Поиск

Полнотекстовый поиск:
Где искать:
везде
только в названии
только в тексте
Выводить:
описание
слова в тексте
только заголовок

Рекомендуем ознакомиться

'Документ'
На сучасному етапі розвитку суспільства більшість людей щодня працюють з великими обсягами різноманітної інформації. Тому першочергове завдання, яке ...полностью>>
'Рассказ'
в финале произведения: 1) покончил жизнь самоубийством ) уехал из города 3) женился на Вере Николаевне Шейной 4) попал в сумасшедший дом 5....полностью>>
'Документ'
День Победы самый любимый праздник нашего народа. Его встречают с радостью, весельем и цветами. В этот «праздник со слезами на глазах» столица Дагест...полностью>>
'Документ'
ВОПРОС 1. Для управления хозяйственной деятельностью надо иметь информацию о средствах за определенный промежуток времени. Такая инфор­мация формируе...полностью>>

Список профилей направления подготовки 020300 (2)

Главная > Документ
Сохрани ссылку в одной из сетей:

1

Смотреть полностью

2. Список профилей направления подготовки 020300 «Химия, физика и механика материалов»:

- Функциональные, конструкционные материалы и наноматериалы.

3. Требования к результатам освоения основной образовательной

программы

Требования к результатам освоения основной образовательной программы бакалавриата приводятся в разделе 5 текста ФГОС ВПО подготовки бакалавров по направлению 020300 «Химия, физика и механика материалов».

Перечень дополнительных компетенций по профилю «Функциональные, конструкционные материалы и наноматериалы» может дополняться учебными заведениями в ходе подготовки бакалавров по Химии, физике и механике материалов с учетом содержания профильных вариативных дисциплин профессионального цикла, введения дополнительных требований к выполнению ООП или специфики содержания их подготовки и рекомендаций работодателей.

ПРИМЕРНЫЙ УЧЕБНЫЙ ПЛАН

подготовки бакалавра по направлению 020300 «Химия, физика

и механика материалов»

Квалификация (степень) – бакалавр

Нормативный срок обучения – 4 года

п/п

Наименование

циклов, дисциплин и разделов

Общая

трудоемкость

Примерное распределение по семестрам

Форма промежуточной аттестации

Примечание

Зачетные

Единицы

Академические часы

1

2

3

4

5

6

7

8

Количество недель по

Семестрам

18

18

18

18

18

18

18

18

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

Б.1

Гуманитарный, социальный и экономический

Цикл

35

1260

ОК-1

ОК-2

ОК-3

ОК-4

ОК-5

ОК-7

ОК-8

ОК-9 ОК-10

ОК-11

ОК-12

ОК-13

ОК-14

ОК-15

ОК-16

ОК-17

ОК-18

ОК-19

ПК-1

ПК-2

ПК-4

ПК-10

ПК-17

Базовая часть

18

648

1.Иностранный язык

6

216

+

+

+

+

2. История

3

108

+

+

3. История цивилизации

3

108

+

+

4.Философия

+

+

5.Экономика и основы менеджмента

+

+

Вариативная часть (в том числе дисциплины по выбору студента)

17

612

1. Основы культурологии, социологии и политологии

5

180

+

+

2. Правоведение

3

108

+

3. Основы психологии общения

3

108

+

+

4. Зеленая химия и устойчивое развитие

4

144

+

+

5. Управление инновациями

2

108

+

Б.2

Математический и естественнонаучный

Цикл

70

2520

+

+

+

+

+

+

+

+

ОК-6

ОК-7

ОК-8

ОК-9

ОК-12

ОК-13

ОК-14

ОК-19

ПК-2

ПК-6

ПК-11

ПК-13

ПК-14

ПК-15

ПК-3

ПК-7

ПК-8

ПК-21

Базовая часть

35

1260

+

+

+

+

1.Математика

11

396

+

+

+

+

2.Информатика.

11

396

+

+

+

+

3. Общая физика

7

252

+

+

4. Основы наук о жизни

6

216

+

+

Вариативная часть(в том числе дисциплины по выбору студента)

35

2520

1. Основы планирования эксперимента

5

180

+

+

2. Статистический анализ данных

6

216

+

+

3. Языки описания баз данных и запросов

6

216

+

+

4. Теория вероятности и математическая статистика

6

216

+

5. Теория функций комплексного переменного

6

216

+

6. Уравнения математической физики

6

216

+

Б.3

Профессиональный цикл

96

3456

+

+

+

+

+

+

+

+

ОК-6

ОК-12

ОК-13

ОК-14

ОК-15

ОК-18

ПК-1

ПК-2

ПК-3

ПК-4

ПК-5

ПК-6

ПК-7

ПК-8

ПК-9

ПК-10

ПК-11

ПК-12

ПК-13

ПК-14

ПК-15

ПК-17

ПК-18

ПК-19

ПК-20

ПК-21

ПК-22

ПК-23

ПК-24

ПК-25

ПК-26

ПК-27

ПК-28

Базовая часть

50

1800

+

+

+

+

+

+

+

+

Модуль общая и неорганическая химия

18

648

1. Общая химия

4

144

+

2.Неорганическая химия

5

180

+

+

3. Материалы – прошлое, настоящее, будущее

1

36

+

4. Практикум

7

252

+

+

5. Курсовая работа

1

36

+

Модуль органическая химия

4

144

1. Органическая химия

2

72

+

2.Практикум

2

72

+

Модуль современная аналитическая химия

4

144

1. Методы анализа веществ и материалов

2

72

+

2. Практикум

2

72

+

Модуль современная физическая химия

5

180

1. Химическая термодинамика

1

36

+

2. Химическая кинетика

1

36

+

3.Физико- химия дисперсных систем и наноматериалов

1

36

+

4. Практикум

2

72

+

+

Модуль высокомолекулярные соединения

3

108

+

1. Химия и физика высокомолекулярныех соединений

1

36

+

2. Практикум

2

72

+

Модуль структурная химия и кристаллохимия

4

144

1. Кристаллохимия

1

36

+

2. Колебательная спектроскопия неорганических систем

1

36

+

3. Практикум

2

72

+

+

Модуль химия твердого тела

3

108

1. Химическая физика твердого тела

1

36

+

2. Физико-химия и технология материалов

2

72

+

+

Модуль физика конденсированного состояния

3

108

1. Квантовая физика

1

36

+

2. Статистическая физика

1

36

+

3. Введение в физику твердого тела

1

36

+

Модуль механика

4

144

1. Классическая механика

2

72

+

2. Мезомеханика

1

36

+

3. Гидродинамика

1

36

+

Безопасность жизнедеятельности

2

72

Вариативная часть(в том числе дисциплины по выбору студента)

46

1656

+

+

+

+

+

+

+

1.Основы магнетохимии

3

108

+

2. Реальная структура твердого тела

4

144

+

3. Физика неупорядоченных сред

3

108

+

4. Термодинамика твердофазных реакций

4

144

+

5. Основы рентгеновской дифрактометрии

6

216

+

+

+

6. Электрохимия

4

144

+

+

7. Двумерные структуры и сверхрешетки

4

144

+

+

8. Экспериментальные методы физики конденсированного состояния вещества

4

144

+

+

9. Численные методы в механике

4

144

+

+

10. Методы локального анализа и анализа поверхности

4

144

+

+

11. Фазовые равновесия

3

108

+

12. Физика сверхпроводимости

3

108

+

Б.4

Физическая культура

2

400

+

+

+

+

+

+

ОК-16

ОК-17

Б.5

Практики и научно-исследовательская работа

25

900

+

+

+

ПК-1

-

ПК-28

1.Ознакомительная практика

2

72

+

2.Научно-исследовательская (предквалификационная) практика (проводится по индивидуальной программе для каждого студента)

19

684

+

3. Подготовка публикаций и научной части квалификационной работы

2

72

+

4. Отчетные научно-практические конференции

2

72

+

+

+

+

+

+

+

Б.6

Итоговая

государственная

аттестация

Защита выпускной квалификационной работы

12

432

+

ГАК,

Защита с оценкой

ОК-5

ОК-6

ОК-7

ОК-9

ОК-10

ОК-11

ОК-12

ОК-13

ПК-2

ПК-3

ПК-4

ПК-6

ПК-7

ПК-8

ПК-9

Всего:

240

8968

(+328)

ПРИМЕРНАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОГО МОДУЛЯ

Наименование модуля “Общая и неорганическая химия”

Рекомендуется для направления подготовки 02300 «Химия, физика и механика материалов »

как общая базовая дисциплина для подготовки по профилю «Функциональные, конструкционные материалы и наноматериалы»

Квалификация (степень) выпускника - бакалавр

ОБЩАЯ ХИМИЯ

СИСТЕМА ПОДХОДОВ И РЕШЕНИЙ ХИМИИ

Химия как система знаний о веществах и их превращениях. Теория и эксперимент в химии. Уровни химической теории. Эксперимент, как критерий отбора, информационные системы. Система приоритетов в химии. Химические процессы на микро- и макроуровне. Необычные химические превращения. Вещества и материалы. Решение химических задач и составление уравнений реакций.

НАЧАЛА ХИМИЧЕСКОЙ ТЕРМОДИНАМИКИ

Основные задачи химической термодинамики. Термодинамические параметры. Фазы и компоненты. Физико-химические системы. Открытые, замкнутые и изолированные системы.

Тепловые эффекты реакций и термохимические уравнения. Функции состояния. Внутренняя энергия и ее изменение при химических и фазовых превращениях. Первое начало термодинамики. Энтальпия образования химических соединений. Стандартное состояние. Закон Гесса. Энтальпия растворения, фазового превращения, ионизации атомов и молекул, химической связи и гидратации ионов.

Теплоемкость. Температурная зависимость энтальпии веществ. Закон Кирхгоффа. Термохимические циклы. Химические и фазовые превращения в неорганических системах, используемые для генерации, хранения и транспортировки энергии. Теплотворная способность топлива и пищи. Химические процессы в энергетике будущего. Водородная энергетика.

Второй закон термодинамики. Энтропия и зависимость ее от температуры. Стандартная энтропия. Изменение энтропии при фазовых переходах и химических реакциях. Энергия Гиббса. Химический потенциал и активность. Критерии самопроизвольного протекания процессов в изолированных и открытых системах.

ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ

Обратимость химических реакций. Глубина протекания процессов. Степень превращения. Условие химического равновесия в гомо- и гетерогенных системах. Расчет константы равновесия с использованием свободных энергий Гиббса. Расчет констант равновесия и степени превращения для газовых реакций. Факторы, влияющие на величину константы равновесия. Смещение положения равновесия.

ФАЗОВЫЕ РАВНОВЕСИЯ

Условия фазового равновесия. Правило фаз Гиббса и вариантность системы. Фазовые диаграммы однокомпонентных систем. Р-Т диаграмма воды. Фазовые поля, линии двухфазных равновесии, тройная точка, метастабильные двухфазные равновесия. Фазовые переходы первого рода. Р-Т-диаграммы серы и фосфора.

Фазовые диаграммы двухкомпонентных систем. Понятие о проекциях, сечениях фазовой диаграммы. Конденсированные системы. Основные типы ТХ-диаграмм двухкомпонентных систем (эвтектика, конгруэнтно и инконгруэнтно плавящиеся соединения, твердые растворы).

