«Химия высокомолекулярных соединений»

федеральное агентство по образованию

ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ В. Г. БЕЛИНСКОГО

Принято на заседании Ученого совета Естественно-географического факультета Протокол заседания совета факультета № ____ от «_____» ________________2007 г. Декан факультета ______________

УТВЕРЖДАЮ Проректор по учебной работе ___________________ «_____» ___________________ 2007 г.

ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

«Химия высокомолекулярных соединений»

для специальности

050101 «Химия» с дополнительной специальностью «Биология»

Факультет естественно-географический

Кафедра химии и теории и методики обучения химии

Пенза – 2007

1. Требования ГОС по дисциплине и квалификационные требования

Выписка из государственного образовательного стандарта

высшего профессионального образования специальности 050101 «Химия с дополнительной специальностью»

от 01.01.01 г.

Номер государственной регистрации № 000 пед/сп (новый)

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СПЕЦИАЛЬНОСТИ 050101 ХИМИЯ С ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ СПЕЦИАЛЬНОСТЬЮ

1.1. Специальность утверждена приказом Министерства образования Российской Федерации № 000 от 01.01.2001г.

1.2. Квалификация выпускника – учитель химии и ___ (в соответствии с дополнительной специальностью)

Нормативный срок освоения основной образовательной программы подготовки учителя химии и ___ (в соответствии с дополнительной специальностью) по специальности 050101 Химия с дополнительной специальностью при очной форме обучения 5 лет.

1.3. Квалификационная характеристика выпускника

Выпускник, получивший квалификацию учителя химии и ___ (в соответствии с дополнительной специальностью), должен быть готовым осуществлять обучение и воспитание обучающихся с учётом специфики преподаваемого предмета; способствовать социализации, формированию общей культуры личности, осознанному выбору и последующему освоению профессиональных образовательных программ; использовать разнообразные приёмы, методы и средства обучения; обеспечивать уровень подготовки обучающихся, соответствующий требованиям Государственного образовательного стандарта; соблюдать права и свободы учащихся, предусмотренные Законом Российской Федерации «Об образовании», Конвенцией о правах ребёнка, систематически повышать свою профессиональную квалификацию, участвовать в деятельности методических объединений и в других формах методической работы, осуществлять связь с родителями (лицами, их заменяющими), выполнять правила и нормы охраны труда, техники безопасности и противопожарной защиты, обеспечивать охрану жизни и здоровья учащихся в образовательном процессе.

1.3.1. Область профессиональной деятельности.

Среднее общее (полное) образование.

1.3.2. Объект профессиональной деятельности.

Обучающийся.

1.3.3. Виды профессиональной деятельности.

Учебно-воспитательная;

социально-педагогическая;

культурно-просветительная;

научно-методическая;

организационно-управленческая.

4. Требования к обязательному минимуму содержания основной образовательной программы подготовки выпускника по специальности 050101 «Химия с дополнительной специальностью»

ДПП. Ф.07. Химия высокомолекулярных соединений

Полимеры, их разнообразие и химические особенности. Важнейшие представители природных и синтетических высокомолекулярных веществ. Макромолекулы и их поведение в растворах. Полимерные тела. Структурные характеристики, химические свойства и химические превращения полимеров. Синтез полимерных материалов и аспекты их практического использования.

2. Цели и задачи изучаемой дисциплины

Целью дисциплины является усвоение студентами основ химии высокомолекулярных соединений, знакомство с полимерами и их значением в современном применении в промышленности.

Задачи изучаемой дисциплины:

-  изучить состав, строение, свойства и классификацию высокомолекулярных химических веществ и композиционных материалов на их основе,

-  сформировать представления о свойствах макромолекул и их поведении в растворах,

-  рассмотреть структуру и свойства полимерных тел,

-  изучить методы синтеза и химические превращения высокомолекулярных и полимерных веществ.

Междисциплинарный характер. Содержание дисциплины «Химия высокомолекулярных соединений» строится на базе знаний по дисциплинам «Аналитическая химия», «Органическая химия и основы супрамолекулярной химии», «Физическая химия», «Коллоидная химия» «Математика», «Физика», предусмотренных учебным планом данных специальностей. В свою очередь, курс «Высокомолекулярные соединения» является одной из основ при изучении дисциплин «Прикладная химия», «Химия окружающей среды». Кроме того, дисциплина «Химия высокомолекулярных соединений» составляет важную часть общехимической подготовки, необходимой при изучении дисциплины «Теория и методика обучения химии».

