Рабочая программа дисциплины базовая

УТВЕРЖДАЮ

Директор института

___________()

«___»_____________2017 г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ БАЗОВАЯ 

СПЕЦИАЛЬНЫЕ ГЛАВЫ ФИЗИЧЕСКОЙ ХИМИИ ТУГОПЛАВКИХ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ И СИЛИКАТНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Направление (специальность) ООП	18.03.01  Химическая технология
Номер кластера1
Профиль (-и) подготовки (специализация, программа)2	Химическая технология тугоплавких неметаллических и силикатных материалов
Квалификация	магистр
Базовый учебный план приема (год)	2017
Курс	2	семестр	3
Трудоемкость в кредитах (зачетных единицах)	6
Виды учебной деятельности	Временной ресурс
по очной форме обучения
Лекции, ч	16
Практические занятия, ч	32
Лабораторные занятия, ч	16
Контактная (аудиторная) работа (ВСЕГО), ч	64
Самостоятельная работа, ч	152
ИТОГО, ч	216
Вид промежуточной аттестации	экзамен	Обеспечивающее подразделение	Кафедра ТСН
Заведующий кафедрой3
Руководитель ООП4	Казьмина  О. В.
Преподаватели	,

2017_г.

1. Цели освоения дисциплины

Цели дисциплины и их соответствие целям ООП

Код цели	Цели освоения дисциплины «Специальные главы физической химии тугоплавких неметаллических и силикатных материалов»	Цели ООП
Ц1	Формирование способности к получению новой информации, необходимой для решения производственно-технологических  задач по созданию и исследованию  неорганических материалов, интеграции знаний применительно к своей области деятельности, к осознанию ответственности за принятие своих профессиональных решений	Подготовка выпускников к производственно-технологической деятельности в области химических технологий, конкурентоспособных на мировом рынке химических технологий.
Ц2	Формирование способности к анализу отдельных стадий технологического процесса получения неорганических, в том числе тугоплавких,  материалов	Подготовка выпускников к проектно-конструкторской деятельности в области химических технологий, конкурентоспособных на мировом рынке химических технологий.
Ц3	Формирование знаний и способности к поиску самостоятельных научных решений в области современных методов исследования при решении задач,  связанных с разработкой инновационных методов создания новых неорганических материалов с заданными свойствами.	Подготовка выпускников к научным исследованиям для решения задач, связанных с разработкой инновационных методов создания химико-технологических процессов, веществ и материалов
Ц5	Формирование навыков самостоятельного пополнения профессиональных знаний в области современного материаловедения неорганических материалов.	Подготовка выпускников к самообучению и непрерывному профессиональному самосовершенствованию

2. Место дисциплины в структуре ООП

Согласно ФГОС и ООП «Химическая технология» дисциплина «Специальные главы физической химии тугоплавких неметаллических и силикатных материалов» является вариативной дисциплиной профессионального цикла.

Код дисциплины ООП	Наименование дисциплины	Кредиты	Форма контроля
ДИСЦ. В.М Вариативный междисциплинарный профессиональный модуль
ДИСЦ. В.М.1.3	Специальные главы физической химии тугоплавких неметаллических и силикатных материалов	6	экзамен

До освоения дисциплины «Специальные главы физической химии тугоплавких неметаллических и силикатных материалов» должны быть изучены следующие дисциплины (пререквизиты):

Код дисциплины ООП	Наименование дисциплины	Кредиты	Форма контроля
пререквизиты
ДИСЦ. Б.М Модуль общепрофессиональных дисциплин Базовая часть.
ДИСЦ. Б.М1	Процессы массопереноса в системах с участием твердой фазы	3	экзамен
ДИСЦ. В.М Вариативная часть. Междисциплинарный профессиональный модуль
ДИСЦ. В.М1.2	Инновационное развитие химической технологии тугоплавких неметаллических и силикатных материалов	6	экзамен
ДИСЦ. В.М3	Основные методы исследования в неорганической химии	3	зачет

При изучении указанных дисциплин (пререквизитов) формируются «входные» знания, умения, опыт и компетенции, необходимые для успешного освоения дисциплины «Специальные главы физической химии тугоплавких неметаллических и наноматериалов».

