Рабочая программа учебной дисциплины “Физическая и коллоидная химия” (стр. 2 )

Таблица 3

Название учебной дисциплины	Знать	Уметь
Дисциплины, предшествующие по учебному плану
Высшая математика	Основы дифференциального и интегрального исчисления	Дифференцировать, интегрировать
Физика	Систему единиц СИ, основные понятия термодинамики, электростатики, оптики	Применять систему СИ, характеризовать явления на основе законов физики
Неорганическая химия	Основные понятия и термины общей химии: строение атома, химические связи, классы и основные свойства химических веществ, взаимосвязи между выражениями для концентрации вещества.	Характеризовать и классифицировать химические элементы и соединения по химическим свойствам и реакциям, готовить растворы нужной концентрации.
Органическая химия	Терминологию, основные понятия, законы и принципы органической химии, а также классификацию органических веществ и механизмы типичных реакций между ними.	Характеризовать и классифицировать органические соединения по химическим свойствам и реакциям. Описывать механизмы типичных реакций между органическими соединениями.
Аналитическая химия	Принципы качественного и количественного химического анализа.	Выполнить качественный анализ вещества и количественные определения методами титрования
Последующие дисциплины учебного плана
Физико-химические методы анализа	Основные понятия, законы и методы исследований в физической химии	Применять методы физической химии к исследованиям пищевых продуктов
Биохимия	Основные понятия, законы и методы исследований в физической химии	Применять методы физической химии к исследованиям пищевых продуктов
Специальные дисциплины технологического направления:	Основные понятия, законы и методы исследований в физической химии	Применять методы физической химии к исследованиям пищевых продуктов

Разделы, составляющие ядро курса и распределение часов по темам и основным видам занятий приведено в таблице 4.

Таблица 4

Раздел курса	Лекции	Лабораторные работы
Физическая химия (семестр 3)
Введение. Агрегатное состояние вещества	2	-
1. Химическая термодинамика и химическое равновесие	8	8
2. Фазовое равновесие и учение о растворах	10	16
3. Химическая кинетика	12	4
4. Электрохимия	2	4
Итого:	34	32
Коллоидная химия (семестр 4)
Введение. Специфические свойства и методы получения дисперсных систем	6	8
1. Поверхностные явления	8
2. Двойной электрический слой и электрокинетические явления	6
3. Устойчивость дисперсных систем	4	4
4. Структурно - механические свойства дисперсных систем	4
5. Отдельные представители дисперсных систем	6	4
Итого:	34	16