Задачи воспитания. Формирование у студентов научного мировоззрения, физико-химического мышления, развитие творческих способностей, развитие целостных представлений о природных процессах.

3. Место дисциплины в профессиональной подготовке студентов

Дисциплина «Химия высокомолекулярных соединений» является дисциплиной федерального компонента цикла дисциплин предметной подготовки.

Дисциплина «Химия высокомолекулярных соединений» занимает важное место в системе подготовки учителя, способного решать задачи, связанные с реформой общеобразовательной и профессиональной школы. Изучение данной дисциплины призвано подготовить учителя для работы в условиях профильного обучения (химический, химико-биологический, медицинский профили), вооружить его необходимыми знаниями для преподавания элективных курсов и организации научно-исследовательской деятельности школьников.

4. Распределение времени, отведенного на изучении дисциплины по учебному плану

Форма учебной работы	Форма обучения
Очная
По семестрам
9
Общая трудоёмкость, всего часов	69
Аудиторные занятия (АЗ)	30
Лекции (Л)	20
Практические занятия (ПЗ)
Семинары (С)
Лабораторные занятия (ЛЗ)	10
Другие виды аудиторных занятий
Самостоятельная работа (СР)	39
Контрольная работа	+
Компьютерное тестирование
Курсовая работа
Форма итогового контроля (зачет, экзамен)	Экзамен

5. тематический план для очной формы обучения

№ п/п	Наименование разделов и тем	Форма обучения
АЗ	СР
Л	ЛЗ
1.	Полимеры, их разнообразие и химические особенности	2		2
2.	Полимерные тела	2		5
3.	Макромолекулы и их поведение в растворах	4	2	7
4.	Структурные характеристики полимеров	2	2	5
5.	Химические свойства и химические превращения полимеров	2	2	6
6.	Синтез полимерных материалов	6	4	10
7.	Аспекты практического использования полимерных материалов	2		4
	Всего	20	10	39

6. Содержание дисциплины

1. Полимеры, их разнообразие и химические особенности

Основные понятия и определения макромолекулярных соединений. Критерии разграничения высокомолекулярных и низкомолекулярных веществ. Классификация полимеров и их важнейших представителей (по их происхождения, химическому составу, строению звеньев и основной цепи). Природные и синтетические полимеры. Органические, элементорганические и неорганические полимеры. Линейные, разветвленные и сшитые полимеры. Гомополимеры, сополимеры, блок-сополимеры, привитые сополимеры. Гетероцепные и гомоцепные полимеры.

Агрегатные, фазовые и физические состояния, в которых существуют полимеры. Важнейшие свойства полимерных веществ, обусловленные большими размерами и цепным строением макромолекул. Молекулярно-массовые характеристики полимеров.

2. Полимерные тела

Конфигурационная и конформационная изомерия макромолекул. Внутримолекулярное вращение и гибкость макромолекулы. Среднеквадратичное расстояние между концами цепи и радиус инерции как характеристики, чувствительные к конформационному состоянию макроцепи. Моделирование поведения цепной макромолекулы. Свободно-сочлененная цепь, цепь с фиксированным валентным углом и цепь с заторможенным внутренним вращением. Поворотные изомеры и гибкость реальных цепей. Количественные характеристики гибкости, понятие о статистическом сегменте. Макромолекулы как кооперативные одномерные системы. Понятие о кооперативных конформационных превращениях.

3. Макромолекулы и их поведение в растворах

Макромолекулы в растворах. Термодинамический критерий растворимости и доказательство термодинамической равновесности растворов. Фазовые диаграммы систем полимер-растворитель. Критические температуры растворения. Неограниченное и ограниченное набухание. Поведение макромолекул в растворе и его особенности по сравнению с поведением молекул низкомолекулярных веществ. Уравнение состояния полимера в растворе. Второй вириальный коэффициент и θ-условия. Понятие о хороших и плохих растворителях. Невозмущенные размеры макромолекул в растворе и оценка гибкости. Теоретические и методические основы определения усредненных молекулярных масс и размеров макромолекул методом осмометрии. Ионизующиеся макромолекулы (полиэлектролиты). Химические и физико-химические особенности поведения полиэлектролитов.

Концентрированные растворы полимеров и гели. Ассоциация макромолекул в концентрированных растворах и структурообразование. Жидкокристаллическое состояние жесткоцепных полимеров. Лиотропные жидкокристаллические системы и их фазовые диаграммы. Особенности реологических и механических свойств концентрированных растворов.