В результате освоения дисциплин (пререквизитов) студент должен:

Знать:

общие закономерности химических процессов;  закономерности массопереноса в пористых телах; растворение и кристаллизация; основные уравнения адсорбции; основные  аппараты химических производств и принцип их работы;   теоретические принципы современных методов анализа неорганических веществ;

Уметь:

определять основные характеристики процессов с участием твердой фазы, выбирать рациональную схему производства заданного продукта, оценивать технологическую эффективность производства; применять методы оценки ресурсоэффективности химико-технологических процессов и химических производств; обоснованно выбрать и применить необходимые методы исследования в соответствии с физико-техническими свойствами материалов;

Владеть:

экспериментальными методами определения физико-химических свойств неорганических соединений методами анализа эффективности работы химических производств, определения технологических показателей процесса 

В результате освоения дисциплин (пререквизитов) обучаемый должен обладать следующими общепрофессиональными компетенциями:

способностью и готовностью осуществлять технологический процесс в соответствии с регламентом и использовать технические средства для измерения основных параметров технологического процесса, свойств сырья и продукции (ПК-7); обосновывать принятие конкретного технического решения при разработке технологических процессов; выбирать технические средства и технологии с учетом экологических последствий их применения (ПК-11); изучать научно-техническую информацию, отечественный и зарубежный опыт по тематике исследования (ПК-25)

Кроме того, для успешного освоения дисциплины «Специальные главы физической химии тугоплавких  неметаллических и силикатных материалов» параллельно должны изучаться дисциплины (кореквизиты):

Код дисциплины ООП	Наименование дисциплины	Кредиты	Форма контроля
кореквизиты
Модуль М2.В (вариативная часть профессионального цикла)
ДИСЦ. В.М.1.2.1	Физико-химические основы технологии керамики и огнеупоров	6	экзамен
ДИСЦ. В.М.1.2.2	Физико-химические основы технологии вяжущих материалов	6	экзамен
ДИСЦ. В.М.1.2.3	Физико-химические основы технологии стекла и ситаллов	6	экзамен

3. Планируемые результаты обучения по дисциплине

  В соответствии с требованиями ООП освоение дисциплины (модуля) направлено на формирование у студентов следующих компетенций (результатов освоения ООП),  в т. ч. в соответствии с ФГОС ВО и профессиональными стандартами (табл.1):

Таблица 1

Составляющие результатов освоения ООП

Результаты освоения ООП	Компетенции по ФГОС, СУОС	Составляющие результатов освоения
Код	Владение опытом	Код	Умения	Код	Знания
Р1	ПК-2, ПК-3, ОПК-3, ОПК-4	В1.9 В1.10	выполнять расчеты по диаграммам состояния двух - и трехкомпонентных систем; прогнозировать соотношение фаз и структуры материалов; оценивать их качество для строительства; моделировать оксидную керамику и огнеупоры; исследовать свойства кристаллических и аморфных материалов; экспериментального исследования физико-химических и технологических свойств сырья и готовой продукции; определения возможности протекания твердофазных реакций и реакций образования силикатов в водной среде; расчета равновесных концентраций продуктов и предельного их выхода:	У1.9 У1.10	использовать физико-химические свойства Ме-О, Ме-N, Ме-С и других многокомпонентных систем для создания новых тугоплавких материалов; оценивать размерные эффекты в нанохимии, особенности процессов с участием нано-частиц; моделировать фазовый состав и структуру силикатных и оксидных материалов; прогнозировать их свойства; применять методы изучения физико-химических свойств и закономерностей получения ТНСМ; определять направление протекания реакций в системах силикатных и оксидных соединений; выполнять планирование и организацию производства ТНСМ; использовать методы анализа качества сырья, полуфабрикатов и готовой продукции	З1.9 З1.10	фундаментальные представления физической химии, строении тугоплавких неметаллических веществ; фазовые равновесия систем; представления о структуре веществ в макро-, микро-, и нано-кристаллических состояниях; моделирование силикатных и оксидных материалов; термодинамику синтеза ТНСМ (и в системах с нано-объектами); тенденции развития исследований в области синтеза ТНСМ; синтез высокоэффективных материалов; физико-химические процессы при температурных и других воздействиях на ТНСМ; кинетический анализ реакций
Р3	ПК-2, ПК-3, ОПК-3, ОПК-4	В3.6	выбирать и оценивать эффективность технологических схем производства ТНСМ	У3.6	оценивать инновационные технологии по энергоэффективности  и современным техническим возможностям для реализации производства ТНСМ	З3.6	тенденции изменения требований к продукции на основе ТНСМ; направления совершенствования технологии, решение задач повышения качества продукции, снижения энергетических затрат; инновационные технологии
Р5	ПК-2, ПК-3, ОПК-3, ОПК-4	В5.7	определения качественного и количественного состава исследуемых веществ на основе самостоятельного выбора метода, схемы анализа и методики проведения	У5.7	понимать принципы работы приборной базы физико-химических методов анализа (оптических, хроматографических, электрохимических).	З5.7	теоретические положения основных физико-химических методов анализа, природа и сущность явлений и процессов получения аналитических сигналов