3.  Цели учебной дисциплины

Цели учебной дисциплины описываются в таблице 4

Таблица 4

Номер цели	Содержание цели
Студент будет иметь представление о:
1	структуре, содержании курса и его месте в профессиональной образовательной программе;
2	физическом смысле законов, определяющих направление и скорость процессов в технологии пищевых продуктов;
3	физико-химическом моделировании механизмов химических процессов
4	взаимосвязях между химическими системами, находящимися в различных фазовых состояниях
5	физико- химических основах методов исследования вещества
6	принципиальных направлениях использования методов физической химии в решении проблем экологии
Студент будет знать:
7	фундаментальные законы химической термодинамики, химического и фазового равновесия, фазовых превращений, методы расчетов термодинамических функций, используемых для оценки направления конкретных самопроизвольно протекающих химических процессов
8	структурообразования в дисперсных системах, реологии, основополагающие физико-химические свойства высокомолекулярных соединений и растворов коллоидных поверхностно-активных веществ.
9	принципы формальной кинетики; вытекающие из основного постулата химической кинетики и представлений об энергии активации;
10	особенности стадий сложных химических реакций
11	физико-химические свойства поверхности тел, находящихся в различных агрегатных состояниях, сущность явлений, происходящих на границе раздела фаз; основные закономерности поверхностных явлений: адсорбции, адгезии;
12	механизмы возникновения заряда и двойного электрического слоя на границе раздела фаз; методы измерения и расчета электродного потенциала, соглашение о знаках электродных потенциалов и гальванических цепях;
13	классификацию и специфические особенности растворов и дисперсных систем: электрокинетические, молекулярно-кинетические и оптические явления;
14	основные закономерности, определяющие механизм взаимодействия между телами, находящимися в различных агрегатных состояниях; факторы агрегативной и седиментационной устойчивости, а также коагуляции дисперсных сред
15	физико-химические характеристики отдельных представителей свободнодисперсных систем (золи, суспензии, эмульсии, пены, пасты);
16	законы и факторы, определяющие структурирование в дисперсных системах, классификацию и свойства структурированных тел.
Студент будет уметь:
17	проводить графическую обработку линейных опытных зависимостей;
18	рассчитывать изменения термодинамических функций и оценивать направление и полноту протекания химического процесса;
19	выдвигать гипотезу о механизме химической реакции и рассчитывать в рамках теории формальной кинетики порядок этой реакции;
20	выполнять простейшие физико-химические измерения (в том числе: концентраций, потенциала, вязкости и др.);
21	классифицировать по физико-химическим характеристикам и параметрам химические системы, самостоятельно формулируя основания для классификации;
22	согласовать параметры процесса с характеристиками сырья и продукта, оценивать погрешность проводимых им измерений, оценивать границы применимости используемых им в лабораторных работах методов измерения физико-химических констант;
23	обоснованно выбирать методику физико-химического исследования водных растворов и дисперсных систем, а также способы их получения;
24	обоснованно выбирать способы стабилизации и разрушения дисперсных систем;
25	представлять результаты лабораторных экспериментов по общепринятой в науке и технике форме (в виде таблиц, графиков, функциональных зависимостей).
Студент должен владеть методиками:
	Расчета и экспериментального измерения теплоты химической реакции, константы скорости реакции и константы диссоциации слабого электролита, энергии активации, электродвижущих сил, расчета и построения по экспериментальным данным фазовых диаграмм двух - или трех - компонентных систем, расчета и экспериментального определения размеров частиц дисперсных систем, порога коагуляции, критической концентрации мицеллообразования поверхностно-активных веществ, константы скорости набухания полимера, молекулярной массы полимера.