4. Структурные характеристики полимеров

Структура и основные физико-механические свойства полимерных тел. Структура и надмолекулярная организация аморфных полимеров. Кристаллизация полимеров. Структурные критерии кристаллизации. Кинетика и термодинамика кристаллизации. Структура и надмолекулярная организация кристаллических полимеров. Физические состояния аморфных полимеров.

Высокоэластическое состояние. Термодинамика и молекулярный механизм высокоэластичности. Релаксационные явления в полимерах. Принцип температурно-временной суперпозиции. Вязкоупругость и механические модели вязкоупругих тел. Переход в стеклообразное состояние и его релаксационная природа. Вязко-текучее состояние. Молекулярный механизм вязкого течения. Свойства кристаллических полимеров. Молекулярно-структурный механизм деформации кристаллических полимеров. Структура ориентированных кристаллических и аморфных полимеров и анизотропия их механических свойств. Способы ориентации и принципы формования ориентированных волокон и пленок из расплавов и растворов.

5. Химические свойства и химические превращения полимеров

Химические реакции, не приводящие к изменению степени полимеризации макромолекул: полимераналогичные и внутримолекулярные превращения. Особенности реакционной способности функциональных групп: влияние локального окружения, конфигурации и конформации макромолекул, надмолекулярной структуры, концентрационные и электростатические эффекты. Макромолекулярные катализаторы химических реакций. Химические реакции, приводящие к изменению степени полимеризации макромолекул. Цепная и случайная деструкция. Принципы стабилизации полимеров. Сшивание полимерных цепей. Вулканизация каучуков.

6. Синтез полимерных материалов

Классификация полимеризационных процессов. Цепная и ступенчатая полимеризация. Термодинамика цепной полимеризации. Полимеризационно-деполимеризационное равновесие. Радикальная полимеризация. Инициирование, рост, обрыв и передача цепи. Кинетика радикальной полимеризации при малых степенях превращения. Особенности радикальной полимеризации при высоких степенях превращения. "Гель-эффект". Радикальная сополимеризация. Уравнение состава сополимеров. Относительная реакционная способность мономеров. Роль полярных факторов и схема "Q-e" Алфрея-Прайса. Ионная полимеризация и сополимеризация и их разновидности. Катионная полимеризация. Инициирование, рост и ограничение роста цепей при катионной полимеризации. Анионная полимеризация. Инициирование, рост и ограничение роста цепей при катионной полимеризации. Координационная полимеризация. Стереоспецифические эффекты в реакциях координационно-ионной полимеризации. Принципы синтеза стереорегулярных полимеров. Индустриальные методы проведения полимеризации. Полимеризация в массе, в растворе, в суспензии и в эмульсии. Ступенчатая полимеризация. Поликонденсация и полиприсоединение. Термодинамика поликонденсации и поликонденсационное равновесие. Кинетика поликонденсации. Поликонденсация в расплаве, в растворе и на границе раздела фаз. Синтез и свойства блок - и привитых сополимеров.

7. Аспекты практического использования полимерных материалов

Важнейшие представители природных и синтетических высокомолекулярных веществ. Значение полимеров как промышленных материалов. Полимеры в быту и медицине.

7. Список основной и дополнительной ЛИТЕРАТУРы

Основная

1.  Семчиков соединения: Учебник для вузов. – М.: Академия, 2003

2.  , , Кашаева в химию полимеров: Учебное пособие. М.: Высшая школа, 1988

3.  Киреев соединения, : Высшая Школа, 1992

4.  Тагер -химия полимеров, М., Химия, 1978

5.  , Шершнев и физика полимеров: : Высшая школа, 1988

6.  Шур соединения, Учебник 3-е изд., перераб. и доп. М.: Высшая школа, 1981

7.  Практикум по высокомолекулярным соединениям, под редакцией , Учебное пособие, М.: Химия, 1987

8.  Кузнецова полимеров. Полиэлектролиты Учебное пособие. – Пенза: 2005

Дополнительная

1.  Энциклопедия полимеров, М. Изд. БСЭ, т. т.

2.  Химическая энциклопедия, М.: Издательство БРЭ, в т-т.

3.  Elias H. G., An Introduction to Polymer Science, VCH, Weinheim, 1997

4.  Young R., Lovell P., Introduction to Polymers, Chapman&Hall, London, 1996

5.  Stevens M. Polymer Chemistry, Oxford University Press, Oxford, 1999

8. Требования к уровню освоения программы, виды текущего, промежуточного и итогового контроля

В результате изучения данной дисциплины студент должен:

-  иметь представление о применении полимерных материалов в мире и в нашей стране;

-  знать основные направления и тенденции синтеза, основных свойств полимерных материалов

-  знать основные понятия (макромолекулярные соединения, классификация полимеров, молекулярная и надмолекулярная структура).