Диаграмма растворимости как частный случай Т-х диаграммы системы соль-вода.

Использование методов физико-химического анализа для построения фазовых диаграмм на примерах одно- и двухкомпонентных систем. Использование диаграмм состояния при получении различных материалов.

РАСТВОРЫ

Классификация растворов по агрегатному состоянию. Способы выражения концентрации. Насыщенный раствор и растворимость - термодинамическое описание. Зависимость растворимости от температуры на примере Т-х-диаграммы системы Na2SO4-H2O. Факторы, влияющие на растворимость.

Закон Рауля и его термодинамическое обоснование. Идеальный раствор. Сопоставление Р-Т-диаграмм воды и растворов. Правило фаз для растворов. Коллигативные свойства растворов. Крио- и эбулиоскопия, криогидратная точка. Явление осмоса и осмотическое давление. Термодинамическое обоснование закона Вант-Гоффа. Расчет молекулярных масс органических веществ на основании свойств растворов.

Координационная теория растворителей. Растворители, как доноры и акцепторы пары электронов. Сольватация катиов и анионов в растворе. Энергетический эффект растворения. Зависимость способа диссоциации вещества от природы растворителя. Коллигативные свойства растворов электролитов. Изотонический коэффициент. Степень электролитической диссоциации. Сильные и слабые электролиты. Расплавы как растворители и электролиты.

Растворы сильных электролитов. Кажущаяся степень диссоциации. Активность ионов и коэффициент активности. Ионная сила растворов.

Растворы слабых электролитов. Константа диссоциации. Способы смещения равновесия. Малорастворимые соли. Произведение растворимости. Пути понижения и повышения растворимости.

Теории кислот и оснований (Аррениус, Бренстед, Льюис). Автопротолиз. Константа автопротолиза. Ионное произведение воды. Сильные и слабые кислоты. Факторы, определяющие силу кислот. Концентрация ионов водорода, рН. Диссоциация кислот и оснований в неводных растворителях.

Гидратированные катионы, как пример слабых кислот. Гидролиз солей, образованных сильной кислотой и слабым основанием. Константа и степень гидролиза. Факторы, влияющие на степень гидролиза. Гидролиз соли, образованной слабой кислотой и сильным основанием. Гидролиз соли слабой кислоты и слабого основания. Образование при гидролизе многоядерных кластеров. Буферные растворы.

ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ

Окислительно-восстановительные процессы и степень окисления. Электрохимические свойства растворов. Сопряженные окислительно-восстановительные пары. Электрохимическая ячейка, ее ЭДС и работа, электродный потенциал. Стандартный водородный электрод. Стандартные электродные потенциалы. Определение направления окислительно-восстановительных реакций. Диаграммы Латимера и Фроста. Уравнение Нернста. Расчет реальных потенциалов химических реакций: влияние рН, комплексообразования, образования малорастворимых соединений. Диаграммы Пурбе «Е-рН». Электролиз.

Источники тока. Гальванические элементы. Свинцовый и щелочной аккумуляторы. Топливные элементы. Использование твердых электролитов.

КИНЕТИКА И МЕХАНИЗМ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ

Задачи, решаемые кинетикой и термодинамикой. Средняя и истинная скорость химических реакций. Закон действующих масс. Порядок и молекулярность. Способы определения порядка реакции. Константа скорости и факторы, влияющие на нее. Кинетический вывод константы равновесия реакции. Теория активных соударений. Активированный комплекс. Истинная и реальная энергия активации. Гомогенный и гетерогенный катализ. Катализаторы и ингибиторы химических реакций. Автокатализ. Механизм и кинетика реакций в гомогенных и гетерогенных системах. Цепные и колебательные реакции. Инициирование реакции с помощью физических методов воздействия. Роль кинетических факторов в синтезе твердофазных материалов. Понятие о макрокинетике.

СТРОЕНИЕ АТОМА И МОДЕЛИ ХИМИЧЕСКОЙ СВЯЗИ

Строение атома в модели Резерфорда. Радиохимия и ядерные реакции. Рентгеновские и оптические спектры. Волновая природа электрона. Уравнение Шредингера для атома водорода. Главное квантовое число. Возбужденные состояния атома водорода. Орбитальный и магнитный моменты, спин электрона. Расчет максимальной емкости уровней и подуровней в атоме. Правила заполнения их электронами. Принцип Паули. Правило Хунда. Периодическая система элементов. Энергия ионизации. Сродство к электрону. Электроотрицательность. Атомные и ионные радиусы. Изменение этих свойств в периодах и подгруппах периодической системы.

Ковалентная связь. Ковалентный радиус. Теория валентных связей. Два способа образования ковалентной связи. Гибридизация орбиталей. Типы гибридизации и пространственная конфигурация молекул и ионов. Теория Гиллеспи основанная на отталкивании электронных пар валентной оболочки. Строение ионов и молекул типа AXn. Валентные углы. Искажение структуры.

Молекулярные орбитали двухатомных молекул. Гомо- и гетероядерные молекулы. Окраска и магнитные свойства молекул. Трехатомные линейные молекулы. Кратность ковалентной связи,  и  - связывание. Энергия и длина, полярность и поляризуемость связи. Дипольный момент.

Ионная связь. Энергия ионной связи. Энергия кристаллической решетки: теоретический расчет и экспериментальное определение.

Металлическая связь. Интерметаллиды. Кристаллические вещества с ковалентным и ионным типом связи. Зонная модель твердого тела. Металлы, неметаллы, полупроводники. Ван-дер-Ваальсово взаимодействие. Ван-дер-Ваальсовы радиусы. Водородная связь.

Направленность, насыщенность и энергия различных типов химической связи. Поляризуемость и поляризующая способность. Влияние природы связи на физические свойства материала (твердость, ковкость, прочность, температура плавления, электропроводность).

ПЕРИОДИЧЕСКИЙ ЗАКОН И ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА Д.И. МЕНДЕЛЕЕВА

Открытие Периодического закона Д.И.Менделеевым (1869). Современная формулировка Периодического закона. Периодичность в изменении электронной конфигурации атомов. Полные и неполные электронные аналоги. Химический элемент как совокупность атомов с данным зарядом ядра, включающая изолированные атомы и атомы в простых и сложных веществах. Короткопериодная и длиннопериодная формы Периодической системы. Типические элементы. Главные и побочные подгруппы. Менделеевский принцип монотонности изменения химических свойств от типических элементов к элементам главной подгруппы. Переходные элементы. Лантаниды и актинпды. их размещение в Периодической системе. Сверхтяжелые элементы. Границы Периодической системы. Магические числа протонов и нейтронов.

Периодически изменяющиеся свойства элементов, их связь со строением электронных оболочек атомов. Радиусы атомов, энергия ионизации, закономерности в изменении этих величин.

Периодический закон Д.И. Менделеева как основа развития неорганической химии, его философское значение.

ХИМИЯ ЭЛЕМЕНТОВ (С ОСНОВАМИ КАЧЕСТВЕННОГО АНАЛИЗА)

ХИМИЯ НЕМЕТАЛЛОВ (p-ЭЛЕМЕНТЫ)

Рекомендуется для направления подготовки «Химия, физика и механика материалов » как

базовая дисциплина для профиля

«Функциональные, конструкционные материалы и наноматериалы»

Квалификация (степень) - бакалавр

Элементы V11A группы (F, Cl, Br, I, At).

Электронное строение атомов, изменение ковалентных радиусов, значения потенциалов ионизации и энергии сродства к электрону. Химическая связь в простых веществах, изменение параметров связи (энергия длина, поляризуемость). Межмолекулярные взаимодействия простых веществ, физические свойства. Фазовые диаграммы простых веществ галогенов (Р -Т). Гомологические и гетеролитические пути разрыва связи в молекулах галогенов, протекание реакций с участием галогенов по радикальному механизму; инициирование гетеролитического разрыва связи галоген-галоген; реакции диспропорционирования.

Низшие степени окисления галогенов: галогеноводороды, галогениды металлов и неметаллов. Особенности строения химической связи химической связи галоген — водород (длина, энергия, поляризуемость). Межмолекулярные взаимодействия галогеноводородов, физические свойства. Процессы автопротолиза HF, фазовые диаграммы НГ -H2O. Сила галогенводородных кислот, окислительно-восстановительные свойства.

Кислородные соединения галогенов: оксиды, катионные и анионные формы. Строение кислородных соединений в зависимости от состава, влияние неподеленных электронных пар. Окислительно-восстановительные свойства кислородных соединений: процессы диспропорционирования в водной (щелочной) среде. Кислородные кислоты галогенов: кислотно-основные и окислительно-восстановительные свойства; рН-зависимость окислительно-восстановительных потенциалов. Диаграммы Фроста для галогенов в водных растворах (диаграммы nEo — степень окисления). Строение кислородных кислот галогенов, термодинамическая и кинетическая устойчивость.

Межгалогенные соединения: состав и строение. Процессы автоионизации, катионные и анионные формы. Гомо- и гетероатомные полигалогенид-ионы. Химические свойства межгалогенных соединений, окислительно-восстановительные свойства, процессы диспропорционирования, гидролиза. Изоэлектронные аналоги межгалогенных соединений.

Галогениды металлов — материалы с уникальными электрофизическими, оптическими свойствами.

Элементы VIA группы (O, S, Se, Te, Po)

Электронное строение атомов, закономерности изменения ковалентных радиусов, значения потенциалов ионизации и энергии сродства к электрону по подгруппе. Химическая связь в простых веществах.

Строение двухатомной молекулы кислорода: основное (триплетное) и возбужденные (синглетное и триплетное) состояние двухатомного кислорода; реакционная способность кислорода в зависимости от молекулярного строения. Реакции образования синглетного кислорода. Аллотропия кислорода. Трехатомная молекула (озон): строение химические свойства. Фазовые диаграммы простых веществ. Окислительные свойства озона в водных растворах в зависимости от рН; озониды.

Особенности строения простых веществ S и Se (циклы, цепи), полиморфизм. Фазовые диаграммы. Строение циклических молекул в зависимости от состава и заряда.

Водородные соединения элементов VI-ой группы: строение молекул, межмолекулярные взаимодействия, процессы автопротолиза, кислотно-основные свойства в водных растворах. Перекись водорода, полисульфаны: строение молекул, межмолекулярное взаимодействие, кислотно-основные и окислительно-восстановительные свойства.

Кислородные соединения состава ЭО2 и ЭО3; закономерности строения и химические свойства. Кислородные кислоты Н2ЭО3 и Н2ЭО4; строение анионов, таутомерия гидросульфит-иона, участие неподеленной электронной пары в химических процессах. Н6ТеО6: особенности строения и кислотно-основных свойств. Диаграммы Фроста элементов VI-ой группы. Важнейшие типы оксидных материалов.

Элементы VA группы (N, P, As, Sb, Bi)

Электронное строение атомов, закономерности изменения ковалентных радиусов, энергий ионизации и сродства к электрону.

Закономерности изменения строения простых веществ. Фазовые диаграммы простых веществ. Зависимость физических свойств от строения простых веществ.

Водородные соединения элементов V-ой группы. Строение молекул, межмолекулярное взаимодействие, автопротолиз, кислотно-основные свойства, термодинамическая стабильность. Гидразин, гидроксиламин — азотные аналоги перекиси водорода: строение молекул, межмолекулярное взаимодействие, кислотно-основные и окислительно-восстановительные свойства, способы получения.

