МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Федеральное государственное бюджетное общеобразовательное учреждение
высшего профессионального образования
«МАЙКОПСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Факультет технологический
Кафедра физической химии_и физики
УТВЕРЖДАЮ
Проректор по учебной работе
_______________
«____»_____________20___г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
по дисциплине ЕН. Ф.04.03 Физическая и коллоидная химия
по специальности 110201 Агрономия
Факультет аграрных технологий_________________________________________________
МАЙКОП
Рабочая программа составлена на основании ГОС ВПО
Специальности (направления) Агрономия
и учебного плана МГТУ
Составители программы
__Доцент, к. х.н., доцент_____ ___________ _________
(должность, ученое звание, степень) (подпись) (Ф. И.О.)
Рабочая программа утверждена на заседании кафедры _______________________________
_________физической химии_и физики ______________________________________
(наименование кафедры)
Заведующая кафедрой
«__»__________20 г. ______________ ____
(подпись) (Ф. И.О.)
Одобрено научно-методической комиссией факультета (где осуществляется обучение) «___»_______20_г.
Председатель
научно-методического
совета специальности _________ ______________
(где осуществляется обучение) (подпись) (Ф. И.О.)
Декан факультета
(где осуществляется обучение)
(подпись) (Ф. И.О.)
СОГЛАСОВАНО:
Начальник УМУ __________ _
«__»__________20_г. (подпись) (Ф. И.О.)
Зав. выпускающей кафедрой
по специальности _________
(подпись) (Ф. И.О.)
«___»__________20__г.
1. Цели и задачи учебной дисциплины, ее место в учебном процессе
1.1. Цели и задачи изучения дисциплины
Знание и практическое использование законов физической и коллоидной химии способствует рациональному развитию технического прогресса который не возможен без оценки влияния новых технологий.
Основные задачи изучения дисциплины:
1. Студент должен знать:
- основные понятия и законы теоретического раздела курса физической и коллоидной химии;
- технику безопасности и требования при работе в лаборатории физической и коллоидной химии.
2. Студент должен уметь:
- пользоваться методическими разработками для проведения лабораторных работ;
- на основе теоретических знаний и практических навыков провести экспериментальную часть лабораторных работ.
3. Студент должен приобрести навыки:
- проведения экспериментальной части лабораторных работ;
- обработки экспериментальной части лабораторных работ;
- выполнения соответствующих выводов и заключений по проделанной лабораторной работе.
1.2 Краткая характеристика дисциплины, ее место в учебном процессе
Физическая и коллоидная химия – это наука, посвященная изучению теории строения и свойств различных веществ, теоретических основ различных химических явлений и процессов, имеющих практическое значение при подготовке студентов аграрного факультета. Курс физической и коллоидной химии включает следующие разделы: агрегатные состояния веществ, химическая термодинамика, кинетика химических процессов, молекулярные Растворы, растворы электролитов, электродные процессы, поверхностные явления. Значение и практическое использование законов физической и коллоидной химии способствует рациональному развитию будущего специалиста.
Использование лабораторного практикума дает возможность осуществлять дифференциальный подход в изучении курса физической и коллоидной химии. Важно, чтобы сведения, полученные на лабораторной практике, были тесно связаны с теоретически изучаемым материалом, дополняли друг друга и способствовали улучшению усвоения курса.
Важное значение в подготовке специалистов по агрономии является изучении разделов физической и коллоидной химии: агрегатные состояния веществ, химическая термодинамика, термохимия, кинетика химических процессов, молекулярные растворы, растворы электролитов, электродные процессы, поверхностные явления. Данные разделы дают возможность правильного подхода к различным технологическим процессам, созданию безотходных технологий, рациональное использование сырья.
Раздел 1. «Агрегатные состояния веществ» - дает краткую характеристику состояния вещества в зависимости от внешних условий (температуры и давления), а также плазменного состояния вещества.
