Рабочая программа дисциплины Физические методы исследования (стр. 1 )

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Южный федеральный университет»

Химический факультет

УТВЕРЖДАЮ

Декан ______________

"_____"__________________20__ г.

Рабочая программа дисциплины

Физические методы исследования

специальность

020201 Фундаментальная и прикладная химия

Квалификация выпускника

Химик

Форма обучения

очная

Ростов-на-Дону, 2010

1.  Цели освоения дисциплины

Одной из главных проблем в химии являются идентификация и установление химического строения веществ. Если в прошлом это делалось лишь химическими методами, то в настоящее время для этого используются в основном физические методы исследования, поэтому главной целью данного курса является получение студентом основных сведений о физических методах исследования, необходимых при идентификации и изучении органических, неорганических и координационных соединений. В результате обучения студент должен хорошо ориентироваться в физических методах исследования, знать их возможности, сильные и слабые стороны, уметь применять их при решении стоящих перед ним задач.

Применяемые для идентификации веществ и их химического строения физические методы весьма разнообразны. Важной тенденцией в развитии методов является их комплексное использование, так как каждый из них имеет свои возможности и ограничения. Наиболее эффективно используемыми и доступными физическими методами исследования являются ИК, УФ, ЯМР и ЭПР спектроскопия, масс спектрометрия, а также определение электрических дипольных моментов.

2.  Место дисциплины в структуре ООП специалитета

Дисциплина “Физические методы исследования ” представляет собой одну из главных фундаментальных составляющих базовой части профессионального цикла дисциплин ООП специалистов-химиков. Использование физических методов позволяет исследовать основные вопросы теории химического строения, такие, как последовательность и кратность химических связей, структурная, оптическая и конформационная изомерия, координационное число атомов, взаимное влияние атомов и групп атомов в молекуле, энергетические, электрические и другие молекулярные характеристики, промежуточные продукты и механизмы реакций и т. д. Кроме того, интерес представляет не только состав вещества и химическое строение его молекул, но и его физико-химические свойства, в свою очередь связанные с химическим строением и способствующие его установлению. Примером таких свойств может служить фотохромизм и люминесценция, магнитная восприимчивость и поляризуемость. Многие из физико-химических методов используются также в аналитических целях, при изучении различных равновесий, кинетики и механизмов химических реакций и т. п. Развитие химии невозможно без широкого использования в химических исследованиях современных физических методов изучения новых веществ.

В этой связи знакомству с данным курсом должно предшествовать овладение такими фундаментальными дисциплинами цикла математических и естественно-научных дисциплин, как математика, физика, строение вещества, вычислительные методы в химии. При изучении курса основное внимание должно быть уделено аудиторному лекционному материалу и практическим занятиям, на которых проводится решение типовых задач по вопросам, связанным с тематикой курса.

3.  Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины

Прослушавший курс должен частично обладать следующими общекультурными компетенциями (ОК):

способен понимать и анализировать мировоззренческие, социально и личностно значимые философские проблемы (ОК-3);

способен к осуществлению просветительной и воспитательной деятельности в сфере публичной и частной жизни, владеет методами пропаганды научных достижений (ОК-4);

умеет логически верно, аргументировано и ясно строить устную и письменную речь, владеет развитой письменной и устной коммуникацией, включая иноязычную культуру (ОК-6);

владеет одним из иностранных языков (преимущественно английским) на уровне чтения научной литературы и навыков разговорной речи (ОК-7)

умеет работать с компьютером на уровне пользователя и способен применять навыки работы с компьютерами как в социальной сфере, так и в области познавательной и профессиональной деятельности (ОК-8);

владеет основными методами, способами и средствами получения, хранения, переработки информации, имеет навыки работы с компьютером, как средством управления информацией (ОК-10);

способен использовать в профессиональной деятельности базовые знания в области информатики и современных информационных технологий, имеет навыки использования программных средств и работы в компьютерных сетях, умеет создавать базы специальных данных и использовать ресурсы сети Интернет (ОК-11);

способен определять и анализировать проблемы, планировать стратегию их решения (ОК-14);

способен самостоятельно применять методы и средства познания, обучения и самоконтроля для приобретения новых знаний и умений, в том числе в новых областях, непосредственно не связанных со сферой деятельности (ОК-15);

способен в условиях развития науки и техники к критической переоценке накопленного опыта и творческому анализу своих возможностей (ОК-16);

Прослушавший курс должен частично обладать следующими профессиональными компетенциями (ПК):

способен использовать в познавательной и профессиональной деятельности базовые знания в области математики и естественных наук (ПК-3);

использует основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применяет методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ПК-4);

понимает необходимость и способен приобретать новые знания с использованием современных научных методов и владеет ими на уровне, необходимом для решения задач, имеющих естественнонаучное содержание и возникающих при выполнении профессиональных функций (ПК-7);

понимает принципы работы и умеет работать на современной научной аппаратуре при проведении научных исследований (ПК-9);

