| Закреплена за кафедрой | Кафедра физической и неорганической химии |
|---|---|
| Направление подготовки | 04.04.01. Химия |
| Профиль | Квантовые технологии, компьютерный наноинжиниринг, физикохимия и экспертиза материалов |
| Форма обучения | Очная |
| Общая трудоемкость | 3 ЗЕТ |
| Учебный план | 04_04_01_Химия_Квант-2025 |
|
|
||||||||||||
Распределение часов по семестрам
| Курс (семестр) | 2 (4) | Итого | ||
|---|---|---|---|---|
| Недель | 8 | |||
| Вид занятий | УП | РПД | УП | РПД |
| Лекции | 12 | 12 | 12 | 12 |
| Практические | 20 | 20 | 20 | 20 |
| Сам. работа | 76 | 76 | 76 | 76 |
| Итого | 108 | 108 | 108 | 108 |
| 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. |
|---|
| Цикл (раздел) ООП: Б1.О.03 |
| ПК-1 | Способен осуществлять научно-исследовательские разработки в области новейших квантовых технологий, компьютерного наноинжиниринга и физикохимии материалов |
| ПК-1.1 | Знает теоретические основы иметодологию квантовых технологий, компьютерного наноинжиниринга и физикохимии материалов |
| ПК-1.2 | Умеет планировать этапы исследования по изучению наноструктурированных композиционных материалов с заданными свойствами |
| ПК-1.3 | Владеет навыками применения современного программного обеспечения при проведении разработок в области новейших квантовых технологий, компьютерного наноинжиниринга и физикохимии материалов |
| ПК-1.4 | Умеет представлять результаты научно-исследовательских разработок с использованием ИКТ |
| ПК-3 | Способен проводить обработку и анализ научно-технической информации в выбранной области квантовых технологий химии, физикохимии, биохимии |
| ПК-3.1 | Знает общие принципы обработки и анализа информации в выбранной области квантовых технологий |
| ПК-3.2 | Умеет проводить поиск специализированной информации в научной литературе и информационных базах данных |
| ПК-3.3 | Умеет анализировать и обобщать результаты научно-исследовательской деятельности по тематике исследования в выбранной области квантовых технологий химии, физикохимии, биохимии |
| В результате освоения дисциплины обучающийся должен | |
| 3.1. | Знать: |
|---|---|
| 3.1.1. | - Знает теоретические основы и методологию квантовых технологий,компьютерного наноинжиниринга и физикохимии материалов. - Знает общие принципы обработки и анализа информации в выбранной области квантовых технологий химии, физикохимии, биохимии. |
| 3.2. | Уметь: |
| 3.2.1. | - Умеет планировать этапы исследования по изучению наноструктурированных композиционных материалов с заданными свойствами. - Умеет представлять результаты научноисследовательских разработок с использованием ИКТ. - Умеет проводить поиск специализированной информации в научной литературе и информационных базах данных. - Умеет анализировать и обобщать результаты научноисследовательской деятельности по тематике исследования в выбранной области квантовых технологий химии, физикохимии, биохимии. |
| 3.3. | Иметь навыки и (или) опыт деятельности (владеть): |
| 3.3.1. | - Владеет навыками применения современного программного обеспечения при проведении разработок в области новейших квантовых технологий, компьютерного наноинжиниринга и физикохимии материалов. |
| 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 | 4 | 1 | ||
| 1.2. | Основные понятия физической химии поверхнсти, объекты и цели изучения. Коллоидные частицы и коллоидные системы. | Сам. работа | 4 | 6 | ||
| 1.3. | Поверхность раздела фаз. Свободная поверхностная энергия. Поверхностное натяжение, силовая и энергетическая трактовки. Метод избыточных термодинамических функций поверхностного слоя (Гиббс). | Лекции | 4 | 1 | ||