4.  Содержание и структура курса

Описание лекционных занятий приводится в таблице 5

Таблица 5

4.1. Темы лекционных занятий	Часы	Ссылка на цели курса
Предмет и содержание курса физической и коллоидной химии. Основные разделы и методы физической и коллоидной химии. Значение дисциплины для развития фундаментальных наук и совершенствования технологии пищевых производств. Исторические этапы развития науки.	1	1- 6, 7-9, 12, 16
Элементы учения о строении вещества: строение молекул. Поляризация и рефракция. Уравнения Клаузиуса –Моссоти, Лоренц - Лоренца. Идеальные газы. Реальные газы. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Кристаллические системы. Аморфное состояние. Жидкое состояние. Химическая термодинамика. Первый закон термодинамики. Подходы к описанию состояния термодинамической системы: термодинамический и квантово-сеханический. Стандартизация терминов и понятий в термодинамике. Термохимические расчеты. Законы Гесса и Кирхгофа.	5	2,4- 7, 11, 14,19
Второй закон термодинамики. Понятие об обратимых и необратимых процессах. Основные формулировки второго закона термодинамики. Статистический характер второго закона термодинамики. Формула Больцмана. Физический смысл энтропии. Энтропия изолированной, закрытой и открытой систем. Изменение энтропии при фазовых переходах. Мировоззренческое значение второго закона термодинамики.	3	2, 7, 18, 20
Третий закон термодинамики. Постулат Планка. Вычисление абсолютной энтропии. Энтропия и агрегатное состояние вещества. Объединенное уравнение первого и второго законов термодинамики. Термодинамические функции Свободная энергия и направление химических реакций. Принцип положительной работы. Условия самопроизвольного протекания процесса и химического равновесия. Химический потенциал.	2	2, 7, 18, 20, 23, 24
Химическое равновесие и изменение термодинамических функций. Динамический характер химического равновесия. Влияние внешних условий на химическое равновесие. Вывод уравнений изотермы и изобары химической реакции. Зависимость константы равновесия от температуры. Уравнение изотермы и изобары, как количественные выражения принципа Ле Шателье. Интегрирование уравнения изобары без учета и с учетом температурной зависимости теплового эффекта.	2	2, 4, 7, 18, 20
Формальная химическая кинетика Скорость реакции. Молекулярность и порядок реакции. Закон действия масс и принцип независимости протекания реакций. Кинетические уравнения реакции. Константа скорости. Реакции нулевого, первого, второго порядков. Способы определения порядка реакции. Сложные реакции. Стадийное протекание гомогенных и гетерогенных реакций. Лимитирующая стадия реакции.	2	2, 3, 8, 9, 11, 19, 23
Теории химической кинетики. Теория активных соударений. Энергия активации. Зависимость скорости реакции от температуры, уравнение Аррениуса. Вычисление энергии активации. Теория активированного комплекса. Цепные реакции. Простые и разветвленные цепи. Возникновение и обрыв цепей. Фотохимические реакции. Закон эквивалентности Эйнштейна. Квантовый выход. Цепные и сенсибилизированные реакции. Примеры фотохимических реакций.	3	3,8,9-11, 19
Особенности кинетики каталитических реакций. Энергия активации каталитических реакций. Общие свойства катализаторов. Специфичность катализаторов. Влияние катализаторов на энергию активации. Гомогенный катализ и его механизм. Реакции в растворах, влияние растворителя. Разновидности катализа: кислотно-основной, ферментативный. Гетерогенный катализ. Структура поверхности катализатора. Механизм и кинетика гетерогенных каталитических реакций на равнодоступной поверхности.	2	2, 3, 9, 19, 20
Равновесия в растворах электролитов. Единая схема электролитической диссоциации по Измайлову. Термодинамика растворов электролитов. Электропроводность растворов. Удельная и молярная электропроводности, зависимость их от концентрации для сильных и слабых электролитов. Практическое использование измерений электропроводности.
Основные понятия электростатической теории сильных электролитов. Анализ уравнения, связывающего коэффициент активности ионов электролитов с ионной силой растворов.	2	4, 11, 20, 22
Термодинамическая теория ЭДС. Возникновение электродных потенциалов и двойного электрического слоя. Гальванические и электрохимические цепи. Термодинамическое вычисление электродвижущей силы (Э. Д.С.) гальванического элемента. Соглашение о знаках электродных потенциалов и гальванических цепях. С. от температуры. Выражение электродного потенциала для электродов различных типов. Стандартные потенциалы. Электролиз. Напряжение разложения. Законы Фарадея. Коррозия материалов. Защита от коррозии.	3	2, 5, 7, 10, 18, 20
