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

Высокомолекулярные соединения
рабочая программа дисциплины

Закреплена за кафедройКафедра органической химии
Направление подготовки04.05.01. Фундаментальная и прикладная химия (специальность)
Специализация"Органическая химия"; "Физическая химия твердых тел, коллоидных систем и наноматериалов". ФГОС 3++
Форма обученияОчная
Общая трудоемкость6 ЗЕТ
Учебный план04_05_01_ФиПХ-2-2020
Часов по учебному плану 170
в том числе:
аудиторные занятия 86
самостоятельная работа 57
контроль 27
Виды контроля по семестрам
экзамены: 8

Распределение часов по семестрам

Курс (семестр) 4 (8) Итого
Недель 21
Вид занятий УПРПДУПРПД
Лекции 36 36 36 36
Лабораторные 36 36 36 36
Практические 14 14 14 14
Сам. работа 57 103 57 103
Часы на контроль 27 27 27 27
Итого 170 216 170 216

Программу составил(и):
к.х.н., доцент Микушина И.В.

Рецензент(ы):
к.х.н., доцент Харнутова Е.П.

Рабочая программа дисциплины
Высокомолекулярные соединения

разработана в соответствии с ФГОС:
Федеральный государственный образовательный стандарт высшего образования по специальности 04.05.01 Фундаментальная и прикладная химия (приказ Минобрнауки России от 13.07.2017г. №652)

составлена на основании учебного плана:
04.05.01 Фундаментальная и прикладная химия
утвержденного учёным советом вуза от 30.06.2020 протокол № 6.

Рабочая программа одобрена на заседании кафедры
Кафедра органической химии

Протокол от г. №
Срок действия программы: 2020-2021 уч. г.

Заведующий кафедрой
Н.Г. Базарнова, д.х.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 органической химии

Протокол от г. №
Заведующий кафедрой Н.Г. Базарнова, д.х.н., профессор

1. Цели освоения дисциплины

1.1.Цель дисциплины "Высокомолекулярные соединения" – знакомство студентов с основами науки о полимерах и ее важнейшими практическими приложениями, знание которых необходимо каждому химику, независимо от его последующей узкой специализации. Объективная основа формирования фундаментальной научной дисциплины "Высокомолекулярные соединения" заключается в том, что полимерное состояние - особая форма существования веществ, которая в основных физических и химических проявлениях качественно отличается от низкомолекулярных веществ. Поэтому главное внимание в курсе уделяется рассмотрению основных свойств высокомолекулярных соединений отличных от свойств низкомолекулярных веществ. С одной стороны, большие размеры и цепное строение макромолекул обуславливают появление ряда важных специфических свойств, которые определяют практическую ценность полимеров как материалов, а также их биологическое значение. С другой стороны, химические превращения и синтез полимеров осуществляются в результате ряда обычных химических реакций, хорошо известных из органической химии низкомолекулярных соединений. Однако, участие в этих реакциях макромолекул, макрорадикалов, макроионов вносит качественно новые аспекты в рассмотрение обычных химических реакций. Задачи: знание основных понятий и определений полимеров, освоение основных практических навыков синтеза полимеров, освоение основных методов изучения физико-химических свойств полимеров и растворов полимеров.

2. Место дисциплины в структуре ООП

Цикл (раздел) ООП: Б1.О.04

3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины

ОПК-1: Способен анализировать, интерпретировать и обобщать результаты экспериментальных и расчетно-теоретических работ химической направленности
ОПК-2: Способен проводить химический эксперимент с использованием современного оборудования, соблюдая нормы техники безопасности
В результате освоения дисциплины обучающийся должен
3.1.Знать:
3.1.1.теоретические основы фундаментальных разделов химии
основные синтетические и аналитические методы получения и исследования химических веществ и реакций
основные нормы техники безопасности в лабораторных условиях
теоретические основы современных разделов химии
основы проведения химического эксперимента
3.2.Уметь:
3.2.1.обосновывать теоретические фундаментальных разделов химии при решении профессиональных задач
обосновывать синтетические и аналитические методы получения и исследования химических веществ и реакций
реализовывать синтетические и аналитические методы получения и исследования химических веществ и реакций
соблюдать нормы техники безопасности в лабораторных условиях и технологических условиях
3.3.Иметь навыки и (или) опыт деятельности (владеть):
3.3.1.выполнения химического эксперимента
нормами техники безопасности при выполнении работ в лабораторных условиях
навыками использования теоретических основ современных разделов химии при решении профессиональных задач
навыками подбора синтетических и аналитических методов получения и исследования химических веществ и реакций