-  знать важнейшие представители природных и синтетических полимеров.

-  знать свойства полимерных тел (пластики, эластомеры, покрытия), механические свойства, химические свойства.

-  знать особенности поведения макромолекул в растворах.

-  знать основные методы синтеза полимеров методами полимеризации и поликонденсации.

-  знать способы модификации полимеров и получения полимерных материалов с заданными свойствами.

-  знать, в каких темах школьного курса, и в каком объеме изучаются вопросы химии высокомолекулярных соединений.

-  знать принципы проблемного обучения. Основы метода дис­куссии.

-  уметь устанавливать связь между знаниями основ химии и об­ластями применения химических знаний. Иллюстрировать приме­рами приложения химии.

-  уметь применять знания по химии высокомолекулярных соединений для проектирования профессиональной деятельности, что выражается в:

-  составлении планов и конспектов уроков и внеклассных заня­тий по тематике химии высокомолекулярных соединений;

-  проектировании форм и методов изучения прикладных вопро­сов в школе;

-  организации дискуссионного обсуждения вопросов химии высокомолекулярных соединений.

-  установлении межпредметных связей при рассмотрении при­ложений химии;

-  использовании методов проблемного обучения;

-  использовании регионального аспекта при рассмотрении во­просов химии высокомолекулярных соединений;

-  осуществлении методической переработки научно-популяр­ной литературы, статей в научно-популярных и методических жур­налах, в средствах массовой информации по тематике химии высокомолекулярных соединений.

Текущий контроль за освоением программы осуществляется через проверку домашних заданий и отчётов по лабораторным работам, посредством контрольных работ, тестирования и коллоквиума, проводимых после завершения изучения нескольких тем или разделов программы.

Промежуточный контроль за освоением программы осуществляется в ходе экзамена (примерный перечень вопросов к экзамену приводится ниже).

Примерный перечень вопросов к экзамену

1.  Классификация полимеров по принципам их происхождения, химического состава, строения звеньев и основной цепи. Природные и синтетические полимеры. Органические, элементорганические и неорганические полимеры. Линейные, разветвленные и сшитые полимеры. Гомополимеры, сополимеры, блок-сополимеры, привитые сополимеры. Гетероцепные и гомоцепные полимеры.

2.  Важнейшие свойства полимерных веществ, обусловленные большими размерами и цепным строением макромолекул. Молекулярно-массовые характеристики полимеров.

3.  Конфигурационная и конформационная изомерия макромолекул. Внутримолекулярное вращение и гибкость макромолекулы. Среднеквадратичное расстояние между концами цепи и радиус инерции как характеристики, чувствительные к конформационному состоянию макроцепи.

4.  Свободно-сочлененная цепь, цепь с фиксированным валентным углом и цепь с заторможенным внутренним вращением. Поворотные изомеры и гибкость реальных цепей. Количественные характеристики гибкости, понятие о статистическом сегменте.

5.  Макромолекулы в растворах. Термодинамический критерий растворимости и доказательство термодинамической равновесности растворов. Фазовые диаграммы систем полимер-растворитель. Критические температуры растворения.

6.  Неограниченное и ограниченное набухание. Поведение макромолекул в растворе и его особенности по сравнению с поведением молекул низкомолекулярных веществ. Уравнение состояния полимера в растворе. Второй вириальный коэффициент и θ-условия. Понятие о хороших и плохих растворителях.

7.  Невозмущенные размеры макромолекул в растворе и оценка гибкости. Теоретические и методические основы определения усредненных молекулярных масс и размеров макромолекул методом осмометрии.

8.  Ионизующиеся макромолекулы (полиэлектролиты). Химические и физико-химические особенности поведения полиэлектролитов.

9.  Структура и основные физико-механические свойства полимерных тел. Структура и надмолекулярная организация аморфных полимеров. Кристаллизация полимеров.

10.  Структурные критерии кристаллизации. Структура и надмолекулярная организация кристаллических полимеров.

11.  Три физических состояния аморфных полимеров. Высокоэластическое состояние. Термодинамика и молекулярный механизм высокоэластичности.

12.  Релаксационные явления в полимерах. Принцип температурно-временной суперпозиции. Вязкоупругость и механические модели вязкоупругих тел.

