Министерство образования и науки Республики
Казахстан
Казахский национальный технический университет имени
Институт высоких технологий и устойчивого развития
Кафедра прикладной химии
«Утверждаю»
директор института
__________
«_____» __________ 2014 г.
Программа курса (syllabus)
По дисциплине: Гетерогенные дисперсные системы
для специальности 6М072000-химическая технология органических веществ
Форма обучения дневная
Всего 3 кредита
Курс 1
Семестр 2
Лекций 30 часов
Лабораторные занятия 15 часов
Рубежный контроль 2
СРС 45 часов,
СРСП офисных 45 часов
Всего аудиторных часов 60 часов
Всего внеаудиторных часов 75 часов
Трудоемкость 135 часов
Экзамен «У» семестр 2
Алматы 2014
Программа курса разработана доцентом, к. х.н.
(разработчик: должность, ученая степень, звание, ФИО)
На основании рабочего учебного плана специальности (если дисциплина по выбору)
Программа рассмотрена на заседании кафедры прикладной химии
« 15 » 09 2014г. Протокол № 2
Зав. кафедрой
Программа рекомендована учебно-методическим Советом института ВТиУР
« 10 » 10 2014г. Протокол №1
Председатель
ВВЕДЕНИЕ
Кредитная система обучения существенным образом меняет работу преподавателей, ставит перед необходимостью постоянного их самосовершенствования, обеспечивая, прежде всего, более высокую качественную значимость самостоятельной работы студентов. Организация и управление познавательной деятельностью студентов, особенно на аудиторных занятиях, предполагает специальный комплекс методических и дидактических разработок.
В кредитной системе обучения предусматривается полный учет интересов обучающихся, обеспечение их образовательных потребностей, создание конкуренции между преподавателями, совершенствование и применение различных методов обучения, в том числе и улучшение качества учебно-методического обеспечения. Реализация социального заказа общества в образовательной системе предполагает создание и внедрение учебников и учебно-методических комплексов дисциплин студентов (УМК ДС) нового поколения.
Программа курса (syllabus) – основной учебно-методический документ, включающий в себя описание изучаемой дисциплины, цели и задачи дисциплины, краткое ее содержание, темы и продолжительность каждого занятия, задания самостоятельной работы, время консультации, требования преподавателя, критерии оценки, контрольно-измерительные средства и список литературы.
Цель преподавания дисциплины:
-создать теоретическую базу дляосвоения общетехнических специальных курсов;
- ориентировать на применение полученных знаний ддля решения технологических задач4
- приложить теорию дисперсных систем к охране окружающей среды и рациональному использованию полезных ископаемых.
Задачи дисциплины:
- создание основ теоретической подготовки для решения конкретных практических задач;
- форимирование научного мышления, в частности, правильного понимания границ примененимости различных коллоидно-химичсеких понятий, законов, теорий;
- понимание связи изменений окружающей среды с техногенным воздействием, аврийными ситуациями, решение проблемы охраны окружающей среды.
Пререквизиты:
Общая химия:
- строение атомов;
- химическая связь и строение молекул;
- классы неорганических соединений;
- окислительно-восстановительные реации;
- основные понятия о растворах неэлектролитов и электролитов.
Физика:
-основы термодинамики;
-законы постоянного тока;
- фазовые переходы;
- кинетическая теория газов;
-поверхностное натяжение;
-оптические свойства растворов.
Математика:
-дифференциальные исчисления;
-исследование функций с помощью производных;
-неопределенный и определенный интегралы;
-обыкновенные и дифференциальные уравнения;
-плоскость и прямая в пространстве.
Аналитическая химия:
-основы операции титриметричсекого метода анализа;
-адсорбционные индикаторы;
-физико-химические методы анализа.
Постреквизиты: общая химическая технология, основные процессы и аппараты химической технологии, физико-химические методы исследования органических веществ, технология производства и переработки полимеров и др.
Краткое описание: Коллоидная химия - это химия реальных тел. Она изучает неразрывно связанные между собой поверхностне явления и дисперсные системы, являясь одной из самых общих физико-химических основ прогрессивных технологии.
2. Система оценки знаний
В процессе обучения для всех курсов и по всем дисциплинам Казахского национального технического университета имени применяется рейтинговый контроль знаний студентов.
Рейтинг каждой дисциплины, которая включена в рабочий учебный план специальности, оценивается по 100 % шкале независимо от итогового контроля.
Виды контроля: текущий контроль, рубежный контроль, итоговый контроль (таблица 1).
