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

Физико-химия поверхности

рабочая программа дисциплины
Закреплена за кафедройКафедра физической и неорганической химии
Направление подготовки04.04.01. Химия
ПрофильКвантовые технологии, компьютерный наноинжиниринг и физикохимия материалов
Форма обученияОчная
Общая трудоемкость3 ЗЕТ
Учебный план04_04_01_Химия-1-2020 - кт
Часов по учебному плану 108
в том числе:
аудиторные занятия 32
самостоятельная работа 76
Виды контроля по семестрам
зачеты: 2

Распределение часов по семестрам

Курс (семестр) 1 (2) Итого
Недель 19
Вид занятий УПРПДУПРПД
Лекции 12 36 12 36
Практические 20 36 20 36
Сам. работа 76 153 76 153
Итого 108 225 108 225

Программу составил(и):
к.х.н., доцент, Стась И.Е.

Рецензент(ы):
к.х.н., доцент, Стручева Н.Е.

Рабочая программа дисциплины
Физико-химия поверхности

разработана в соответствии с ФГОС:
Федеральный государственный образовательный стандарт высшего образования по направлению подготовки 04.04.01 Химия (уровень магистратуры) (приказ Минобрнауки России от 13.07.2017г. №655)

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

Рабочая программа одобрена на заседании кафедры
Кафедра физической и неорганической химии

Протокол от 10.07.2020 г. № 10
Срок действия программы: уч. г.

Заведующий кафедрой
Безносюк С.А.


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 10.07.2020 г. № 10
Заведующий кафедрой Безносюк С.А.


1. Цели освоения дисциплины

1.1.Углубление знаний в области строения поверхностного слоя, его термодинамических функций, методов определения поверхностного натяжения, изучения адсорбции на границе раздела жидкость- газ и жидкость - твердое тело, а также ее изменения в результате воздействия высокочастотного электромагнитного поля.

2. Место дисциплины в структуре ООП

Цикл (раздел) ООП: Б1.В.ДВ.01.01

3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины

ОПК-1 Способен выполнять комплексные экспериментальные и расчетно-теоретические исследования в избранной области химии или смежных наук с использованием современных приборов, программного обеспечения и баз данных профессионального назначения
ОПК-2 Способен анализировать, интерпретировать и обобщать результаты экспериментальных и расчетно-теоретических работ в избранной области химии или смежных наук
ПК-3
В результате освоения дисциплины обучающийся должен
3.1.Знать:
3.1.1.основные закономерности физической химии поверхности, методы исследования поверхностных явлений и способы обработки экспериментальных данных,принципы выбора метода исследования и способа обработки экспериментальных данных применительно к конкретному объекту.
3.2.Уметь:
3.2.1.проводить исследовательскую работу на стандартном оборудовании, правильно обрабатывать экспериментальные результаты на основы законов математической статистики,уметь интерпретировать полученные результаты на основе современных представлений о строении и свойствах поверхностных слоев
3.3.Иметь навыки и (или) опыт деятельности (владеть):
3.3.1.иметь навыки работы с научной литературой, обладать способностью интерпретировать полученные результаты на основе современных представлений о строении и свойствах поверхностных слоев и оформлять полученные результаты в виде научных публикаций