4. Структура и содержание дисциплины

Код занятия Наименование разделов и тем Вид занятия Семестр Часов Компетенции Литература
Раздел 1. Введение. Основные понятия.
1.1. Основные понятия и определения макромолекулярных соединений. Молекулярные массы и молекулярно-массовые распределения. Важнейшие свойства полимерных веществ. Предмет и задачи науки о высокомолекулярных соединениях Лекции 8 2 ОПК-1 Л1.1, Л3.2, Л1.2
1.2. Полимеры - материалы современности Практические 8 2 Л1.1, Л3.2
1.3. Роль полимеров в живой природе и их значение как промышленных материалов (пластмассы, каучуки, волокна и пленки, покрытия, клеи). Сам. работа 8 12 ОПК-1 Л1.1, Л2.4
Раздел 2. Классификация полимеров и их важнейших представителей
2.1. Классификация полимеров в зависимости от происхождения, химического состава и строения основной цепи, в зависимости от топологии макромолекул. Природные и синтетические полимеры. Важнейшие представители полимеров и их классификация. Лекции 8 2 ОПК-1 Л1.1, Л2.1, Л1.2
2.2. Установление состава, химические и физико-химические свойства некоторых полимеров Лабораторные 8 6 ОПК-2 Л1.1
2.3. Биополимеры, основные биологические функции белков рибонуклеиновой и дезоксирибонуклеиновой кислот. Краткая характеристика и области применения различных классов полимеров. Сам. работа 8 14 ОПК-1 Л1.1, Л2.4
Раздел 3. Синтез полимеров
3.1. Классификация основных способов получения полимеров. Полимеризация.Радикальная полимеризация. Радикальная сополимеризация. Катионная полимеризация. Анионная полимеризация. Координационно-ионная полимеризация. Особенности ионной полимеризации циклических мономеров. Поликонденсация. Лекции 8 10 ОПК-1 Л1.1, Л1.2
3.2. Получение полимеров методами полимеризации Лабораторные 8 6 ОПК-2 Л1.1, Л3.1, Л2.3
3.3. Получение полимеров методами поликонденсации Лабораторные 8 6 ОПК-2 Л1.1, Л3.1, Л2.3
3.4. Получение полимеров методами радикольной полимеризации. Состав сополимеров. Ионная полимеризация Практические 8 4 ОПК-1, ОПК-2 Л1.1, Л3.2
3.5. Поликонденсация. Ступенчатые процессы Практические 8 2 ОПК-1, ОПК-2 Л1.1, Л3.1
3.6. Способы проведения полимеризации: в массе, в растворе, в суспензии и эмульсии. Принципы синтеза стереорегулярных полимеров.Проведение поликонденсации в расплаве, в растворе и на границе раздела фаз. Синтез важнейших представителей полимеров, выпускаемых промышленностью Сам. работа 8 26 ОПК-2 Л1.1, Л2.3
Раздел 4. Химические свойства и химические превращения полимеров
4.1. Химические реакции, не приводящие к изменению степени полимеризации макромолекул: полимераналогичные превращения и внутримолекулярные превращения. Химические реакции, приводящие к уменьшению степени полимеризации макромолекул. Химические реакции, приводящие к увеличению степени полимеризации макромолекул. Сшивание полимеров Лекции 8 4 ОПК-1 Л1.1, Л2.2
4.2. Примеры использования полимераналогичных превращений и внутримолекулярных реакций для получения новых полимеров. Механодеструкция. Использование химических реакций макромолекул для химического и структурно-химического модифицирования полимерных материалов и изделий. Сам. работа 8 12 ОПК-1 Л1.1, Л2.2
Раздел 5. Макромолекулы и их поведение в растворах
