Физическая и коллоидная химия
内容描述: Курс посвящён изучению физических и химических свойств веществ, а также закономерностей их взаимодействий в различных условиях. Он охватывает такие ключевые разделы, как термодинамика, кинетика химических реакций, электрохимия и свойства растворов, а также фокусируется на коллоидных системах. Данная дисциплина помогает понять, как макроскопические свойства материалов связаны с их микроскопическими процессами, что играет важную роль в химической инженерии, биохимии и других научных и технологических областях.
贷款数: 8
*СomplexityDiscipline(zh-CN)*:
| *TypesOfClasses(zh-CN)* | *hours(zh-CN)* |
|---|---|
| *Lectures(zh-CN)* | 30 |
| *PracticalWork(zh-CN)* | 15 |
| *LaboratoryWork(zh-CN)* | 30 |
| *srop(zh-CN)* | 45 |
| *sro(zh-CN)* | 120 |
| *FormOfFinalControl(zh-CN)* | экзамен |
| *FinalAssessment(zh-CN)* | Письменный экзамен |
零件: Вузовский компонент
循环次数: Базовые дисциплины
Цель
- Основная цель курса – раскрыть физический смысл основных физических законов, научить студентов видеть области применения этих законов и четко понимать их принципиальные возможности при решении конкретных научных проблем.
Задача
- Изучение основ химической термодинамики, термохимии, учений о химическом и фазовом равновесиях, скоростях и механизмах химических реакций, их взаимосвязи с электрическими явлениями, учений о дисперсно-коллоидных системах и поверхностных явлениях на границах раздела фаз; 2. Применение теоретических законов физической и коллоидной химии к решению различных теоретических и практических задач, проведение расчетов выхода продуктов химических реакций, использование различных диаграмм для предсказания свойств многокомпонентных материалов и коллоидных систем.
Результат обучения: знание и понимание
- - выполнять основные химические операции; определять термодинамические характеристики химических реакций и равновесные концентрации веществ; - прогнозировать влияние различных факторов на равновесие в химических реакциях; - определять направленность процесса в заданных начальных условиях; - устанавливать границы областей устойчивости фаз в однокомпонентных и бинарных системах; - определять составы сосуществующих фаз в бинарных гетерогенных системах; - составлять кинетические уравнения в дифференциальной и интегральной форме для простых реакций; - проводить расчеты с использованием основных соотношений термодинамики поверхностных явлений и расчеты основных характеристик дисперсных систем; - рассчитывать энергетические параметры адсорбции; - прогнозировать влияние различных факторов на поверхностное натяжение и поверхностную энергию; - получать и очищать коллоидные растворы; - определять знак заряда коллоидных частиц; - прогнозировать влияние дисперсности на реакционную способность, константу равновесия и температуру фазового перехода; обобщать и обрабатывать экспериментальную информацию в виде лабораторных отчетов.
Результат обучения: применение знаний и пониманий
- - способность и готовность использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности; - способность применять методы теоретического и экспериментального исследования; производственно-технологическая деятельность: - способность и готовность осуществлять технологический процесс в соответствии с регламентом и использовать технические средства для измерения основных параметров технологического процесса, свойств сырья и продукции; научно-исследовательская деятельность: способность планировать и проводить физические и химические эксперименты, проводить обработку их результатов и оценивать погрешности, математически моделировать физические и химические процессы и явления, выдвигать гипотезы и устанавливать границы их применения.
Результат обучения: формирование суждений
- способность планировать и проводить физические и химические эксперименты, проводить обработку их результатов и оценивать погрешности, математически моделировать физические и химические процессы и явления, выдвигать гипотезы и устанавливать границы их применения.
Результат обучения: коммуникативные способности
- Способность работать индивидуально и в качестве члена команды, в т.ч. над междисциплинарными проектами, уметь проявлять личную ответственность, приверженность профессиональной этике и нормам ведения профессиональной деятельности.
