1. Цели освоения дисциплины
| 1.1. | Освоение основ коллоидной химии, принципов и методов получения дисперсных систем, их свойств и строения, а также знакомство с основными методами изучения свойств дисперсных систем, их практическим применением |
|---|
2. Место дисциплины в структуре ООП
| Цикл (раздел) ООП: Б1.О.05 |
3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины
| ОПК-2 | Способен проводить с соблюдением норм техники безопасности химический эксперимент, включая синтез, анализ, изучение структуры и свойств веществ и материалов, исследование процессов с их участием |
| ОПК-2.1 | Знает нормы техники безопасности при работе с химическими веществами |
| ОПК-2.2 | Умеет проводить синтез и анализ веществ и материалов разной природы с использованием имеющихся методик |
| ОПК-2.3 | Владеет навыками соблюдения техники безопасности при проведении химического эксперимента |
| В результате освоения дисциплины обучающийся должен | |
| 3.1. | Знать: |
|---|---|
| 3.1.1. | ОПК-2.1. нормы техники безопасности при работе с химическими веществами |
| 3.2. | Уметь: |
| 3.2.1. | ОПК-2.2. проводить синтез и анализ веществ и материалов разной природы с использованием имеющихся методик. |
| 3.3. | Иметь навыки и (или) опыт деятельности (владеть): |
| 3.3.1. | ОПК-2.3 Владеет навыками соблюдения техники безопасности при проведении химического эксперимента |
4. Структура и содержание дисциплины
| Код занятия | Наименование разделов и тем | Вид занятия | Семестр | Часов | Компетенции | Литература |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Раздел 1. Введение. Классификация дисперсных систем. Получение и очистка дисперсных систем | ||||||
| 1.1. | Основные понятия коллоидной химии, объекты и цели изучения. Коллоидные частицы и коллоидные системы. Коллоидное (дисперсное) состояние вещества. Количественное определение дисперсности: дисперсность и удельная поверхность. Различные типы классификации дисперсных систем: по агрегатному состоянию дисперсной фазы и дисперсионной среды, по размеру частиц, по степени взаимодействия между частицами дисперсной фазы, и т.д. Лиофильные и лиофобные дисперсные системы. Взаимосвязь коллоидной химии с другими химическими дисциплинами, с физикой, биологией, геологией, медициной. Основные этапы развития коллоидной химии | Лекции | 7 | 2 | Л3.1, Л2.1 | |
| 1.2. | Основные понятия коллоидной химии, объекты и цели изучения. Коллоидные частицы и коллоидные системы. Коллоидное (дисперсное) состояние вещества. Количественное определение дисперсности: дисперсность и удельная поверхность. Различные типы классификации дисперсных систем: по агрегатному состоянию дисперсной фазы и дисперсионной среды, по размеру частиц, по степени взаимодействия между частицами дисперсной фазы, и т.д. Лиофильные и лиофобные дисперсные системы. Взаимосвязь коллоидной химии с другими химическими дисциплинами, с физикой, биологией, геологией, медициной. Основные этапы развития коллоидной химии | Сам. работа | 7 | 4 | Л1.2, Л2.1 | |
| Раздел 2. Молекулярно-кинетические и оптические свойства дисперсных систем | ||||||
| 2.1. | Универсальность молекулярно-кинетических свойств растворов и дисперсных систем. Теория броуновского движения по Эйнштейну-Смолуховскому. Диффузия в коллоидных системах. Уравнение Эйнштейна. Осмотические явления в коллоидных системах, их роль в биологических процессах. Седиментационно-диффузионное равновесие. Метод Перрена определения числа Авогадро. Седиментационный анализ полидисперсных систем. | Лекции | 7 | 1 | Л1.2, Л3.1, Л2.1 | |
| 2.2. | Рассеяние и поляризация света в коллоидных системах. Закон Релея и условия его применимости. Индикатрисы светорассеяния. Нерелеевское рассеяние. Поглощение света непроводящими и проводящими частицами. Применение закона Ламберта-Бера к мутным средам. Окраска коллоидных систем, окрашенные коллоиды в природе и технике. Нефелометрия и турбидиметрия. Ультрамикроскопия. Применение электронной микроскопии к исследованию коллоидных систем. | Лекции | 7 | 1 | ||
