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
«Коллоидная химия»
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.06. Коллоидная химия
Молекулярные взаимодействия и особые свойства поверхностей раздела фаз, адсорбционные слои, их влияние на свойства дисперсных систем, дисперсные системы, их свойства, органическая устойчивость дисперсных систем.
2. Цели и задачи изучаемой дисциплины
Целью изучаемой дисциплины является освоение системы знаний о фундаментальных теоретических и экспериментальных основах коллоидной химии; овладение умениями характеризовать физико-химические свойства дисперсных систем на основе теоретических представлений химии; овладение экспериментальными учениями и навыками; развитие познавательных интересов, интеллектуальных и творческих способностей в процессе изучения коллоидной химии; развитие логики и физико-химического мышления; воспитание чувства ответственности за применение полученных знаний, умений и навыков.
Задачи изучаемой дисциплины:
создать чёткое представление о предмете коллоидной химии, современном состоянии и путях развития коллоидной химии, связи её с другими науками;
сформировать представление о поверхностных явлениях и свойствах поверхностей раздела фаз;
сформировать представление о дисперсных системах и их свойствах;
сформировать представление об органической устойчивости дисперсных систем;
познакомить студентов с историей становления коллоидной химии, вкладом отечественных ученых в её развитие.
Междисциплинарный характер. Содержание дисциплины «Коллоидная химия» строится на базе знаний по дисциплинам «Общая и неорганическая химия», «Аналитическая химия», «Органическая химия и основы супрамолекулярной химии», «Физическая химия», «Математика», «Физика», «Информатика», предусмотренных учебным планом данных специальностей.
Объём и содержание дисциплины «Коллоидная химия» должны служить основой для дальнейшего изучения студентами других химических дисциплин (прикладная химия, химия ВМС, химия окружающей среды), чётко коррелировать со смежными дисциплинами путем установления межпредметных связей, способствовать усвоению и глубокому пониманию физико-химической сущности биологических наук. Кроме того, дисциплина «Коллоидная химия» 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 целостных представлений о природных процессах, воспитание чувства ответственности за применение полученных знаний, умений и навыков.
С целью воспитания у будущих учителей чувства патриотизма особое внимание уделяется педагогической деятельности отечественных ученых-химиков.
3. Место дисциплины в профессиональной подготовке студентов
Дисциплина «Коллоидная химия» является дисциплиной федерального компонента цикла дисциплин предметной подготовки.
Дисциплина «Коллоидная химия» необходима для подготовки студентов к преподаванию курса химии в школе.
Дисциплина «Коллоидная химия» 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.
Изучение данной дисциплины призвано помочь преподавателям средней школы при формировании у учащихся правильного представления о многообразии и сложности материального мира.
Дисциплина «Коллоидная химия» открывает огромные возможности для формирования научного мировоззрения. Знание коллоидной химии необходимо учителю химии и биологии для глубокого понимания физиологических процессов, протекающих в организме растений, человека и животных.
Дисциплина «Коллоидная химия» должна также способствовать формированию у учителя навыков современного химического лабораторного эксперимента, умения ставить количественные практические работы, графически обрабатывать полученные результаты и производить необходимые расчеты.