Результат обучения: навыки обучения или способности к учебе
- - применять изученные законы и понятия при характеристике составов, строения и свойств веществ, химических реакций, способов получения веществ и их практического использования; - проводить численные расчеты при решении химических задач; - устанавливать связь между строением и свойствами веществ; - проводить химический эксперимент.
*TeachingMethods(zh-CN)*
При осуществлении образовательного процесса по дисциплине используются информационные технологии, охватывающие ресурсы (компьютеры, программное обеспечение и сети), необходимые для управления информацией (создание, хранение, управление, передача и поиск информации): - технические средства: компьютерная техника и средства связи (ноутбук, проектор, экран, USB-накопители и т.п.); - коммуникационные средства (проверка домашних заданий и консультирование посредством электронной почты, личного кабинета студента и преподавателя); - организационно-методическое обеспечение (электронные учебные и учебно-методические материалы, компьютерное тестирование, использование электронных мультимедийных презентаций при проведении лекционных и лабораторных занятий); - программное обеспечение (Microsoft Office (Excel, Power Point, Word и т.д.), Skype, поисковые системы, электронная почта и т.п.); - учебно-образовательный портал ВКГТУ им. Д. Серикбаева, URL адрес: www.do.ektu.kz.
*AssessmentKnowledge(zh-CN)*
Преподаватель проводит все виды работ текущего контроля и выводит соответствующую оценку текущей успеваемости обучающихся два раза в академический период. По результатам текущего контроля формируется рейтинг 1 и 2. Учебные достижения обучающегося оцениваются по 100-балльной шкале, итоговая оценка Р1 и Р2 выводится как средняя арифметическая из оценок текущей успеваемости. Оценка работы обучающегося в академическом периоде осуществляется преподавателем в соответствии с графиком сдачи заданий по дисциплине. Система контроля может сочетать письменные и устные, групповые и индивидуальные формы.
| *Period2(zh-CN)* | *TypeOfTask(zh-CN)* | *Total(zh-CN)* |
|---|---|---|
| 1 *Rating(zh-CN)* | Лабораторные работы | 0-100 |
| Решение задач | ||
| Коллоквиум | ||
| Контрольная работа РК 1 | ||
| 2 *Rating(zh-CN)* | Лабораторные работы | 0-100 |
| Решение задач | ||
| Коллоквиум | ||
| Контрольная работа РК 2 | ||
| *TotalControl(zh-CN)* | экзамен | 0-100 |
*PolicyAssignmentTask(zh-CN)*
| *TypeOfTask(zh-CN)* | 90-100 | 70-89 | 50-69 | 0-49 |
|---|---|---|---|---|
| Excellent | *Grade4(zh-CN)* | *Grade3(zh-CN)* | *Grade2(zh-CN)* | |
| Проверка конспекта лекций и индивидуальный устный опрос | демонстрирует системные теоретические знания, владеет терминологией, логично и последовательно объясняет сущность явлений и процессов, делает аргументированные выводы и обобщения, приводит примеры, показывает свободное владение моно-логической речью и способность быстро реагировать на уточняющие вопросы | демонстрирует прочные теоретические знания, владеет терминологией, логично и последовательно объясняет сущность, явлений и процессов, делает аргументированные выводы и обобщения, приводит примеры, показывает свободное владение монологической речью, но при этом делает несущественные ошибки, которые исправляет самостоятельно или при незначительной коррекции преподавателем | демонстрирует неглубокие теоретические знания, проявляет слабо сформированные навыки анализа явлений и процессов, недостаточное умение делать аргументированные выводы и приводить примеры, показывает недостаточно свободное владение монологической речью, терминологией, логичностью и последовательностью изложения, де-лает ошибки которые может исправить только при коррекции преподавателем. | демонстрирует незнание теоретических основ предмета, несфсмированные навыки анализа явлений и процессов, не умеет делать аргументированные выводы и приводить примеры, показывает слабое владение монологической речью, не владеет терминологией, проявляет отсутствие логичности и последовательности изложения, делает ошибки, которые не может исправить даже при коррекции преподавателем, отказывается отвечать на занятии |