| 1.4. | Поверхность раздела фаз. Свободная поверхностная энергия. Поверхностное натяжение, силовая и энергетическая трактовки. Метод избыточных термодинамических функций поверхностного слоя (Гиббс). | Сам. работа | 4 | 1 | ||
| 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 | 4 | 1 | ||
| 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 | 4 | 1 | ||
| 1.7. | Методы определения поверхностного натяжения. | Сам. работа | 4 | 6 | ||
| 1.8. | Капиллярное давление. Закон Лапласа. Зависимость давления пара от кривизны поверхности жидкости. | Сам. работа | 4 | 6 | ||
| 1.9. | 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 | 4 | 1 | ||
| 1.10. | Капиллярное поднятие жидкости, уравнение Жюрена, капиллярная постоянная жидкости. Избирательное смачивание как метод характеристики поверхности твердых тел (лиофильных и лиофобных). Полное смачивание (термодинамическое условие). | Лекции | 4 | 2 | ||
| 1.11. | 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 | 4 | 12 | ||
| 1.12. | Изучение влияния электромагнитного поля на поверхностную активность растворов спиртов | Практические | 4 | 6 | ||
| 1.13. | Оформление результатов исследовательской работы | Сам. работа | 4 | 9 | ||
| 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. | Сам. работа | 4 | 2 | ||
| 2.2. | Термодинамика процесса адсорбции. Уравнение адсорбции Гиббса.Зависимость поверхностного натяжения от концентрации ПАВ. Уравнение Шишковского. | Лекции | 4 | 2 | ||
| 2.3. | Термодинамика процесса адсорбции. Уравнение адсорбции Гиббса.Зависимость поверхностного натяжения от концентрации ПАВ. Уравнение Шишковского. | Сам. работа | 4 | 1 | ||
| 2.4. | Поверхностная активность, ее изменение в гомологических рядах ПАВ. Правило Дюкло-Траубе. Уравнение Ленгмюра. | Сам. работа | 4 | 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. | Сам. работа | 4 | 6 | ||
| 3.2. | Модифицирующие свойства ПАВ, гидрофилизация и гидрофобизация твердой поверхности. | Лекции | 4 | 2 | ||
| 3.3. | Модифицирующие свойства ПАВ, гидрофилизация и гидрофобизация твердой поверхности. | Сам. работа | 4 | 2 | ||
| 3.4. | Специфическая адсорбция ионов.Лиотропные ряды. | Сам. работа | 4 | 2 | ||
| 3.5. | Ионообменная адсорбция | Сам. работа | 4 | 2 | ||
| 3.6. | Расчет изтерм адсорбции спиртов из необлученных и облученных электромагнитным полем растворов | Практические | 4 | 2 | ||
| 3.7. | оформление результатов исследовательской работы | Сам. работа | 4 | 2 | ||
| Раздел 4. Электроповерхностные явления | ||||||
| 4.1. | Двойной электрический слой (ДЭС). Причины образования ДЭС. Термодинамическое равновесие поверхности раздела фаз с учетом электрической энергии. | Лекции | 4 | 1 | ||
| 4.2. | Двойной электрический слой (ДЭС). Причины образования ДЭС. Термодинамическое равновесие поверхности раздела фаз с учетом электрической энергии. | Сам. работа | 4 | 2 | ||
| 4.3. | Модели строения ДЭС (теории Гельмгольца, Гуи — Чепмена, Штерна) | Лекции | 4 | 1 | ||
| 4.4. | Модели строения ДЭС (теории Гельмгольца, Гуи — Чепмена, Штерна) | Сам. работа | 4 | 2 | ||
| 4.5. | Теория Гельмгольца — Смолуховского. Электрокинетический потенциал; граница скольжения. Методы определения электрокинетического потенциала | Лекции | 4 | 1 | ||
| 4.6. | Теория Гельмгольца — Смолуховского. Электрокинетический потенциал; граница скольжения. Методы определения электрокинетического потенциала | Сам. работа | 4 | 1 | ||
| 4.7. | Определение и расчет скорости электрофореза и электрокинетического потенциала необлученных и облученных электромагнитным плем золей галогенидов серебра | Практические | 4 | 12 | ||
| 4.8. | оформление результатов исследовательской работы | Сам. работа | 4 | 2 | ||