Фазовые переходы Условия термодинамического равновесия между фазами. Правило фаз. Однокомпонентные системы. Связь между теплотой фазового перехода и давлением. Уравнением Клаузиуса-Клайперона. Давление насыщенного пара. Диаграммы состояния воды и серы. Двухкомпонентные системы. Физико-химический анализ. Равновесие в двухкомпонентных системах. Равновесие в системах: газ- жидкость, жидкость - жидкость.	2	2, 7, 13, 18, 20, 21
Учение о растворах. Роль межмолекулярного и химического взаимодействий, понятие о сольватации. Механизм и термодинамика растворения. Парциальные мольные величины. Химический потенциал компонента в идеальных и в неидеальных растворах. Растворы газов в жидкостях. Влияние давления и температуры на растворимость газов в жидкостях. Разбавленные растворы. Закон Рауля. Растворы твердых тел в жидкостях. Эбуллиоскопия, криоскопия. Осмос и осмотическое давление. Значение осмоса в технологии пищевых продуктов.	3	4, 5, 18, 20 - 22
Концентрированные растворы. Отклонение от законов Рауля и их причины. Законы Коновалова. Диаграммы давление - состав и температура кипения-состав. Азеотропные смеси. Перегонка и ректификация. Диаграммы общее давление - состав и температура кипения - состав для системы с экстремумами. Диаграмма состав раствора - состав пара. Перегонка растворов с минимумом и максимумом температуры кипения.	3	4, 5, 18 20-21
Фазовое равновесие в конденсированных системах. Диаграммы растворимости двухкомпонентных систем. Системы с полной взаимной нерастворимостью в твердом и жидком состоянии с простой эвтектикой; с ограниченной и неограниченной растворимостью в твердом состоянии. Системы, используемые в качестве холодильных рассолов и растворы для посолов.	2	4, 5, 8, 20-22
Общенаучное и практическое значение науки о поверхностных явлениях и дисперсных системах. Основные понятия науки и классификации дисперсных систем: по дисперсности, агрегатному состоянию, структуре, межфазному взаимодействию. Специфика свойств дисперсных систем. Получение дисперсных систем.	4	1-6, 7,12-16, 21-25
Общая характеристика поверхностных явлений. Сравнительная характеристика физической и химической адсорбции. Уравнение Фрейндлиха. Изотерма адсорбции. Теплота адсорбции. Кинетика адсорбции. Адгезия, когезия, капиллярная конденсация, смачивание поверхностей. Поверхностное натяжение. Адсорбция на границе раствор-газ. Уравнение адсорбции Гиббса. Поверхностная активность. Адсорбция органических молекул. Понятие о ПАВ.	4	2, 3, 9, 11, 13, 18,19, 22
Теория адсорбции Ленгмюра. Адсорбция на гладких и пористых поверхностях твердых тел. Адсорбция электролитов на твердых поверхностях. Правило Пескова-Фанетта-Фаянса. Понятие о многослойной адсорбции. Теория Поляни. Теория БЭТ.	4	2, 3, 9, 11, 13, 18,19, 22
Оптические явления в дисперсных системах. Рассеивание и флуоресценция света. Уравнение Рэлея. Абсорбция света дисперсными системами.	2	13, 20, 22,2
Двойной электрический слой и электрокинетические явления. Теории двойного электрического слоя Гуи-Чэпмена, Штерна. Представление Грэма. Электрофорез. Потенциал и ток течения. Потенциал седиментации. Электрокинетический потенциал	4	5, 10, 9, 12, 14, 16, 18, 19, 20, 22
Термодинамические и кинетические факторы агрегативной устойчивости. Седиментация в дисперсных системах. Коагуляция типично гидрофобных коллоидов. Кинетика коагуляции. Теория Смолуховского Изотермическая перегонка в дисперсных системах. Теория устойчивости гидрофобных коллоидов ДЛФО. Пептизация.	4	2, 7-9, 12- 16, 19, 24
Структурно-механические свойства дисперсных систем. Расклинивающее давление. Структурированные системы. Классификация и свойства. Образование и разрушение структурированных систем. Вязкость и упругопластические свойства дисперсных систем. Гели. Тиксотропия. Полимеры. Эластичность и пластичность полимеров.	4	14, 16, 24
Отдельные представители дисперсных систем. Золи, суспензии, эмульсии, пены. Молекулярные коллоиды (ВМС). Строение и свойства, стабилизация и разрушение. Взаимодействие с растворителем. Мицеллообразование. Строение мицелл. Мицеллы ПАВ в водных растворах. Моющее действие мыл.	5	14- 16, 22-24
Проблемы химической экологии. Охрана воздушного и водного бассейна от выбросов отходов промвшленного производства и жизнедеятельности человека.. Природные воды и их состав. Сточные воды и их состав. Основные способы водоподготовкии очистки сточных вод. Охрана водного бассейна.	2	2-4, 7- 8, 11, 12-16, 22, 24

4.2.  Содержание лабораторных занятий