| 2.3. | Рассеяние и поляризация света в коллоидных системах. Закон Релея и условия его применимости. Индикатрисы светорассеяния. Нерелеевское рассеяние. Поглощение света непроводящими и проводящими частицами. Применение закона Ламберта-Бера к мутным средам. Окраска коллоидных систем, окрашенные коллоиды в природе и технике. Нефелометрия и турбидиметрия. Ультрамикроскопия. Применение электронной микроскопии к исследованию коллоидных систем. | Сам. работа | 7 | 1 | Л1.2, Л1.1 | |
| 2.4. | Подготовка к семинару «Молекулярно-кинетические и оптические свойства дисперсных систем» | Сам. работа | 7 | 1 | Л2.1 | |
| 2.5. | Семинар «Молекулярно-кинетические и оптические свойства дисперсных систем» | Практические | 7 | 2 | Л2.1 | |
| 2.6. | Правила безопасной работы в лаборатории коллоидной химии. Требования лабораторного практикума. Правила оформления отчетов | Лабораторные | 7 | 2 | Л3.1 | |
| 2.7. | Подготовка к лабораторной работе «Коллоидные растворы. Диализ. Коагуляция» | Сам. работа | 7 | 1 | Л3.1 | |
| 2.8. | Лабораторная работа «Коллоидные растворы. Диализ. Коагуляция» | Лабораторные | 7 | 4 | Л3.1 | |
| Раздел 3. Поверхностные явления | ||||||
| 3.1. | Поверхность раздела фаз. Свободная поверхностная энергия. Поверхностное натяжение, силовая и энергетическая трактовки. Метод избыточных термодинамических функций поверхностного слоя (Гиббс). 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. Методы определения поверхностного натяжения. | Лекции | 7 | 2 | Л1.2, Л1.1, Л2.1 | |
| 3.2. | Поверхность раздела фаз. Свободная поверхностная энергия. Поверхностное натяжение, силовая и энергетическая трактовки. Метод избыточных термодинамических функций поверхностного слоя (Гиббс). 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. Методы определения поверхностного натяжения. | Сам. работа | 7 | 1 | Л1.2, Л1.1 | |
| 3.3. | Капиллярное давление. Закон Лапласа. Зависимость давления пара от кривизны поверхности жидкости. Закон Томсона. Капиллярная конденсация. Изотермическая перегонка вещества. Смачивание. Краевой угол. Закон Юнга (силовой и энергетический выводы). Соотношение между работами адгезии и когезии при смачивании. Капиллярное поднятие жидкости, уравнение Жюрена, капиллярная постоянная жидкости. Избирательное смачивание как метод характеристики поверхности твердых тел (лиофильных и лиофобных). Полное смачивание (термодинамическое условие). | Лекции | 7 | 2 | Л1.2, Л1.1, Л2.1 | |
| 3.4. | Капиллярное давление. Закон Лапласа. Зависимость давления пара от кривизны поверхности жидкости. Закон Томсона. Капиллярная конденсация. Изотермическая перегонка вещества. Смачивание. Краевой угол. Закон Юнга (силовой и энергетический выводы). Соотношение между работами адгезии и когезии при смачивании. 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 | 7 | 1 | Л1.2, Л1.1, Л2.1 | |
| 3.5. | Подготовка к семинару «Поверхностные явления» | Сам. работа | 7 | 1 | Л2.1 | |
| 3.6. | Семинар «Поверхностные явления» | Практические | 7 | 2 | Л2.1 | |
| 3.7. | Подготовка к лабораторной работе «Отработка методики определения поверхностного натяжения»/ | Сам. работа | 7 | 2 | Л3.1, Л2.1 | |
| 3.8. | Отработка методики определения поверхностного натяжения | Лабораторные | 7 | 4 | Л3.1 | |
| Раздел 4. Адсорбция на поверхности раздела фаз | ||||||
| 4.1. | Адсорбция как самопроизвольное концентрирование на поверхности раздела фаз веществ, снижающих межфазное натяжение. Поверхностно-активные и инактивные вещества. Термодинамика процесса адсорбции. Уравнение адсорбции Гиббса.Зависимость поверхностного натяжения от концентрации ПАВ. Уравнение Шишковского. Поверхностная активность, ее изменение в гомологических рядах ПАВ. Правило Дюкло-Траубе. Уравнение Ленгмюра | Лекции | 7 | 1 | Л1.2 | |
| 4.2. | Адсорбция как самопроизвольное концентрирование на поверхности раздела фаз веществ, снижающих межфазное натяжение. Поверхностно-активные и инактивные вещества. Термодинамика процесса адсорбции. Уравнение адсорбции Гиббса.Зависимость поверхностного натяжения от концентрации ПАВ. Уравнение Шишковского. Поверхностная активность, ее изменение в гомологических рядах ПАВ. Правило Дюкло-Траубе. Уравнение Ленгмюра | Сам. работа | 7 | 2 | Л1.2 | |
