Рабочая программа по химии. Профиль подготовки бакалавриат (стр. 1 )

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Белгородский государственный национальный

исследовательский университет»

(НИУ «БелГУ)

УТВЕРЖДАЮ

Директор _____________ института

ФИО

___.____.2015

Рабочая программа дисциплины (модуля)
[Наименование дисциплины (модуля)]
наименование дисциплины (модуля)
Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВО по направлению подготовки
Направление подготовки	04.03.01. Химия
Профиль подготовки	бакалавриат
Автор:	ст. преподаватель, к. х.н.,
должность, ученая степень, ученое звание, инициалы и фамилия
Программа одобрена	кафедра общей химии
Протокол заседания кафедры от	01.06.2015	№	11
дата

Программа согласована	кафедра общей химии
Протокол заседания кафедры от	01.06.2015	№	11
дата

Перечень планируемых результатов обучения по дисциплине (модулю), соотнесенных с планируемыми результатами освоения образовательной программы

Коды компетенций	Планируемые результаты освоения образовательной программы	Планируемые результаты обучения по дисциплине (модулю)
ОПК-2	Владение навыками проведения химического эксперимента, основными синтетическими и аналитическими методами получения и исследования химических веществ и реакций	Знать: методы безопасного обращения с химическими материалами с учетом их физических и химических свойств
Владеть (навыки и/или опыт деятельности): техникой химических экспериментов, навыками работы с химической посудой и оборудованием. методами получения и исследования индивидуальных соединений и их смесей, и химических реакций
ОПК-3	Способность использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности	Знать: физические методы исследования, применяемы в исследовании индивидуальных веществ и многокомпонентных систем; устройство и принцип работы УФ-, ИК-, ЯМР-, масс-спектрометров, а также сущность методов и закономерности, лежащие в их основе
Уметь: владеть методикой интерпретации УФ-, ИК-, ЯМР - и масс-спектров

Место дисциплины (модуля) в структуре основной образовательной программы

Часть основной образовательной программы	Определитель  – индекс дисциплины (модуля)
Базовая часть
Вариативная часть	Б1.В. ОД.3

2.1. Требования к предварительной подготовке обучающегося:

При изучении дисциплины «Физические методы исследования в химии» требуются знания и умения, полученные при изучении таких курсов как «Аналитическая химия», «Физическая химия», «Методы исследования веществ» и «Строение вещества»

2.2. Дисциплины и/или практики, для которых освоение данной дисциплины (модуля) необходимо как предшествующее:

Физические методы исследования занимают центральное место в арсенале средств, используемых химиками для установления структуры органических соединений, для изучения кинетики и механизмов химических реакций, для решения ряда других вопросов.

Знания, умения и навыки, полученные при изучении дисциплины «Физические методы исследования в химии», необходимы обучающимся при подготовке выпускных квалификационных работ.

3. Объем дисциплины (модуля) в зачетных единицах с указанием количества академических часов, выделенных на контактную работу обучающихся с преподавателем (по видам учебных занятий) и на самостоятельную работу обучающихся

Вид работы	Форма обучения (вносятся данные по реализуемым формам)
Очная	Заочная	Очно-заочная
Семестр	Курс	Семестр
№ 6	№	№
Количество часов на вид работы:
Контактная работа обучающихся с преподавателем
Аудиторные занятия (всего)	68
В том числе:
Лекции	32
Практические занятия
Лабораторные работы	32
Внеаудиторная работа (всего)	-
В том числе:
КСР
Индивидуальные консультации по выполнению курсовой работы
Промежуточная аттестация
В том числе:
зачет
экзамен	36
консультация
Самостоятельная работа обучающихся
Самостоятельная работа обучающихся (всего)	44
В том числе:
Подготовка к выполнению и защите лабораторных работ	10
Выполнение индивидуальных домашних заданий	10
Подготовка ко всем видам контрольных испытаний текущего контроля успеваемости (в течение семестра)	10
Выполнение индивидуальных заданий (подготовка сообщений, презентаций)	10
Подготовка к экзамену	4
Всего:	144
Зачетные единицы:	4

Содержание дисциплины (модуля), структурированное по темам (разделам) с указанием отведенного на них количества академических часов и видов учебных занятий

4.1. Темы (разделы) дисциплины (модуля) с указанием отведенного на них количества академических часов и видов учебных занятий

