Закреплена за кафедрой | Кафедра физической и неорганической химии |
---|---|
Направление подготовки | 04.05.01. специальность Фундаментальная и прикладная химия |
Специализация | Фундаментальная и прикладная химия |
Форма обучения | Очная |
Общая трудоемкость | 3 ЗЕТ |
Учебный план | 04_05_01_ФиПХ-5-2020 |
|
|
Распределение часов по семестрам
Курс (семестр) | 4 (8) | Итого | ||
---|---|---|---|---|
Недель | 20 | |||
Вид занятий | УП | РПД | УП | РПД |
Лекции | 30 | 30 | 30 | 30 |
Практические | 24 | 24 | 24 | 24 |
Сам. работа | 54 | 42 | 54 | 42 |
Итого | 108 | 96 | 108 | 96 |
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
1.1. | 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. | теоретические основы физических и физико-химических процессов и закономерности их описывающие; фундаментальные физические и химические закономерности, формы и методы научного познания. |
3.2. | Уметь: |
3.2.1. | сопоставлять данные физических и физико-химических измерений со свойствами, структурой и строением органических и неорганических веществ; решать задачи, требующие навыков сопоставления данных физических и физико-химических измерений, спектроскопических и структурно-химических измерений со свойствами и структурой органических и неорганических веществ. |
3.3. | Иметь навыки и (или) опыт деятельности (владеть): |
3.3.1. | Методами применения физических и физико-химических методов для изучения строения и структуры органических и неорганических веществ; работы с учебной и научной литературой по дисциплине строение вещества, методами идентификации структурных фрагментов. |
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-3 | Л1.1 |
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 | 3 | ОПК-3 | Л1.1 |
2.2. | Различные аспекты термина "строение молекул": топологический, геометрический, электронный и др. | Лекции | 8 | 1 | ОПК-3 | 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 | 8 | 1 | ОПК-3 | Л1.1 |
2.4. | Молекулярные модели, структурные формулы, понятие графа, изомерия. | Сам. работа | 8 | 1 | ОПК-3 | Л1.1 |
2.5. | Молекулярные модели. Графическое описание молекулы | Практические | 8 | 2 | ОПК-3 | 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 | 1 | ОПК-3 | Л1.1 |
3.2. | Квантово-механическое моделирование различных форм движения и представление результатов. | Сам. работа | 8 | 2 | ОПК-3 | Л1.1 |
3.3. | Потенциальные поверхности электронных состояний молекул. Их общая структура и различные типы. Равновесные конфигурации молекул. Структурная изомерия. Оптические изомеры. | Лекции | 8 | 1 | ОПК-3 | Л1.1 |
3.4. | Потенциальные поверхности, формы изображения, применение для описания реакционной способности конформеров. | Сам. работа | 8 | 2 | ОПК-3 | Л1.1 |
3.5. | Методы молекулярной механики при описании молекул. Структурная изомерия. Потенциальные кривые. | Практические | 8 | 1 | ОПК-3 | 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 | 8 | 2 | ОПК-3 | Л1.1 |
3.7. | Колебания молекул, простейший случай, сложные молекулы. Концепция групповых колебаний. Вращение молекул, типы волчков. | Сам. работа | 8 | 3 | ОПК-3 | Л1.1 |
3.8. | Колебания молекул. Гармонический и ангармонический осциллятор. Колебания сложных молекул | Практические | 8 | 2 | ОПК-3 | Л1.1 |
3.9. | Вращение молекул как целого Вращательный спектр и его информативность. | Практические | 8 | 1 | ОПК-3 | 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 | 2 | ОПК-3 | Л1.1 |