Таблица 1
Распределение рейтинговых баллов по видам контроля
№ варианта | Вид итогового контроля | Виды контроля | Проценты |
1 | Экзамен | Итоговый контроль | 100 |
Рубежный контроль | 100 | ||
Текущий контроль | 100 |
Видами текущего контроля являются контрольные работы, рефераты, семестровые задания, коллоквиумы, выполнение лабораторных работ и др. К итоговому контролю относятся курсовой проект или курсовая работа и экзамен.
Сроки сдачи текущего контроля и определение по ним результатов учебного процесса регламентируется календарным графиком учебного процесса по дисциплине (таблица 2). Количество текущих контролей определяется содержанием дисциплины и ее объемом, которое указывается в учебно-методическом комплексе дисциплины.
Таблица 2
Календарный график сдачи всех видов контроля по дисциплине «Коллоидная химия»
Недели | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 |
Недельное количество контроля | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 2 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | |
Виды контроля | Л1 | Л2 | СР1 | Л3 КР1 | Л4 | СР2 | РК1 | Л5 | Л6 | КР2 | Л7 | Л8 | СР3 | РК2 | |
Виды контроля: Л – лабораторная работа; СР – самостоятельная работа; КР - контрольная работа; РК – рубежный контроль. |
Студент допускается к сдаче итогового контроля при наличии суммарного рейтингового балла 
30. Итоговый контроль считается сданным в случае набора 20 баллов. Итоговая оценка по дисциплине определяется по шкале (таблица 3).
Таблица 3
Оценка знаний студентов
Оценка | Буквенный эквивалент | Рейтинговый балл (в процентах %) | В баллах |
Отлично | А | 95-100 | 4 |
А- | 90-94 | 3,67 | |
Хорошо | В+ | 85-89 | 3,33 |
В | 80-84 | 3,0 | |
В- | 75-79 | 2,67 | |
Удовлетворительно | С+ | 70-74 | 2,33 |
С | 65-69 | 2,0 | |
С- | 60-64 | 1,67 | |
D+ | 55-59 | 1,33 | |
D | 50-54 | 1,0 | |
Неудовлетворительно | F | 0-49 | 0 |
3. Содержание дисциплины
Тематический план курса приведен в таблице 4.
Таблица 4. Распределение часов по видам занятий
№ | Название темы | Количество академических часов | |||
Лекции | Лабор. занятия | СРСП ауд./оф. | СРС | ||
1 | Введение. Классификация дисперсных систем. | 2 | - | 1/2 | 2 |
2 | Поверхностные явления. Поверхностное натяжение. | 2 | 2 | 1/2 | 3 |
3 | Поверхностное натяжение на границе трех фаз. | 2 | - | 1/2 | 3 |
4 | Адсорбция на границе раствор-газ. | 2 | 1 | 1/2 | 4 |
5 | Адсорбция на границе твердое тело-газ. | 2 | - | 1/2 | 4 |
6 | Полимолекулярная адсорбция. | 2 | - | 1/2 | 4 |
7 | Адсорбция на границе твердое тело-раствор. | 2 | 2 | 1/2 | 2 |
8 | Дисперсные системы, методы получения и очистки. | 2 | 2 | 1/2 | 2 |
9 | Молекулярно-кинетичесике свойства дисперсных систем. | 2 | 2 | 1/2 | 4 |
10 | Оптические свойства дисперсных систем. | 2 | 2 | 1/2 | 2 |
11 | Электрические свойства дисперсных систем. | 2 | - | 1/2 | 4 |
12 | Устойчивость и стабилизация дисперсных систем. | 2 | 1 | 1/2 | 2 |
13 | Коагуляция дисперсных систем. | 2 | 1 | 1/2 | 4 |
14 | Структурно-механические свойства дисперсных систем. | 2 | - | 1/2 | 2 |
15 | Микрогетерогенные системы. Мицеллярные системы. | 2 | 2 | 1/2 | 3 |
Всего (часов) | 30 | 15 | 15/30 | 45 |
Наименование тем лекционных занятий и их содержание
Таблица 5
№ | Цель лекции, основные разделы и краткое содержание | Часы |
1 | Введение. Классификация дисперсных систем. Предмет и задачи дисциплины «Физико-химия дисперсных систем», ее значение. Роль дисперсных систем и явлений в природе и технике. Основные особенности коллоидного состояния вещества. Классификация дисперсных систем. | 2 |
2 | Поверхностные явления. Поверхностное натяжение. Поверхностные натяжение как мера свободной энергии поверхности. Зависимость поверхностного натяжения от температуры, природы тел и концентрации растворов, методы его определения. | 2 |
3 | Поверхностные явления на границе трех фаз. Смачивание, несмачивание, растекание. Краевой угол смачивания. Условия растекания жидкостей. Когезия и адгезия. Уравнение Дюпре. Уравнение Юнга. Капиллярное давление. Поднятие жидкости по капилляру. Уравнение Томсона. | 2 |
4 | Адсорбция на границе раствор-газ. Изотерма адсорбции Гиббса. Поверхностная активность. Поверхностно-активные вещества. уравнения Шишковского. Правило Траубе. Строение и свойства адсорбционных слоев. Уравнение Лэнгмюра. | 2 |