| 4.3. | Адсорбция газов на твердой поверхности. Уравнение изотермы адсорбции Генри, Фрейндлиха, Ленгмюра. Теплота адсорбции. Теория адсорбции Ленгмюра. Теория адсорбции БЭТ. | Лекции | 7 | 2 | Л1.2, Л2.1 | |
| 4.4. | Адсорбция газов на твердой поверхности. Уравнение изотермы адсорбции Генри, Фрейндлиха, Ленгмюра. Теплота адсорбции. Теория адсорбции Ленгмюра. Теория адсорбции БЭТ. | Сам. работа | 7 | 4 | Л1.2, Л2.1 | |
| 4.5. | Адсорбция ПАВ из растворов на поверхности твердых тел. Правило уравнивания полярностей Ребиндера. Модифицирующие свойства ПАВ, гидрофилизация и гидрофобизация твердой поверхности. Специфическая адсорбция ионов. Лиотропные ряды. Ионообменная адсорбция. | Лекции | 7 | 2 | Л1.2, Л2.1 | |
| 4.6. | Адсорбция ПАВ из растворов на поверхности твердых тел. Правило уравнивания полярностей Ребиндера. Модифицирующие свойства ПАВ, гидрофилизация и гидрофобизация твердой поверхности. Специфическая адсорбция ионов. Лиотропные ряды. Ионообменная адсорбция. | Сам. работа | 7 | 2 | Л1.2, Л2.1 | |
| 4.7. | Подготовка к лабораторной работе «Изучение адсорбции уксусной кислоты активированным углем» | Сам. работа | 7 | 2 | Л3.1 | |
| 4.8. | Изучение адсорбции уксусной кислоты активированным углем | Лабораторные | 7 | 6 | Л3.1 | |
| Раздел 5. Электроповерхностные явления в дисперсных системах | ||||||
| 5.1. | Двойной электрический слой (ДЭС). Причины образования ДЭС. Термодинамическое равновесие поверхности раздела фаз с учетом электрической энергии. Модели строения ДЭС (теории Гельмгольца, Гуи — Чепмена, Штерна, Грэма). Изменение потенциала в зависимости от расстояния от поверхности для сильно и слабо заряженных поверхностей; влияние концентрации и заряда ионов электролита. | Лекции | 7 | 2 | Л1.1 | |
| 5.2. | Двойной электрический слой (ДЭС). Причины образования ДЭС. Термодинамическое равновесие поверхности раздела фаз с учетом электрической энергии. Модели строения ДЭС (теории Гельмгольца, Гуи — Чепмена, Штерна, Грэма). Изменение потенциала в зависимости от расстояния от поверхности для сильно и слабо заряженных поверхностей; влияние концентрации и заряда ионов электролита. | Сам. работа | 7 | 4 | Л1.1 | |
| 5.3. | Электрокинетические явления: электрофорез, электроосмос, потенциалы течения и оседания; теория Гельмгольца — Смолуховского. Электрокинетический потенциал; граница скольжения. Методы определения электрокинетического потенциала. Строение мицеллы гидрофобного золя. Влияние концентрации и природы электролита на величину и знак заряда коллоидных частиц. | Лекции | 7 | 2 | Л1.1 | |
| 5.4. | Электрокинетические явления: электрофорез, электроосмос, потенциалы течения и оседания; теория Гельмгольца — Смолуховского. Электрокинетический потенциал; граница скольжения. Методы определения электрокинетического потенциала. Строение мицеллы гидрофобного золя. Влияние концентрации и природы электролита на величину и знак заряда коллоидных частиц | Сам. работа | 7 | 4 | Л1.1, Л2.1 | |
| 5.5. | Подготовка к семинару «Электроповерхностные явления» | Сам. работа | 7 | 2 | Л2.1 | |
| 5.6. | Подготовка к лабораторной работе «Электрофорез золя гидроксида железа» | Сам. работа | 7 | 2 | Л3.1 | |
| 5.7. | Лабораторная работа «Электрофорез золя гидроксида железа» | Лабораторные | 7 | 2 | Л3.1 | |
| 5.8. | Электроповерхностные явления | Практические | 7 | 2 | ||
| Раздел 6. Устойчивость и коагуляция гидрофобных коллоидов | ||||||
| 6.1. | Виды устойчивости дисперсных систем: седиментационная и агрегативная. Факторы агрегативной устойчивости. Теория устойчивости гидрофобных золей (теория ДЛФО). Термодинамика тонких пленок. Расклинивающее давление по Дерягину. | Лекции | 7 | 1 | Л1.2, Л2.1 | |
| 6.2. | Коагуляция золей электролитами. Порог коагуляции; зависимость критической концентрации электролита от размера и заряда коагулирующего иона (правило Шульце — Гарди). Антагонизм и синергизм в действии электролитов на процесс коагуляции. Кинетика коагуляции. Теория быстрой коагуляции (Смолуховский) Коагуляция сильно и слабо заряженных золей (концентрационная и нейтрализационная коагуляция). | Сам. работа | 7 | 6 | Л1.2, Л1.1, Л3.1, Л2.1 | |