5.1. Конфигурация макромолекулы и конфигурационная изомерия. Конформационная изомерия и конформация макромолекулы. Внутримолекулярное вращение и гибкость макромолекулы. Количественные характеристики гибкости макромолекул. Свободносочлененная цепь как идеализированная модель гибкой макромолекулы. Связь гибкости (жесткости) макромолекул с их химическим строением: факторы, влияющие на гибкость реальных цепей. Лекции 8 4 ОПК-1 Л1.1, Л2.2, Л1.2, Л1.3
5.2. Гибкость макромолекул Практические 8 2 ОПК-1 Л1.1, Л2.2
5.3. Макромолекулы в растворах. Термодинамический критерий растворимости и доказательство термодинамической равновесности растворов. Фазовые диаграммы систем полимер-растворитель. Критические температуры растворения. Термодинамическое поведение макромолекул в растворе и его особенности по сравнению с поведением молекул низкомолекулярных веществ. Отклонения от идеальности и их причины. Уравнение состояния полимера в растворе. Гидродинамические свойства макромолекул в растворах. Вязкость разбавленных растворов. Концентрированные растворы полимеров и гели. Лекции 8 6 ОПК-1 Л1.1, Л2.1, Л1.2, Л1.3
5.4. Концентрированные и разбавленные растворы полимеров. Практические 8 2 ОПК-1, ОПК-2 Л1.1, Л2.1
5.5. Определение молекулярных масс и полидисперсности полимеров Лабораторные 8 12 ОПК-2 Л1.1, Л3.1, Л2.3
5.6. Определение параметров сетки сшитого полимера методом набухания /Определение степени набухания каучуков Лабораторные 8 6 ОПК-2 Л1.1, Л3.1, Л2.3
5.7. Упорядоченные конформации изолированных макромолекул (полипептиды, белки, нуклеиновые кислоты). Полимер-полимерные комплексы синтетических и природных полимеров. Определение среднечисловой молекулярной массы из данных по осмотическому давлению растворов полимеров. Физико-химические основы фракционирования полимеров. Светорассеяние как метод определения средневесовой молекулярной массы полимеров. Определение размеров макромолекул. Вискозиметрия как метод определения средневязкостной молекулярной массы. Гель-проникающая хроматография и фракционирование полимеров.Жидкокристаллическое состояние жесткоцепных полимеров. Сам. работа 8 18 ОПК-1 Л1.1, Л2.2, Л1.2, Л1.3
Раздел 6. Свойства полимерных тел
6.1. Структура и основные физические свойства полимерных тел. Особенности молекулярного строения полимеров и принципы упаковки макромолекул.Три физических состояния. Термомеханические кривые аморфных полимеров. Высокоэластическое состояние. Принцип температурно-временной суперпозиции. Стеклообразное состояние. Особенности полимерных стекол. Вязкотекучее состояние. Пластификация полимеров. Свойства кристаллических полимеров. Лекции 8 8 ОПК-1 Л1.1, Л2.1
6.2. Физические состояния и физико-механические свойства полимеров Практические 8 2 ОПК-1, ОПК-2 Л1.1, Л2.2
6.3. Формование изделий из полимеров на режиме вязкого течения. Долговечность полимерных материалов. Механизм разрушения полимеров. Ориентированные структуры кристаллических и аморфных полимеров. Анизотропия механических свойств. Способы ориентации. Принципы формования ориентированных волокон и плёнок из расплавов и растворов. Особенности формования жидкокристаллической фазы; получение суперпрочных волокон и пластиков. Композиционные материалы. Принципы формования полимеров, наполненные полимеры. Сам. работа 8 14 ОПК-2 Л1.1, Л2.4, Л1.2, Л1.3
Раздел 7. Заключение
7.1. Современные тенденции и новые направления в науке о полимерах. Перспективы промышленного производства полимеров. Сам. работа 8 7 ОПК-1 Л1.1, Л2.4