4.2. | Точечные группы симметрии, применение к описанию равновесных конфигураций. Влияние симметрии на волновые функции. | Сам. работа | 8 | 3 | ОПК-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 | 8 | 2 | ОПК-3 | 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-3 | Л1.1 |
4.5. | Симметрия молекулярных систем. Влияние симметрии на проявление свойств молекул. | Практические | 8 | 2 | ОПК-3 | 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-3 | 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-3 | Л1.1 |
5.3. | Электрические свойства молекул. Поляризуемость и дипольный момент. Их связь со структурой и проявление в свойствах. | Практические | 8 | 1 | ОПК-3 | Л1.1 |
5.4. | Эффекты Штарка и Зеемана. Магнитно-резонансные (ЭПР и ЯМР) методы исследования строения молекул. | Лекции | 8 | 1 | ОПК-3 | 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 | 2 | ОПК-3 | Л1.1 |
5.6. | Магнитные свойства. Магнитный момент электрона и ядра. ЭПР и ЯМР спектры. Эффект Штарка и Зеемана | Практические | 8 | 1 | ОПК-3 | Л1.1 |
5.7. | Оптические спектры молекул. Вероятности переходов и правила отбора при переходах между различными квантовыми состояниями молекул. | Лекции | 8 | 1 | ОПК-3 | Л1.1 |
5.8. | Оптические спектры молекул. Связь спектров молекул с их строением. Определение структурных характеристик молекул из спектроскопических данных. | Практические | 8 | 1 | ОПК-3 | Л1.1 |
5.9. | Поглощение и излучение молекулами, коэффициенты Эйнштейна, вероятность переходов, правила отбора. | Сам. работа | 8 | 3 | ОПК-3 | Л1.1 |
5.10. | Связь спектров молекул с их строением. Определение структурных характеристик молекул из спектроскопических данных. | Лекции | 8 | 1 | ОПК-3 | Л1.1 |
5.11. | Классификация спектров, их информативность. | Сам. работа | 8 | 3 | ОПК-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 | 8 | 1 | ОПК-3 | Л1.1, Л1.2 |
6.2. | Причины межмолекулярного взаимодействия, классификация их видов. Координационные соединения. | Сам. работа | 8 | 2 | ОПК-3 | Л1.1, Л1.2 |
6.3. | Межмолекулярные взаимодействия. Основные составляющие межмолекулярных взаимодействий. Влияние межмолекулярных взаимодействий на свойства веществ. Молекулярные комплексы (π-комплексы и др.). | Практические | 8 | 1 | ОПК-3 | Л1.1, Л1.2 |
6.4. | Кластеры атомов и молекул. Классификация кластеров. Ван-дер- ваальсовы молекулы. Водородная связь. Спектроскопия водородной связи | Лекции | 8 | 1 | ОПК-3 | Л1.1, Л1.2 |
6.5. | Понятие кластеров, их классификация: физические и химические Водородная связь. | Сам. работа | 8 | 2 | ОПК-3 | Л1.1, Л1.2 |
6.6. | Кластеры атомов и молекул. Ван-дер-ваальсовы молекулы. Водородная связь. | Практические | 8 | 2 | ОПК-3 | Л1.1, Л1.2 |
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-3 | Л1.1, Л1.2 |
7.2. | Полиядерные комплексы, органические соединения, Полиэдраны, фуллерены. | Сам. работа | 8 | 2 | ОПК-3 | Л1.1, Л1.2 |
7.3. | Элементоорганические соединения. Металлоцены. Соединения включения (клатраты). Ротаксаны и катенаны. Фуллерены. Полимеры и биополимеры. Белки. | Лекции | 8 | 1 | ОПК-3 | Л1.1, Л1.2 |
7.4. | Клатраты, белки, полимеры. | Сам. работа | 8 | 1 | ОПК-3 | Л1.1, Л1.2 |
7.5. | Мезофазы. Строение белков. Фуллерены, катенаны. Ротаксаны. | Практические | 8 | 1 | ОПК-3 | 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-3 | Л1.1, Л1.2 |
8.2. | Конденсированное состояние. Кристаллическое состояние вещества. Причина и механизм кристаллизации. Аморфные вещества, идеальные жидкости. | Сам. работа | 8 | 2 | ОПК-3 | Л1.1, Л1.2 |
8.3. | Структурная классификация конденсированных фаз Идеальные кристаллы. Кристаллы с неполной упорядоченностью. Доменные структуры. Аморфные вещества | Практические | 8 | 1 | ОПК-3 | Л1.1, Л1.2 |