владеет современными компьютерными технологиями, применяемыми при обработке результатов научных экспериментов и сборе, обработке, хранении и передачи информации при проведении самостоятельных научных исследований, свободно владеет ими при проведении самостоятельных научных исследований (ПК-10);

знает основы теории фундаментальных разделов химии (прежде всего неорганической, аналитической, органической, физической, химии высокомолекулярных соединений, химии биологических объектов, химической технологии) (ПК-11);

умеет применять основные законы химии при обсуждении полученных результатов, в том числе с привлечением информационных баз данных (ПК-12);

владеет навыками химического эксперимента, основными синтетическими и аналитическими методами получения и исследования химических веществ и реакций (ПК-13);

владеет методами регистрации и обработки результатов химических экспериментов (ПК - 15);

В результате освоения дисциплины обучающийся должен:

Знать:

1.  Основные принципы классификации физических методов исследования,

2.  Общую характеристику спектральных, дифракционных, электрических и магнитных методов,

3.  Иметь представление о чувствительности и разрешающей способности метода, о характеристическом времени метода.

4.  Природу электрического дипольного момента, теоретические основы, практические возможности и ограничения методов колебательной спектроскопии: ИК спектроскопии и спектроскопии КР, основные понятия о природе электронных спектров и их связи со строением органических и комплексных соединений, а также сведения необходимые для применения электронной спектроскопии при структурных исследованиях веществ, физические основы ядерного магнитного резонанса.

Уметь:

Интерпретировать и грамотно оценивать экспериментальные данные, идентифицировать вещества по их ЯМР спектрам, принципы электронного парамагнитного резонанса, при решении задач по применению методов определения электрических дипольных моментов молекул, ИК-, УФ-, ЯМР - и ЭПР- спектроскопии для определения структуры соединений осознавать особенности, возможности и ограничения этих методов.

Владеть

Экспериментальными и теоретическими методами определения электрического дипольного момента, аппаратурным оснащением метода и условиями проведения эксперимента, практическим применением и техникой электронной спектроскопии, ЯМР и ЭПР спектроскопии.

4.  Структура и содержание дисциплины

Общая трудоемкость дисциплины составляет 3 зачетных единиц 108 часов.

№ П/п	Раздел Дисциплины	Семестр	Неделя семестра	Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и трудоемкость (в часах)	Формы текущего контроля успеваемости (по неделям семестра) Форма итоговой аттестации - зачёт
Лек-ции	Практ.	Лабор.	Самост
1	Введение. Общая характеристика и классификация физических методов исследования.	8	1	2	2		2	Коллоквиум
2	Метод электрических дипольных моментов молекул. Основы теории.	8	2	2	2		2	Коллоквиум
3	Экспериментальные методы определения электрических дипольных моментов молекул. Расчетный аппарат метода дипольных моментов	8	3	2	2		2	Коллоквиум, контрольная работа
4	Методы колебательной спектроскопии. Инфракрасные (ИК) спектры и спектры комбинационного рассеяния (КР).	8	4	2	2		2	Коллоквиум
5	Нормально-координатный анализ и концепция характеристических колебаний в методе ИК спектроскопии.	8	5	2	2		2	Коллоквиум
6	Примеры структурного анализа органических и координационных соединений в методе ИК спектроскопии.	8	6	2	2		2	Коллоквиум, контрольная работа
7	Методы электронной спектроскопии. Спектроскопия в видимой и ультрафиолетовой (УФ) областях. Концепция хромофоров и ауксохромов.	8	7	2	2		2	Коллоквиум
8	Примеры структурного анализа органических соединений в методе электронной спектроскопии.	8	8	2	2		2	Коллоквиум
9	Электронная спектроскопия координационных соединений. Часть I. Приближение теории кристаллического поля.	8	9	2	2		2	Коллоквиум
10	Электронная спектроскопия координационных соединений. Часть II. Приближение теории поля лигандов.	8	10	2	2		2	Коллоквиум, контрольная работа
11	Метод ЯМР спектроскопии. Теоретико-экспериментальные основы метода.	8	11	2	2		2	Коллоквиум
12	Метод ЯМР спектроскопии. Химическое экранирование и относительный химический сдвиг.	8	12	2	2		2	Коллоквиум
13	Спектры ЯМР нулевого, первого и более высоких порядков. Взаимосвязь данных, получаемых из эксперимента, и результатов квантово-химических расчетов.	8	13	2	2		2	Коллоквиум
14	Динамические эффекты в методе спектроскопии ЯМР. Конформационный и химический обмен.	8	14	2	2		2	Коллоквиум, контрольная работа
15	Примеры структурного анализа органических соединений в методе ЯМР спектроскопии.	8	15	2	2		2	Коллоквиум
16	Теоретико-экспериментальные основы метода ЭПР спектроскопии.	8	16	2	2		2	Коллоквиум
17	Теоретико-экспериментальные основы рентгеноструктурного анализа	8	17	2	2		2	Коллоквиум
18	Рентгеновская EXAFS и XANES спектроскопия-новый метод определения структуры неорганических и координационных соединений.	8	18	2	2		2	Коллоквиум
Всего часов	36	36		36

4. 1 Содержание курса