Кислородные соединения элементов V-ой группы. Особенности оксидов азота: низкие координационные числа, эффективное -связывание NO, стабильные радикалы: NO, NO2. Радикальные реакции: взаимодействие NO и O2; NO и NO2; димеризация NO2, Строение N2O — изоэлектронного аналога CO2. Строение оксида азота (V) в газовой и твердой фазе. Кислотные свойства оксидов азота (III), (IV) и (V). Анионные и катионные формы оксидов азота (III) и (V). Диспропорционирование оксида азота (IV) в кислой и щелочной среде. Различные направления реакций на примере оксида азота (IV) в зависимости от условий: радикальные реакции в газовой фазе или неполярных растворителях, реакции с участием ионов в сольватирующих средах. Особенности взаимодействия азотной кислоты с металлами: участие катионных форм, радикальные реакции, процессы диспропорционирования и сопропорционирования. Зависимость состава продуктов реакции от концентрации азотной кислоты и свойств реагирующего металла.

Строение оксидов фосфора: координационные числа, типы связей. Кислородные кислоты фосфора: строение, сила кислот, строение анионов. Реакции поликонденсации на примерах анионов фосфорных кислот. Строение меафосфат-анионов, комплексообразующие свойства циклометафосфатов. Общие тенденции изменения строения и свойств кислородсодержащих анионов элементов V-ой группы. Диаграммы Фроста для элементов V-ой группы.

Пниктиды — материалы электронной техники (полупроводники).

Элементы IVА группы (C, Si, Ge, Sn, Pb).

Электронное строение атомов, закономерности изменения ковалентных радиусов, энергий ионизации и сродства к электрону. Особенности электронного строения атома углерода: полузаполненность второго уровня, энергетическая близость s и p-подуровней способность к образованию различных видов связи.

Строение простых веществ: алмаз, графит, фуллерены. Фазовые диаграммы простых веществ, изменение границ фазовых равновесий с увеличением радиусов элементов. Изменение электрофизических свойств простых веществ в зависимости от строения; представления о зонной теории строения.

Строение однотипных (по составу) соединений: гидридов, галогенидов, оксидов; сравнение реакционной способности. Строение и свойства карбонатов и силикатов, особенности строения соединений Sn(II) и Pb(II): эффект неподеленной электронной пары. Закономерности в изменении координационных чисел в соединениях элементов IV-ой группы. Диаграммы Фроста элементов IV-ой группы.

Простые вещества IV-ой группы — материалы микроэлектроники. Силикатные материалы. Материалы для волоконной оптики.

Элементы IIIA группы (B)

Особенности электронного строения бора: сравнение значений ковалентного радиуса, энергий ионизаций и сродства к электрону с аналогичными значениями для элементов второго периода и элементов третьей группы.

Структура простого вещества, бинарных соединений с металлами, гидридных соединений; химическая связь (трехцентровая двухэлектронная). Гидридоборатанионы.

Строение и реакционная способность галогенидов бора. Кислородные соединения бора, строение боратов; сравнение с карбонатами и силикатами: координационные числа, геометрия. Борные кислоты. Диаграмма Фроста.

Бориды металлов — высокотемпературные материалы. Абразивные материалы на основе нитрида бора.

Инертные газы (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn)

Особенности электронного строения инертных газов. Сравнение величин атомных радиусов, энергий ионизации с аналогичными параметрами для элементов однотипного периода.

Межмолекулярные взаимодействия и физические свойства. Фазовые диаграммы простых веществ.

Синтез Бартлета, фториды ксенона: строение ВС (влияние неподеленных электронных пар, изоэлектронные аналоги — межгалогенные соединения, метод МО (трехцентровая четырехэлектронная связь — гипервалентная связь); катионные и анионные формы. Химические свойства фторидов ксенона: гидролиз, диспропорционирование. Кислородные соединения ксенона, окислительно-восстановительные свойства, диаграмма Фроста.

Применение инертных газов в производстве особо чистых материалов, высокоэффективных окислителей.

ХИМИЯ МЕТАЛЛОВ

Металлы: простые вещества и элементы; классификация на основе электронного строения, положения в периодической таблице (s, p, d, f-металлы). Особенности металлической связи. Типы плотнейших упаковок атомов в металлах, основные структуры металлов. Магнитные и электрические свойства металлов, магнитные фазовые переходы. Модели металлической связи. Уровни Ферми. Работа выхода электронов. Энергетические зоны. Зонная модель и ММО. Донорные и акцепторные уровни. Интерметаллические соединения, основные типы двухкомпонентных систем металлов.

Металлы — основа конструкционных материалов, сплавы.

Химическая связь в твердых телах, структура кристаллов. Дефекты в кристаллических веществах, причины возникновения, виды и равновесия дефектов. Равновесия дефектов в бинарных соединениях, нестехиометрия. Виды дефектов при нестехиометрии, способы регулирования отклонения от стехиометрии (равновесие «кристалл — пар»). Дефекты и физические свойства.

Твердофазные реакции. Особенности кинетики и механизма. Топохимическая память. Реакционная способность твердых реагентов.

Щелочные металлы (Li, Na, K, Rb, Cs, Fr) — IА группа

Электронное строение атомов, закономерности изменения радиусов и энергий ионизации. Сравнение с аналогичными параметрами соседних элементов в периоде и элементами побочной подгруппы (Cu, Ag, Au). Строение простых веществ, изменение свойств простых веществ(плотность, температуры плавления и кипения; энергия атомизации, электрохимические потенциалы).

Закономерности изменения ионных радиусов, сольватация ионов. Энергии кристаллической решетки ионных соединений, растворимость. Комплексообразование ионов щелочных металлов. Характерные аналитические реакции ионов щелочных металлов.

Металлы IIA-группы (Be, Mg, Ca,, Sr, Ba, Ra)

Электронное строение атомов, закономерности изменения радиусов и энергий ионизации; сравнение с аналогичными параметрами для щелочных металлов.

Строение кристаллических решеток простых веществ, полиморфизм, фазовые диаграммы простых веществ, сравнение физических свойств.

Энергии сольватации двухзарядных ионов элементов IIA-группы; электродные потенциалы. Основные типы кристаллических решеток ионных соединений, энергии ионных решеток, растворимость однотипных соединений: фторидов, гидроксидов, карбонатов, сульфатов. Аквакомплексы двухзарядных ионов, гидролиз, гидроксокомплексы бериллия. Классификация двухзарядных ионов на основе теории ЖМКО (жестких и мягких кислот и оснований). Изменение устойчивости комплексных соединений ионов элементов 1A и IIA групп, анионные комплексы бериллия. Основные аналитические реакции определения ионов в растворе.

Металлы IIA-группы (Al, Ga, In, Tl)

Закономерности изменения радиусов и энергий ионизации элементов IIIA-группы, сравнение с аналогичными параметрами для элементов IIIВ-группы. Строение и свойства простых веществ. Диаграмма Фроста.

Соединения в степени окисления +3: изменения координационных чисел, катионные (аквакомплексы) и анионные комплексы. Соединения в низших степенях окисления, изменение устойчивости по подгруппе. Сравнение горизонтальных рядов :In, Sn, Sb; Ti, Pb, Bi (увеличение устойчивости низших степеней окисления).

Основные аналитические реакции определения ионов в растворах.

Использование металлического алюминия для производства конструкционных материалов. Материалы на основе оксида алюминия. Соединения индия и галлия — материалы микроэлектроники.

Строение комплексных соединений

Комплексные соединения: понятия о центральном атоме, лиганде, координационном числе и координационном полиэдре, дентатность лиганда. Теория кристаллического поля (ТКП) в приложении к координационным соединениям. Симметрия d-орбиталей, изменение энергии d-орбиталей в поле сферической симметрии, энергетическое расщепление орбиталей в поле октаэдрической и тетраэдрической симметрии. Энергия расщепления орбиталей (10 Dq), энергия спаривания электронов, энергия стабилизации кристаллическим полем (ЭСКП). Влияние на величину расщепления природы центрального атома (3d-4d-5d, степени окисления), числа и симметрии лигандов (спектрохимический ряд).

Расщепление орбиталей лигандов центральным атомом (МО). Изомерия комплексных соединений: геометрическая, оптическая, гидратная, спиновая. Методы исследования комплексных соединений: электрохимические, спектральные, магнетохимические, рентгеноструктурные.

Ян-Теллеровское искажение, плоскоквадратные комплексы. Равновесия комплексообразования, константы устойчивости (нестойкости) комплексных соединений. Основные типы реакций комплексных соединений: лигандный обмен, перенос протонов и электронов, влияние центрального атома на химическое поведение лигандов.

Переходные металлы (3d-, 4d-, 5d-элементы)

Закономерности электронного строения d-элементов, изменение радиусов, энергий ионизации, устойчивых степеней окисления. Сравнение свойств простых веществ, электрохимических потенциалов. Ионные формы различных степеней окисления в водных растворах. Сравнение свойств аквакомплексов элементов в одинаковых степенях окисления (+2, +3), процессы гидролиза. Кинетическая инертность комплексных соединений с d3 и d6 электронной конфигурацией центрального атома. Основные аналитические реакции определения d-элементов в растворах.

Металлы IVB-группы (Ti, Zr, Hf)

Закономерности изменения радиусов и потенциалов по подгруппе (сравнение с аналогичными параметрами IVA группы). Сравнение свойств простых веществ — металлов. Фазовые диаграммы простых веществ.

Сравнение свойств однотипных соединений: оксидов, галогенидов Э(+4). Соединения в низших степенях окисления. Комплексные соединения, изменения координационных чисел. Диаграммы Фроста.

Способы получения простых веществ, иодидное рафинирование. Принципы методов разделения циркония и гафния.

Использование титана, циркония и гафния в качестве конструкционных материалов, цирконий и гафний — материалы ядерной энергетики.

Металлы Vb группы (V, Nb, Ta)

Электронное строение атомов, особенности ниобия. Закономерности изменения радиусов и потенциалов ионизации по подгруппе (сравнение с аналогичными параметрами VA группы). Сравнение свойств простых веществ.. Диаграммы Фроста, сравнение устойчивости различных степеней окисления элементов в водных растворах. Катионные и анионные формы V(+5) в водных растворах (зависимость от концентрации и рН раствора). Изменение координационного числа для кислородных соединений V(+5); аналогия ванадат- ионов (к.ч.=4) с фосфат ионами, изополисоединения. Комплексные соединения ванадия (+5, +4, +3, +2), строение, свойства. Низшие степени окисления Nb и Ta.

Использование ванадия, ниобия и тантала при производстве конструкционных материалов.

Металлы VIB (Cr, Mo, W)

Закономерности изменения радиусов и потенциалов, особенности электронного строения молибдена, сравнение с аналогичными параметрами VIА группы. Сравнение свойств простых веществ — металлов. Диаграммы Фроста. Устойчивость различных степеней окисления элементов в водных растворах. Изменение координационного числа для соединений в высших степенях окисления. Сравнение строения и свойств оксидов и галогенидов. Конденсация оксоанионов в водных растворах, изополи- и гетерополисоединения Mo и W. Кратные связи металл-металл в соединениях низших степеней окисления.

Хром, молибден и вольфрам — компоненты конструкционных материалов.