4. Распределение времени, отведенного на изучении дисциплины по учебному плану
Форма учебной работы | Форма обучения |
Очная | |
По семестрам | |
8 | |
Общая трудоёмкость, всего часов | 72 |
Аудиторные занятия (АЗ) | 36 |
Лекции (Л) | 12 |
Практические занятия (ПЗ) | |
Семинары (С) | |
Лабораторные занятия (ЛЗ) | 24 |
Другие виды аудиторных занятий | |
Самостоятельная работа (СР) | 36 |
Контрольная работа | + |
Компьютерное тестирование | |
Курсовая работа | |
Форма итогового контроля (зачет, экзамен) | Экзамен |
5. тематический план для очной формы обучения
Наименование разделов и тем | Форма обучения | |||
АЗ | СР | |||
Л | ЛЗ | |||
1. | Введение | 0,5 | ||
2. | Молекулярные взаимодействия и особые свойства поверхностей раздела фаз | 0,5 | 2 | 4 |
3. | Адсорбционные слои и их влияние на свойства дисперсных систем | 1 | 2 | 5 |
4. | Термодинамика молекулярной адсорбции из раствора | 2 | 2 | 3 |
5. | Лиофильные дисперсные системы | 1 | 2 | 3 |
6. | Молекулярно-кинетические свойства дисперсных систем | 0,5 | 2 | 3 |
7. | Оптические свойства дисперсных систем | 0,5 | 2 | 3 |
8. | Электрические свойства дисперсных систем | 1,5 | 2 | 4 |
9. | Методы получения и исследования дисперсных систем | 0,5 | 2 | 3 |
10. | Органическая устойчивость дисперсных систем | 2 | 4 | 4 |
11. | Реологические свойства дисперсных систем | 2 | 4 | 4 |
Всего за курс | 12 | 24 | 36 |
6. Содержание дисциплины
1. Введение
Определение, основные задачи и направления коллоидной химии – области химической науки, изучающей условия возникновения, особые свойства и устойчивость дисперсных систем; значение поверхностных явлений в таких системах.
Классификация дисперсных систем (по степени дисперсности и агрегатным состояниям). Лиофильные и лиофобные системы; сходство и различия между ними и растворами и дисперсиями высокомолекулярных соединений.
Краткий исторический обзор развития коллоидной химии.
Значение коллоидной химии для биологии, геологии, медицины и других областей науки, и техники и сельского хозяйства.
2. Молекулярные взаимодействия и особые свойства поверхностей раздела фаз
Граница раздела фаз; ее силовое поле. Поверхностное натяжение (удельная свободная поверхностная или межфазная энергия) как характеристика этого поля; молекулярное давление. Основы термодинамики поверхностных явлений. Сгущение термодинамических функций в поверхностном слое. Влияние температуры на удельные термодинамические функции поверхностного слоя.
Статические, полустатические и динамические методы измерения поверхностного натяжения на легкоподвижных границах фаз. Межфазное натяжение на поверхности раздела насыщенных растворов двух взаимно ограниченно растворимых жидкостей, правило Антонова.
Явления капиллярности и смачивания. Термодинамические условия смачивания и растекания (полного смачивания) на твердых и жидких поверхностях. Краевой угол, теплота смачивания. Избирательное смачивание.
Лио-(гидро-)фильные и лио-(гидро-)фобные поверхности. Работа когезии и адгезии. Адгезия бактерий на твердых поверхностях.
Капиллярное давление. Закон Лапласа. Закон Томсона (Кельвина). Самопроизвольные процессы собирательной рекристаллизации, изотермической перегонки веществ, капиллярной конденсации пара в узких порах адсорбента. Роль капиллярных явлений в агротехнике и биологии.
3. Адсорбционные слои и их влияние на свойства дисперсных систем
Адсорбция из растворов на жидких и твердых поверхностях как самопроизвольное сгущение на границе раздела фаз массы компонентов, понижающих поверхностное (межфазное) натяжение.
Поверхностно-активные вещества (ПАВ), их классификация по молекулярному строению (анион-, катионактивные, амфолитные, неионогенные, низко - и высокомолекулярные) и по механизму действия (смачиватели, диспергаторы, стабилизаторы, моющие средства). Белки, ферменты, липиды, гликолипиды, липополипептиды – природные поверхностно-активные вещества (Био-ПАВ). Представление о гидрофильно-олеофильном балансе молекул ПАВ. Поверхностно-инактивные вещества.
Лиофобизация и лиофилизация поверхностей. Влияние адсорбционных слоев ПАВ на смачивание, растекание и адгезию; их роль при обогащении полезных ископаемых (коллоидно-химические основы флотации), в процессах граничного трения и смазочного действия. Природные поверхностно-активные вещества; их роль в биотехнологии.