Наименование раздела, темы дисциплины (модуля)	Виды учебной работы (бюджет времени)
Очная форма обучения	Заочная форма обучения	Очно-заочная форма обучения
Лекции	Лабораторные работы	Практические (семинарские) занятия	Самостоятельная работа	Внеаудиторная работа	Всего	Лекции	Лабораторные работы	Практические (семинарские) занятия	Самостоятельная работа	Внеаудиторная работа	Всего	Лекции	Лабораторные работы	Практические (семинарские) занятия	Самостоятельная работа	Внеаудиторная работа	Всего
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	12	13	14	15	16	17	18
Введение	1	1	-	2
Тема 1. Электронная спектроскопия	7	8	11	-	26
Тема 2. Колебательная спектроскопия. Инфракрасная спектроскопия (ИК). Спектроскопия комбинационного рассеяния (КРС).	8	7	11	-	26
Тема 3. Резонансные методы	8	8	11	-	27
Тема 4. Масс-спектрометрия	8	8	11	-	27
Всего:	32	32	44	-	108

4.2. Содержание разделов дисциплины (модуля): 

Наименование раздела, темы дисциплины (модуля)	Содержание разделов дисциплины (модуля)	Содержание практических занятий и/или лабораторных работ
Тематика	Кол-во часов
о	озо	зо
1	2	3	4	5	6
Введение	Физические методы исследования, прямая и обратная задача. Классификация физических методов. Электромагнитное излучение. Основные параметры электромагнитной волны (длина волны, частота, волновое число), взаимосвязь между ними. Электромагнитный спектр (радиоволновая, микроволновая, инфракрасная, видимая и ультрафиолетовая, рентгеновская, γ-лучевая области). Взаимодействие электромагнитного излучения с веществом. Постулат Бора-Планка.	Практические занятия: Знакомство с лабораторией. Техника безопасности в лаборатории.	1
Тема 1. Электронная спектроскопия	Теория молекулярных орбиталей как линейных комбинаций атомных орбиталей (МО ЛКАО). Связывающие и разрыхляющие молекулярные орбитали. Форма молекулярных орбиталей. Теория электронных спектров. Классификации электроных переходов (Каша, Малликен). Мультиплетность, синглетное и триплетное состояния. Флуоресценция и фосфоресценция. Правила отбора для электронных переходов. Принцип Франка-Кондона. Интенсивность электронных переходов. Идентификация электронных переходов. Гипсохромный и батохромный сдвиги. Хромофоры и ауксохромы. Электронные спектры основных классов органических соединений: алканов, алкенов, карбонильных соединений, ароматических соединений, гетероциклических соединений. Устройство спектровотометров и фотоэлектроколориметров (ФЭК). Условия записи спектров. Применение электронной спектроскопии: качественный и количественный анализ, изучение кинетики реакций, определение констант кислотно-основных равновесий. Закон Ламберта-Бугера-Бера. Поглощение и пропускание электромагнитного излучения, взаимосвязь между ними. Спектр вещества, способы представления спектров. Спектральная линия, ширина и интенсивность спектральной линии.	Практические занятия:	4
1. Теория молекулярных орбиталей как линейных комбинаций атомных орбиталей (МО ЛКАО).	2
2. Вычисление длины  волны,  волнового  числа  и  коэффициента молярной  экстинкции  из  УФ-спектров.  Закон Ламберта-Бера. Решение задач  по использованию  УФ-спектров  в  структурных исследованиях.	2
Лабораторные работы:	4
1. «Определение констант диссоциации кислот и оснований».	2
2. «Определение концентрации веществ в бинарных смесях  фотометрическим методом»	2
Тема 2. Колебательная спектроскопия. Спектроскопия комбинационного рассеяния (КРС).	Инфракрасная спектроскопия (ИК). Теория колебания двухатомной молекулы, механическое и квантово-механическое решение колебательной задачи. Формула Гука. Формула для частоты колебаний. Изменение потенциальной энергии при колебании. Гармонический и ангармонический осцилляторы. Уровни колебательной энергии. Колебательное квантовое число. Переходы между колебательными энергетическими уровнями. Симметрия, элементы и операции симметрии. Нормальные колебания. Число нормальных колебаний для линейных и нелинейных молекул. Типы молекулярных колебаний: симметричные и антисимметричные валентные колебания, деформационные колебания. Правила отбора колебательных переходов. Обертоны, комбинационные и разностные частоты. Резонанс Ферми. Характеристические колебания. ИК-спектры, их структура. ИК-спектры основных классов органических соединений: углеводороды, гидроксилсодержащие соединения (проявление водородной связи), карбонильные соединения, амины, серосодержащие соединения. Применение ИКС: идентификация органических соединений, функциональный анализ, изучение водородной связи, кинетики водородно-дейтериевого обмена, идентификация таутомерных форм. Блок-схема ИК-спектрометра. Используемая оптика, источники излучения, приемники излучения. Условия записи ИК-спектров. Спектроскопия комбинационного рассеяния (КРС).Физические основы метода КРС. Поляризуемость. Стоксовы и антистоксовы линии в спектре комбинационного рассеяния. Квантово-механическая интерпретация комбинационного рассеяния. Правила отбора. Блок-схема прибора. Сравнение ИК - и КР - спектров.	Практические занятия:	7