Металлы VIIB группы (Mn, Tc, Re)

Закономерности изменения радиусов и потенциалов. сравнение с элементами VIIA группы. Сравнение свойств простых веществ. фазовые диаграммы простых веществ. Диаграммы Фроста, устойчивость соединений различных степеней окисления в водных растворах.

Сравнение строения и свойств однотипных соединений в различных степенях окисления (+7, +6, +5, +4, +3): оксоанионы, оксиды, галогениды.. Кратные связи металл-металл в соединениях низших степеней окисления Tc и Re, кластеры, карбонилы.

Использование марганца и рения в конструкционных материалах.

Металлы VIIIB группы (Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt)

Электронное строение атомов, закономерности изменения радиусов, потенциалов ионизации в подгруппах (рядах) элементов. Сравнение свойств простых веществ, Фазовые диаграммы, ферромагнетизм. Диаграммы Фроста, устойчивость различных степеней окисления элементов в водных растворах, влияние процессов комплексообразования на окислительно-восстановительные свойства. Координационные соединения: состав, строение, устойчивость в зависимости от электронного строения центрального атома и природы лигандов. Кинетическая инертность низкоспиновых комплексов соединений Co(+3). Квадратные комплексы Ni(+2). Низкоспиновые комплексы платиновых металлов, кинетические особенности замещения лигандов в квадратных комплексах Pt(+2) — эффект транс-влияния. Принципы выделения и очистки платиновых металлов.

Металлы VIII-группы — основа конструкционных материалов.

Металлы IB группы (Cu, Ag, Au)

Закономерности изменения радиусов и потенциалов ионизации, сравнение с аналогичными параметрами IA группы. Сравнение свойств простых веществ — металлов. Диаграммы Фроста, устойчивость различных степеней окисления в растворах, влияние процессов комплексообразования на значения электрохимических потенциалов.

Сравнение свойств однотипных соединений Cu, Ag, Au — (+1, +2, +3). Комплексные соединения: координационные числа, координационные полиэдры в зависимости от электронного строения центрального атома и природы лигандов. Ян-Теллеровское искажение координационных соединений Cu(+2).

Медь, серебро и золото — материалы электроники и электротехники. Сверхпроводящие купраты, Особенности структуры и свойства.

Металлы IIB группы (Zn, Cd, Hg)

Закономерности изменения радиусов и ионизационных потенциалов, сравнение с аналогичными параметрами для элементов IIA группы, электронное строение атомов. Сравнение свойств простых веществ — металлов. Диаграммы Фроста, устойчивость ионов в растворах, проявляемые степени окисления, стабилизация степени окисления +1 образованием связи металл-металл. Сравнение свойств однотипных соединений: оксидов, галогенидов. Комплексные соединения: координационные числа, координационные полиэдры; сравнение устойчивости однотипных комплексных соединений на основе МЖКО.

Цинк, кадмий, ртуть — материалы электротехники.

Металлы IIIB группы (Sc, Y, La, лантаниды и актиниды)

Закономерности изменения радиусов и ионизационных потенциалов, сравнение с элементами IIIA группы. Иттриевая и цериевая подгруппы лантанидов, лантанидное сжатие. Электронное строение атомов и закономерности проявляемых степеней окисления. Диаграммы Фроста.

Закономерности изменения свойств простых веществ, фазовые диаграммы простых веществ.

Комплексные соединения лантанидов: координационные числа, координационные полиэдры, закономерности изменения устойчивости комплексных соединений. Принципы разделения редкоземельных элементов.

Особенности электронного строения актинидов, энергетическая близость 5f и 6d орбиталей. Диаграммы Фроста, устойчивость различных степеней окисления, подгруппы тория и берклия. Закономерности изменения радиусов.

Закономерности изменения свойств простых веществ, фазовые диаграммы. Сравнение свойств однотипных соединений актинидов: оксидов, галогенидов. Аналогия свойств 5f и 4f элементов в низших степенях окисления. Катионные и анионные формы актинидов в высших степенях окисления. Комплексные соединения актинидов: координационные числа, координационные полиэдры; зависимость устойчивости комплексных соединений от степени окисления центрального атома и природы лигандов. Синтез трансурановых элементов, принципы разделения актинидов.

Использование РЗЭ при производстве конструкционных, оптических и других материалов. Соединения урана и плутония — основные материалы ядерной энергетики.

МАТЕРИАЛЫ: ПРОШЛОЕ, НАСТОЯЩЕЕ, БУДУЩЕЕ

Рекомендуется для направления подготовки «Химия, физика и механика материалов » как

базовая дисциплина для профиля

«Функциональные, конструкционные материалы и наноматериалы»

Квалификация (степень) - бакалавр

ВВЕДЕНИЕ

Вещества и материалы. Классификация материалов по химическому составу, структуре, свойствам и применению. Функциональные и конструкционные материалы. Материалы-рекордсмены.

Материалы и экономика. Экологические проблемы, связанные с производством, эксплуатацией и регенерацией материалов.

Наука о материалах. Физико-химические принципы конструирования материалов.

ВОДОРОД И ВОДА КАК СЫРЬЕ И МАТЕРИАЛЫ

Производство водорода. Термохимические циклы. Мембранные технологии получения сверхчистого водорода. Гидриды как аккумуляторы водорода. Водородная энергетика.

Проблемы получения и хранения жидкого водорода. Орто- и пара-водород. Особенности конструкционных материалов, используемых в водородной энергетике. Водородная коррозия.

Вода. Тяжелая и сверхтяжелая вода. Представления об изотопном эффекте, диаграмма состояния воды. "Горячий" лед. Структура "обычного" льда. Льдоподобная структура воды. Активное состояние жидких и твердых тел, механоактивация, Кристаллогидраты.

Потребление воды в различных производствах. Вода как растворитель (Гидротермальный синтез, ress - технология). Основные представления о криохимической технологии.

ЩЕЛОЧНЫЕ МЕТАЛЛЫ И ИХ СОЕДИНЕНИЯ В ТЕХНИКЕ И ТЕХНОЛОГИИ

Общий обзор свойств щелочных металлов и их соединений. Расплавы щелочных металлов как теплоносители в ядерной энергетике. Пероксидные соединения щелочных металлов и их техническое применение-. Электрохимия расплавов. Диаграммы состояния солевых систем, используемых для электрохимического получения металлов из расплавов.

Электронные свойства щелочных металлов. Фотоэффект. Работа выхода электрона. Полярон. Электронный газ. Термоэлектрические явления. Фотоника.

ЩЕЛОЧНОЗЕМЕЛЬНЫЕ МЕТАЛЛЫ И ИХ СОЕДИНЕНИЯ В СОВРЕМЕННЫХ МАТЕРИАЛАХ

Общий обзор свойств щелочноземельных металлов и их соединений. Диэлектрики. Диэлектрические свойства титаната бария и других соединений со структурой перовскита. Сегнето- и пьезоэлектрики. Пироэлектрический эффект. Электреты. Электрострикционные материалы.

Дефектные перовскитоподобные структуры. Высокотемпературные сверхпроводники (ВТСП).

Создание «интеллектуальных» материалов с нелинейными свойствами. Электрореологические жидкости.

БОР, АЛЮМИНИЙ, ГАЛЛИЙ, ИНДИЙ, ТАЛЛИЙ И ИХ СОЕДИНЕНИЯ В СОВРЕМЕННОЙ ТЕХНИКЕ И ТЕХНОЛОГИИ

Общая характеристика элементов, IIIA подгруппы. Бор. Структура В12. Использование бора в ядерной энергетике. Фториды бора. В4С -конкурент технического алмаза. Нитрид бора и его полиморфные модификации. Бороводороды. Боразол.

Алюминий. Алюминиевые сплавы, спеченный алюминиевый порошок -САП. Оксидные соединения алюминия: - и -Al2O3 как основа создания каталитически активных систем. Полиалюминат натрия -Аl2О3 -суперионный проводник. Оптически прозрачный поликристаллический -Ai2O3 - «Кадор». Высокотемпературная керамика. Комплексные соединения алюминия и их роль в стереоспецифических реакциях (катализаторы Циглера-Натта).

Использование соединений Ga, In и Tl. в современных материалах.

МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ 3d ЭЛЕМЕНТОВ

Магнитные материалы. Диа-, пара- и ферромагнетики. Ферри- и антиферримагнетики. Металлические и неметаллические магнитные материалы. Аморфные сплавы. Ферриты со структурой шпинели. Нормальная и обращенная шпинели. Магнитомягкие и магнитожесткие материалы. Магнитные жидкости и магнитоактивные композиты.

Конструкционные металлические материалы. Стали. Коррозия и борьба с ней.

Сплавы, обладающие эффектом памяти формы. Представление о природе эффекта топохимической памяти. Роль эффектов памяти в неорганическом материаловедении.

МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ 4d ЭЛЕМЕНТОВ

Общие закономерности изменения свойств в периодах. Внутренняя периодичность. Соединения Курнакова. Фазы Лавеса. Фазы внедрения. Интерметаллиды. Диаграммы состояния металлических систем.

Металлы в гетерогенном катализе. Материалы на основе платиновых, элементов. Ультрадисперсное состояние вещества. Наноматериалы.

МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ 5d ЭЛЕМЕНТОВ

Общая характеристика 5d элементов. Тугоплавкость. Лантанидное сжатии. Лантан и его соединения. Соединения гафния, тантала и их применение (легирующие добавки, покрытия, теплообменники, медицина). Вольфрам: его свойства и применение (твердые сплавы, лампы накаливания, нагреватели и термопары) Вольфрамовые бронзы. Компактный вольфрам. Проблема спекания. Температура Таммана. Эффект Ацтке-Вацека.

Амальгамы - сплавы или интерметаллиды. Применение амальгам в технике и в медицине.

МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ 4f И 5f ЭЛЕМЕНТОВ

Распространенность лантанидов и актинидов. Проблема выделения элементов из различных типов сырья: -интенсификация процессов выделения за счет экстракции и ионного обмена. Применение 4f элементов: люминофоры, лазеры (активные добавки), стекловарение, легирующие добавки. Рост монокристаллов из растворов и расплавов.

«Алхимические» методы синтеза соединений 4f и 5f элементов и их последующее выделение из продуктов радиоактивного распада.

ГАЛОГЕНИДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Ионная проводимость в твердом теле. Униполярная и биполярная проводимость. Твердые электролиты. Понятие о квазижидкой подрешетке в твердом теле. Квазихимический подход к описанию поведения твердых электролитов. Использование галогенидов в качестве твердых электролитов и элементов сенсорных систем. Дисперсоиды.

Основы электрохимической термодинамики твердофазных реакций.

ХАЛЬКОГЕНИДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Соединения переменного состава (cпc). Закономерности возникновения фаз переменного состава на основе 3-d и 4-f элементов. Уравнение электронейтральности, расчет состава СПС, квазихимические реакции.

Зависимость свойств оксидных и сульфидных СПС от не стехиометрии. Анализ электрических, оптических и магнитных свойств. Люминофоры. Кластерные материалы. Фазы Шевреля.

Селениды и теллуриды.

МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ ЭЛЕМЕНТОВ ГЛАВНОЙ ПОДГРУППЫ 5-Й ГРУППЫ ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

Азот. Проблема связанного азота. Синтез аммиака. Перспективы использования высоких давлений в химии. Проблемы конструкционных материалов, используемых при высоких давлениях.