Поверхностная активность. Зависимость поверхностного натяжения от концентрации раствора ПАВ; уравнение Шишковского. Адсорбционное уравнение Гиббса и его применение. Правило Траубе-Дюкло.
Адсорбция газов на твердой поверхности. Понятие о физической адсорбции и хемосорбции. Работа, теплота и энтропия адсорбции. Изотермы адсорбции газов. Локализованная адсорбция газов на твердой поверхности по теории Ленгмюра. Потенциальная теория полимолекулярной адсорбции Поляни. Теория БЭТ. Адсорбционные методы определения удельной поверхности адсорбентов.
4. Термодинамика молекулярной адсорбции из раствора
Закономерности молекулярной адсорбции из растворов. Правило уравнивания полярностей Ребиндера. Уравнение изотермы мономолекулярной адсорбции Ленгмюра. Связь с уравнением изотермы Шишковского. Адсорбционная активность ПАВ.
Влияние адсорбционных слоев ПАВ на смачивание и адгезию, гидрофилизация и гидрофобизация поверхностей. Строение адсорбционных слоев низко - и высокомолекулярных ПАВ.
Двумерное состояние вещества в адсорбционном слое. Слои малорастворимых ПАВ на жидких поверхностях. Двумерное (поверхностное) давление. Уравнение двумерного состояния вещества. Методы определения молекулярных констант адсорбционных слоев поверхностно-активных веществ. Определение молекулярных масс белков с помощью весов Ленгмюра. Специфика двумерного состояния биополимеров.
Коллапс монослоев – пример двухмерного фазового превращения. Ленгмюровские пленки на основе монослоев ПАВ как модели организованных структур.
5. Лиофильные дисперсные системы
Равновесие в лиофильных коллоидных системах. Критерий лиофильности по Ребиндеру и Щукину. Самопроизвольное диспергирование.
Коллоидные свойства поверхностно-активных веществ. Мицеллообразование. Методы определения критической концентрации мицеллообразования (ККМ).
Гидрофобные взаимодействия. Структура воды. Термодинамика гидрофобных взаимодействий. Бинарная фазовая диаграмма для системы вода/ПАВ.
Растворы белков и высокомолекулярных веществ как лиофильные дисперсные системы. Мицеллообразование в мылах. Обращенные мицеллы ПАВ в неводных растворителях. Числа агрегации. Реакции в мицеллах и мицеллярный катализ.
Солюбилизация как коллоидно-химическое явление. Закономерности солюбилизации в мицеллах и глобулярных белках.
Микроэмульсии. Теория фазового состояния. Взаимодействия и реакции в микроэмульсиях. Коллоидно-химические явления при эмульсионной полимеризации. Роль поверхностно-активных коллоидов – растворов солей желчных кислот в процессе ассимиляции жиров организмом.
6. Молекулярно-кинетические свойства дисперсных систем
Броуновское движение. Теория броуновского движения по Эйнштейну-Смолуховскому, экспериментальная проверка теории Перреном, Сведбергом, Вавиловым. Диффузия в коллоидных системах. Уравнение Эйнштейна. Осмотические явления в коллоидных системах, их роль в биологических процессах.
Седиментация в дисперсных системах. Уравнение Сведберга-Одена. Седиментационно-диффузионное равновесие Перрена-Больцмана; время установления равновесия. Применение центрифуги и ультрацентрифуги (Думанский, Сведберг).
7. Оптические свойства дисперсных систем
Рассеяние и поляризация света в коллоидных системах. Закон Рэлея и условия его применимости.
Нерэллеевское рассеяние и поглощение света непроводящими и проводящими частицами. Окраска коллоидных систем. Окрашенные коллоидные растворы в природе и технике. Двойное лучепреломление в коллоидных системах.