«Химическая термодинамика» – рассматривает три закона термодинамики, изменение внутренней энергии и энтальпии, закон Гесса и его следствия, гомогенное и гетерогенное равновесие и его смещение, а также использование законов термохимии при изучении вопросов почвоведения.
Раздел 2. «Кинетика химических процессов». Результаты исследования кинетики химических реакций используются для расчета технологических процессов производства сельскохозяйственных удобрений, а также для установления механизма других химических реакций связанных с сельским хозяйством.
Раздел 3. «Молекулярные растворы». Рассматривает вопросы термодинамики идеальных и реальных растворов, закон Рауля, законы Коновалова и Вант Гоффа, а также использование знаний по данному разделу в биохимии молока, мяса и характеристика других различных растворов пищевой продукции, определение концентраций.
Раздел 4. «Растворы электролитов». Отклонение свойств растворов от законов Рауля и Вант Гоффа, изотонический коэффициент. Данный раздел помогает в изучении вопросов агрохимии и влиянии различных электролитов на агрохимический состав почв.
Раздел 5. «Электродные процессы». Электролиз и использование электродных процессов для получения чистых веществ, а также применение в технологических процессах производства сельскохозяйственных продуктов.
Раздел 6. «Общая характеристика дисперсных систем» дает возможность изучить методы получения дисперсных систем, понятие о кинетической и агрегативной устойчивости и коагуляция, а также использование знаний данного раздела в технологии производства сельскохозяйственной продукции и контроля его качества.
1.3. Связь с предшествующими дисциплинами
Для освоения курса физической и коллоидной химии необходимы знания, полученные на предыдущих курсах. Общая и неорганическая химия является базисной наукой в освоении курса физической и коллоидной химии, так как занимается изучением следующих вопросов: строением атома, уравнения химических реакций, растворы, гидраты и кристаллогидраты, теория электролитической диссоциации, реакции ионного обмена, современные представления о кислотах и основаниях, важнейшие классы неорганических соединений, связь между классами неорганических соединений.
Органическая химия позволяет познакомиться с классами органических соединений. Через органическую химию, изучающую процесс усложнения углеродных соединений, она связана и с физической химией – наукой изучающей физико-химические явления органических веществ.
Аналитическая химия – наука о методах анализа. В широком смысле слова аналитическая химия является наукой о методах не только анализа состава анализируемого вещества, но и о методах всестороннего химического исследования веществ, окружающих нас на земле и доступных нашему наблюдению планетах. Аналитическая химия, позволяющая решить задачи выяснения природы исследуемого продукта, т. е. установление органического или неорганического происхождения данное вещество помогает решить вопрос физико-химических свойств вещества.
Физика и математика являются науками без которых на данном этапе невозможен процесс изучения физической химии. Математика играет важную роль в развитии экономики, сельского хозяйства, биологии, медицине, но она также является базисной наукой в развитии физической химии. К математическим методам прибегают в тех случаях, когда требуется изучить распределение большой совокупности предметов или явлений по некоторому признаку, обработка экспериментальных данных.