Нитриды. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез (CВC — процессы).

Кислые фосфатные соли — протонные суперионные проводники. Фосфатные стекла. Гидроксоаппатиты как основа биокерамики.

Диаграмма состояния GaAs, легированного кремнием.

Химическое оружие на основе соединений мышьяка и проблема уничтожения химического оружия.

Использование Sb и Bi в современном материаловедении. Легкоплавкие сплавы. Антифрикционные сплавы.

МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ ЭЛЕМЕНТОВ ГЛАВНОЙ ПОДГРУППЫ 4-Й ГРУППЫ ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

Углерод. Аллотропные модификации углерода: алмаз, графит, аморфный углерод. Эксперименты Муассана. Работы Лейпунского. Синтез искусственных алмазов. Режущие инструменты. Соединения внедрения в графит (СВГ-фазы). Карбин. Фуллерены. Новые поколения материалов на основе фуллеренов.

Основные представления о композиционных соединениях. Углеродные «усы». Стеклоуглерод.

Германий и кремний как полупроводники. Проблемы получения высокочистых веществ и их легирование. Основные принципы построения диаграмм дефектообразования на примере кремния.

Химия силикатов. Стекла. Стеклообразование. Оптоволоконные материалы. Золь-гель технология и cvd процессы. Пути повышения прочностных характеристик стекол (частичная кристаллизация, химическое легирование и т.д.). Фотохромные стекла. Ситаллы. Цеолиты — молекулярные сита и катализаторы. Цементы и бетон, Железобетон. Огнеупоры.

Использование соединений Sn и Pb в современных материалах.

ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ (ВМС) КАК МАТЕРИАЛЫ

Определение ВМС. Гибкость цепи — фундаментальное свойство ВМС. Молекулярные механизмы гибкости: конформационная и деформационная. Свойства полимеров как материалов. Способность к высокоэластичным деформациям. Температура стеклования. Кристаллическое состояние ВМС. Температура кристаллизации. Механические анизотропные свойства ВМС. Способность к гелеобразованию.

Четыре группы полимерных материалов: объемные, волокна, пленки, покрытия. "Высокоинтеллектуальные" полимерные материалы: мембраны, сорбенты, катализаторы, электроактивные материалы. Соотношение температур текучести, стеклования и кристаллизации* зависимость этих температур от длины полимерной цепи. Синтез полимерной молекулы. Изо-, синдио- и атактическая* цис- и транс-конфигурации полимерных молекул. Стереорегулярные полимеры. Укладка полимерных цепей. Армированные материалы. Суперинженерные пластики. Создание новых типов конструкционных и функциональных материалов на основе полимеров.

БЛАГОРОДНЫЕ ГАЗЫ В ХИМИИ, ФИЗИКЕ И ТЕХНОЛОГИИ.

Общий обзор свойств элементов VIIIa подгруппы. Особенности спектров благородных газов. Применение благородных газов в светотехнике и в производстве ОСЧ материалов.

Инертные или благородные (Открытие Бартлетта. Работы по химической фиксации ксенона. Химические соединения благородных газов, высокоэффективные окислители. Фазы внедрения (клатраты). Устойчивость фаз внедрения (термодинамический анализ).

Радиохимия благородных газов.

Борьба за "абсолютный ноль". Работы Г.К.Оннеса. , Диаграмма состояния Не. Критическая точка. Гелий I и гелий II. Сверхтекучесть и сверхпроводимость. Квантовые эффекты в веществах при температурах < 4 К.

Квантовые эффекты в химических системах при низких и сверхнизких температурах: туннельный эффект, низкотемпературный предел скорости химической реакции. Космохимия.

ПРАКТИКУМ

Практикум «Начала химического эксперимента»

Практикум «Начала химического эксперимента» предназначен для студентов первого курса (начало первого семестра). Целью практикума является обучение студентов основным приемам работы в химической лаборатории. Студенты приобретают навыки постановки и проведения химического эксперимента, интерпретации полученных результатов. Каждая задача практикума представляет собой цельное исследование, направленное на получение определенного неорганического материала. Работая над задачей, студенты обучаются и распределению ролей в научном коллективе (работа выполняется 2 студентами)

В процессе выполнения практикума студенты овладевают приемам взвешивания, измерения объемов жидкостей при помощи мерной химической посуды, приготовления растворов с определен­ной концентрацией (по точной навеске твердого вещества, разбавлением концентрированных растворов, с использованием фиксаналов), очистки солей перекристал­лизацией, фильтрования, декантации, центрифугирования осадков, сушки, прокаливанию веществ в электрических печах. Студенты активно используют методы рН-метричеcкого титрования ( для определения условий осаждения и химической формулы осадка), гравиметрического анализа (для установления точной формулы кристаллогидрата), учатся обрабатывать результаты рентгенофазового анализа.

На вводном занятии студентам предлагается тема работы, после чего предлагается в соответствии со списком рекомендованной литературы им надлежит самостоятельно выбрать по меньшей мере два альтернативных способа получения целевого продукта (например, разложение механической смеси солей и разложение совместно осажденных гидроксидов), провести синтез и идентифицировать полученное вещество методом рентгенофазового анализа.

Список объектов для синтеза включает оксидные материалы с достаточно простой кристаллической структурой (напр, шпинель, корунд); кроме того, всегда присутствует элемент «зрелищности»: синтезируемые соединения являются неорганических красителями (CoAl2O4 (тернарова синь); (Zn,Co)O (ринманова зелень); (Cr,Al)2O3 (рубин); CuAl2O4; ZnAl2O4; NiAl2O4; MnAl2O4; Zn(Cr,Al)2O4; FeAl2O4).

Результатом работы должен быть обоснованный выбор перспективного метода синтеза (среди тех, которые были использованы студентами) изучаемого соединения.

По окончании практикума студенты представляют письменный отчет по определенной форме и выступают с докладом на конференции курса.

ПРАКТИКУМ ПО ХИМИИ ЭЛЕМЕНТОВ

(Рекомендуемые темы синтезов)

ГАЛОГЕНЫ

  1. Хлоргидрат. Исследование равновесия хлор-вода (рН, Е).

  2. Получение брома (окисление бромида дихроматом в кислой среде). Исследование равновесия бром-вода (рН, Е).

  3. Получение хлората калия (исходя из хлорной извести) (E-pH).

  4. Получение иодата калия (KI + KMnO4) (E - pH).

  5. Получение кислого иодата калия KIO3•HIO3. [2] стр. 130-131. Определение рК1 HIO3 (рН-метрическое титрование щелочью).

  6. Получение бромата калия (KBr + KOH + Cl2). Е - рН.

  7. Получение периодата калия (KIO3 + K2S2O8). [2] стр.131-132.

  8. Получение KICl4 (выбор методики, исходя из продуктов гидролиза). Определение состава по изменению массы при прокаливании.

  9. Получение ICl, ICl3 (прямое хлорирование иода ).

КИСЛОРОД, СЕРА, СЕЛЕН, ТЕЛЛУР

  1. Получение перекиси водорода из пероксида бария. Определение выхода, оптимизация методики получения. [3] стр.55.

  2. Получение пентагидрата тиосульфата натрия. Оптимизация методики, определение чистоты продукта. [3] стр.100.

  3. Получение дигидрата дитионата натрия (оксид серы (IV) получать сжиганием серы). [1] т.2, стр.432-433. Подтверждение состава по результатам термического разложения.

  4. Получение оксида серы (VI). Переработка остатков кислого сульфата натрия: NaHSO4  Na2S2O7  SO3.

  5. Получение метабисульфита калия. [2] стр.135-136.

  6. Получение кристаллического сульфида свинца. [1] т.3, стр.845.

  7. Получение кристаллического сульфида кадмия и пленочных покрытий на его основе.

АЗОТ

  1. Получение безводной азотной кислоты - нитрозилгидросульфат - нитрозилхлорид - (нитрозил гексахлорстаннат (IV)). [3] с. 125-127.

  2. Получение гидросульфата гидразония. [3] с.122.

  3. Получение нитрозилхлорида (нитрозил гексахлорстаннат(IV)). [3] с.125.

  4. Разложение нитратов (KNO3, NaNO3, Ba(NO3)2, Pb(NO3)2)

ФОСФОР

  1. Получение трибромида фосфора. Гидролиз, рН титр.NaOH, определение состава, рК1 и рК2 H3PO3. [3] с.140.

  2. Получение трихлорида фосфора. Гидролиз, рН титр.NaOH, определение состава, рК1 и рК2 H3PO3. [3] с.135, 138.

  3. Получение POCl3. Гидролиз, рН титр.NaOH, определение состава, рК1 и рК2 H3PO4.[3] с.136. Взаимодействие с безводными солями: нитритами, нитратами, сульфитами, сульфатами.

  4. Получение циклогексаметафосфатов плавлением дигидрофосфата натрия. (Определение состава титрованием BaCl2. Потенциометрическое определение комплексообразования с ионами серебра, меди, никеля, цинка.) [1] т.2, с.577-578.

СУРЬМА, ВИСМУТ

  1. Получение трихлорида сурьмы (SbOCl, Sb4O5Cl2). [1] т.2, с.631, 633.

  2. Получение пентахлорида сурьмы (H3O[SbCl6], NO[SbCl6]). [1] т.2, с.632, 634.

  3. Получение трииодида сурьмы. [3] с.145.

  4. Получение висмутата калия KBiO3. [1] т.2, с.650.

УГЛЕРОД, КРЕМНИЙ, ОЛОВО, СВИНЕЦ

  1. Получение цианата калия KCNO. “Inorg.synth.”v.1.

  2. Получение циануровой кислоты. [1] т.3, с.694.

  3. Получение кристаллического кремния.[1] т.2, с.714.

  4. Получение тетрахлорида олова ((NH4)2SnCl6, K2SnCl6, (NO)2SnCl6).[1] т.3, с.820-822.

  5. Получение гесахлорлюмбата аммония (калия). [3] с.159.

  6. Получение кристаллического свинцового сурика (Pb3O4). [1] т.3, с. 841.

  7. Получение кристаллического сульфида свинца. [1] т.3, стр.845.

БОР

  1. Получение нитрида бора ( H3BO3 + (NH2)2CO ). [4], с. 609.

  2. Получение фосфата бора. [1] т.3, с.879.

ЩЕЛОЧНЫЕ МЕТАЛЛЫ

  1. Получение гидрокарбоната натрия, карбоната натрия, гидролиз, определение чистоты. [3] с.167.

  2. Получение гидроксида натрия обменной реакцией карбоната натрия и гидроксида кальция ( кинетика превращения). [3] с. 166.

  3. Малорастворимые соли щелочных металлов. [3] с. 168.

МАГНИЙ, ЩЕЛОЧНОЗЕМЕЛЬНЫЕ МЕТАЛЛЫ

  1. Основной карбонат магния, карбонат магния (зависимость состава от условий получения). [3] с.182, [2] с. 220.

  2. Перевод сульфата бария в растворимые соединения (обменная реакция с карбонатом натрия).

  3. Сульфаты щелочноземельных металлов: взаимодействие с концентри­рованными растворами тиосульфата натрия, сульфата аммония.

  4. Получение кристаллических модификаций карбоната кальция: кальцит и арагонит.