| 6.3. | Консультации по решению задач и написанию отчетов | Консультации | 7 | 26 | ||
5. Фонд оценочных средств
| 5.1. Контрольные вопросы и задания для проведения текущего контроля и промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины |
| Оценочные материалы для текущего контроля по разделами темам дисциплины в полном объеме размещены в онлайн курсе на образовательном портале "Цифровой университет АлтГУ" https://portal.edu.asu.ru/course/view.php?id=1752 ОЦЕНКА СФОРМИРОВАННОСТИ КОМПЕТЕНЦИИ ОПК-2: Способен проводить с соблюдением норм техники безопасности химический эксперимент, включая синтез, анализ, изучение структуры и свойств веществ и материалов, исследование процессов с их участием ПРИМЕРЫ ЗАДАНИЙ ЗАКРЫТОГО ТИПА 1.К какому из нижеперечисленных типов относится дисперсная система, содержащая частицы размером r = 700 нм? а) грубодисперсная; б) микрогетерогенная; в) ультрамикрогетерогенная; г) истинный раствор. Правильный ответ: б 2. К какому типу по агрегатному состоянию среды и фазы относят такую дисперсную систему, как эмульсия? а) ж/ж; б) т/ж; в) г/ж; г) т/г. Правильный ответ: а 3. Какая дисперсная система называется гидрофильной? а) термодинамически устойчивая, самопроизвольно образующаяся дисперсная система, в которой дисперсная фаза и дисперсионная среда хорошо взаимодействуют друг с другом; б) термодинамически неустойчивая, самопроизвольно не образующаяся дисперсная система, в которой дисперсная фаза и дисперсионная среда слабо взаимодействуют друг с другом; в) дисперсная система, в которой частицы дисперсной фазы не связаны друг с другом и способны свободно передвигаться друг относительно друга; г) дисперсная система, в которой частицы дисперсной фазы связаны друг с другом и не способны свободно передвигаться друг относительно друга. Правильный ответ: а 4. Что является движущей силой в таком способе очистки дисперсных систем, как диализ? а) разность давлений; б) разность концентраций; в) разность температур; г) разность потенциалов. Правильный ответ: б 5. Что является причиной броуновского движения частиц? а) разность концентраций частиц в различных частях системы; б) тепловое движение частиц; в) тепловое движение молекул среды, в которой находятся частицы; г) механическое перемешивание. Правильный ответ: в 6. Какое оптическое явление наблюдается при условии, что радиус частицы, на которую падает свет, намного больше длины волны падающего света? а) рассеяние света; б) отражение света; в) пропускание света; г) поглощение света. Правильный ответ: б 7. Как изменяется величина поверхностного натяжения индивидуальной жидкости при повышении температуры: а) увеличивается; б) уменьшается; в) не изменяется. Правильный ответ: б 8. Для какой из жидкостей поверхностное натяжение максимально (ε –диэлектрическая проницаемость): а) уксусная кислота ε = 21,0; б) гексан ε = 1,9; в) бензол ε = 2,2; г) вода ε = 81,0. Правильный ответ: г 9. К поверхностно-активным веществам относится: а) додецилсульфат натрия; б) гидрофосфат калия; в) хлорид железа; г) сахароза; Правильный ответ: а 10. Для поверхностно-инактивных веществ величина адсорбции Г, рассчитанная по уравнению Гиббса: а) Г>0; б) Г<0; в) Г = 0. Правильный ответ: б 11. Величина адсорбции Г = 0 для : а) сахароза; б) пропанол; в) стеарат калия; г) нитрат калия. Правильный ответ: а 12. Сопоставьте значения поверхностного натяжения растворов ПАВ одинаковой концентрации: а) σС2Н5ОН < σС3Н7ОН < σС4Н9ОН < σС5Н11ОН; б) σС2Н5ОН > σС3Н7ОН > σС4Н9ОН > σС5Н11ОН; в) σС2Н5ОН ≈ σС3Н7ОН ≈ σС4Н9ОН ≈ σС5Н11ОН. Правильный ответ: б 13. Какие факторы влияют на величину адсорбции растворенных веществ на твердой поверхности: а) природа адсорбента; природа адсорбата; природа растворителя; пористость адсорбента; температура. б) природа адсорбента; природа адсорбата; вязкость растворителя; атмосферное давление. Правильный