8. Электрические свойства дисперсных систем
Электрокинетические явления: электрофорез, электроосмос, потенциалы седиментации и протекания. Электрокапиллярные явления. Обессоливание воды методом электродиализа и обратного осмоса.
Современные представления о структуре двойного электрического слоя на границе раздела фаз. Электрокинетический потенциал. Строение мицелл в гидрофобных коллоидных системах. Правило Фаянса и Содди достройки кристаллической решетки.
Влияние индифферентных и неиндифферентных электролитов на электрокинетический потенциал и заряд коллоидных частиц. Перезарядка частиц.
Уравнение Гельмгольца-Смолуховского для определения электро-осмотического (электрофоретического) переноса; методы определения электрокинетического потенциала.
Состояние полиэлектролитов с одноименно заряженными группами в растворах. Амфолиты, белки, изоэлектрическое и изоионное состояния.
9. Методы получения, очистки и исследования дисперсных систем
Методы получения дисперсных систем: диспергирование, конденсация, пептизация.
Методы очистки дисперсных систем: диализ, электродиализ, ультрафильтрация.
Методы исследования дисперсных систем: нефелометрия, турбидометрия, ультрамикроскопия, электронная микроскопия, рентгенография и электронография.
10. Органическая устойчивость дисперсных систем
Агрегатная и седиментационная устойчивость дисперсных систем. Термодинамическая устойчивость лиофильных дисперсных систем. Условия самопроизвольного диспергирования. Молекулярные взаимодействия в дисперсных системах. Константы Гамакера. Потенциальная энергия взаимодействия частиц.
Нарушение агрегатной устойчивости вследствие протекания самопроизвольных процессов: коагуляции, коалесценции, изотермической перегонки.
Факторы агрегативной устойчивости лиофобных дисперсных систем. Эффект Марангони-Гиббса как фактор стабилизации пленок, пен и эмульсий. Структурно-механический барьер по Ребиндеру как фактор сильной стабилизации. Стабилизирующее действие двойных диффузных слоев ионов, электростатическая составляющая расклинивающего давления. Теория устойчивости дисперсных систем по Дерягину-Ландау-Фервею и Овербеку.
Золи и суспензии. Коагуляция гидрофобных золей электролитами. Кинетика быстрой и медленной коагуляции по Смолуховскому. Основы современной теории коагуляции лиофобных золей электролитами. Правило Шульце-Гарди. Порог коагуляции. Критический потенциал. Пептизация. Взаимная коагуляция золей. Перезарядка золей.
Устойчивость и коагуляция золей и суспензий в технологических процессах и в природе. Коагуляция в водных растворах полиэлектролитов. Высаливание белков при добавлении электролитов. Явление коацервации, ее роль в биологических процессах, в процессах фазоразделения. Микрокапсулирование.
Студни (гели). Классификация гелей. Теория строения. Методы получения. Желатинирование. факторы, влияющие на процесс желатинирования. Набухание гелей. Факторы, влияющие на набухание. Явление набухания в природе. Тиксотропия. Синерезис. Диффузия в студнях. Реакции в студнях.
Эмульсии. Классификация и методы получения эмульсий, обращение фаз в эмульсиях. Практическое получение эмульсий. Стабилизация эмульсий. Классификация эмульгаторов. Жидкие и твердые эмульгаторы.
Пены. Методы получения и устойчивость пен. Устойчивость «черных» пленок. Кратность и время жизни пен. Пенообразователи. Теория пенообразования. Моющие вещества и теория моющего действия. Пенная флотация.
Аэрозоли. Особенности строения и свойств. Туманы. Дымы и пыль. Методы получения. Разрушение аэрозолей. Проблемы защиты атмосферы от загрязнения аэрозолями.
11. Реологические свойства дисперсных систем
Понятие о физико-химической механике и её основные задачи.