АЛЮМИНИЙ

  1. Основной сульфат алюминия (со структурой Кеггина) Na[Al13O4(OH)24(H2O)12](SO4)4. (Acta Chim.Scand.,1960, v.19, p.769-771).

  2. Безводный хлорид алюминия AlCl3 (NaAlCl). [1] т.3, с.893-894, 896-897.

  3. K3[Al(C2O4)3]•3H2O.

  4. Al(acac)3. [1] т.3,с.912.

ТИТАН

  1. Тетрахлорид титана (TiCl4  H2TiCl6  (NH4)2TiCl6). [3] c.191-192.

  2. [TiCl2(H2O)4]Cl•2H2O (Ti + HСl).

  3. K3[Ti(C2O4)3(H2O)]•nH2O.

ВАНАДИЙ

  1. V2O5  V  VCl4  VCl3•L . [3] с.195, 197.

  2. VOCl3 (гидролиз, рН титр.NaOH). [3] с.196.

  3. [VCl2(H2O)4]Cl•2H2O (из окисленного металлического ванадия).

  4. K3[V(C2O4)3]•3H­2O.

  5. KV3O8. [1] т.5, с.1892.

ХРОМ, МОЛИБДЕН, ВОЛЬФРАМ

  1. KCr(SO4)2•12H2O ( pH титр. NaOH).[3] с. 202.

  2. K3[Cr(C2O4)3]•3H2O (спектр) [3] с.208.

  3. [Cr(H2O)6]Cl3(спектр) [1] т.5, с.1587.

  4. [Cr(H2O)Cl]Cl2 •H2O (спектр) [1] т.5, с. 1588.

  5. [Cr(H2O)4Cl2]Cl•2H2O (спектр) [1] т.5, с.

  6. [Cr(H2O)3Cl3]•3H2O (спектр) [1] т.5, с.1588.

  7. (NH4)2[Cr(NCS)4(NH3)2] (соль Рейнеке);

  8. [(NH2)3C][Cr(NCS)4(NH3)2] (соль Морланда) [1] т.5, с. 1619.

  9. (NH4)4Mo8O26• nH2O. [1] т.6, с.1894.

  10. Na6(H2 W12 O40)•21H2O. [1] т.6, с.1895.

  11. Na10(H2W12O42)•27H2O. [1] т.6, с.1895.

  12. (NH4)2[MoOCl5] (спектр). [1] т.5, с.1649.

  13. (NH4)2[MoCl6]

  14. (NH4)2[MoCl5(H2O)] [1] т.5, с.1643.

  15. (NH4)3[MoCl6] [3] с.216-217.

  16. (NH4)3[Mo2Cl9]  [Mo2Cl8]4-  Mo2(Ac)4  K4[Mo2Cl8] [1] т.5б, с.1656.

  17. MoO2Cl2 ( MoO3 + NaCl возгонка).

  18. (NH4)3(CrMo6O24H6)• nH2O (спектр). [1] т.6, с.1901.

МАРГАНЕЦ

  1. K2MnO4. [1] т.5, с.1687.

  2. K2MnCl6, K2MnCl5•H2O. [1] т.5, с. 1689.

  3. (NH4)4(MnIVMo9O32)•6H2O [1] т.6, с.1905.

  4. K7(MnIVV13O38)•18H2O [1] т.6, с.1908.

  5. K3[Mn(C2O4)3]•3H2O [3] с.224-225.

ЖЕЛЕЗО, КОБАЛЬТ, НИКЕЛЬ

  1. FeCl3 .[3] с.187.

  2. FeSO4 7H2O; (NH4)2Fe(SO4)2 6H2O. [3] с.228.

  3. K3[Fe(C2O4)3] 3H2O [3] с.234-235.

  4. (NH4)3[FeMo6O24H6] nH2O (спектр)[1] т.6, с.1903.

  5. [Co(NH3)6]Cl3 [1] т.5, с.1778.

  6. [Co(NH3)5Cl]Cl2 [1] т.5, с.1780, 1782.

  7. Na3[Co(NO2)6] [1] т.5, с.1786.

  8. [Co(NH3)6]I2 [1] т.5, с.1779.

  9. Na3[CoMo6O24H6] 8H2O [1] т.6, 1904.

  10. (NH4)6(Co2Mo10O30) 10H2O [1] т.6, 1906.

  11. [Ni(NH3)6]X2 (X= Cl, Br, I) [3] с.234.

  12. NaNiIVIO6 H2O [1] т.5, с. 1791.

  13. (NH4)6[NiIVMo9O32] 6,5H2O [1] т.6, с.1906.

МЕДЬ, ЦИНК, КАДМИЙ

  1. CuX (X=Cl, Br, I) [3] с.239.

  2. [Cu(NH3)4]SO4 [3] с.240.

  3. [Cu(NH3)4](OH)2

  4. ZnCO3 [1] т.4,с.1127.

  5. Zn4O(Ac)6 [1] т.4, с.1128.

  6. K2Zn(SO4)2•6H2O (переработка отходов аппарата Киппа).

  7. Cd(OH)2 [1] т.4, с.1135.

  8. [Cd(NH3)6]X2 (X=Cl, Br, I)

    CdCO3 [1] т.4, с. 1141.

1. Цели освоения дисциплины

Цель дисциплины – изложить основные проблемы химического материаловедения на основе фундаментальных законов общей и неорганической химии. В рамках дисциплины «Общая и неорганическая химия» подготовлены 3 программы: «Общая химия», “Химия элементов (с основами качественного анализа)” и «Материалы: прошлое, настоящее и будущее», которые сопровождаются практикумом по общей химии и химии элементов.

2. Место дисциплины в структуре ООП:

Модуль «Общая и неорганическая химия» находится в Профессиональном цикле (Б3) ООП, в ее Базовой части.

Курсу сопутствуют практикум «Начала химического эксперимента». Курс рассчитан на обобщение и значительное углубление полученных в средней школе знаний по фундаментальным вопросам общей химии, включая основы химической термодинамики, химических и фазовых равновесий, основные начала теории растворов и кинетики химических реакций, строение атомов, модели химической связи и периодический закон Д.И. Менделеева.

Курс “Химия элементов (с основами качественного анализа)” включает систематическое рассмотрение закономерностей свойств химических элементов на основе периодического закона Д.И.Менделеева; свойства простых и сложных веществ, образуемых ими. Особое внимание уделяется уникальным свойствам веществ, являющихся основой для их применения в качестве различных материалов. Распределение изучаемого материала в рассматриваемом курсе во многом соответствует общепринятой в неорганической химии последовательности изложения: в первом семестре рассматриваются свойства неметаллов (р-элементов), во втором — металлов (химия s-, d-, f-элементов). Практикум включает в себя работы по синтезу неорганических соединений, в то же время часть занятий отводится на освоение основ качественного анализа анионов (1 семестр) и катионов (2 семестр). Второй семестр включает лекции и семинарские занятия, практикум по синтезу неорганических соединений металлов. Курсовая работа, завершающая второй семестр, посвящается синтезу и исследованию неорганического объекта.

Задача курса «Материалы: прошлое, настоящее, будущее» — познакомить. студентов не только с историей развития наиболее продуктивных идей, которые составили основу наук о материалах, но и показать как эти идеи были воплощены в жизнь и что от них можно ожидать в будущем. В курсе предпринята попытка изложить, главным образом, химические проблемы, решаемые при создании новых материалов. Структура курса тесно перекликается с логикой Периодической системы. Такой подход позволяет изложить проблемы химического материаловедения на основе фундаментальных химических законов.

Модуль «Общая и неорганическая химия» крайне необходим для освоения большинства теоретических дисциплин Профессионального цикла, включая базовую и вариативные части. Без освоения этого модуля невозможно проведение научно-исследовательской практики студента, выполнение его научно-исследовательской работы под руководством индивидуального куратора, подготовка и выступление с научными докладами на научно-студенческих конференциях.

3. Требования к результатам освоения дисциплины:

Процесс изучения модуля «Общая и неорганическая химия» направлен на формирование следующих компетенций:

- стремлением к саморазвитию, повышению своей квалификации и мастерства (ОК-6);

- владением основными методами, способами и средствами получения, хранения, переработки информации, наличием навыков работы с компьютером как средством управления информацией (ОК-12);

- способностью использовать для профессиональной деятельности современные достижения в области информационных технологий (сбора, хранения и обработки информации), включая базы данных, компьютерные сети, программное обеспечение и языки программирования (ПК-7);

- способностью работать с информацией в глобальных компьютерных сетях (ОК-13);

- знанием основ защиты производственного персонала и населения от возможных последствий аварий, катастроф, стихийных бедствий и применения современных средств поражения, основных мер по ликвидации их последствий, способность к общей оценке условий безопасности жизнедеятельности (ПК–1);

- наличием целостного представления о процессах и явлениях, происходящих в неживой и живой природе (ПК-2);

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

- способностью на научной основе организовать свой труд (ПК-5);

- способностью в условиях развития науки и техники к критической переоценке накопленного опыта и творческому анализу своих возможностей (ПК-6).

В результате освоения дисциплины студент должен:

Знать основы современных теорий в области общей и неорганической химии и способы их применения для решения теоретических и практических задач в любых областях неорганической химии.

Владеть практическими навыками и приемами синтеза веществ, относящихся к различным классам неорганических соединений.

Уметь применять на практике минимально необходимый (для научной работы во время обучения в вузе) комплекс сведений о различных классах современных материалов и материаловедческих проблемах с ними связанных, а также, в целом, о предмете изучения и месте фундаментального материаловедения среди естественных наук.

4. Структура и содержание дисциплины: «ОБЩАЯ И НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ»

Общая трудоемкость дисциплины составляет 15 зачетных единиц 540 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 промежуточной аттестации (по семестрам)

Лекции

Семинары

Лабораторные

работы

1

Первый закон термодинамики

1

1

4

2

-

Контрольная работа

2

Второй закон термодинамики

1

2

4

2

-

Контрольная работа

3

Химическое равновесие

1

3

4

2

-

Контрольная работа

4

Фазовые равновесия, фазовые диаграмм

1

4

4

2

-

Контрольная работа

5

Растворы

1

5

4

2

12

Контрольная работа

6

Растворы элетролитов

1

6

4

2

12

Контрольная работа

7

Кинетика

1

7

4

2

-

Контрольная работа

8

Электронное строение атома

1

8

4

-

-

Контрольная работа

9

Периодический закон

1

9

4

-

-

Контрольная работа

10

Химическая связь

1

10

4

2

-

Контрольная работа

11

Теории химической кинетики

1

11

4

2

-

Контрольная работа

12

Химия галогенов (17 группа)