В результате освоения дисциплины (модуля) студентом должны быть достигнуты следующие результаты (табл. 2):

Таблица 2

Планируемые результаты обучения по дисциплине (модулю)

Код результата	Результат обучения (выпускник должен быть готов)
Профессиональные компетенции
Р1	Применять теоретические знания в области методов исследования  различных твердых неорганических неметаллических веществ при изучении и разработке технологических процессов создания высокоэффективных неорганических материалов.
Р3	Самостоятельно выполнять расчеты основных характеристик технологического  процесса получения ТНСМ, выбирать рациональную схему производства заданного продукта, оценивать эффективность производства
Р5	Применять экспериментальные методы определения физико-химических свойств тугоплавких неметаллических и силикатных материалов  и параметров реакций их синтеза

Структура и содержание дисциплины

Аннотированное содержание разделов дисциплины

Введение.

Содержание и задачи курса. Его связь с силикатными технологиями История и перспективы развития.  Перспективы создания тугоплавких неметаллических и композиционных материалов с комплексом улучшенных свойств. Достижения российских и зарубежных ученых в области теории и практики получения порошковых, керамических и композиционных материалов.  Комментарии по рекомендуемой литературе.

4.1.1. Специфика дисперсных систем.

Принципы классификации дисперсных систем. Молекулярно-кинетические свойства дисперсных систем. Физико-химические свойства твердых тел в связи с их дисперсностью. Физико-химические свойства порошков, реакционная способность (активность). Размерные эффекты в нанохимии. Нанокристаллы, реакционная способность, внутренняя энергия, структурные дефекты. Термодинамические особенности процессов с участием наночастиц.        Наноструктуры и нанопорошки и связанные с ними механизмы формирования стекол и кристаллических материалов. Нанопорошки металлов и их применение для получения керамических материалов.

4.1.2. Молекулярно-кинетические свойства коллоидных систем.

Диффузия  в коллоидных системах. Кинетические особенности химических процессов на поверхности наночастиц. Броуновское движение и его молекулярно-кинетическая природа. Осмотические свойства дисперсных систем и мембранное равновесие. Седиментационная устойчивость. Седиментация и методы седиментационного анализа. Пористые тела, капилляры, явления переноса и мембранное разделение смесей. Факторы и условия  агрегативной устойчивости дисперсных систем.  Условия термодинамической устойчивости дисперсных систем. Кинетика коагуляции. Теория и практика коагуляции электролитами. Значение адсорбционных явлений при коагуляции. Коагуляция электролитами золей с неводной средой. Коллоидно-химические явления при твердении вяжущих веществ. Кинетика поликонденсации  кремневых кислот в водных растворах. Ксерогели, методы получения, свойства.

4.1.3.Физико-химические основы моделирования силикатных и оксидных материалов.