5. Фонд оценочных средств

5.1. Контрольные вопросы и задания
приведены в приложении
5.2. Темы письменных работ (эссе, рефераты, курсовые работы и др.)
Контрольная работа №1. Основные понятия и синтез полимеров.
Контрольная работа №2. Свойства растворов и физико-механические свойства полимеров
5.3. Фонд оценочных средств
приведены в приложении

6. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины

6.1. Рекомендуемая литература
6.1.1. Основная литература
Авторы Заглавие Издательство, год Эл. адрес
Л1.1 Семчиков Ю.Д. Высокомолекулярные соединения: учеб. для вузов М.: Академия, 2006
Л1.2 Киреев В.В. ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ В 2 Ч. ЧАСТЬ 1. Учебник для академического бакалавриата: Гриф УМО ВО М.:Издательство Юрайт, 2018 https://biblio-online.ru/book/352B6A37-70B9-4C3C-AE7C-6B60857E10EE
Л1.3 Киреев В.В. ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ В 2 Ч. ЧАСТЬ 2. Учебник для академического бакалавриата: Гриф УМО ВО М.:Издательство Юрайт, 2018 https://biblio-online.ru/book/CAE9A586-139F-4824-A948-A891AA038CBE
6.1.2. Дополнительная литература
Авторы Заглавие Издательство, год Эл. адрес
Л2.1 Шур А.М. Высокомолекулярные соединения: Учеб. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Высш. шк., 1981
Л2.2 В. Н. Кулезнев, В. А. Шершнев. М. Химия и физика полимеров: учеб. пособие для вузов: Химия и физика полимеров: учеб. пособие для вузов М. : Высш. шк., , 1988
Л2.3 Куренков В.Ф., Заикина Е.А., Бударина Л.А. Практикум по химии и физике полимеров: Практикум по химии и физике полимеров М. : Химия., 1990.
Л2.4 М.И. Штильман, А.В. Подкорытова, С.В. Немцев, В.Н. Кряжев. Технология полимеров медико-биологического назначения. Полимеры природного происхождения.: М. : Издательство "Лаборатория знаний", 2016. , 2016 http://e.lanbook.com/book/70693
6.1.3. Дополнительные источники
Авторы Заглавие Издательство, год Эл. адрес
Л3.1 Панченко О.А., Микушина И.В. Высокомолекулярные соединения: лабораторные работы Барнаул, 2008
Л3.2 И.В. Микушина Высокомолекулярные соединения. Вопросы и задания для практических занятий и самостоятельной работы студентов: Методическое пособие Издательство Алтайского государственного университета, 2012
6.2. Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной сети "Интернет"
Название Эл. адрес
Э1 Курсы в Moodle "Высокомолекулярные соединения" https://portal.edu.asu.ru/course/view.php?id=507
6.3. Перечень программного обеспечения
Мicrosoft Windows
Microsoft Office
7-Zip
AcrobatReader
6.4. Перечень информационных справочных систем
http://fuji.viniti.msk.su/ - Всероссийский институт научной и технической информации (ВИНИТИ)
http://www.gpntb.ru/win/search/ Государственная публичная научно-техническая библиотека России (ГПНТБ России)
http://uwh.lib.msu.su/ - Научная библиотека МГУ им. М.В. Ломоносова
Доступ онлайн Электронная библиотека eLIBRARY.RU
http://www.lib.asu.ru электронные ресурсы научной библиотеке АлтГУ

7. Материально-техническое обеспечение дисциплины

Аудитория Назначение Оборудование
011К лаборатория высокомолекулярных веществ; лаборатория методики преподавания химии - учебная аудитория для проведения занятий семинарского типа (лабораторных и(или) практических); проведения групповых и индивидуальных консультаций, текущего контроля и промежуточной аттестации Лабораторные столы, стулья на 15 посадочных мест; рабочее место преподавателя сушильный шкаф; раковина; дистиллятор; оборудование; инструмент и приспособления; принадлежности и инвентарь для организации учебного процесса на подгруппу (15 человек): вытяжные шкафы термостат;; вискозимитр с (d=0,56 мм);весы аналитические Pioneer; весовой стол; весы технические; сушильный шкаф ES- 4610, плитки электрические; мешалки верхнеприводные и магнитные; водоструйные насосы; термометры ртутные; термостат; штативы; песочные и водяные бани; спиртовые горелки; пробки; металлическое оборудование; наборы химической посуды; наборы химических реактивов.
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)
Помещение для самостоятельной работы помещение для самостоятельной работы обучающихся Компьютеры, ноутбуки с подключением к информационно-телекоммуникационной сети «Интернет», доступом в электронную информационно-образовательную среду АлтГУ