| Защита практических заданий | выполнил практическую работу в полном объеме с соблюдением необходимой последовательности действий; в ответе правильно и аккурат-но выполняет все записи, таблицы, рисунки, чертежи, графики, вычисления; правильно выполняет анализ ошибок. При ответе на вопросы правильно понимает сущность вопроса, дает точное определение и истолкование основных понятий; сопровождает ответ новыми примерами, умеет применить знания в новой ситуации; может установить связь между изучаемым и ранее изученным материалом, а также с материалом, усвоенным при изучении других дисциплин. | выполнил требования к оценке «5», но допущены 2-3 недочета. Ответ обучающегося на вопросы удовлетворяет основным требованиям к ответу на 5, но дан без применения знаний в новой ситуации, без использования связей с ранее изученным материалом и материалом, усвоенным при изучении других дисциплин; допущены од-на ошибка или не более двух недочетов, обучающийся может их исправить самостоятельно или с небольшой помощью | выполнил работу не полностью, но не менее 50% объема практической работы, что позволяет получить правильные результаты и выводы; в ходе проведения работы были допущены ошибки. При ответе на вопросы обучающийся правильно понимает сущность вопроса, но в ответе имеются отдельные проблемы в усвоении вопросов курса, не препятствующие дальнейшему усвоению программного материала; допущено не более одной грубой ошибки и двух недочетов. | выполнил работу не полностью или объем выполненной части работ не позволяет сделать правильных выводов. При ответе на вопросы демонстрирует не владение основными знаниями и умениями в соответствии с требованиями программы; допущены больше ошибок и недочетов, чем необходимо для оценки 3 или не может ответить ни на один из поставленных вопросов. |
| Рубежное тестирование | Соответствует баллам по отвеченным вопросам (90-100) | Соответствует баллам по отвеченным вопросам (70-89) | Соответствует баллам по отвеченным вопросам (50-69) | Соответствует бал-лам по отвеченным вопросам (0-49) |
*EvaluationForm(zh-CN)*
Итоговая оценка знаний обучающего по дисциплине осуществляется по 100 балльной системе и включает:
- 40% результата, полученного на экзамене;
- 60% результатов текущей успеваемости.
Формула подсчета итоговой оценки:
| И= 0,6 | Р1+Р2 | +0,4Э |
| 2 |
где, Р1, Р2 – цифровые эквиваленты оценок первого, второго рейтингов соответственно; Э – цифровой эквивалент оценки на экзамене.
Итоговая буквенная оценка и ее цифровой эквивалент в баллах:
Буквенная система оценки учебных достижений обучающихся, соответствующая цифровому эквиваленту по четырехбалльной системе:
| Оценка по буквенной системе | Цифровой эквивалент | Баллы (%-ное содержание) | Оценка по традиционной системе |
|---|---|---|---|
| A | 4.0 | 95-100 | Отлично |
| A- | 3.67 | 90-94 | |
| B+ | 3.33 | 85-89 | Хорошо |
| B | 3.0 | 80-84 | |
| B- | 2.67 | 75-79 | |
| C+ | 2.33 | 70-74 | |
| C | 2.0 | 65-69 | Удовлетворительно |
| C- | 1.67 | 60-64 | |
| D+ | 1.33 | 55-59 | |
| D | 1.0 | 50-54 | |
| FX | 0.5 | 25-49 | Неудовлетворительно |
| F | 0 | 0-24 |
Темы лекционных занятий
- Тема 1 Предмет физической химии. Химическая термодинамика. Предмет и задачи физической химии. Основные понятия и определения химической термодинамики. Разделы физической химии. Внутренняя энергия, теплота и работа. Первый закон термодинамики и его применение к химическим процессам. Математические формулировки первого закона термодинамики. Закон Гесса и следствия из него. Тепловой эффект химической реакции. Теплота образования. Теплоемкость и ее зависимость от температуры. Зависимость теплового эффекта химической реакции от температуры.