Принципы создания композиционных материалов. Методы получения композиционных, в том числе металлокерамических, материалов. Керметы. Дисперсно-упрочнённые материалы. Стеклокристаллические покрытия медицинского назначения. Межфазное взаимодействие в композиционных материалах. Термодинамическая и кинетическая совместимость компонентов. Применение композиционных и керамических материалов в технике и медицине.        

4.1.4.        Физико-химические аспекты получения тугоплавких материалов с комплексом заданных свойств и их прекурсоров. Системы Me-O,  Me-N,  Me-C  и многокомпонентные системы, включающие эти соединения. Диаграммы состояния, методы получения тугоплавких соединений, перспективы применения в технике. Физико-химические аспекты получения керамических прекурсоров различными методами (золь-гель процессы, горение, СВС и др.). Вклад сибирских ученых и сотрудников кафедры технологии силикатов и наноматериалов ТПУ  в развитие науки в области физической химии силикатов и тугоплавких соединений и разработку прогрессивных технологий создания новых видов материалов.        

4.1.5. Золь-гель процессы в силикатных технологиях. Физико-химические процессы и теоретические основы синтеза при получении и обработке гелей. Химические реакции, используемых для получения золь-гель композиций в технологии керамики и стекла. Аморфизация и образование золей в процессе механодеструкции твердых вещества. Золь-гель процессы в неводных средах.

Структура дисциплины

Структура дисциплины «Специальные главы физической химии тугоплавких неметаллических и  силикатных материалов»  по разделам и видам учебной деятельности с указанием временного ресурса в часах представлена в табл.1.

Таблица 1

Структура дисциплины по разделам и формам организации обучения

Название раздела	Аудиторная работа (час)	СРС (час)	Итого (час)
Лекции Час.	Практ. занятия	Лабор. занятия
1. Специфика дисперсных систем	2	2	-	20	24
2.Молекулярно-кинетические свойства коллоидных систем	2	2	-	20	24
3. Физико-химические основы моделирования силикатных и оксидных материалов.	2	12	-	30	44
4. Физико-химические аспекты получения тугоплавких материалов с комплексом заданных свойств и их прекурсоров.	6	10	10	40	66
5. Золь-гель процессы в силикатных технологиях	4	6	6	42	58
Итого	16	32	16	152	216

5. Организация самостоятельной работы студентов

Самостоятельная работа студентов при изучении дисциплины (модуля) предусмотрена в видах и формах, приведенных в табл. 3.

Таблица 3

Основные виды и формы самостоятельной работы

Виды самостоятельной работы (оставить необходимое)	Объем времени, ч
Работа с лекционным материалом, поиск и обзор литературы и электронных источников информации по индивидуально заданной проблеме курса	20
Изучение тем, вынесенных на самостоятельную проработку	10
Поиск, анализ, структурирование и презентация  информации	10
Перевод текстов с иностранных языков	10
Выполнение домашних заданий, расчетно-графических работ и домашних контрольных работ	20
Подготовка к лабораторным работам, к практическим и семинарским занятиям	30
Исследовательская работа и участие в научных студенческих конференциях, семинарах и олимпиадах	20
Анализ научных публикаций по заранее определенной преподавателем теме	12
Подготовка к контрольной работе и коллоквиуму, к зачету, экзамену	20

       6.Оценка качества освоения дисциплины (модуля)

Оценка качества освоения дисциплины (модуля) в ходе текущей и промежуточной аттестации обучающихся осуществляется  в соответствии с «Положением о промежуточной аттестации студентов Томского политехнического университета».

Максимальное количество баллов по дисциплине (модулю) в семестре – 100 баллов, в т. ч.:

в рамках текущего контроля – 60 баллов, за промежуточную аттестацию (экзамен/зачет) – 40 баллов.

Максимальное количество баллов за выполнение курсового проекта (работы) в семестре (при наличии) – 100 баллов, в т. ч.:

в рамках текущего контроля – 40 баллов, за промежуточную аттестацию (защиту) – 60 баллов.

Оценка качества освоения дисциплины (модуля) производится по результатам оценочных мероприятий.