Развитие пространственных структур в дисперсных системах. Кристаллизационно-конденсационные и коагуляционные структуры. Природа контактов между элементами структуры. Связнодисперсные системы. Образование кристаллизационно-конденсационных дисперсных структур при выделении и срастании частиц новой фазы.
Основы реологии. Реологические свойства дисперсных систем. Уравнение Ньютона; уравнение Эйнштейна, причины аномалии вязкости дисперсных систем. Уравнение Бингама. Прочность дисперсных систем. Предельное напряжение сдвига. Природа упругости (высокоэластичности) дисперсных систем. Понятие о релаксации напряжения и упругом последействии. Реологические кривые течения.
Тиксотропия как обратимое восстановление коагуляционных структур после механического разрушения в процессе течения; зависимость эффективной вязкости от напряжения сдвига. Роль тиксотропии в биологии и технологических процессах.
Адсорбционное влияние среды на механические свойства (прочность и пластичность) твердых тел и материалов – эффект Ребиндера. Использование оптимального сочетания механических воздействий и физико-химических явлений на межфазных границах для управления структурой и механическими свойствами в процессах получения, обработки и эксплуатации материалов и в химико-технологических процессах с участием дисперсных фаз.
7. Список основной и дополнительной ЛИТЕРАТУРы
Основная
1. , , Подобаев физической и коллоидной химии. – М.: Просвещение, 1975.
2. Балезин по физической и коллоидной химии. – М., 1980.
3. Воюцкий коллоидной химии: Учеб. – М.: Химия, 1975. – 512 с.
4. Добычин и коллоидная химия: Учеб. пособие для студ. хим. и биол. спец. пед. ин-тов. – М.: Просвещение, 1986. – 463 с., ил.
5. , Фельдман по физической и коллоидной химии. – М.: Высш. шк., 1978.
6. Захарченко химия: Учеб. для мед. вузов. – М.: Высшая школа, 1974. – 216 с.
7. Зимон химия. Учебник для студентов. – М.: Агар, 2003. – с.
8. Фридрихсберг коллоидной химии: Учеб. – С.-П. Химия, 1995. – 400 с.
9. Фролов коллоидной химии: Учеб. – М.: Химия, 1989. – 462 с.
10. Щукин химия. Учбник для вузов./ , , . МГУ. – М.: Высшая школа, 2006. –
Дополнительная
1. Захарченко задач и упражнений по физической и коллоидной химии: Учеб. Пособ. – М.: Просвещение, 1978. – 175 с.
2. Зимон коллоидная химия: своеобразный мир частиц. – М.: Радэкон, 2000. – 192 с.
3. , Филько вопросов и задач по физической и коллоидной химии: Пособ. – М.: Просвещение, 1975.
4. Краткий справочник физико-химических величин. 9-е изд. / Под ред. А. А. Равделя и А. М. Пономаревой. – СПб.: Спец. литература, 1998. – 232 с., ил.
5. Практикум по коллоидной химии. Учебное пособие для технологических специальностей вузов./ Под редакцией . – СПб.: Издательство «Лань», 2005. – 256 с.
6. Расчеты и задачи по коллоидной химии./, , Кожевникова ред. . – М.: Высшая школа, 1989. – 288 с.