- Тема 2 Химическая термодинамика. Второй закон термодинамики. Классификация процессов: самопроизвольные и несамопроизвольные, обратимые и необратимые. Формулировки второго закона термодинамики. Понятие об энтропии. Второй закон термодинамики для обратимых и необратимых процессов. Изменение энтропии при протекании различных процессов, условия протекания процессов и состояния равновесия в изолированных системах.
- Тема 3 Химическая термодинамика. Применение второго закона термодинамики и фазовым превращениям. Объединенное уравнение 1 и 2 законов термодинамики. Характеристические функции. Энергия Гиббса и энергия Гельмгольца, как критерии направления протекания процессов и состояния равновесия. Условия протекания самопроизвольных процессов и условия установления состояния равновесия в системах, выраженные через энергии Гиббса и Гельмгольца. Фазовые превращения. Уравнение Клаузиуса-Клапейрона. Зависимость давления насыщенного пара жидкости от температуры.
- Тема 4 Химическое равновесие. (Применение второго закона термодинамики к химическим реакциям). Химическое равновесие в гомогенных системах. Закон действующих масс. Константа равновесия химической реакции. Уравнения изотерма Вант-Гоффа. Способы выражения константы равновесия. Связь между константами равновесия химической реакции. Химическое равновесие в гетерогенных системах. Химическое сродство и комбинирование равновесий.
- Тема 5 Зависимость энергии Гиббса от температуры. Уравнение Гиббса-Гельмгольца. Зависимость константы равновесия химической реакции от температуры. Уравнение изобара Вант-Гоффа. Интегрирование уравнения изобары Вант-Гоффа.
- Тема 6 Третий закон термодинамики. Недостаточность первого и второго законов термодинамики для расчёта химических равновесий. Тепловая теорема Нернста и следствия их нее. Постулат Планка. Третий закон термодинамики. Расчет абсолютного значения энтропии вещества на основе третьего закона термодинамики. Расчеты равновесий с помощью таблиц стандартных термодинамических величин: расчет изменения энергии Гиббса по термическим данным; Метод Темкина Шварцмана; приближенный метод Владимирова.
- Тема 7 Термодинамическая теория растворов. Общие понятия и определения: компонент, растворенное вещество, растворитель, парциальная молярная величина свойства компонента раствора, химический потенциал компонента. Условие равновесия фаз. Уравнение Гиббса-Дюгема, химического потенциала, условия равновесия фаз.
- Тема 8 Термодинамическая теория растворов. Разбавленные растворы. Условия образования совершенных растворов. Законы Генри, Сивертса, Рауля. Повышение температуры кипения и понижение температуры замерзания разбавленных растворов нелетучих веществ. Совершенные растворы.
- Тема 9 Термодинамическая теория растворов. Реальные растворы. Особенности реальных растворов Термодинамическая активность. Уравнение химического потенциала компонента раствора. Выбор стандартного состояния. Химическое равновесие реакций, протекающих в растворах. Растворение твердого тела. Закон распределения.
- Тема 10 Фазовые равновесия. Правило фаз Гиббса. Основы физико–химического анализа. Термический анализ. Знакомство с принципами построения диаграмм состояния на основе анализа кривых охлаждения: компонент, степень свободы, кривая охлаждения, растворимость.
- Тема 11 Химическая кинетика. Общие представления химической кинетики. Скорость химической реакции. Основной постулат химической кинетики. Молекулярность и порядок реакции. Активные столкновения. Энергия активации. Зависимость скорости химической реакции от температуры. Правило Вант-Гоффа. Катализ.
- Тема 12 Поверхностные явления. Поверхностное сгущение, адсорбция, адсорбенет, адсорбат, мономолекулярная адсорбция, изотерма адсорбции. Виды адсорбции. Физическая и химическая адсорбция. Адсорбция жидкости и газа на твёрдой поверхности. Уравнения изотермы адсорбции Ленгмюра, Фрейндлиха. Поверхностно-активные вещества.
- Тема 13 Поверхностные явления. Адсорбция на поверхности жидкости. Поверхностное сгущение свободной энергии, поверхностное натяжение, лиотропные ряды, кислый, основной адсорбент. Зависимость поверхностного натяжения от концентрации растворённого вещества. Ионная, избирательная, обменная адсорбции. Уравнение адсорбции Гиббса, уравнение Шишковского.