1

12

4

2

24

Коллоквиум, Контрольная работа

13

Химия элементов 16 группы

1

13

4

2

24

Коллоквиум, Контрольная работа

14

Химия элементов 15 группы

1

14

4

2

24

Коллоквиум, Контрольная работа

15

Химия элементов 14 группы

1

15

4

2

24

Коллоквиум

16

Химия бора

1

16

4

2

24

Коллоквиум, Контрольная работа

17-18

8

8

-

Зачет, экзамен

17

Химия элементов 18 группы

2

1

4

2

8

Коллоквиум, Контрольная работа

18

Химия элементов 1 группы

2

2

4

2

8

Коллоквиум, Контрольная работа

19

Химия элементов 2 группы

2

3

4

2

8

Коллоквиум, Контрольная работа

20

Химия элементов 13 группы

2

4

4

2

8

Коллоквиум, Контрольная работа

21

Комплексные соединения

2

5

4

2

8

Коллоквиум, Контрольная работа

22

Химия элементов 4 группы

2

6

4

2

8

Коллоквиум, Контрольная работа

23

Химия элементов 5 группы

2

7

4

2

8

Коллоквиум, Контрольная работа

24

Химия элементов 6 группы

2

8

4

2

8

Коллоквиум, Контрольная работа

25

Изополи- и гетерополиметаллаты

2

9

4

2

8

Коллоквиум, Контрольная работа

26

Химия элементов 7 группы

2

10

4

2

8

Коллоквиум, Контрольная работа

27

Химия элементов 8 группы

2

11

4

2

8

Коллоквиум, Контрольная работа

28

Химия элементов 9 группы

2

12

4

2

8

Коллоквиум, Контрольная работа

29

Химия элементов 10 группы

2

13

4

2

8

Коллоквиум, Контрольная работа

30

Химия элементов 11 группы

2

14

4

2

8

Коллоквиум, Контрольная работа

31

Химия элементов 12 группы

2

15

4

2

-

Коллоквиум, Контрольная работа

32

Химия элементов 3 группы, лантаниды

2

16

4

2

-

Коллоквиум, Контрольная работа

33

Химия актинидов

2

17

4

2

-

Коллоквиум, Контрольная работа

34

Курсовая работа

2

15-18

-

-

32

Защита с оценкой

2

18

4

2

Зачет, Экзамен

Структура и содержание дисциплины: «МАТЕРИАЛЫ - ПРОШЛОЕ, НАСТОЯЩЕЕ БУДУЩЕЕ»

Общая трудоемкость дисциплины составляет 1 зачетную единицу 36 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 промежуточной аттестации (по семестрам)

Лекции

Семинары

Лабораторные

работы

1

Введение

1

1

2

-

-

Контрольная работа

2

Водород как сырье и материалы

1

2

2

-

-

Контрольная работа

3

Щелочные металлы и их соединения в технике и технологии

1

3

2

-

-

Контрольная работа

4

Щелочные металлы и их соединения в современных материалах

1

4

2

-

-

Контрольная работа

5

Бор, алюминий, галлий, индий, таллий и их соединения в современной технике и технологиях

1

5

2

-

-

Контрольная работа

6

Материалы на основе 3d элементов

1

6

2

-

-

Контрольная работа

7

Материалы на основе 4d элементов

1

7

2

-

-

Контрольная работа

8

Материалы на основе 5d элементов

1

8

2

-

-

Контрольная работа

9

Материалы на основе 4f и 5d элементов

1

9

2

-

-

Контрольная работа

10

Галогенидные материалы

1

10

2

-

-

Контрольная работа

11

Халькогенидные материалы

1

11

2

-

-

Контрольная работа

12

Материалы на основе элементов 5d подгруппы главной группы периодической системы

1

12

2

-

-

Контрольная работа

13

Материалы на основе элементов 4d подгруппы главной группы периодической системы: углеродные материалы

1

13

2

-

-

Контрольная работа

14

Материалы на основе элементов 4d подгруппы главной группы периодической системы: силикатные материалы

1

14

2

-

-

Контрольная работа

15

Высокомолекулярные соединения (ВМС) как материалы

1

15

2

-

-

Контрольная работа

16

Благородные газы в химии, физике и технологии

1

16

2

-

-

Контрольная работа

1

17-18

4

4

Зачет, экзамен

5. Рекомендуемые образовательные технологии

В соответствии с ФГОС ВПО подготовки бакалавров по направлению 020300 «Химия, физика и механика материалов», ее отличительной особенностью является обязательная научно-исследовательская работа студентов. Практические навыки научно-исследовательской работы приобретаются студентами под руководством индивидуальных кураторов с 1-го курса обучения и в период стажировок в ведущих отечественных и зарубежных материаловедческих центрах - на старших курсах. Проведение ежегодных семестровых научно-студенческих конференций (в конце первого курса – это публичная защита курсовой работы) формирует у студентов способность обобщать полученные результаты и отстаивать их в научной дискуссии. Все это способствует формированию исследователей-материаловедов с квалификацией, отвечающей самым высоким международным стандартам и позволяющей сократить период адаптации выпускника на начальном этапе самостоятельной работы.

6. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины.

Для текущего контроля успеваемости и промежуточной аттестации по дисциплине могут использоваться: устный опрос (УО) в виде собеседования, коллоквиума, теста; письменные работы (ПР) в виде эссе, рефератов, контрольных работ (КР); зачет и экзамен. Оценка на экзамене может быть выставлена по результатам всех перечисленных форм контроля и промежуточной аттестации. Курсовая работа, завершающая второй семестр, посвящается синтезу и исследованию неорганического объекта. Она выполняется в научной группе под руководством индивидуального куратора студента. Защита курсовой работы, представляемой в рукописном виде, носит характер публичной защиты: представляется устный научный доклад (перед членами комиссии и однокурсниками), задаются вопросы, на которые докладчик представляет ответы. В научной дискуссии по теме доклада может принять участие любой из присутствующих. Оценка по курсовой работе учитывает: содержание и оформление курсовой работы и ее презентации, содержание научного доклада и ответов на вопросы.

Образцы примерных вопросов и заданий для текущего контроля освоения дисциплины, учитывающие формируемые знания, умения и владения

Ниже приведены выборочные примеры вопросов для проведения текущего, промежуточного и итогового контроля, подготовленные по некоторым дисциплинам учебного плана и опробованные преподавателями факультета наук о материалах МГУ. УМО «Химия, физика и механика материалов» считает, что форму опроса – устный опрос, письменный опрос или тестирование, объем заданий для внеаудиторных занятий и количество вопросов в заданиях, тестах и экзаменационных билетах каждый вуз должен определять самостоятельно. Весь материал, вопросы и задания, которые вузы могут использовать для контроля знаний студентов, приводится в авторской редакции.

Неорганическая химия

1. Текущий контроль – тесты, 5-минутные контрольные работы на семинарских занятиях, собеседование перед выполнением практических занятий.

Тесты

Примеры заданий

Тест 1

В атмосфере какого окисла азота гаснет тлеющая лучинка?

 

 

1

NO

2

NO2

3

N2O

Вопрос 2.

Каков один из продуктов взаимодействия и сумма

 

 

коэффициентов в правой части уравнения реакции

N2H5 + CuCl2 в щелочной среде?

1

Cu 8

2

Cu 11

3

Cu2O 17

4

Cu2O 8

Вопрос 3.

Какое соединение образуется при взаимодействии

 

 

белого фосфора с избытком раствора AgNO3 ?

1

H4PO3

2

H4PO2

3

H4PO4

4

(HPO3)*X

Вопрос 4.

Какое соединение образуется при взаимодействии

 

 

раствоар H4PO3 c AgNO3 при нагревании ?

1

PH4

2

H4PO4

3

Ag3PO4

4

H4PO2

Вопрос 5.

Какое соединение является наиболее сильным окислителем?

 

1

KBiO3

2

NaH3PO4

3

Na3AsO4

4

Na[Sb(OH)6]

Вопрос 6.

При какой температуре будет устойчива смесь NO2 и

 

 

N2O4, в которой P(NO2) = P(N2O4) = 1 атм? Необходимые

термодинамические константы взять из `Практикума`.

1

46 С

2

0 С

3

100 С

4

319 С

Вопрос 7.

Напишите уравнение реакции KMnO4 + Na2HPO3 + H3SO4 -->

 

 

и подсчитайте сумму коэффициентов в правой части

уравнения. Укажите продукт окисления Na2HPO3.

1

5 P2O5

2

15 (HPO3)n

3

16 H4PO4

4

10 Na2HPO4

Вопрос 8.

Как меняются окислительные свойства высших кислородсодержащих

 

кислот элементов VА группы (рассмотреть RedOx-пары NO3{-}/(1/2)N2;

H4PO4/(1/4)P4; H4AsO4/As; HSb(OH)6/Sb; Bi2O5*x(H3O)/Bi; pH=0.

1

Bi > N > As > Sb приближенно равны P

2

N > P > As > Sb > Bi

3

N > Bi > As приближенно равны Sb > P

4

Bi > N > P приближенно равны As > Sb

5-минутные контрольные работы

Вариант 1

Напишите уравнения реакций и укажите условия их проведения

NH4BF4 -> BF3 -> BBr3 -> B -> H3BO3 -> BN -> B2O3

Вариант 2

1. Как исходя из TiO2(рутил), получить K2TiF6 (уравнения реакций, условия их проведения).

2. Для соединения CsTi(SO4)2*12H2O в спектрах поглощения фиксируются максимумы при 19900 и 16600 см-1. Рассчитайте 10Dq (в см-1) для данного комплекса, определите δ (величину расщепления еg орбиталей, см-1), определите магнитный момент комплекса (мБ).

Вопросы для получения доступа к выполнению лабораторных работ.

  1. Почему при получении диоксида серы необходимо к сухому хлориду натрию добавлять несколько капель концентрированного раствора соляной кислоты?

  2. Почему при восстановлении металлов водородом необходимо проверять прибор на герметичность, а получающийся водород на чистоту?

  3. Правила работы с жидким бромом.

  4. Для проведения продолжительного синтеза объясните, какой реагент лучше выбрать для получения тока хлора – перманганат калия или оксид марганца(IV)?

Промежуточный контроль – коллоквиумы, курсовые контрольные работы.

Вопросы коллоквиумов.

Вариант 1.

1. Кислородные соединения ванадия.

2. Комплексные соединения титана(II). Строение, получение и свойства

3. Способы перевода двуокиси титана в растворимые формы титана.

4. Максимумы поглощения иона VO(OH)42+ фиксируются при 12930 см-1 и 15630 см-1. Каким переходам соответствуют эти максимумы? Определите их энергии.

5. Низшие галогениды циркония и гафния.

Вариант2.

1. Анионы высших кислородных кислот элементов V группы. Строение, свойства, получение.

2. Термическая устойчивость аммонийных солей.

3. Галогениды фосфора. Строение, свойства, получение.

4. Предложите и обоснуйте способ синтеза H3PO2 исходя из Ba(OH)2 и Р4. Предложите способы оценки чистоты получаемого продукта. Какую соль данной кислоты удобнее выделять из водных растворов?

5. Гидразин и гидроксиламин. Сравнений свойств, получение.

6. Определите рН 0.1 М раствора фосфита калия если для H3PO2 pK1=1.80, pK2=6.20. Какие процессы происходят при добавлении к этому раствору нитрата серебра, как меняется при этом рН?

Контрольная работа. Вариант 1.

1. Напишите уравнения следующих превращений и укажите условия их проведения:

TiO2 -> TiCl4 -> TiCl3(безв) -> Ti(OH)3 -> TiO2*xH2O -> H2TiCl6 -> K2TiCl6 –(+NH3aq изб)->?

2. 3.25 г металла А растворили в азотной кислоте, при этом выделился бурый газ Б и образовался окрашенный раствор, содержащий катион В. В спектре раствора имеются две широкие полосы при 13200 см-1 и 16000 см-1. При взаимодействии полученного раствора с избытком концентрированного раствора аммиака был получен коричневый осадок Г, который отделили и прокалили на воздухе до постоянной массы. При этом образовалось 5.75 г желто-оранжевого вещества Д. При взаимодействии Д с концентрированной HCl выделяется газ Е и образуется темно-желтый раствор Ж.