4. Структура и содержание дисциплины

Код занятия Наименование разделов и тем Вид занятия Семестр Часов Компетенции Литература
Раздел 1. Поверхностные явления
1.1. Основные понятия физической химии поверхнсти, объекты и цели изучения. Поверхность раздела фаз. Свободная поверхностная энергия. Поверхностное натяжение, силовая и энергетическая трактовки. Метод избыточных термодинамических функций поверхностного слоя (Гиббс). Коллоидные частицы и коллоидные системы. Лекции 2 2
1.2. Основные понятия физической химии поверхнсти, объекты и цели изучения. Коллоидные частицы и коллоидные системы. Сам. работа 2 6
1.3. Поверхность раздела фаз. Свободная поверхностная энергия. Поверхностное натяжение, силовая и энергетическая трактовки. Метод избыточных термодинамических функций поверхностного слоя (Гиббс). Лекции 2 2
1.4. Поверхность раздела фаз. Свободная поверхностная энергия. Поверхностное натяжение, силовая и энергетическая трактовки. Метод избыточных термодинамических функций поверхностного слоя (Гиббс). Сам. работа 2 6
1.5. Обобщенное уравнение первого и второго законов термодинамики для поверхности раздела фаз. Изменение поверхностного натяжения жидкости на границе с собственным паром в зависимости от температуры. Поверхность раздела между двумя конденсированными фазами. Правило Антонова, условия его применения. Лекции 2 2
1.6. Обобщенное уравнение первого и второго законов термодинамики для поверхности раздела фаз. Изменение поверхностного натяжения жидкости на границе с собственным паром в зависимости от температуры. Поверхность раздела между двумя конденсированными фазами. Правило Антонова, условия его применения. Сам. работа 2 6
1.7. Методы определения поверхностного натяжения. Лекции 2 2
1.8. Методы определения поверхностного натяжения. Сам. работа 2 6
1.9. Капиллярное давление. Закон Лапласа. Зависимость давления пара от кривизны поверхности жидкости. Лекции 2 2
1.10. Капиллярное давление. Закон Лапласа. Зависимость давления пара от кривизны поверхности жидкости. Сам. работа 2 6
1.11. Закон Томсона. Капиллярная конденсация. Изотермическая перегонка вещества. Смачивание. Краевой угол. Закон Юнга (силовой и энергетический выводы). Соотношение между работами адгезии и когезии при смачивании. Лекции 2 2
1.12. Закон Томсона. Капиллярная конденсация. Изотермическая перегонка вещества. Смачивание. Краевой угол. Закон Юнга (силовой и энергетический выводы). Соотношение между работами адгезии и когезии при смачивании. Сам. работа 2 11
1.13. Капиллярное поднятие жидкости, уравнение Жюрена, капиллярная постоянная жидкости. Избирательное смачивание как метод характеристики поверхности твердых тел (лиофильных и лиофобных). Полное смачивание (термодинамическое условие). Лекции 2 2
1.14. Капиллярное поднятие жидкости, уравнение Жюрена, капиллярная постоянная жидкости. Избирательное смачивание как метод характеристики поверхности твердых тел (лиофильных и лиофобных). Полное смачивание (термодинамическое условие). Сам. работа 2 12
1.15. Изучение влияния электромагнитного поля на поверхностную активность растворов спиртов Практические 2 12
1.16. Оформление результатов исследовательской работы Сам. работа 2 12
Раздел 2. Адсорбция на границе раздела жидксть-газ
2.1. Адсорбция как самопроизвольное концентрирование на поверхности раздела фаз веществ, снижающих межфазное натяжение. Поверхностно-активные и инактивные вещества. Лекции 2 2
2.2. Адсорбция как самопроизвольное концентрирование на поверхности раздела фаз веществ, снижающих межфазное натяжение. Поверхностно-активные и инактивные вещества. Сам. работа 2 12
2.3. Термодинамика процесса адсорбции. Уравнение адсорбции Гиббса.Зависимость поверхностного натяжения от концентрации ПАВ. Уравнение Шишковского. Лекции 2 2
2.4. Термодинамика процесса адсорбции. Уравнение адсорбции Гиббса.Зависимость поверхностного натяжения от концентрации ПАВ. Уравнение Шишковского. Сам. работа 2 6
2.5. Поверхностная активность, ее изменение в гомологических рядах ПАВ. Правило Дюкло-Траубе. Уравнение Ленгмюра. Лекции 2 2
2.6. Поверхностная активность, ее изменение в гомологических рядах ПАВ. Правило Дюкло-Траубе. Уравнение Ленгмюра. Сам. работа 2 6
Раздел 3. Адсорбция ПАВ на границе раздела жидкость- твердое тело
3.1. Адсорбция ПАВ из растворов на поверхности твердых тел. Правило уравнивания полярностей Ребиндера. Лекции 2 2
3.2. Адсорбция ПАВ из растворов на поверхности твердых тел. Правило уравнивания полярностей Ребиндера. Сам. работа 2 6
3.3. Модифицирующие свойства ПАВ, гидрофилизация и гидрофобизация твердой поверхности. Лекции 2 2
3.4. Модифицирующие свойства ПАВ, гидрофилизация и гидрофобизация твердой поверхности. Сам. работа 2 6
3.5. Специфическая адсорбция ионов.Лиотропные ряды. Лекции 2 2
3.6. Специфическая адсорбция ионов.Лиотропные ряды. Сам. работа 2 6
3.7. Ионообменная адсорбция Лекции 2 2
3.8. Ионообменная адсорбция Сам. работа 2 6
3.9. Расчет изтерм адсорбции спиртов из необлученных и облученных электромагнитным полем растворов Практические 2 12
3.10. оформление результатов исследовательской работы Сам. работа 2 6
Раздел 4. Электроповерхностные явления
4.1. Двойной электрический слой (ДЭС). Причины образования ДЭС. Термодинамическое равновесие поверхности раздела фаз с учетом электрической энергии. Лекции 2 2
4.2. Двойной электрический слой (ДЭС). Причины образования ДЭС. Термодинамическое равновесие поверхности раздела фаз с учетом электрической энергии. Сам. работа 2 4
4.3. Модели строения ДЭС (теории Гельмгольца, Гуи — Чепмена, Штерна) Лекции 2 2
4.4. Модели строения ДЭС (теории Гельмгольца, Гуи — Чепмена, Штерна) Сам. работа 2 4
4.5. Электрокинетические явления: электрофорез, электроосмос, потенциалы течения и оседания Лекции 2 2
4.6. Теория Гельмгольца — Смолуховского. Электрокинетический потенциал; граница скольжения. Методы определения электрокинетического потенциала Лекции 2 2
4.7. Теория Гельмгольца — Смолуховского. Электрокинетический потенциал; граница скольжения. Методы определения электрокинетического потенциала Сам. работа 2 4
4.8. Определение и расчет скорости электрофореза и электрокинетического потенциала необлученных и облученных электромагнитным плем золей галогенидов серебра Практические 2 12
4.9. оформление результатов исследовательской работы Сам. работа 2 6
4.10. Подготовка к экзамену Сам. работа 2 16