5 | Адсорбция на границе твердое тело-газ. Физическая и химическая адсорбции. Теплоты адсорбции. Уравнение изотермы Фрейндлиха. Теория мономолекулярной адсорбции Лэнгмюра. Вывод и анализ уравнения Лэнгмюра. Определение постоянных уравнений Фрейндлиха и Лэнгмюра. | 2 |
6 | Полимолекулярная адсорбция. Теория полимолекулярной адсорбции БЭТ. Уравнение изотермы полимолекулярной адсорбции. Определение постоянных уравнения БЭТ, определение удельной активности поверхности адсорбента. Капиллярная конденсация. | 2 |
7 | Адсорбция на границе твердое тело-раствор. Молекулярная адсорбция из растворов. Правила Ребиндера. Гидрофильные и гидрофобные адсорбенты. Адсорбция ПАВ. Адсорбция электролитов: эквивалентная, специфическая. Правила пескова-Панета-Фаянса. Обменная адсорбция и ее значение. | 2 |
8 | Дисперсные системы, методы получения и очистки. Получение дисперсных систем: методы диспергирования и конденсации. Пептизация как метод получения золей. Самопрроизвольное диспергирование. Очистка золей: диализ, электродиализ, ультрафильтрация. | 2 |
9 | Молекулярно-кинетичесике свойства дисперсных систем. Осмотическое давление золей. Броуновское движение, его тепловая природа. Средний сдвиг. Диффузия. Связь между средним сдвигом и коэффициентом диффузии. Седиментационно-диффузионное равновесие; уравнение Лапласа-Перрена. | 2 |
10 | Оптические свойства дисперсных систем. Рассеяние и поглощение света в коллоидных системах. Формула Рэлея, ее анализ. Опалесценция. Оптическая плотность и уравнение Ламберта-Беера. Нефелометрия. Ультрамикроскопия. Определение размеров и формы коллиодных частиц оптическими методами. | 2 |
11 | Электрические свойства дисперсных систем. Электрокинетические явления: электрофорез, электроосмос, потенциал седиментации, потенциал течения. Образование двойного электрического слоя на поверхности частицы и его строение. Полный скачок потенциала, электрокинетический потенциал и его определение. Строение мицелл гидрозоля. | 2 |
12 | Устойчивость и стабилизация дисперсных систем. Агрегативная и седиментационая (кинетическая) устойчивости дисперсных систем. Электрический и структурно-механический факторы стабилизации. Теория устойчивости дисперсных систем ДЛФО. | 2 |
13 | Коагуляция дисперсных систем. Методы коагуляции. Коагуляция электролитами. Правила Шульце-Гарди. Порог (число) коагуляции. Гетрокоагуляция. Медленная и быстрая коагуляция. Теория кинетики коагуляции смолуховского. Старение дисперсных систем. | 2 |
14 | Структурно-механические свойства дисперсных систем. Структурообразование в дисперсных системах и влияние на него различных факторов. Коагуляционные и кристаллизационные структуры, тиксотропия и ее значение. Гели. Реологические свойтсва дисперсных систем. | 2 |
15 | Микрогетерогенные системы. Мицеллярные системы. Суспензии, их стабилизация. Флокуляция. Эмульсии, их классификация, стабилизация и разрушение. Строение мицелл ПАВ в водных растворах. Критическая концентарция мицеллоообразования. | 2 |
Наименование тем лабораторных занятий, их краткое содержание
Таблица 6
№ | Содержание лабораторных занятий и их краткий обзор | Часы |
1 | Определение поверхностного натяжения растворов и адсорбции на границе раздела раствор – воздух. | 2 |
2 | Определение адсорбции уксусной кислоты на поверхности угля. Построение изотермы адсорбции Фрейндлиха. Определение постоянных уравнения Фрейндлиха. | 2 |
3 | Нефелометрия. Определение концентрации раствора канифоли (золи) нефелометрическим методом. | 2 |
4 | Электрокинетические явления. Изучение зависимости скорости электроосмотического переноса жидкости от напряжения элемента. | 2 |
5 | Определение размеров частиц дисперсных систем турбидиметрическим методом с помощью спектрофотометра. | 2 |
6 | Получение дисперсных систем. Получение гидрозолей, растворов высокомолекулярных соединений, эмульсии. | 2 |
7 | Коагуляция дисперсных систем и защита от коагуляции. Определение порога коагуляции золя электролитом. | 2 |
8 | Определение критической концентрации мицеллообразования (ККМ) растворов ПАВ. | 1 |
Самостоятельная работа студентов под руководством преподавателя (СРСП)
Задания
1. Рассмотрение основных понятий коллоидной химии. Определение степени дисперсности частиц дисперсной фазы. Расчет удельной и суммарной поверхностей дисперсных частиц.