- Тема 14 Основы электрохимии. Теория электролитов: электролитическая диссоциация, степень диссоциации, электрохимический эквивалент, электродный потенциал, скорость электрохимической реакции, перенапряжение. Законы Фарадея. Термодинамические характеристики реакций протекающей в гальваническом элементе. Термодинамика и кинетика электродных процессов. Термодинамическая теория ЭДС.
- Тема 15 Коллоидная химия. Дисперсные системы, нефелометрия, электрофоретический, катафоретический эффекты, потенциал оседания, потенциал протекания, кинетическая и агрегативная устойчивость, коагуляция, порог коагуляции, флокуляция. Классификацию дисперсных систем и их оптические и электрические свойства, строение двойного электрического слоя. Теория коагуляции, правило Дерягина, механизм действия флокулянтов. Устойчивость дисперсных систем. Суспензии, пены, пасты. Структурообразования в коллоидных системах.
Основная литература
- 1 Стромберг А.Г., Семченко Д.П. Физическая химия: Учебник для вузов. – М.: Высшая школа, 2003. - 527 c. 2 Физическая химия: Учебник: В 2 кн. / Под ред. К. С. Краснова. М.: Высшая школа, 2001. Кн. 1. Строение вещества. Термодинамика. 512 с., Кн. 2: Электрохимия. Химическая кинетика и катализ. 319 с. 3 Стромберг А.Г., Лельчук X.А., Картушинская А.И. Сборник примеров и задач по химической термодинамике. – М.: Высшая школа, 2009 - 192 с. 4 Кудряшов И. В., Каретников Г. С. Сборник примеров и задач по физической химии: Учебное пособие для вузов. М.: Альянс, 2008. - 527 с. 5 Михеева Е.В., Пикула Н.П., Карбаинова С.Н. Поверхностные явления и дисперсные системы. Коллоидная химия. Сборник примеров и задач. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 126 с. 6 Бокштейн Б.С., Менделеев М.И., Краткий курс физической химии. - М., «ЧеРо» МИСИС, 2002. 7 Жуховицкий А.А, Шварцман Л.А. Физическая химия.- М., Металлургия, 1985. 8 Фролов Ю.Г. Курс коллоидной химии. Поверхностные явления и дисперсные системы. М.: Химия, 1988. - 464 с. 9 Киреев В.А. Курс физической химии. - М., Химия, 1975. 10 Воюцкий С.С., Коллоидная химия. - М., Химия, 1975. 11 Фок Н.В. Сборник задач по химической кинетике. - М., Высшая школа, 1982. 12 Куккоз Ф.И., Кудрявцева И.Д., Гончаров В.И, Рыбянец К.А., Сборник задач по теоретической электрохимии. - М., Высшая школа, 1982.
Дополнительная литература
- 13 Краткий справочник физико-химических величин / Под ред. А. А. Равделя; А. М. Пономаревой. М.: ТИД "Аз-book", 2009,- 239 с. 14 Колпакова Н.А., Анисимова Л.С., Белихмайер Я.А. Сборник примеров и задач по электрохимии. – М.: Высшая школа, 2003.- 143 с. 15 Жаглов В.С. Шерегеда З.В. Практикум по физической и коллоидной химии.- У.-К., ВКГТУ, 2006. 16 Жаглов В.С., Шерегеда З.В. Сборник задач по химической термодинамике.- У. – К., ВКГТУ, 2005. 17 Годнев И.Н., Краснов К.С., Воробьёва В.К. и др. Физическая химия. - М., Высшая щкола, 1982 18 Даниельс Ф., Ольберти Р., Физическая химия.- М., Мир, 1978. 19 В.Н Захарченко Сборник упражнений и задач по физической и коллоидной химии. - М., Просвещение, 1978. 20 Воюцкий С.С. Курс коллоидной химии. М.: Химия, 1976. – 512 с.