Оценочные мероприятия текущего контроля по разделам и видам учебной деятельности приведены в Приложении «Календарный рейтинг-план изучения дисциплины (модуля)», «Календарный рейтинг-план выполнения курсового проекта (работы)» (при наличии).

Текущий контроль усвоения студентами теоретического материала и оценка уровня практических навыков и умений, приобретаемых и усваиваемых каждым студентом при изучении дисциплины, включает сдачу трех коллоквиумов по темам лабораторных работ и выполнение индивидуального домашнего задания.

Рубежный контроль предполагает выполнение контрольных работ.

Итоговый контроль осуществляется на экзамене (7 семестр).

При изучении дисциплины “Физическая химия тугоплавких неметаллических и силикатных материалов“ используется рейтинговая система оценки знаний студентов.

7. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов

       Для организации самостоятельной работы студентов (выполнения индивидуальных домашних заданий; самостоятельной проработки теоретического материала, подготовки по лекционному материалу; подготовки к лабораторным занятиям, коллоквиумам) преподавателями кафедры создан комплект учебно-методического обеспечения, который включает: набор презентаций,  как рекламного, так и обучающего характера, набор демонстрационного материала, иллюстрирующий устройство и принцип действия соответствующего оборудования; учебники, монографии, методические пособия, лабораторные практикумы и методические указания к проведению лабораторных и практических занятий по данной дисциплине.

Учебные пособия:

, , Полифункциональные неорганические материалы на основе природных и искусственных соединений. – Томск: Изд. ТГУ, 2002. – 359 с. , Практикум по основам технологии тугоплавких неметаллических и силикатных материалов. – Томск: Изд. ТПУ, 2012.- 182 с. , Глины. Структура, свойства и методы исследования. – Томск, 2009. – 259 с. – учебное пособие с грифом УМО

7.1 Методическое обеспечение

Основная литература

1. Физика и химия твердых неметаллических и силикатных материалов [Электронный ресурс]: учебное пособие / , ; Национальный исследовательский Томский политехнический университет  (ИФВТ), Кафедра технологии силикатов и наноматериалов (ТСН). — 1 компьютерный файл (pdf; 4.3 MB). — Томск: Изд-во ТПУ, 2013.— Электронная версия печатной публикации. — Доступ из корпоративной сети ТПУ. — Системные требования: Adobe Reader.

Схема доступа: http://www. lib. tpu. ru/fulltext2/m/2014/m115.pdf

2. Глины: структура, свойства и методы исследования [Электронный ресурс] : учебное пособие / [и др.]; Томский политехнический университет (ТПУ). — 1 компьютерный файл (pdf; 19410 KB). — Томск: Изд-во ТПУ, 2009. — Заглавие с титульного экрана. — Электронная версия печатной публикации. — Доступ из корпоративной сети ТПУ. — Системные требования: Adobe Reader..

Схема доступа: http://www. lib. tpu. ru/fulltext2/m/2010/m26.pdf

3.  Глины: структура, свойства и методы исследования : учебное пособие для вузов / [и др.]; Томский политехнический университет. — Томск: Изд-во ТПУ, 2009. — 247 с.

4.Фролов  коллоидной химии. Поверхностные явления и дисперсные системы : учебник для вузов. — Москва: Альянс, 2014. — 464 с.

Физическая и коллоидная химия [Электронный ресурс] : учебное пособие / , ; Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ),  — 1 компьютерный файл (pdf; 2.5 MB). — Томск: Изд-во ТПУ, 2012.  — Доступ из корпоративной сети ТПУ. —Схема доступа: http://www. lib. tpu. ru/fulltext2/m/2013/m083.pdf Сборник задач по физической и коллоидной химии : учебное пособие / , ; Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ). — Томск: Изд-во ТПУ, 2012. — 196 с. Типовые расчеты по физической и коллоидной химии : учебное пособие / [и др.]. — Санкт-Петербург: Лань, 2014. — 140 с. Курс коллоидной химии : учебник / . — Москва: Лань, 2010. — 410с., Схема доступа: http://e. /books/element. php? pl1_cid=25&pl1_id=4027