5. Фонд оценочных средств

5.1. Контрольные вопросы и задания для проведения текущего контроля и промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины
1.Основные понятия физической химии поверхности, объекты и цели изучения. Взаимосвязь с другими химическими дисциплинами, с физикой, биологией, геологией, медициной.
2.Свободная поверхностная энергия. Поверхностное натяжение, силовая и энергетическая трактовки. Метод избыточных термодинамических функций поверхностного слоя Гиббса.
3. Обобщенное уравнение первого и второго законов термодинамики для поверхности раздела фаз. Термодинамическая трактовка поверхностного натяжения.
4. Зависимость величины пограничного натяжения от природы границы раздела фаз. Изменение поверхностного натяжения жидкости на границе с собственным паром в зависимости от температуры и давления. Пограничное натяжение на границе раздела жидкость-жидкость. Правило Антонова.
5. Основные методы измерения поверхностного натяжения жидкостей
6. Смачивание. Краевой угол. Закон Юнга (силовой и энергетический выводы).
7. Избирательное смачивание как метод характеристики поверхности твердых тел (лиофильных и лиофобных). Гидрофилизация и гидрофобизация твердых поверхностей (инверсия смачивания).
8. Когезия и адгезия. Работа когезии и адгезии. Уравнение Дюпре. Соотношение между работами адгезии и когезии при смачивании Коэффициент растекания.
9. Капиллярное давление. Закон Лапласа. Капиллярное поднятие жидкости, уравнение Жюрена.
10. Зависимость давления пара от кривизны поверхности жидкости. Закон Томсона.
11. Капиллярная конденсация.
12.Изотермическая перегонка вещества.
13. Адсорбция на поверхности раздела фаз
14. Адсорбция как самопроизвольное концентрирование на поверхности раздела фаз веществ, снижающих межфазное натяжение. Термодинамика процесса адсорбции. Уравнение адсорбции Гиббса.
15. Поверхностно-активные и инактивные вещества, зависимость поверхностного натяжения от их концентрации в растворе. Уравнение Шишковского. Поверхностная активность, ее изменение в гомологических рядах ПАВ (правило Дюкло-Траубе).
16. Динамический характер адсорбционного равновесия на поверхности раздела раствор ПАВ-газ. Уравнение Ленгмюра, его связь с уравнениями Гиббса и Шишковского.
17. Строение монослоев растворимых ПАВ. Двумерное состояние вещества в поверхностном слое, ориентация молекул в разреженных и насыщенных слоях. Уравнение состояния монослоя ПАВ. Расчет размеров молекул ПАВ.
18. Поверхностные пленки нерастворимых ПАВ; поверхностное давление, методы его измерения. Изотермы двухмерного давления. Основные типы пленок.
19. Молекулярная адсорбция из растворов на поверхности твердых тел. Влияние природы твердого тела, растворителя и ПАВ на величину адсорбции. Правило уравнивания полярностей Ребиндера.
20. Ионная адсорбция из растворов. Возникновение двойного электрического слоя (ДЭС). Правило Фаянса-Панета. Лиотропные ряды.
21. Основы ионного обмена. Практическое применение ионообменных смол.
Электроповерхностные явления в дисперсных системах
22. Модельные представления о строении ДЭС. Теория Гельмгольца.
23. Теория строения ДЭС Гуи-Чепмена.
24. Теория строения ДЭС Штерна.
25. Электрокинетические явления: электрофорез, электроосмос, потенциалы течения и оседания. Опыты Рейсса. Практические приложения электрокинетических явлений.
26. Теория электроосмоса Гельмгольца-Смолуховского.
27. Электрокинетический потенциал; граница скольжения. Методы определения электрокинетического потенциала. Факторы, влияющие на величину дзета-потенциала
5.2. Темы письменных работ для проведения текущего контроля (эссе, рефераты, курсовые работы и др.)
5.3. Фонд оценочных средств для проведения промежуточной аттестации
ФОС находится в приложении

6. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины

6.1. Рекомендуемая литература
6.2. Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной сети "Интернет"
Название Эл. адрес
Э1 Физикохимия поверхности portal.edu.asu.ru
6.3. Перечень программного обеспечения
3. www.vernadsky.dnttm.ru – сайт всероссийского Конкурса юношеских исследовательских работ им. В.И. Вернадского
4.www.konkurs.dnttm.ru – обзор исследовательских и научно-практических юношеских конференций, семинаров конкурсов и пр
5.http://www.inion.ru/product/db_2.htm - Институт научной информации по общественным наукам Российской Академии Наук (ИНИОН РАН)
6.http://fuji.viniti.msk.su/ - Всероссийский институт научной и технической информации (ВИНИТИ)
7.http://www.nlr.ru:8101/ - Российская национальная библиотека
9.http://www.rubricon.ru/ - Крупнейший энциклопедический ресурс Интернета
6.4. Перечень информационных справочных систем
http://www.lib.asu.ru электронные ресурсы научной библиотеке АлтГУ
http://www.rsl.ru РГБ Российская государственная библиотека
http://ben.irex.ru БЕН Библиотека естественных наук
http://www.gpntb.ru ГПНТБ 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.chem.msu.su Электронная библиотека на сервере химфака МГУ
http://www.lib.msu.su Библиотека МГУ
http://www.kge.msu.ru Библиотека химической литературы

7. Материально-техническое обеспечение дисциплины

8. Методические указания для обучающихся по освоению дисциплины

Изучение данного курса предполагает высокий уровень подготовки аспиранта в процессе прошлого изучения курсов физики и высшей математики, а также физической, коллоидной и органической химии.
При изучении курса работа студента делится на три блока:
1. Лекционное изучение предмета;
2. Выполнение практических работ;
3. Самостоятельная работа.
Лекционный курс состоит из 36 часов. Преподаватель дает на лекциях основной, базовый материал курса, являющийся главным по значению для аспиранта и, возможно, представляющий наибольшую трудность для самостоятельного изучения. Безусловно, посещение лекций по курсу является одной из основных задач аспиранта, исходя из вклада лекционного курса в общий курс. Но наиболее важной считается работа на практических занятиях, сдача коллоквиумов к ним, выполнение тестовых заданий, из которых и складывается итоговая оценка.
Для плодотворной работы на практических занятиях и получения хороших результатов аспиранту необходимо провести самостоятельную подготовку. Самостоятельная работа должна занимать главное по важности место в изучении курса. Продуктивное изучение рассматриваемых на практических занятиях вопросов должно быть обеспечено всеми необходимыми средствами, предоставляемыми преподавателем. В эти необходимые к подготовке средства входит: часть лекционного курса по данному вопросу, список основной и дополнительной литературы, список методических указаний к курсу, список электронных ресурсов, а также указание направлений предыдущего изучения различных курсов, которое могло бы быть полезно для наиболее полной подготовки к практическому занятию.
Экзамен проходит в устной форме по вопросам, приведенным выше.