1. Решение задач по интерпретации ИК-спектров с помощью корреляционных таблиц.	4
2. Презентация сообщений по темам «Электронная спектроскопия» и «Колебательная спектроскопия»	3
Тема 3. Резонансные методы	Спектроскопия ядерного магнитного резонанса. Свойства ядер. Спин ядра. Спиновое квантовое число. Дипольный магнитный момент. Магнитное квантовое число. Ориентация спина в постоянном магнитном поле. Параллельная и антипараллельная ориентации. Расщепление энергетических уровней ядра в поле постоянного магнита. Переходы между энергетическими уровнями. Основное уравнение ЯМР. Условия резонанса. Факторы, влияющие на частоту резонанса. Явление насыщения. Условия появления устойчивого сигнала ЯМР. Безызлучательные переходы, спин-решетчатая и спин-спиновая релаксация. Уширение линий в спектре ЯМР. Протонный магнитный резонанс (1Н ЯМР или ПМР). Блок-схема 1Н ЯМР - спектрометров. Импульсные 1Н ЯМР Р-спектрометры и спектрометры с медленным сканированием. Техника измерения 1Н ЯМР - спектров. Основные параметры 1Н ЯМР - спектров. Эффекты электронного окружения протона. Химический сдвиг. Стандарты в 1Н ЯМР. Используемые растворители. Шкалы химических сдвигов (δ и τ). Эффекты ближнего и дальнего экранирования. Области химических сдвигов различных типов протонов. Методика расчета химических сдвигов. Интенсивность сигналов 1Н ЯМР. Непрямое спин-спиновое взаимодействие. Механизм непрямого спин-спинового взаимодействия. Константа непрямого спин-спинового взаимодействия, основные свойства констант. Мультиплетность сигнала 1Н ЯМР. Интенсивность полос в мультиплетах. Способы расчета мультиплетности и интенсивностей полос в мультиплетах: треугольник Паскаля, метод спиновых комбинаций, графический метод. Химические сдвиги в случае мультиплетных сигналов. Спиновые системы. Спектры нулевого, первого и высших порядков. Правила расшифровки спектров первого порядка. Проявление обменных процессов в 1Н ЯМР - спектрах. Изучение прототропной таутомерии. Методы упрощения спектров. Метод полной спиновой развязки (двойной резонанс). Использование шифт-реагентов. Области применения 1Н ЯМР - спектроскопии: структурный анализ, изучении кинетики быстрых и медленных реакций, конформационный анализ. Спектроскопия  ядерного магнитного резонанса ядер 13С  (13С-ЯМР) и других ядер. Спектроскопия электронного парамагнитного резонанса. Теоретические основы метода спектроскопии электронного парамагнитного резонанса (ЭПР). Условие проявления ЭПР. Положение резонансного сигнала и g-фактор. Электрон-ядерное взаимодействие и сверхтонкая структура спектра ЭПР. Блок-схема спектрометров ЭПР. Параметры спектров ЭПР: интенсивность, ширина и форма сигнала. Применение ЭПР-спектроскопии: структурная информация, изучение механизмов и кинетики химических реакций.	Практические занятия:	8
1. Расчету параметров спектра ЯМР, отнесения резонансных сигналов.	2
2. Идентификации органических соединений по спектрам ЯМР	2
Анализ спектров ЯМР 13С.  Определение параметров спектров.	2
Тема 4. Масс-спектрометрия	Сущность метода. Способы ионизации вещества с образованием молекулярного катион-радикала. Фрагментация молекулярного катион-радикала. Способы представления масс-спектрометрических данных. Пики молекулярного катион-радикала, изотопные пики и пики фрагментарных ионов. Основные области применения масс-спектрометрии. Блок-схемы масс-спектрометров низкого и высокого разрешения. Устройство ионизационной камеры и масс-анализатора. Магнитный и электростатический анализаторы масс. Интенсивность пиков в масс-спектре. Установление молекулярной массы вещества на масс-спектрометрах высокого разрешения. Интенсивность изотопных пиков. Таблица Бейнона. Установление молекулярной формулы вещества на масс-спектрометрах низкого разрешения. «Азотное» правило. Установление структуры органических веществ. Правила фрагментации. Формула формальной непредельности. Масс-спектры основных классов органических соединений. Основные приемы установления структуры органических соединений. Применение масс-спектрометрии для установления первичной структуры белков.	Практические занятия:	8
1. Определение элементного состава соединения по масс-спектру низкого и высокого разрешения	2
2. Определение строения неизвестного соединения по его масс-спектру.	2
3. Презентация сообщений по темам: «Резонансные методы исследования» и «Масс-спектрометрия»	2

Перечень учебно-методического обеспечения для самостоятельной работы обучающихся по дисциплине (модулю)

Перечень основной и дополнительной учебной литературы, необходимой для освоения дисциплины (модуля)

6.1. Перечень основной учебной литературы