Дополнительная литература

Практикум по основам технологии тугоплавких неметаллических и силикатным материалов [Электронный ресурс] : учебное пособие / , . — 2-е изд., перераб. и доп.. —http://www. lib. tpu. ru/fulltext2/m/2014/m114.pdf Керамические и стеклокерамические материалы для медицины [Электронный ресурс] : учебное пособие / [и др.]; ТПУ.— Томск: Изд-во ТПУ, 2011. .http://www. lib. tpu. ru/fulltext2/m/2012/m45.pdf Типовые расчеты по физической и коллоидной химии : учебное пособие / [и др.]. — Санкт-Петербург: Лань, 2014. — 140 с. Модифицированная керамика с перовскитовыми и шпинелевыми фазами : монография / [и др.]; ТПУ ; СГУПС. — Новосибирск: Наука Изд-во ТПУ, 2009. — 324 с.

7.2 Информационное обеспечение

программное обеспечение и Internet-ресурсы:

«Специальные главы физической химии  тугоплавких неметаллических и силикатных материалов».  Презентации лекций

8. Материально-техническое обеспечение дисциплины

№ п/п	Наименование (компьютерные классы, учебные лаборатории, оборудование)	Аудитория, количество установок
1	Учебная лаборатория	19 корпус, 132 ауд.
2	Учебная лаборатория	2 корпус, 027 ауд.
3	Учебная лаборатория	2 корпус, 118 ауд
4	Лаборатория для проведения термических исследований, оснащенная  электрическими печами для нагрева до 1000оС -4 шт.,	2 корпус, 025 ауд.
5	Лаборатория для проведения термических исследований, оснащенная  электрическими печами для нагрева до 1500оС -5 шт	19 корпус, 135 ауд.
6	Лаборатория для формования образцов	2 корпус, 026 ауд.
7	Установка для определения истинной плотности, кажущейся плотности, пористости, водопоглощения материалов (весы для гидростатического взвешивания, устройство для насыщения пор образцов жидкостью)	2 корпус, 118, 123 ауд. .
8	Дифрактометр общего назначения ДРОН – 3 М, и ДРОН – 4 – 13.	19 корпус, 128 ауд.
9	Программа для рентгенофазового анализа «Crystallographica» и база данных ICDD PDF-2.	2 корпус, 121 ауд.
10	Дилатометры кварцевые вертикальные ДКВ-5, и ДКВ-4.	19 корпус, 128 ауд 2 корпус, 118ауд
11	Дилатометр цифровой горизонтальный производства NETZSCH	19 корпус, 132 ауд
12	Прибор для комплексного термического анализа STA 449 F3 «Jupiter»  производства NETZSCH».	19 корпус, 132 ауд
13	Настольный рентгенофлуоресцентный энергодисперсионный анализатор для определения содержания химических элементов от натрия Na [11] до урана U [92] производства Oxford.	19 корпус, 132 ауд
14	Автоматический прибор для определения истинной плотности  «Quantachrome Ultrapycnometer 1000».	19 корпус, 132 ауд
15	Автоматизированный анализатор, для измерения удельной площади поверхности по методам БЭТ, STSA, Лэнгмюра и другими методами «Quantachrome NOVA 2200e-Series	19 корпус, 132 ауд
16	Компьютерный класс	2 корп., 121 ауд.

Базовая рабочая программа составлена на основе Общей характеристики ООП ТПУ по направлению 18.03.01 Химическая технология (приема 2017 г.).

Программа одобрена на заседании кафедры технологии силикатов и наноматериалов (протокол №_59___от «_26_» _июня_2017 г.)

Авторы

профессор кафедры ТСН ИФВТ  ____________________

профессор кафедры ТСН ИФВТ  ____________________

Рецензент:

Должность, место работы

профессор кафедры ТСН ИФВТ  _________________________

1 – только для унифицированных дисциплин (модулей)

2 – не требуется для унифицированных дисциплин (модулей)

3 – заведующий обеспечивающей кафедры

4 – не требуется для унифицированных дисциплин  (модулей) (для унифицированных дисциплин (модулей) прилагается лист согласования рабочей программы с руководителями всех ООП, входящих в кластер)