ответ: а 14. Какой адсорбент следует применять для адсорбции бензойной кислоты из водного раствора: а) неполярный; б) полярный; в) не имеет значения. Правильный ответ: а 15. При каком способе доставки адсорбируемого вещества к поверхности адсорбента равновесие устанавливается быстрее: а) конвективном; б) с помощью молекулярной диффузии. Правильный ответ: а 16. Какой из ниже перечисленных процессов не является процессом укрупнения частиц? а) коагуляция; б) флотация; в) седиментация; г) пептизация. Правильный ответ: а 17. До какого значения снижается электрокинетический потенциал в момент начала коагуляции? а) 3 В; б) 0,3 В; в) 0,03 В; г) 0,003 В. Правильный ответ: в ПРИМЕРЫ ЗАДАНИЙ ЗАКРЫТОГО ТИПА 1.Осмос – это… Правильный ответ: Самопроизвольное проникновение молекул растворителя из раствора с меньшей концентрацией в раствор с большей концентрацией через полупроницаемую мембрану. 2. Седиментация – это… Правильный ответ: Оседание частиц дисперсной фазы под действием силы тяжести. 3. Какая часть спектра видимого света рассеивается в максимальной степени? Правильный ответ: сине-фиолетовая. 4. Закончите формулировку правила Ребиндера: чем больше разность полярностей фаз, тем: Правильный ответ: больше поверхностное натяжение на их границе раздела. 5. Электрофорез – это… Правильный ответ: явление движения частиц дисперсной фазы в неподвижной дисперсионной среде при наложении разности потенциалов. 6. Седиментационная устойчивость – это… Правильный ответ: устойчивость золя к оседанию частиц. 7. Агрегативная устойчивость – это… Правильный ответ: устойчивость золя к укрупнению частиц. 8. Электрофорезом называется Правильный ответ: явление движения частиц дисперсной фазы в неподвижной дисперсионной среде при наложении разности потенциалов. 9. Электроосмосом называется... Правильный ответ: явление движения дисперсионной среды в неподвижной дисперсной фазе при наложении разности потенциалов 10. Явление возникновения разности потенциалов при движении дисперсионной среды через пористую мембрану называется ... Правильный ответ: потенциалом течения. 11. Явление возникновения разности потенциалов при движении частиц дисперсной фазы в неподвижной дисперсионной среде называется .. Правильный ответ: потенциалом оседания или седиментации. 12. Коагуляция – это… Правильный ответ: слипание частиц дисперсной фазы. 13.Расщепление осадка на отдельные частицы дисперсной фазы называется ... Правильный ответ: пептизацией. 14. Процесс образования агрегатов из частиц дисперсной фазы, разделенных прослойками дисперсионной среды называется ... Правильный ответ: флокуляцией. 15. Порог коагуляции – это… Правильный ответ: минимальная концентрация электролита, по достижении которой начинается коагуляция. 16. Коагуляцию вызывает тот ион электролита, знак заряда которого .... Правильный ответ: противоположен знаку заряда коллоидной частицы. 17. Скорость коагуляции – это… Правильный ответ: изменение числа частиц в единицу времени в единице объема. 18. Электростатический фактор устойчивости заключается в ... Правильный ответ: образовании на поверхности частицы двойного электрического слоя. КРИТЕРИИ ОЦЕНИВАНИЯ: Каждое задание оценивается 1 баллом. Оценивание КИМ в целом: Для зачета: «зачтено» – верно выполнено более 50% заданий; «не зачтено» – верно выполнено 50% и менее 50% заданий. |
| 5.2. Темы письменных работ для проведения текущего контроля (эссе, рефераты, курсовые работы и др.) |
| не предусмотрены |
| 5.3. Фонд оценочных средств для проведения промежуточной аттестации |