8. Требования к уровню освоения программы, виды текущего, промежуточного и итогового контроля
В результате изучения данной дисциплины студент должен:
иметь представление о современном состоянии и перспективах развития коллоидной химии, её месте в системе химических дисциплин и естествознании;
иметь представление об истории становления коллоидной химии, вкладе отечественных ученых в её развитие;
иметь представление о поверхностных явлениях и свойствах поверхностей раздела фаз;
иметь представление об органической устойчивости дисперсных систем;
иметь представление о значении коллоидной химии в природе и практической деятельности человека;
знать материал, определяемый данной программой;
знать основные закономерности адсорбции;
знать классификацию дисперсных систем;
знать термодинамику поверхностных явлений;
знать методы получения, очистки и исследования дисперсных систем;
знать мокекулярно-кинетические, оптические, электрические, реологические свойства дисперсных систем;
знать санитарные правила, правила и нормы охраны труда, правила техники безопасности и противопожарной защиты;
уметь находить необходимые данные в справочной литературе, в том числе табличные данные с помощью метода интерполяции, пользоваться предметным указателем учебников и учебных пособий;
уметь объяснять результаты опытов, свободно и правильно пользоваться химической терминологией;
уметь грамотно оформлять результаты лабораторных работ, правильно заполнять лабораторный журнал;
уметь применять теоретические знания для решения задач;
владеть техникой химического эксперимента;
владеть навыками работы на фотоэлектроколориметре;
владеть навыками работы на рН-метре;
владеть техникой титриметрического анализа;
владеть техникой взвешивания на электронных весах.
Текущий контроль за освоением программы осуществляется через проверку домашних заданий и отчётов по лабораторным работам, посредством контрольных работ, 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
8 Семестр
1. Определение, основные задачи и направления коллоидной химии. Классификация дисперсных систем (по степени дисперсности и агрегатным состояниям). Лиофильные и лиофобные системы; сходство и различия между ними и растворами и дисперсиями высокомолекулярных соединений. Краткий исторический обзор развития коллоидной химии. Значение коллоидной химии для биологии, геологии, медицины и других областей науки, и техники и сельского хозяйства.
2. Граница раздела фаз; ее силовое поле. Поверхностное натяжение (удельная свободная поверхностная или межфазная энергия) как характеристика этого поля; молекулярное давление. Основы термодинамики поверхностных явлений. Сгущение термодинамических функций в поверхностном слое. Влияние температуры на удельные термодинамические функции поверхностного слоя. Межфазное натяжение на поверхности раздела насыщенных растворов двух взаимно ограниченно растворимых жидкостей, правило Антонова.
3. Явления капиллярности и смачивания. Термодинамические условия смачивания и растекания (полного смачивания) на твердых и жидких поверхностях. Краевой угол, теплота смачивания. Избирательное смачивание. Лио-(гидро-)фильные и лио-(гидро-)фобные поверхности. Работа когезии и адгезии. Адгезия бактерий на твердых поверхностях.
4. Капиллярное давление. Закон Лапласа. Закон Томсона (Кельвина). Самопроизвольные процессы собирательной рекристаллизации, изотермической перегонки веществ, капиллярной конденсации пара в узких порах адсорбента. Роль капиллярных явлений в агротехнике и биологии.
5. Адсорбция из растворов на жидких и твердых поверхностях как самопроизвольное сгущение на границе раздела фаз массы компонентов, понижающих поверхностное (межфазное) натяжение. Поверхностная активность. Зависимость поверхностного натяжения от концентрации раствора ПАВ; уравнение Шишковского. Адсорбционное уравнение Гиббса и его применение. Правило Траубе-Дюкло.
6. Поверхностно-активные вещества (ПАВ), их классификация по молекулярному строению (анион-, катионактивные, амфолитные, неионогенные, низко - и высокомолекулярные) и по механизму действия (смачиватели, диспергаторы, стабилизаторы, моющие средства). Белки, ферменты, липиды, гликолипиды, липополипептиды – природные поверхностно-активные вещества (Био-ПАВ). Представление о гидрофильно-олеофильном балансе молекул ПАВ. Поверхностно-инактивные вещества.
7. Адсорбция газов на твердой поверхности. Понятие о физической адсорбции и хемосорбции. Работа, теплота и энтропия адсорбции. Изотермы адсорбции газов. Локализованная адсорбция газов на твердой поверхности по теории Ленгмюра. Потенциальная теория полимолекулярной адсорбции Поляни. Теория БЭТ. Адсорбционные методы определения удельной поверхности адсорбентов.