| 4.9. | Подготовка к экзамену | Сам. работа | 4 | 4 | ||
| 5.1. Контрольные вопросы и задания для проведения текущего контроля и промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины |
| 1. Поверхностно-активными являются вещества, для которых: а) σ0 – σ = 0; б) σ0 – σ > 0; в) σ0 – σ < 0. 2. К поверхностно-активным веществам относятся: а) масляная кислота; б) пропиловый спирт; в) глюкоза; г) олеат натрия; д) карбонат натрия; е) сульфат калия; ж) этилацетат. 3. К поверхностно-инактивным веществам относятся: а) масляная кислота; б) ацетоуксусный эфир; в) тетрабутиламмоний хлорид; г) гидроксид натрия; д) сульфат натрия. 4. Для ПАВ величина адсорбции Г, рассчитанная по уравнению Гиббса: а) Г>0; б) Г<0; в) Г = 0. 5. Для поверхностно-инактивных веществ величина адсорбции Г, рассчитанная по уравнению Гиббса: а) Г>0; б) Г<0; в) Г = 0. 6. Поверхностная активность определяется как: а) g = (dσ/dc); б) g = – (dσ/dc); в) g = (dσ/dc)c→0; г) g = – (dσ/dc)c→0. 7. Поверхностная активность g>0 для: а) поверхностно-активных веществ; б) поверхностно-инактивных веществ. 8. Сопоставьте значения поверхностного натяжения растворов ПАВ одинаковой концентрации: а) σНСООН < σ СН3СООН < σС2Н5СООН < σС3Н7СООН; б) σНСООН > σСН3СООН > σС2Н5СООН > σС3Н7СООН; в) σНСООН ≈ σСН3СООН ≈ σС2Н5СООН ≈ σС3Н7СООН. 9. Сопоставьте значения поверхностного натяжения растворов одинаковой концентрации: а) σНСl < σНСООН < σСН3СООН; б) σНСl > σНСООН > σСН3СООН; в) σНСl ≈ σНСООН ≈ σСН3СООН; г) σНСl > σНСООН ≈ σСН3СООН; д) σНСl > σСН3СООН > σ НСООН; е) σНСl < σСН3СООН < σ НСООН. 10. Для какого из растворенных в воде веществ концентрация в поверхностном слое выше, чем в объеме раствора: а) глюкоза; б) гидроксид калия; в) этилацетат; г) сульфат калия; д) сахароза. 11. Каково соотношение поверхностных активностей ПАВ в следующем ряду: метанол (g1), этанол (g2), пропанол (g3), бутанол (g4): а) g1 ≈ g2 ≈ g3 ≈ g4; б) g1 < g2 < g3 < g4; в) g1 > g2 > g3 > g4. 12. Сопоставьте величины адсорбции карбоновых кислот при концентрации, когда поверхностный слой не полностью заполнен молекулами адсорбата: уксусная (1), пропионовая (2), валериановая (3): а) Г1 < Г2 < Г3; б) Г1 = Г2 = Г3; в) Г1 > Г2 > Г3. 13. Площадь, занимаемая молекулой спирта (1) в поверхностном слое S0 = 25 Å2, а молекулой карбоновой кислоты (2) - S0 = 20 Å2. Каково соотношение значений предельной адсорбции для кислоты и спирта: а) Г∞1 = Г∞2; б) Г∞1 < Г∞2; в) Г∞1 > Г∞2. 14. По каким из приведенных параметров можно рассчитать площадь, занимаемую одной молекулой в поверхностном слое S0: а) Г∞; б) С; в) NА; г) М; д) ρ; е) σ; ж) δ. 15. Измерив значения поверхностного натяжения водных растворов ПАВ при нескольких концентрациях, можно найти: а) величину адсорбции и построить изотерму адсорбции; б) величину предельной адсорбции; в) площадь, занимаемую одной молекулой в поверхностном слое; г) длину молекулы; д) поверхностную активность. 16. Изотерму адсорбции можно получить из изотермы поверхностного натяжения методом: а) графического дифференцирования; б) графического интегрирования; в) интерполяции; г) экстраполяции. 17. Молекулы ПАВ ориентируются в поверхностном слое полярной частью в: а) воздух; б) воду. 18. Какие факторы влияют на величину адсорбции растворенных веществ на твердой поверхности: а) природа адсорбента; б) природа адсорбата; в) природа растворителя; г) пористость адсорбента; д) температура. 19. Каким образом ориентированы адсорбированные молекулы уксусной кислоты на угле: а) карбоксильная группа – к воде, углеводородный радикал – к углю; б) карбоксильная группа – к углю, углеводородный радикал – к воде; в) определенная ориентация отсутствует. 