения, Полиэдраны, фуллерены. Сам. работа 8 2 ОПК-1 Л1.1, Л1.2
7.3. Элементоорганические соединения. Металлоцены. Соединения включения (клатраты). Ротаксаны и катенаны. Фуллерены. Полимеры и биополимеры. Белки. Лекции 8 1 ОПК-1 Л1.1, Л1.2
7.4. Клатраты, белки, полимеры. Сам. работа 8 3 ОПК-1 Л1.1, Л1.2
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 8 1 ОПК-1 Л1.1, Л1.2
8.2. Конденсированное состояние. Кристаллическое состояние вещества. Причина и механизм кристаллизации. Аморфные вещества, идеальные жидкости. Сам. работа 8 1 ОПК-1 Л1.1, Л1.2
8.3. Структурная классификация конденсированных фаз Идеальные кристаллы. Кристаллы с неполной упорядоченностью. Доменные структуры. Аморфные вещества Практические 8 2 ОПК-1 Л1.1, Л1.2
8.4. Структурирование жидкостей. Модельные представления о структуре структурированных жидкостей. Сам. работа 8 1 ОПК-1 Л1.1, Л1.2
8.5. Структура простых жидкостей. Растворы неэлектролитов. Структура воды и водных растворов. Структура жидких электролитов. Мицеллообразование и строение мицелл. Лекции 8 1 ОПК-1 Л1.1, Л1.2
8.6. Структура воды: аномалии в физических свойствах. Структура жидких электролитов. Сам. работа 8 1 ОПК-1 Л1.1, Л1.2
8.7. Современные представления о структуре жидкостей. Структура растворов, методы исследования их строения Практические 8 2 ОПК-1 Л1.1, Л1.2
Раздел 9. Строение мезофаз
9.1. Определение мезофаз. Методы изучения их структуры. Классификационные типы и классификационные признаки. Лекции 8 1 ОПК-1 Л1.1, Л1.2
9.2. Понятие мезофазы. Признаки структуры, качественные и количественные параметры. Сам. работа 8 1 ОПК-1 Л1.1, Л1.2
Раздел 10. Строение кристаллов
10.1. Жидкие кристаллы. Классификация жидких кристаллов. Коллоидные частицы, кластеры Сам. работа 8 1 ОПК-1 Л1.2
Раздел 11. Поверхность конденсированных фаз
11.1. Кристаллическая решетка и кристаллическая структура. Реальные кристаллы. Типы дефектов в реальных кристаллах. Зонная структура Практические 8 2 ОПК-1 Л1.1, Л1.2
11.2. Кристаллическая решетка и кристаллическая структура. Реальные кристаллы. Типы дефектов в реальных кристаллах. Зонная структура Сам. работа 8 1 ОПК-1 Л1.2
11.3. Особенности строения поверхности кристаллов и жидкостей. Структура границы раздела конденсированных фаз. Практические 8 2 ОПК-1 Л1.1, Л1.2
11.4. Особенности строения поверхности кристаллов и жидкостей. Структура границы раздела конденсированных фаз. Сам. работа 8 1 ОПК-1 Л1.2
Раздел 12. Заключение
12.1. Заключение. Обзор современных достижений в исследовании вещества. Супрамолекулы, Информационная структура вещества. Структура поверхности кристаллов, понятия реконструкции. Сам. работа 8 1 ОПК-1 Л1.2

5. Фонд оценочных средств

5.1. Контрольные вопросы и задания
не предусмотрено
5.2. Темы письменных работ (эссе, рефераты, курсовые работы и др.)
не предусмотрено
5.3. Фонд оценочных средств
фонды оценочных средств находятся в приложении
Приложения

6. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины

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 http://elibrary.asu.ru/xmlui/handle/asu/3187
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. Ресурс в программе MOODL https://portal.edu.asu.ru/course/view.php?id=1537
6.3. Перечень программного обеспечения
Microsoft Windows 7 № 60674416 от 19.07.2012 г. (бессрочная);
Microsoft Office 2010 № 60674416 от 19.07.2012 г. (бессрочная);
7-Zip;
AcrobatReader.
6.4. Перечень информационных справочных систем
http://www.lib.asu.ru электронные ресурсы научной библиотеки АлтГУ
http://www.rsl.ru РГБ Российская государственная библиотека
http://ben.irex.ru БЕН Библиотека естественных наук
http://www.gpntb.ru Государственная публичная научно-техническая библиотека
http://ban.pu.ru БАН Библиотека Академии наук
http://www.nlr.ru РНБ Российская национальная библиотека
http://www.elibrary.ru Научная электронная библиотека РФФИ
http://www.lib.msu.su Библиотека МГУ

7. Материально-техническое обеспечение дисциплины

Аудитория Назначение Оборудование
Учебная аудитория для проведения занятий лекционного типа, занятий семинарского типа (лабораторных и(или) практических), групповых и индивидуальных консультаций, текущего контроля и промежуточной аттестации, курсового проектирования (выполнения курсовых работ), проведения практик Стандартное оборудование (учебная мебель для обучающихся, рабочее место преподавателя, доска)

8. Методические указания для обучающихся по освоению дисциплины

Изучение курса «Строение вещества» базируется на качественной предшествующей подготовке по физике и другим базовым курсам. Основные разделы физики: механика, электростатика, магнетизм используются в курсе «Строение вещества» постоянно. Следовательно, перед изучением (обычно после первой лекции), следует освежить и восстановить знание данных разделов курса «Общей физики». Не менее важным является и базис по таким дисциплинам как «Неорганическая химия», «Квантовая химия», «Органическая химия», «Физические методы исследования». Эти дисциплины используются для выработки навыков интерпретации результатов практических измерений к строению молекул и конденсированных веществ.
Весь курс условно разбит на два крупных раздела: свойства и строение изолированных молекул, и строение и структура конденсированного вещества.
Обязательным условием успешного освоения теоретического материала является обязательная подготовка не только к практическим (семинарским) занятиям, но и к лекциям. Перед лекцией необходимо, обратившись к конспектам предыдущих 2-3 лекций, к программе курса, обязательно восстановить знания той области вышеперечисленных дисциплин, которая будет использована в предстоящей лекции. При конспектировании лекционного материала следует уделять внимание резюмирующим положениям, которые позволяют сформировать целостное представление о данном разделе или теме.
Подготовка к практическим (семинарским) занятиям включает в себя не только прочтение соответствующего раздела в рекомендованной литературе, но формирование собственного представления о практической значимости получаемых знаний. Это относится к таким свойствам молекул как дипольный момент, магнитный момент, поляризуемость, Ван-дер-Ваальсовы взаимодействия. Поскольку предмет изучается на четвёртом курсе, когда студент выбрал специализацию, то естественным является формирование студентом представления: какие конкретные разделы ему будут полезны при освоении дисциплин специализации и выполнении дипломной работы (ВКР). Это не значит, что иные разделы не следует изучать вдумчиво и целенаправленно, поскольку только целостное представление о предмете позволяет закрепить знания и научиться их использовать.