2. Определение поверхностного натяжения различными методами. Вычисление внутренней (полной) энергии поверхностного слоя.
3. Вычисление работы адгезии и когезии; коэффициента растекания. Определение капиллярного давления. Определение давления паров над каплями по уравнению Томсона.
4. Построение зависимости поверхностного натяжения от концентрации растворов. Определение поверхностной активности и адсорбции на границе раствор-газ.
5. Построение изотермы адсорбции Фрейндлиха. Определение постоянных уравнения графическим и аналитическими методами.
6. Построение изотермы адсорбции Лэнгмюра. Определение постоянных уравнения Лэнгмюра Г∞ и b.
7. Построение графика, соответствующего линейному уравнению полимолекулярной адсорбции БЭТ.
8. Ознакомление правилами Ребиндера, применение его для адсорбции ПАВ на твердых поверхностях. Установление особенностей адсорбции электролитов твердыми адсорбентами.
9. Рассмотрение методов получения дисперсных систем. Изучение способов очистки золей.
10. Определение среднего сдвига, коэффициента диффузии, осмотического давления дисперсных систем. Определение размеров частиц и скорости седиментации. Использование для расчетов гипосометрического уравнения.
11. Расчеты по уравнениям Рэлея и ламберта-Беера. Определение размеров и формы частиц оптическими методами (ультрамикроскопия и нефелометрия).
12. Определение электрокинетического потенциала и скоростей электрофореза и электроосмоса. Построение мицелл гидрозолей, полученных различными методами.
13. Определение порога коагуляции золя электролитами. Подбор наиболее эффективного коагулятора гидрозолей. Применение уравнения Смолуховского для описания кинетики коагуляции золей.
14. Установление влияния различных факторов на структурообразование в дисперсных системах. Изучение реологических кривых.
15. Рассмотрение отдельных представителей грубодиспресных систем: эмульсии, суспензии, аэрозолей, порошков, пен. Определение критической концентрации мицеллообразования в растворах ПАВ.
5 Содержание самостоятельной работы студента (СРС)
1. Предмет и задачи дисциплины «Коллоидная химия», ее объекты, их основные характеристики. Принципы классификации дисперсных систем. Определение дисперсности и удельной поверхности частиц.
2. Поверхностные явления в дисперсных системах. Причины возникновения поверхностного натяжения. Зависимость его от различных факторов: температуры, концентрации, природы тел. Определение поверхностной энергии. Методы определения поверхностного натяжения.
3. Поверхностные явления на границе трех фаз. Смачивание, несмачивание, растекание. Краевой угол смачивания. Капиллярные явления. Определение капиллярного давления, работы когезии и адгезии.
4. Адсорбция на границе раствор-газ. Поверхностно-активные и поверхностно-инактивные вещества. построение изотермы адсорбции Гиббса по зависимости поверхностного натяжения от концентрации. Уравнение Шишковского. Правило Траубе.
5. Адсорбция на границе твердое тело-газ. Зависимость адсорбции от давления (концентрации) газа и температуры. Изотерма адсорбции Фрейндлиха. Теория мономолекулярной адсорбции Лэнгмюра. Построение и анализ уравнения Лэнгмюра. Определение постоянных уравнения Лэнгмюра, их значение.
6. Полимолекулярная адсорбция. Определение постоянных уравнения БЭТ. Использование их для определения удельной активности поверхности адсорбента. Капиллярная конденсация, ее причины. Уравения Томсона.
7. Адсорбция растворенных веществ на твердой поверхности. Молекулярная адсорбция, практическое использование эмпирического правила Ребиндера. Гидрофильные и гидрофобные адсорбенты. Адсорбция электролитов: эквивалентная, специфическая, ионно-обменная. Примение правила пескова-Панета-Фаянса. Обменная адсорбция и ее значение.
8. Молекулярно-кинетичесике свойства дисперсных систем: осмотическое давление, диффузия, броуновское движение. Расчет среднего сдвига и коэффициента диффузии. Определение скорости седиментации, размеров частиц.