1.4. Связь с последующими дисциплинами
На знаниях полученных по курсу физической и коллоидной химии, основываются следующие разделы курсов:
– пищевая химия
– биохимия
– общая технология
– биотехнология
– микробиология
2. Распределение учебных занятий по семестрам
Распределение часов по семестрам Таблица 1
Номер семестра | Учебные занятия | Форма итоговой аттестации (зачет, экзамен) | Количество часов в неделю | Форма обучения | |||||||
Общий объем | Аудиторные | СРС | лекции | Практические | лабораторные | ||||||
всего | лекции | практические | лабораторные | ||||||||
III | 120 | 51 | 17 | 34 | 69 | экзамен | 1 | 3 | ОФО | ||
IV | 120 | 12 | 6 | 6 | 108 | экзамен | ЗФО |
3. Содержание дисциплины
3.1. Наименование тем, их содержание, объем в часах лекционных занятий
Таблица 2
Порядковый номер лекции | Раздел, тема учебного курса, содержание лекции | Количество часов ОФО | Количество часов ЗФО |
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. | Раздел 1.ТЕРМОДИНАМИКА Тема 1.1 Предмет, задачи и разделы физической химии. Основные понятия и определения термодинамики. Первый закон термодинамики. 1.1.1. Введение. Предмет, содержание разделов курса физической и коллоидной химии. 1.1.2. Основные понятия: система, виды систем, параметры и функции состояния. 1.1.3. Первый закон термодинамики. Тема 1.2. Изопроцессы. Работа изопроцессов. агрегатные состояния веществ. Газовые законы. 1.2.1. Понятие изопроцессов. Определение работы изопроцессов. 1.2.2. Характеристика идеального и реальных газов. Газовые законы. Графическое изображение изохоры, изобары, изотермы. 1.2.3. Уравнение состояния идеального газа. свойства газов при высоких температурах. Плазма. 1.2.4. Решение задач Применение физико-химических законов в пищевой промышленности. Тема 1.3. Цикл Карно. КПД цикла Карно. II закон термодинамики. Энтропия. Закон Больцмана. 1.3.1. Этапы цикла Карно. Определение работы каждого из четырех этапов. (II закон термодинамики). 1.3.2. Определение эффективности работы паровых машин, работающих на водяном и ртутном паре. 1.3.3. Понятие энтропии. Статистический смысл II закона термодинамики (закон Больцмана). 1.3.4. решение задач Тема 1.4. Закон Гесса и его следствия. Энтальпия 1.4.1. Тепловой эффект химической реакции. Следствия закона Гесса (закон Лавуазье-Лапласа). 1.4.2. Расчет тепловых эффектов химических процессов. 1.4.3. Зависимость тепловых эффектов от температуры. 1.4.4. Химический потенциал. 1.4.5. решение задач Раздел 2. КИНЕТИКА ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ Тема 1.5. Закон действующих масс. Химическое равновесие. 1.5.1. Обратимые реакции. Закон действующих масс. 1.5.2. Определение скорости химической реакции 1.5.3. Гомогенное, гетерогенное равновесие (принцип Ле Шателье). 1.5.4. Правило фаз. 1.5.5. Понятия фаза, компонент, вариантность системы, число степеней свободы. 1.5.6. Диаграммы состояния воды и серы. 1.5.7. решение задач Раздел 3. МОЛЕКУЛЯРНЫЕ РАСТВОРЫ Тема 1.6. Идеальные и реальные растворы. Свойства разбавленных растворов. 1.6.1. Термодинамика идеальных и реальных растворов. Закон Рауля для растворов неэлектролитов. 1.6.2. I и II законы Коновалова. Осмос закон Вант-Гоффа. 1.6.3. Диаграммы Рпара – состав, Ткип – состав. Отклонения свойств растворов от законов Рауля и Вант Гоффа. 1.6.4. Понижение температуры замерзания, повышение температуры кипения разбавленных растворов. Криоскопия, эбуллиоскопия. Раздел 4. РАСТВОРЫ ЭЛЕКТРОЛИТОВ Тема 1.7. Растворы электролитов. 1.7.1. Растворы электролитов. Изотонический коэффициент. Физико-химические свойства растворов и технология. 1.7.2. Основы теории электролитической диссоциации. Слабые и сильные электролиты. 1. 7.3. Отклонения от законов Вант-Гоффа и Рауля в растворах электролитов. 1.7.4. Электропроводность растворов. Удельная электропроводность. 1.7.5. Эквивалентная электропроводность. 1.7.6. Практическое применение электропроводности в технике и технологии. 1.7.7. решение задач Раздел 5. ЭЛЕКТРОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ Тема 1.8. Электродные процессы. Гальванические элементы. 1.8.1 Гальванический элемент и электролизер. 1.8.2. Равновесные электродные потенциалы. Двойной электрический слой. 1.8.3. Классификация электродов и электрохимических цепей. 1.8.4.. Электролиз. I и II законы Фарадея. 1.8.5. решение задач Раздел 6. ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ Тема 1.9. Обшая характеристика дисперсных систем. Методы получения дисперсных систем. 1.9.1. Характеристика дисперсных систем. Классификация дисперсных систем по межфазному взаимодействию, дисперсности, по агрегатному состоянию дисперсной фазы и дисперсионной среде. 1.9.2. Методы получения дисперсных систем. Тема 2. Общие понятия о коагуляции и седиментации дисперсных систем. Устойчивость дисперсных систем. 2.1. Коагуляция коллоидных растворов электролитами. 2.2. Понятие кинетической и агрегативной устойчивости. Тема 2.1. Оптические явления в дисперсных системах. 2.1.1. Рассеяние, поглощение света в коллоидных системах. Эффект Тиндаля. Закон Бугера - Ламберта – Бера. 2.1.2. Ультра – и электронная микроскопия, нефелометрия их значение для изучения коллоидных систем. Практическая роль в специальности. | 2 2 2 2 1 2 2 1 1 1 1 | 1 1 1 1 1 1 |
3.2 Практические (семинарские) занятия, их наименование, содержание и объем в часах
Семинарские занятия учебным планом не предусмотрены.