| Промежуточная аттестация заключается в проведении в конце семестра зачета (для обучающихся, не получивших зачет по результатам текущей успеваемости) по всему изученному курсу. Зачет проводится в устной форме по билетам. В билет входит 2 вопроса: 1 вопрос теоретического характера и 1 вопрос практико-ориентированного характера. ВОПРОСЫ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО ХАРАКТЕРА 1. Основные понятия коллоидной химии, объекты и цели изучения. Взаимосвязь коллоидной химии с другими химическими дисциплинами, с физикой, биологией, геологией, медициной. 2. Основные признаки коллоидного состояния. Количественное определение дисперсности: дисперсность и удельная поверхность. Роль поверхностных явлений в процессах, протекающих в дисперсных системах. 3. Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию дисперсной фазы и дисперсионной среды, а также по размеру частиц. 4. Классификация дисперсных систем по степени взаимодействия дисперсионной среды и дисперсной фазы; по степени взаимодействия между частицами дисперсной фазы. Лиофильные и лиофобные дисперсные системы. 5. Свободная поверхностная энергия. Поверхностное натяжение, силовая и энергетическая трактовки. Метод избыточных термодинамических функций поверхностного слоя Гиббса. 6. Обобщенное уравнение первого и второго законов термодинамики для поверхности раздела фаз. Термодинамическая трактовка поверхностного натяжения. 7. 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. 8. Основные методы измерения поверхностного натяжения жидкостей 9. Смачивание. Краевой угол. Закон Юнга (силовой и энергетический выводы). 10. Избирательное смачивание как метод характеристики поверхности твердых тел (лиофильных и лиофобных). Гидрофилизация и гидрофобизация твердых поверхностей (инверсия смачивания). 11. Когезия и адгезия. Работа когезии и адгезии. Уравнение Дюпре. Соотношение между работами адгезии и когезии при смачивании Коэффициент растекания. 12. Капиллярное давление. Закон Лапласа. Капиллярное поднятие жидкости, уравнение Жюрена. 13. Зависимость давления пара от кривизны поверхности жидкости. Закон Томсона. Капиллярная конденсация. Изотермическая перегонка вещества. 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. Строение мицеллы гидрофобного золя на примере золя PbS. Изоэлектрическое состояние. 17. Электрокинетические явления: электрофорез, электроосмос, потенциалы течения и оседания. 18. Электрокинетический потенциал, его вычисление из электрофоретических и электроосмотических данных. 19. Коагуляция гидрофобных золей золей электролитами, правила коагуляции. 20. Скорость коагуляции. Быстрая и медленная коагуляция. Теория быстрой коагуляции Смолуховского. ВОПРОСЫ ПРАКТИКО-ОРИЕНТИРОВАННОГО ХАРАКТЕРА 1. Вычислить величину среднего сдвига коллоидных частиц золя гидроксида железа при 293 К за 4 сек., если радиус частиц r = 10-8 м, вязкость воды η = 10-3 Па•с. 2. Вычислить величину осмотического давления дыма мартеновских печей концентрации 1,5•10-3 кг/м3. Средний радиус частиц аэрозоля 2•10-8м, плотность 2200 кг/м3, Т = 293°. 3. Найти величину коэффициента диффузии мицелл мыла в воде при 313 К и среднем радиусе мицелл 12,5 нм. Вязкость воды 6,5•10-4 Па•с, постоянная Больцмана 1,38•10-23 Дж/К. 4. Осмотическое давление гидрозоля золота (форма частиц сферическая) с концентрацией 2 г/л при 293 К равно 3,74 Па. Рассчитайте коэффициент диффузии частиц гидрозоля при тех же условиях, если плотность золота 19,3 г/см3, а вязкость дисперсионной среды 1•10-3 Па•с. 5. Рассчитайте, за какое время сферические частицы А12О3, распределенные в среде с вязкостью 1,5•10-3 Па•с, оседают на высоту 1 см, если удельная поверхность частиц составляет: а) 104 м-1; б) 105 м-1; в) 106 м-1. Плотности дисперсной фазы и дисперсионной среды равны соответственно 4 и 1 г/см3. Определите энергию Гиббса поверхности 5 г тумана воды, если поверхностное натяжение капель жидкости составляет 71.96 мДж/м2, а дисперсность частиц 60мкм-1. Плотность воды примите равной 0.997 г/см3. 6. Рассчитайте полную поверхностную энергию 5 г эмульсии бензола в воде с концентрацией 55% (масс.) и дисперсностью 3 мкм-1 при температуре 313 К. Плотность бензола 0.858 г/см3, межфазное поверхностное натяжение 26.13 мДж/м2, температурный коэффициент поверхностного натяжения бензола ds/dT = -0.13 мДж/ (м2·К). 3. Чтобы стряхнуть ртуть в медицинском термометре, нужно создать ускорение, равное 10g. Рассчитайте диаметр перетяжки в капилляре термометра, если поверхностное натяжение ртути 0.475 Дж/м2, длина столбика ртути выше перетяжки 5 см, плотность ртути 13.54 г/см3. 