8. Закономерности молекулярной адсорбции из растворов. Правило уравнивания полярностей Ребиндера. Уравнение изотермы мономолекулярной адсорбции Ленгмюра. Связь с уравнением изотермы Шишковского. Адсорбционная активность ПАВ. Влияние адсорбционных слоев ПАВ на смачивание и адгезию, гидрофилизация и гидрофобизация поверхностей. Строение адсорбционных слоев низко - и высокомолекулярных ПАВ.
9. Двумерное состояние вещества в адсорбционном слое. Слои малорастворимых ПАВ на жидких поверхностях. Двумерное (поверхностное) давление. Уравнение двумерного состояния вещества. Методы определения молекулярных констант адсорбционных слоев поверхностно-активных веществ. Определение молекулярных масс белков с помощью весов Ленгмюра. Специфика двумерного состояния биополимеров. Коллапс монослоев – пример двухмерного фазового превращения. Ленгмюровские пленки на основе монослоев ПАВ как модели организованных структур.
10. Равновесие в лиофильных коллоидных системах. Критерий лиофильности по Ребиндеру и Щукину. Самопроизвольное диспергирование. Коллоидные свойства поверхностно-активных веществ. Мицеллообразование. Методы определения критической концентрации мицеллообразования (ККМ). Гидрофобные взаимодействия. Структура воды. Термодинамика гидрофобных взаимодействий. Бинарная фазовая диаграмма для системы вода/ПАВ. Мицеллообразование в мылах. Обращенные мицеллы ПАВ в неводных растворителях. Числа агрегации. Реакции в мицеллах и мицеллярный катализ.
11. Солюбилизация как коллоидно-химическое явление. Закономерности солюбилизации в мицеллах и глобулярных белках. Микроэмульсии. Теория фазового состояния. Взаимодействия и реакции в микроэмульсиях. Коллоидно-химические явления при эмульсионной полимеризации. Роль поверхностно-активных коллоидов – растворов солей желчных кислот в процессе ассимиляции жиров организмом.
12. Броуновское движение. Теория броуновского движения по Эйнштейну-Смолуховскому, экспериментальная проверка теории Перреном, Сведбергом, :Вавиловым. Диффузия в коллоидных системах. Уравнение Эйнштейна. Осмотические явления в коллоидных системах, их роль в биологических процессах.
13. Седиментация в дисперсных системах. Уравнение Сведберга-Одена. Седиментационно-диффузионное равновесие Перрена-Больцмана; время установления равновесия. Применение центрифуги и ультрацентрифуги (Думанский, Сведберг).
14. Рассеяние и поляризация света в коллоидных системах. Закон Рэлея и условия его применимости. Нерэллеевское рассеяние и поглощение света непроводящими и проводящими частицами. Окраска коллоидных систем. Окрашенные коллоидные растворы в природе и технике. Двойное лучепреломление в коллоидных системах.
15. Методы получения дисперсных систем: диспергирование, конденсация, пептизация. Методы очистки дисперсных систем: диализ, электродиализ, ультрафильтрация. Методы исследования дисперсных систем: нефелометрия, турбидометрия, ультрамикроскопия, электронная микроскопия, рентгенография и электронография.
16. Электрокинетические явления: электрофорез, электроосмос, потенциалы седиментации и протекания. Электрокапиллярные явления. Обессоливание воды методом электродиализа и обратного осмоса.
17. Современные представления о структуре двойного электрического слоя на границе раздела фаз. Электрокинетический потенциал. Строение мицелл в гидрофобных коллоидных системах. Правило Фаянса и Содди достройки кристаллической решетки. Уравнение Гельмгольца-Смолуховского для определения электро-осмотического (электрофоретического) переноса; методы определения электрокинетического потенциала.
18. Влияние индифферентных и неиндифферентных электролитов на электрокинетический потенциал и заряд коллоидных частиц. Перезарядка частиц. Состояние полиэлектролитов с одноименно заряженными группами в растворах. Амфолиты, белки, изоэлектрическое и изоионное состояния.