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 | 8 | 1 | ОПК-3 | Л1.1, Л1.2 |
8.5. | Структурирование жидкостей. Модельные представления о структуре структурированных жидкостей. | Сам. работа | 8 | 1 | ОПК-3 | Л1.1, Л1.2 |
8.6. | Структура простых жидкостей. Растворы неэлектролитов. Структура воды и водных растворов. Структура жидких электролитов. Мицеллообразование и строение мицелл. | Лекции | 8 | 1 | ОПК-3 | Л1.1, Л1.2 |
8.7. | Структура воды: аномалии в физических свойствах. Структура жидких электролитов. | Сам. работа | 8 | 1 | ОПК-3 | Л1.1, Л1.2 |
8.8. | Современные представления о структуре жидкостей. Структура растворов, методы исследования их строения | Практические | 8 | 2 | ОПК-3 | 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-3 | Л1.1, Л1.2 |
9.2. | Понятие мезофазы. Признаки структуры, качественные и количественные параметры. | Сам. работа | 8 | 1 | ОПК-3 | Л1.1, Л1.2 |
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 | 8 | 1 | ОПК-3 | Л1.1, Л1.2 |
10.2. | Жидкие кристаллы. Классификация жидких кристаллов. Коллоидные частицы, кластеры | Практические | 8 | 2 | ОПК-3 | Л1.1 |
10.3. | Жидкие кристаллы. Классификация жидких кристаллов. Коллоидные частицы, кластеры | Сам. работа | 8 | 1 | ОПК-3 | Л1.2 |
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 | 8 | 1 | ОПК-3 | Л1.1, Л1.2 |
11.2. | Кристаллическая решетка и кристаллическая структура. Реальные кристаллы. Типы дефектов в реальных кристаллах. Зонная структура | Практические | 8 | 2 | ОПК-3 | Л1.1, Л1.2 |
11.3. | Кристаллическая решетка и кристаллическая структура. Реальные кристаллы. Типы дефектов в реальных кристаллах. Зонная структура | Сам. работа | 8 | 1 | ОПК-3 | Л1.2 |
11.4. | Кристаллографические точечные группы симметрии, типы решеток, понятие о пространственных группах симметрии кристаллов. Связь симметрии решетки и симметрии кристалла. | Лекции | 8 | 1 | ОПК-3 | Л1.1, Л1.2 |
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 | 8 | 1 | ОПК-3 | Л1.1, Л1.2 |
11.6. | 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 | 8 | 1 | ОПК-3 | Л1.1, Л1.2 |
11.7. | Особенности строения поверхности кристаллов и жидкостей. Структура границы раздела конденсированных фаз. | Практические | 8 | 2 | ОПК-3 | Л1.1, Л1.2 |
11.8. | Особенности строения поверхности кристаллов и жидкостей. Структура границы раздела конденсированных фаз. | Сам. работа | 8 | 1 | ОПК-3 | Л1.2 |
Раздел 12. Заключение | ||||||
12.1. | Заключение. Обзор современных достижений в исследовании вещества. Супрамолекулы, Информационная структура вещества. Структура поверхности кристаллов, понятия реконструкции. | Лекции | 8 | 1 | ОПК-3 | Л1.1, Л1.2 |
12.2. | Заключение. Обзор современных достижений в исследовании вещества. Супрамолекулы, Информационная структура вещества. Структура поверхности кристаллов, понятия реконструкции. | Сам. работа | 8 | 1 | ОПК-3 | Л1.2 |
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 | 8 | 1 | ОПК-3 | Л1.1, Л1.2 |
5.1. Контрольные вопросы и задания для проведения текущего контроля и промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины |
не предусмотрено |
5.2. Темы письменных работ для проведения текущего контроля (эссе, рефераты, курсовые работы и др.) |
не предусмотрено |
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. Ресурс в программе MOODL/ | portal.edu.asu.ru | ||
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 |
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) |
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. |