8. Методические указания для обучающихся по освоению дисциплины

Теоретический материал дисциплины изучается в течение двух семестров (7 и 8 семестры) по всем формам обучения в соответствии с учебным планом.
Лекция - это вид учебных занятий, в ходе которых в устной форме преподавателем излагается предмет, с другой стороны, лекция - это способ способ подачи учебного материала путём логически стройного, систематически последовательного и ясного изложения. Посещение студентами лекционных занятий ‒ необходимо, т.к. лекции вводят в науку, они дают первое знакомство с научно-теоретическими положениями данной науки и, что особенно важно и что очень сложно осуществить студенту самостоятельно, знакомят с методологией науки. Лекции предназначены для того, чтобы закладывать основы научных знаний, определять направление, основное содержание и характер всех видов учебных занятий, а также самостоятельной работы студентов. Систематическое посещение лекций, активная мыслительная работа в ходе объяснения преподавателем учебного материала позволяет не только понимать изучаемую дисциплину, но и успешно справляться с учебными заданиями на занятиях других видов.
Практические занятия. Для того чтобы практические занятия приносили максимальную пользу, необходимо помнить, что упражнение и решение задач проводятся по вычитанному на лекциях материалу и связаны, как правило, с детальным разбором отдельных вопросов лекционных тем. Следует подчеркнуть, что только после усвоения лекционного материала с определенной точки зрения он будет закрепляться на практических занятиях как в результате обсуждения и анализа лекционного материала, так и с помощью решения практических задач. При этих условиях студент не только хорошо усвоит материал, но и научится применять его на практике, а также получит дополнительный стимул (и это очень важно) для активной проработки лекции.
При самостоятельном решении задач нужно обосновывать каждый этап решения, исходя из теоретических положений курса. Если студент видит несколько путей решения проблемы (задачи), то нужно сравнить их и выбрать самый рациональный. Полезно до начала вычислений составить краткий план решения проблемы (задачи). Решение проблемных задач или примеров следует излагать подробно, вычисления располагать в строгом порядке, отделяя вспомогательные вычисления от основных. Решения при необходимости нужно сопровождать комментариями, схемами, чертежами и рисунками.
Следует помнить, что решение каждой учебной задачи должно доводиться до окончательного логического ответа, которого требует условие, и по возможности с выводом. Полученный ответ следует проверить способами, вытекающими из существа данной задачи. Полезно также (если возможно) решать несколькими способами и сравнить полученные результаты. Решение задач данного типа нужно продолжать до приобретения твердых навыков в их решении.
Лабораторные занятия являются неотъемлемой частью при формировании компетенций. При подготовке к лабораторным занятиям по заданию преподавателя необходимо изучить методику выполнения лабораторной работы, составить подробный план осуществления методики, подобрать соответствующую информацию по безопасному обращению с веществами и реактивами, используемыми в лабораторной работе. К лабораторным занятиям допускаются студенты, прошедшие инструктаж по пожарной безопасности и по технике безопасности при работе в лаборатории. Перед выполнением лабораторной работы необходимо пройти собеседование с преподавателем, обсудить основные этапы выполнения работы, возможные трудности, особенности аппаратурного оформления, нормы техники безопасности. Важно помнить, что высокомолекулярные вещества очень сильно отличаются по свойствам от низкомолекулярных веществ и это необходимо учитывать при выполнении работы, соблюдении всех требований безопасного обращения с веществами. После выполнения лабораторной работы необходимо своевременно оформить и сдать отчет, в котором отразить полученные результаты, при необходимости произвести расчеты, приложить графический материал (графики, схемы установок), привести схемы основных и побочных процессов, влияющих на ход и результаты работы. В отчете необходимо привести ответы на вопросы к лабораторной работе, сделать вывод по результатам работы. При сдаче отчета следует оценить степень достигнутости цели лабораторной работы, полученные навыки, сопоставить лабораторные и промышленные условия реализации методов синтеза и исследования полимеров, исходя из требований соблюдения безопасности, технологичности и массовости использования.
Самостоятельная внеаудиторная работа студентов обеспечена электронными учебно-методическими ресурсами (система Moodle), возможностью общения студента с преподавателем посредством электронной почты, доступом в Internet.
Промежуточный контроль по дисциплине в форме зачета в 7 семестре и форме экзамена в 8 семестре. Текущий контроль формирования компетенций осуществляется в ходе практических и лабораторных занятий при выполнении практических и лабораторных заданий, а также путем тестирования и написания контрольных работ. Зачет и экзамен проходят в традиционной форме по билетам и предусматривают устные ответы на вопросы и задания билета.