19. Агрегатная и седиментационная устойчивость дисперсных систем. Термодинамическая устойчивость лиофильных дисперсных систем. Условия самопроизвольного диспергирования. Молекулярные взаимодействия в дисперсных системах. Константы Гамакера. Потенциальная энергия взаимодействия частиц. Нарушение агрегатной устойчивости вследствие протекания самопроизвольных процессов: коагуляции, коалесценции, изотермической перегонки.
20. Факторы агрегативной устойчивости лиофобных дисперсных систем. Эффект Марангони-Гиббса как фактор стабилизации пленок, пен и эмульсий. Структурно-механический барьер по Ребиндеру как фактор сильной стабилизации. Стабилизирующее действие двойных диффузных слоев ионов, электростатическая составляющая расклинивающего давления. Теория устойчивости дисперсных систем по Дерягину-Ландау-Фервею и Овербеку.
21. Золи и суспензии. Коагуляция гидрофобных золей электролитами. Кинетика быстрой и медленной коагуляции по Смолуховскому. Основы современной теории коагуляции лиофобных золей электролитами. Правило Шульце-Гарди. Порог коагуляции. Критический потенциал. Пептизация. Взаимная коагуляция золей. Перезарядка золей. Устойчивость и коагуляция золей и суспензий в технологических процессах и в природе. Коагуляция в водных растворах полиэлектролитов. Высаливание белков при добавлении электролитов. Явление коацервации, ее роль в биологических процессах, в процессах фазоразделения. Микрокапсулирование.
22. Студни (гели). Классификация гелей. Теория строения. Методы получения. Желатинирование. факторы, влияющие на процесс желатинирования. Набухание гелей. Факторы, влияющие на набухание. Явление набухания в природе. Тиксотропия. Синерезис. Диффузия в студнях. Реакции в студнях.
23. Эмульсии. Классификация и методы получения эмульсий, обращение фаз в эмульсиях. Практическое получение эмульсий. Стабилизация эмульсий. Классификация эмульгаторов. Жидкие и твердые эмульгаторы.
24. Пены. Методы получения и устойчивость пен. Устойчивость «черных» пленок. Кратность и время жизни пен. Пенообразователи. Теория пенообразования. Моющие вещества и теория моющего действия. Пенная флотация. Аэрозоли. Особенности строения и свойств. Туманы. Дымы и пыль. Методы получения. Разрушение аэрозолей. Проблемы защиты атмосферы от загрязнения аэрозолями.
25. Понятие о физико-химической механике и её основные задачи. Развитие пространственных структур в дисперсных системах. Кристаллизационно-конденсационные и коагуляционные структуры. Природа контактов между элементами структуры. Связнодисперсные системы. Образование кристаллизационно-конденсационных дисперсных структур при выделении и срастании частиц новой фазы.
26. Основы реологии. Реологические свойства дисперсных систем. Уравнение Ньютона; уравнение Эйнштейна, причины аномалии вязкости дисперсных систем. Уравнение Бингама. Прочность дисперсных систем. Предельное напряжение сдвига. Природа упругости (высокоэластичности) дисперсных систем. Понятие о релаксации напряжения и упругом последействии. Реологические кривые течения.
27. Тиксотропия как обратимое восстановление коагуляционных структур после механического разрушения в процессе течения; зависимость эффективной вязкости от напряжения сдвига. Роль тиксотропии в биологии и технологических процессах.
28. Адсорбционное влияние среды на механические свойства (прочность и пластичность) твердых тел и материалов – эффект Ребиндера. Использование оптимального сочетания механических воздействий и физико-химических явлений на межфазных границах для управления структурой и механическими свойствами в процессах получения, обработки и эксплуатации материалов и в химико-технологических процессах с участием дисперсных фаз.
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 учебной дисциплины составлена на основании ГОС ВПО 2005 г. для специальности 050101 «Химия с дополнительной специальностью»
Программу составил:
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.