9. Оптические свойства дисперсных систем. Рассеяние и поглощение света. Применение уравнений Рэлея и Ламберта-Беера. Нефелометрия и ультрамикроскопия. Использовнаие их для определение размеров, формы и концентрации дисперсных частиц.
10. Электрические свойства дисперсных систем. Сущность и применение электрокинетических явлений. Строение двойного электрического слоя на поверхности частицы. Определение скорости электрофореза, электроосмоса, дзета-потенциала.
11. Получение дисперсных систем методами диспергирования и конденсации. Пептизация. Строение мицелл гидрозолей, полученных разными методами.
12. Устойчивость и стабилизация дисперсных систем. Агрегативная и седиментационая (кинетическая) устойчивости дисперсных систем, чем они обусловлены. Электрический и структурно-механический факторы стабилизации. Защитные коллоиды, их применение, механизм действия. Флокуляция.
13. Коагуляция дисперсных систем. Методы коагуляции. Старение золей. Подбор наиболее эффективного коагулятора золя согласно правилу Шульце-Гарди. Порог (число) коагуляции и его определени.
14. Структурно-механические свойства дисперсных систем. Причины возникновения структур в суспензиях и гидрозолях, факторы им благоприятствующие. Типы структур: коагуляционные и кристаллизационные их реологические свойства.
15. Отдельные представители микрогетерогенных систем, их особенности, методы получения, разрушения, практическое применение. Суспензии, эмульсии, аэрозоли, пены, твердые дисперсные системы. Образование и формы мицелл в растворах ПАВ. Определение критической концентарциимицеллоообразования.
График проведения занятий
Таблица 7
№ | Дата | Время | Наименование тем |
Лекции | |||
1 | Введение. Классификация дисперсных систем. | ||
2 | Поверхностные явления. Поверхностное натяжение. | ||
3 | Поверхностное натяжение на границе трех фаз. | ||
4 | Адсорбция на границе раствор-газ. | ||
5 | Адсорбция на границе твердое тело-газ. | ||
6 | Полимолекулярная адсорбция. | ||
7 | Адсорбция на границе твердое тело-раствор. | ||
8 | Дисперсные системы, методы получения и очистки. | ||
9 | Молекулярно-кинетичесике свойства дисперсных систем. | ||
10 | Оптические свойства дисперсных систем. | ||
11 | Электрические свойства дисперсных систем. | ||
12 | Устойчивость и стабилизация дисперсных систем. | ||
13 | Коагуляция дисперсных систем. | ||
14 | Структурно-механические свойства дисперсных систем. | ||
15 | Микрогетерогенные системы. Мицеллярные системы. | ||
Лабораторные занятия | |||
1 | Определение поверхностного натяжения растворов и адсорбции на границе раздела раствор – воздух. | ||
2 | Определение адсорбции уксусной кислоты на поверхности угля. Построение изотермы адсорбции Фрейндлиха. Определение постоянных уравнения Фрейндлиха. | ||
3 | Нефелометрия. Определение концентрации раствора канифоли (золи) нефелометрическим методом. | ||
4 | Электрокинетические явления. Изучение зависимости скорости электроосмотического переноса жидкости от напряжения элемента. | ||
5 | Определение размеров частиц дисперсных систем турбидиметрическим методом с помощью спектрофотометра. | ||
6 | Получение дисперсных систем. Получение гидрозолей, растворов высокомолекулярных соединений, эмульсии. | ||
7 | Коагуляция дисперсных систем и защита от коагуляции. Определение порога коагуляции золя электролитом. | ||
8 | Определение критической концентрации мицеллообразования (ККМ) растворов ПАВ. |
Учебно-методические материалы по дисциплине
Материал для обязательного изучения
1. Фридрихсберг коллоидной химии. – Л.: Химия, 1984. -368с. М.: Высшая школа,
2. Фролов коллоидной химии. – М.: Химия, 1982. – 341с.
3. Хмельницкий и коллоидная химия. – М.: Высшая школа, 1988. – 400с.
4. Лабораторные работы по коллоидной химии./ Под ред. Г и – М.: «Химия», 1986. – 216с.
Материал для дополнительного ознакомления
5. Воюцкий коллоидной химии. – М.: Химия, 1976. – 479с.
6. Захарченко химия. – М.: Высшая школа, 1989. – 238с.
7. Осадчая ЭФ. Дисперсные системы. Методические указания к практическим занятиям и самостоятельной работе студентов по коллоидной химии. – Алматы, КазНТУ, 1997. – 32с.