13.  Радикальная полимеризация. Инициирование, рост, обрыв и передача цепи. Кинетика радикальной полимеризации при малых степенях превращения. Особенности радикальной полимеризации при высоких степенях превращения. "Гель-эффект".

14.  Классификация полимеризационных процессов. Цепная и ступенчатая полимеризация. Термодинамика цепной полимеризации. Полимеризационно-деполимеризационное равновесие

15.  Ионная полимеризация и сополимеризация и их разновидности. Катионная полимеризация. Инициирование, рост и ограничение роста цепей при катионной полимеризации.

16.  Анионная полимеризация. Инициирование, рост и ограничение роста цепей при анионной полимеризации. Координационная полимеризация с использованием гомо - и гетерогенных катализаторов.

17.  Стереоспецифические эффекты в реакциях координационно-ионной полимеризации. Принципы синтеза стереорегулярных полимеров. Примеры.

18.  Индустриальные методы проведения полимеризации. Полимеризация в массе, в растворе, в суспензии и в эмульсии. Примеры

19.  Поликонденсация и полиприсоединение. Термодинамика поликонденсации и поликонденсационное равновесие. Кинетика поликонденсации. Синтез и свойства блок - и привитых сополимеров. Примеры.

20.  Химические реакции, не приводящие к изменению степени полимеризации макромолекул: полимераналогичные и внутримолекулярные превращения. Получение эфиров целлюлозы. Вискоза.

21.  Особенности реакционной способности функциональных групп: влияние локального окружения, конфигурации и конформации макромолекул, надмолекулярной структуры, концентрационные и электростатические эффекты. Макромолекулярные катализаторы химических реакций.

22.  Химические реакции, приводящие к изменению степени полимеризации макромолекул. Цепная и случайная деструкция. Принципы стабилизации полимеров. Сшивание полимерных цепей. Вулканизация каучуков.

23.  Сверхразветвленные полимеры. Получение дендримеров методами контролируемого многоступенчатого синтеза. Формирование корня макромолекулы (реакция аммиака с метилакрилатом). Строение полиамидоаминного дендримера.

24.  Аминопласты. Строение и условия получения метилолмочевин. Образование линейных и разветвленных олигомеров при конденсации метилолмочевины.

25.  Фенол-формальдегидные смолы. Строение и методы получения новолачных и резольных смол. Реакции термического и химического отверждения. Применение фенол-формальдегидных смол.

26.  Получение полиуретанов при конденсации изоцианатных и гидроксильных групп. Разветвленные и сшитые полиуретаны. Реакции отверждения полиуретанов при реакции с водой. Пенополиуретаны.

9. Сведения о переутверждении программы

на очередной учебный год и регистрации изменений

Учебный год	Решение кафедры	Внесенные изменения	Номера листов (страниц)
заменен-ных	новых	аннули-рованных
200__/200__	Протокол № ____ от «____»____________200_ г. Зав. кафедрой ______________
200__/200__	Протокол № ____ от «____»____________200_ г. Зав. кафедрой ______________
200__/200__	Протокол № ____ от «____»____________200_ г. Зав. кафедрой ______________
200__/200__	Протокол № ____ от «____»____________200_ г. Зав. кафедрой _____________ _
200__/200__	Протокол № ____ от «____»____________200_ г. Зав. кафедрой ______________
200__/200__	Протокол № ____ от «____»____________200_ г. Зав. кафедрой _____________
200__/200__	Протокол № ____ от «____»____________200_ г. Зав. кафедрой _____________
200__/200__	Протокол № ____ от «____»____________200_ г. Зав. кафедрой _____________

Программа составлена на основании ГОС ВПО 2005 г. для специальности 050101 «Химия с дополнительной специальностью»

Программу составила:

1. , канд. хим. наук, доцент _________________________________________

(подпись)

Настоящая программа не может быть воспроизведена ни в какой форме без предварительного письменного разрешения кафедры-разработчика программы.

Программа одобрена на заседании кафедры химии и теории и методики обучения химии

Протокол № 1 от 01.01.01 года

Зав. кафедрой химии и теории

и методики обучения химии

к. х.н., доцент _________________________________

(подпись)

Программа одобрена учебно-методическим советом Естественно-географического факультета

«_____» _____________ 2007 года

Председатель учебно-методического совета

Естественно-географического факультета,

к. т.н., доцент ___________________________

(подпись)

Программа одобрена учебно-методическим управлением университета

«_____» _____________ 2007 года

Начальник учебно-методического

управления университета ___________________________

(подпись)

Приложения

К программе учебной дисциплины прилагаются внешняя и внутренняя рецензии.