7. Рассчитайте избыточное давление в капле воды (за счет кривизны) с удельной поверхностью 3·106 м-1 при температуре 313 К, если поверхностное натяжение воды при 298 К составляет 71.96 мДж/м2, а температурный коэффициент поверхностного натяжения воды ds/dT = - 0.16 мДж/ (м2*К). 8. Для определения поверхностного натяжения воды взвешивают капли, отрывающиеся от капилляра, и измеряют, диаметр капли в момент ее отрыва. Оказалось что масса 318 капель воды равна 5 г, а диаметр шейки капли – 0.7 мм. Рассчитайте поверхностное натяжение воды. 9. Вычислите поверхностное натяжение воды, определяемое методом капиллярного поднятия, если при 298 К вода поднялось в капилляре на высоту 35.3 мм. Диаметр капилляра определен путем измерения длины столбика и массы ртути, заполнявшей капилляр под давлением. Длина столбика ртути составила 8.04 см, масса его 0.565 г. Плотность ртути 13.54 г/см3, плотность воды 0.997 г/см3. 10. Рассчитайте работу адгезии ртути к стеклу при 293 К, если известен краевой угол q = 130°. Поверхностное натяжение ртути 475 мДж/м2. Найдите коэффициент растекания ртути по поверхности стекла 11. Вычислите адсорбцию масляной кислоты на поверхности раздела водного раствора с воздухом при 273 К и концентрации c = 0,1 кмоль/м3, если зависимость поверхностного натяжения от концентрации выражается уравнением Шишковского: σ = 75,49 - 12,6•10-3(1+ 21,5 С) 12. Найти площадь, приходящуюся на одну молекулу в насыщенном адсорбционном слое анилина на поверхности его водного раствора, если предельная адсорбция А∞=6,0•10-9 кмоль/м2. 13. При обработке данных по адсорбции азота на графитированной саже при 77 К с помощью графика, соответствующего линейному уравнению БЭТ, найдено, что тангенс угла наклона прямой составляет 1,5•103, а отрезок, отсекаемый на оси ординат, равен 5 единицам (адсорбция выражена в м3 азота на 1 кг адсорбента при нормальных условиях). Рассчитайте удельную поверхность адсорбента, предполагая, что площадь, занимаемая одной молекулой азота, равна 0,16 нм 2. 14. Пользуясь константами уравнения Фрейндлиха k=4,17•10-3, 1/n=0,4, рассчитать и построить изотерму адсорбции углекислого газа на угле для следующих интервалов давления: 100•102 - 500•102Па. 15. Вычислите площадь поверхности катализатора, если для образования монослоя на нем должно адсорбироваться 103 см3/г азота (объем приведен к 760 мм рт.ст. и 0ºС). Адсорбция измеряется при температуре 195º С. Эффективная площадь, занимаемая молекулой азота при этой температуре, равна 16,2 А2. 16. Площадь поверхности 1 г активированного угля равна 1000 м2. Какое количество аммиака может адсорбироваться на поверхности 45 г угля при 45ºС и 1 атм, если принять в качестве предельного случая полное покрытие поверхности? Диаметр молекулы аммиака равен 3•10-10 м. Принимается, что молекулы касаются друг друга так, что центры четырех соседних сфер расположены в углах квадрата 17.Вычислить скорость электрофореза коллоидных частиц берлинской лазури в воде, если ζ-потенциал равен 58 мВ, Е=500 В/м; вязкость среды =110-3 Пас; =81. 18. Вычислить ζ–потенциал на границе кварц-водный раствор КС1, если в процессе электроосмоса получены следующие данные: сила тока I=2·10-3А, время переноса 1·10-8 м3 раствора равно 11 с; удельная электропроводность среды κ =6,2·10-2 Ом-1м-1; =110-3Пас; =81. 19. Под каким давлением должен продавливаться раствор хлорида калия через керамическую диафрагму, чтобы потенциал течения Uтеч составил 410-3В; =3010-3В; κ=1,310-2Ом-1м-1; =1,5; =81; =110-3Пас. 20. Порог коагуляции гидрозоля металлического золота, вызывае¬мой NaCl, равен 24 ммоль/л, a K2S04 - 11,5 ммоль/л. Используя пра¬вила Шульце - Гарди и Дерягина - Ландау, определите знак заряда золя и рассчитайте порог коагуляции для, следующих электролитов; СаСl2 , MgS04, Аl2(S04)3, АlСI3, Th(NO3)4. КРИТЕРИИ ОЦЕНИВАНИЯ: Каждое задание оценивается 1 баллом. Оценивание КИМ теоретического характера в целом: «зачтено» – верно выполнено более 50% заданий; «не зачтено» – верно выполнено 50% и менее 50% заданий. |
| Приложения |
|
Приложение 1.