20. Какой адсорбент следует применять для адсорбции бензойной кислоты из водного раствора: а) неполярный; б) полярный; в) не имеет значения. 21. Адсорбционная способность карбоновых кислот при адсорбции из водных растворов на гладких адсорбентах с увеличением длины углеводородного радикала: а) увеличивается; б) уменьшается; в) не изменяется. 22. Уравнение Генри применимо для описания изотермы адсорбции растворенного вещества на твердом адсорбенте в области: а) малых концентраций; б) больших концентраций; в) средних концентраций; г) во всем диапазоне концентраций. 23. Уравнение Фрейндлиха применимо для описания изотермы адсорбции растворенного вещества на твердом адсорбенте в области: а) малых концентраций; б) больших концентраций; в) средних концентраций; г) во всем диапазоне концентраций. 24. При малых концентрациях растворенного вещества уравнение изотермы адсорбции Лэнгмюра преобразуется в уравнение: а) Фрейндлиха: б) Генри; в) Гиббса. 25. Молекулярная адсорбция из растворов используется для: а) очистки жидкостей от примесей; б) извлечения ценных примесей из растворов; в) оценки удельной поверхности пористых и порошковых материалов; г) разделения и анализа многокомпонентных смесей. 26. Адсорбционное равновесие на границе твердое тело – раствор достигается быстрее, если: а) раствор не перемешивается; б) раствор перемешивается; в) раствор интенсивно перемешивается; г) перемешивание не влияет на скорость установления адсорбционного равновесия. 27. При каком способе доставки адсорбируемого вещества к поверхности адсорбента равновесие устанавливается быстрее: а) конвективном; б) с помощью молекулярной диффузии. 28. За счет чего на межфазной поверхности может образоваться двойной электрический слой, если фазы – это вещества, не способные обмениваться зарядами? а) за счет адсорбции заряженных частиц на поверхности раздела фаз; б) за счет взаимного растворения фаз; в) за счет перехода заряженных частиц из одной фазы в другую; г) за счет ориентирования полярных молекул фаз. 29. За счет чего на межфазной поверхности может образоваться двойной электрический слой, если одна из фаз – металл, а вторая – газ? а) за счет адсорбции заряженных частиц на поверхности раздела фаз; б) за счет взаимного растворения фаз; в) за счет перехода заряженных частиц из одной фазы в другую; г) за счет ориентирования полярных молекул фаз. 30. Адсорбционно-сольватный фактор устойчивости заключается в: а) уменьшении межфазного натяжения при взаимодействии частиц фазы со средой; б) уменьшении межфазного натяжения вследствие возникновения на поверхности частиц двойного электрического слоя; в) наличии на поверхности частиц упругих пленок |
| 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 |
| 6.1. 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 ИнтернетаMicrosoft 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); AcrobatReader (http://wwwimages.adobe.com/content/dam/Adobe/en/legal/servicetou/Acrobat_com_Additional_TOU-en_US-20140618_1200.pdf), (бессрочно); ASTRA LINUX SPECIAL EDITION (https://astralinux.ru/products/astra-linux-special-edition/), (бессрочно); LibreOffice (https://ru.libreoffice.org/), (бессрочно); Веб-браузер Chromium (https://www.chromium.org/Home/), (бессрочно); Антивирус Касперский (https://www.kaspersky.ru/), (до 23 июня 2024); Архиватор Ark (https://apps.kde.org/ark/), (бессрочно); Okular (https://okular.kde.org/ru/download/), (бессрочно); Редактор изображений Gimp (https://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 | ||||
| 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. |