3.3 Лабораторные занятия, их наименование и объем в часах
Таблица 3
Номер лабор. работы | Наименование лабораторной работы | Раздел, тема лекционного курса | Объем часов ОФО | Объем часов ЗФО |
1 | 2 | 3 | 4 | |
1. | Гомогенное, гетерогенное равновесие | Раздел 1, тема 1.5 | 2 | 2 |
2. | Определение порядка реакции методом начальных концентраций | Раздел 1, тема 1.5 | 2 | |
3. | Перегонка растворов из неограниченно смешивающихся жидкостей | Раздел 3, тема 1.6 | 4 | |
4. | Определение константы скорости химических реакций | Раздел 2, тема 1.5 | 2 | |
5. | Ознакомление с рефрактометрическим методом установления строения молекул и определения количественного состава смеси | Раздел 6, тема 1.5 | 4 | |
6. | Электролиз | Раздел 5, тема 1.8 | 4 | 2 |
7. | Вязкость | Раздел 6, тема 1.5 | 4 | |
8. | Электропроводность | Раздел 4, тема 1.7 | 4 | |
9. | Дисперсные и коллоидные системы. Коллоидные растворы. | Раздел 6, тема 1.9.1 | 4 | 2 |
10. | Поверхностные явления. Адсорбция | Раздел 6, тема 1.9 | 4 |
3.4 Содержание и объем самостоятельной работы студентов
Таблица 4
Разделы и темы рабочей программы самостоятельного изучения | Перечень домашних заданий и других вопросов для самостоятельного изучения | Сроки выполнения | Объем часов ОФО | Объем часов ЗФО |
1 | 2 | 3 | 4 | |
Раздел 1, тема1.1 | Предмет, задачи и разделы физической химии. Основные понятия и определения термодинамики. Первый закон термодинамики. | Сентябрь | 4 | 8 |
Раздел 1, тема1.2 | Изопроцессы. Работа изопроцессов. агрегатные состояния веществ. Газовые законы. | Сентябрь | 7 | 8 |
Раздел 1, тема1.3 | Цикл Карно. КПД цикла Карно. II закон термодинамики. Энтропия. Закон Больцмана. | Октябрь | 4 | 8 |
Раздел 1, тема1.4 | Закон Гесса и его следствия. Энтальпия | Октябрь | 8 | 10 |
Раздел 2, тема1.5 | Закон действующих масс. Химическое равновесие. | Октябрь | 8 | 10 |
Раздел 3, тема1.6 | Идеальные и реальные растворы. Свойства разбавленных растворов. | Ноябрь | 8 | 10 |
Раздел 3, тема1.7 | Растворы электролитов. | Ноябрь | 8 | 10 |
Раздел 5, тема1.8 | Электродные процессы. Гальванические элементы. | Ноябрь | 6 | 10 |
Раздел 6, тема 1.9 | Поверхностные явления. | Декабрь | 6 | 10 |
Раздел 6, тема 2.1 | Общие понятия о коагуляции и седиментации дисперсных систем. Устойчивость дисперсных систем. | Декабрь | 4 | 10 |
Раздел 6, тема 2.1 | Оптические явления в дисперсных системах. | Декабрь | 6 | 14 |
3.5 курсовой проект (работа), его характеристика и трудоемкость, примерная тематика
Курсовой проект учебным планом не предусмотрен.