ФОСколлоидная химия 04.03.01.2022.docx
|
6. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
| 6.1. Рекомендуемая литература | ||||
| 6.1.1. Основная литература | ||||
| Авторы | Заглавие | Издательство, год | Эл. адрес | |
| Л1.1 | Фридрихсберг Д.А. | Курс коллоидной химии: учебник | СПб.: Лань, 2010 | |
| Л1.2 | М.И. Гельфман, О. В. Ковалевич, В. П. Юстратов | Коллоидная химия: учебник | СПб.: Лань, 2010 | |
| 6.1.2. Дополнительная литература | ||||
| Авторы | Заглавие | Издательство, год | Эл. адрес | |
| Л2.1 | Марков В. Ф. | Коллоидная химия. Примеры и задачи: Учебное пособие. , .- : | М : Издательство Юрайт, 2018 | biblio-online.ru |
| 6.1.3. Дополнительные источники | ||||
| Авторы | Заглавие | Издательство, год | Эл. адрес | |
| Л3.1 | М.И. Гельфман, Н.В. Кирсанова, О.В. Ковалевич, О.В. Салищева | Практикум по коллоидной химии: | СПб.: Лань, 2005 | |
| 6.2. Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной сети "Интернет" | ||||
| Название | Эл. адрес | |||
| Э1 | Курс в Moodle "Коллоидная химия" | portal.edu.asu.ru | ||
| 6.3. Перечень программного обеспечения | ||||
| • Microsoft Office 2010 (Office 2010 Professional, № 4065231 от 08.12.2010), (бессрочно) • Microsoft Windows 7 (Windows 7 Professional, № 61834699 от 22.04.2013), (бессрочно) • Chrome (http://www.chromium.org/chromium-os/licenses), (бессрочно) • 7-Zip (http://www.7-zip.org/license.txt), (бессрочно) • Adobe Reader (http://wwwimages.adode.com/content/dam/Adode/en/legan/servicetou/Acrobat_com_Additional_TOU-en_US-20140618_1200.pdf), (бессрочно) • ASTRA LINUX SPECIAL EDITION (http://astalinux.ru/products/astra-linux-special-edition/), (бессрочно) • Libre Office (http://ru.libreoffice.org/), (бессрочно) • Веб-браузер Сhromium (http://www.chromium.org/Home), (бессрочно) • Антивирус Касперский (http://www.kaspersky.ru/), (до 23 июня 2024) • Архиватор ARK (http://apps.kde.org/ark/), (бессрочно) • Okular (http://okular.kde.org/ru/download/), (бессрочно) Редактор изображений Gimp(http://www.gimp.org/), (бессрочно) | ||||
| 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 студента в процессе прошлого изучения курсов физики и высшей математики, а также неорганической и органической химии. При изучении курса работа студента делится на четыре блока: 1. Лекционное изучение предмета; 2. Выполнение лабораторных работ; 3. Семинарские занятия 4. Самостоятельная работа. Лекционный курс состоит из 18 часов. Преподаватель дает на лекциях основной, базовый материал курса, являющийся главным по значению для студента и, возможно, представляющий наибольшую трудность для самостоятельного изучения. Безусловно, посещение студентом лекций по курсу является одной из основных задач студента, исходя из вклада лекционного курса в общий курс. Но наиболее важной считается работа студента на семинарских и лабораторных занятиях, сдача коллоквиумов к ним, написания двух контрольных работ, из которых и складывается итоговая оценка. Для плодотворной работы на семинарских и лабораторных занятиях и получения хороших результатов студенту необходимо провести самостоятельную подготовку. Самостоятельная работа студента должна занимать главное по важности место в изучении курса. Продуктивное изучение рассматриваемых на лабораторных и семинарских занятиях вопросов должно быть обеспечено всеми необходимыми средствами, предоставляемыми студенту 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 семинару. Для допуска к зачету необходимо выполнить лабораторные работы, сдать отчеты к ним, а также решить 11 расчетных задач, представленных в ЭУМК «Коллоидная химия» в соответствии с вариантом, указанным преподавателем. При подготовке к семинарским занятиям необходимо воспользоваться материалами учебной литературы, конспектами лекций, а также ЭУМК «Коллоидная химия», включающим теоретический материал и видеолекции. В ЭУМК приведены темы и вопросы семинарский занятий. Вопросы по подготовке к семинарскому занятию, решению задач могут быть заданы на форуме указанного ЭУМК. Также необходимо написать две контрольные работы, охватывающие основные темы курса. Билет контрольной работы содержит 5 теоретических вопросов и одну расчетную задачу. Вопросы контрольных работ приведены в ЭУМК. Максимальная оценка вопроса контрольной работы – 15 баллов, задачи – 25 баллов (в сумме 100 баллов). Контрольная работа считается зачтенной при наборе 70 баллов и выше. Студент также должен выполнить тестовые задания по всем темам курса. Тестовые задания размещены в ЭУМК. Необходимо набрать не менее 70% баллов. |