4. Учебно-методические материалы по дисциплине
4.1 Основная и дополнительная литература
Основная литература
1. Физическая и коллоидная химия: учебник для студентов вузов / [ и др.]; под ред. . - М.: ГЭОТАР-Медиа, 20с.
2. Мягченков, явления и дисперсные системы : учеб. пособие для студентов вузов / . - М.: КолосС, 20с.
Дополнительная литература
1. Семенов, труды. В 4 т. Т. 2: Горение и взрыв / . - М.: Наука, 20с.
2. Семенов, труды. В 4 т. Т. 1. Кн. 1: Цепные реакции / . - М. : Наука, 20с.
5. Вопросы к экзамену
1. Предмет, задачи и разделы физической химии.
2. Основные понятия и определения термодинамики: термодинамическая система, виды систем, состояние системы, параметры, уравнения состояния, функции состояния.
3. I закон термодинамики.
4. Теплоемкость Сv и Сp. Калорические коэффициенты.
5. Изопроцессы. Законы идеальных газов. Работа изопроцессов.
6. Цикл Карно. КПД цикла Карно.
7. Теоремы Карно-Клаузиуса.
8. Основные законы термохимии: Закон Гесса и его следствия. Закон Лавуазье-Лапласа.
9. Теплоты реакций Qp и Qv.
10. Стандартная энтальпия образования вещества. Закон Кирхгофа.
11. Второе начало термодинамики.
12. Энтропия. Физический смысл. Постулат Планка.
13. Методы вычисления энтропии в равновесных системах:
14. Статистический характер энтропии. Уравнение Больцмана.
15. Термодинамические потенциалы Гиббса и Гельмгольца.
16. Понятие равновесия. Смещение равновесия. Принцип Ле Шателье –Брауна.
17. Фазовые переходы I и I I рода.
18. Уравнение Клапейрона – Клаузиуса.
19. Константа равновесия. Реакция Бекетова.
20. Химический потенциал. Условия равновесия.
21. Химическая переменная.
22. Гетерогенное равновесие. Правило фаз Гиббса. Компоненты и независимые составляющие систем.
23. Диаграммы состояния веществ и правило фаз (вещества типа воды и типа серы).
24. Термодинамический вывод закона действующих масс.
25. Растворы. Идеальные и реальные растворы.
26. Растворимость газов в газах.
27. Растворимость жидкостей в жидкостях.
28. Давление насыщенного пара над растворами. Закон Рауля. Закон Рауля-Генри.
29. Диаграммы Pпара состав, tкип. Состав.
30. I закон Коновалова, I I закон Коновалова.
31. Отклонения от закона Рауля. Положительные и отрицательные отклонения от закона Рауля. Примеры систем.
32. Следствия закона Рауля. Эбулиоскопия и криоскопия.
33. Осмотическое давление в растворах. Закон Вант - Гоффа.
34. Отклонение свойств растворов электролитов от законов Рауля и Вант-Гоффа.
35. Теории электролитической диссоциации.
36. Изотонический коэффициент, степень диссоциации.
37. Электропроводность.
38. Подвижность ионов. Закон Кольрауша.
39. Классификация дисперсных систем.
40. Состав мицеллы.
41. Методы получения дисперсных систем.
42. Кинетика коагуляции. Коагуляция коллоидных растворов электролитами.
43. Дисперсный анализ. Оптические и молекулярно- кинетические свойства дисперсных систем.
44. Характеристика дисперсной фазы: численная, объемная и массовая концентрации.
45. Кинетическая и агрегативная устойчивость.
Основные порталы (построено редакторами)