А) определите вещества А-Ж.

Б) напишите уравнения упоминаемых реакций

В) укажите геометрическое строение катиона В в водном растворе

Г) напишите уравнения следующих реакций вещества Д: с раствором Na2CO3, с SOCl2, с алюминием.

3. Для комплексных катионов [Cr(H2O)6]3+ и [Cr(H2O)6]2+ определите:

А) электронную конфигурацию центрального иона (dn)

Б) геометрическое строение обоих катионов

В) количественно сопоставьте величины энергий расщепления d-орбиталей в поле лигандов.

Г) количественно сопоставьте величины энергий стабилизации кристаллическим полем.

Материалы – прошлое, настоящее, будущее (химические, экономические, экологические и социальные аспекты неорганического материаловедения)

Вопросы текущего контроля.

Вариант 1.

1. Какой тип проводимости (n или p) будет наблюдаться в кристалле PbTe, содержащем некоторый избыток Pb? Te?

2. В каких простых веществах вы можете ожидать проявления ферромагнитных свойств? Ответ обоснуйте.

3. Что такое керамические материалы?

4. Что такое петля магнитного гистерезиса?

Вариант 2.

1. Какой тип проводимости (n или p) будет наблюдаться в кристалле Si, легированном Sb? Al? P? In?

2. Сравните разные способы хранения водорода применительно к использованию в а) автомобилях; б) мощных стационарных источниках бесперебойного питания.

3. Чем отличаются конструкционные материалы от функциональных?

4. Что такое магнитножесткие и магнитномягкие материалы?

Вариант 3.

1. Чем полупроводники отличаются от материалов с металлической проводимостью? Диэлектриков?

2. В каких простых оксидных материалах вы можете ожидать проявления ферромагнитных свойств? Ответ обоснуйте.

3. Что такое керамические материалы?

4. Что такое композитные материалы?

Вариант 4.

1. В каких простых веществах вы можете ожидать проявления ферромагнитных свойств? Ответ обоснуйте.

2. Какие вы знаете основные способы очистки веществ?

3. Чем отличаются конструкционные материалы от функциальных?

4. Чем различаются биоактивные, биосовместимые и биорезорбируемые материалы?

7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины

Учебники и учебные пособия:

1. Ю.Д.Третьяков, Л.И.Мартыненко, А.Н.Григорьев, А.Ю.Цивадзе Неорганическая химия. Химия элементов. Т. 1. Т.2. М. Издательство МГУ. ИКЦ «Академкнига». 2007.

2. Н.С.Ахметов. Общая и неорганическая химия. М., Высшая школа, 1988.

3. Анорганикум,(под.ред. Л.Кольдица). М. Мир. 1984.

4. В.И.Спицын, Л.И.Мартыненко.Неорганическая химия. М.. МГУ. 1991.

    5. В.И.Спицын, Л.И.Мартыненко. Неорганическая Химия. М.: Высшая школа. 1988.

    6.Ф.Коттон, Дж.Уилкинсон, Основы неорганической химии, М., Мир, 1979.

7. А.В.Кнотько, И.А.Пресняков, Ю.Д.Третьяков. Химия твердого тела. М. Academia. 2006.

    8. Ю.Д.Третьяков, В.И.Путляев. Введение в химию твердофазных материалов. М. Издательство МГУ. Издательство Наука. 2006.

    9. Практикум по неорганической химии (под ред. В.П. Зломанова). МГУ. 1994.

    10. Практикум по неорганической химии (под ред. Ю.Д.Третьякова). М. Academia. 2004

По курсу «Общая химия»:

Основная литература

  1. Ю.Д.Третьяков, Л.И.Мартыненко, А.Н.Григорьев, А.Ю.Цивадзе, Неорганическая Химия. Химия элементов, М.: ИКЦ «Академкнига», 2007. Т. 1, Т. 2.

  2. Ю.Д.Третьяков, О.С.Зайцев. Программированное пособие по общей химии. М.: МГУ, 1971

  3. Ю.Д.Третьяков, О.С.Зайцев. Программированное пособие по общей и неорганической химии. М.: МГУ, 1975

  4. Дж.Кемпбел, Современная общая химия, М., Мир, 1975.

Дополнительная литература

  1. Dr.Shiver, P.W.Atkins, C.H.Langford, Inorganic chemistry, Oxford, Oxford University Press 1994, 884 p.

  2. М.Х.Карапетьянц, С.И.Дракин. Общая и неорганическая химия. М.: Химия, 1994, 588с.

  3. A.G.Sharpe. Inorganic Chemistry. Singapore. Longman Group Limited. 1991, 702p.

    По курсу «Химия элементов»:

Основная литература:

1. Ю.Д.Третьяков, Л.И.Мартыненко, А.Н.Григорьев, А.Ю.Цивадзе Неорганическая химия. Химия элементов. Т. 1. Т.2. М. Издательство МГУ. ИКЦ «Академкнига». 2007.

2. Н.С.Ахметов, Общая и неорганическая химия, М., Высшая школа, 1988.

3. Анорганикум,(под.ред. Л.Кольдица), М., Мир, 1984.

  1. В.И.Спицын, Л.И.Мартыненко, Неорганическая химия, М., МГУ, 1991.

  2. Ф.Коттон, Дж.Уилкинсон, Основы неорганической химии, М., Мир, 1979.

  3. Ф.Коттон, Дж.Уилкинсон, Современная неорганическая химия, М., Мир, 1969

  4. Н.Б.Некрасов, Основы общей химии, М., Химия, т.1, 1973, т.2, 1974.

  5. Дж.Кемпбел, Современная общая химия, М., Мир, 1975.

  6. Дж.Хьюи, Неорганическая химия, М., Химия, 1987.

  7. Д.Джонсон, Термодинамические аспекты неорганической химии, М., Мир, 1985.

  8. Б.Айлент, Б.Смит, Задачи и упражнения по неорганической химии, М.,Мир, 1967.

  9. О.И.Воробьева, Е.А.Лавут, Н.С.Тамм, Вопросы, упражнения и задачи по неорганической химии, М., МГУ, 1985.

  10. Н.С.Ахметов, М.К.Азизова, Л.И.Бадыкина, Лабораторные и семинарские работы по неорганической химии, М. Высшая школа, 1988.

  11. Р.А.Лидин, Л.Ю.Аликберова, Г.П.Логинова. Неорганическая химия в вопросах, М., Химия, 1991.

  12. Неорганическая химия в задачах и вопросах, под ред. Н.Н.Желиговской, Ю.М.Коренева, М., МГУ, 1994.

Дополнительная литература

  1. А.Уэллс, Структурная неорганическая химия, М., Мир, 1987.

  2. Р.Гиллеспи, И.Харгитаи, Модель отталкивания электронных пар валентной оболочки и строение молекул, М., Мир, 1992.

  3. Д.Киперт, Неорганическая стереохимия, М., Мир, 1985.

  4. Е.Ю.Тонков, Фазовые диаграммы элементов при высоком давлении, М., Наука, 1988.

  5. Е.Ю.Тонков, Фазовые превращения соединений при высоком давлении, М., Металлургия, 1983.

  6. F.A.Cotton, G.Wilkinson, Comprehensive Inorganic Chemistry, V-td., Wiley & Sons, New York, 1989.

  7. N.N.Greenwood, A.Earnshow, Chemistry of Elements, Pergamon, 1984.

  8. D.F.Shriver, P.W.Atkins, C.H.Langford, Inorganic Chemistry, second ed., Oxford University Press, 1994.

  9. Методические разработки к курсу лекций по неорганической химии, М., МГУ, 1992.

    По курсу «Материалы: прошлое, настоящее, будущее»:

Основная литература

  1. Дж. Пиментел, Дж. Кунрод. Возможности .химии сегодня и завтра. М.:Мир, 1992.

  2. О. Уайэтт, Д. Дью-Хьюз. Металлы, керамики, полимеры. М.:Атомиздат, 1979.

  3. Ю.Д. Третьяков, Х.Лепис. Химия и технология твердофазных материалов. М.:МГУ, 1985.

  4. Популярная библиотечка химических элементов, кн. 1 и 2, М.: Наука, 1977.

  5. Ю.Д. Третьяков, Ю.Г. Метлин, Керамика — материал будущего, М.: Знание, 1987.

  6. Ю.Д.Третьяков, В.И.Путляев. Введение в химию твердофазных материалов. М. Издательство МГУ. Издательство Наука. 2006.

Дополнительная литература

  1. Л. Ван Флек. Теоретическое и прикладное материаловедение. М.: Атомиздат, 1975.

  2. Б.Е. Левин, Ю.Д.Третьяков, Л.У.Летюк. Физико-химические основы получения, свойств и применения ферритов. М.:Металлургия, 1979.

  3. Ю.Д. Третьяков. Конструкционные материалы в химической технологии. Методическая разработка к курсу лекций. М.:Химфак МГУ, 1980.

  4. 8. В.М. Финкель. Портрет трещины. М.: Металлургия, 1981.

  5. З. Полер. Химия на пути в третье тысячелетие. М.:Мир, 1982.

  6. Ю.Д. Третьяков. Физико-химические основы технологии материалов. Методическая разработка к курсу лекций. М.:Химфак МГУ, I987.

  7. Нанотехнологии. Азбука для всех. (под. ред. Ю.Д.Третьякова). М. Физматлит. 2007.

  8. А.И.Гусев Нанокристаллические материалы. Екатеринбург. 1998.

  9. Н.А.Шабанова, В.В.Попов, П.Д.Саркисов. Химия и технология нанодисперсных оксидов. М. ИКЦ «Академкнига». 2006.

  10. И.П.Суздалев. Нанотехнология. Физико-химия нанокластеров, наноструктури наноматериалов. М. Издательство «КомКнига». 2005.

    По практикуму:

Литература

  1. Справочник химика. (Второе издание). “Химия”, Москва, Ленинград, 1965. т.1 строение неорганических соединений. т.2 - свойства неорганических соединений. т.3 - растворимость, температурная зависимость растворимости, равновесные гидратные фазы.

  2. Справочник по растворимости. т.1 (книга 1 и 2),Издательство АН СССР, Москва, Ленинград, 1962.

  3. Диаграммы состояния систем тугоплавких оксидов (справочник), “Наука”, Ленинград.

  4. Руководство по неорганическому синтезу (под ред.Г.Брауэра),”Мир”,Москва,1985. т.5, стр.1772.

  5. Ю.В.Карякин, И.И.Ангелов. Чистые химические вещества (руководство по приготовлению неорганических реактивов и препаратов). Москва, “Химия”, 1974.

  6. Практикум по неорганической химии (под ред. В.П. Зломанова), изд-во МГУ, 1994.

  7. Анорганикум.; В 2-х т., Т.2 Пер. с нем. /Под ред. Л. Кольдица, М.: МИР 1984, 632с.

  8. Практикум по неорганической химии (под ред. Ю.Д.Третьякова). М. Academia. 2004.

Лабораторные работы должны быть обеспечены методическим разработками по тематике проведения лабораторных работ.

8. Материально-техническое обеспечение дисциплины

Проведение учебного процесса должно быть обеспечено:

-лекции - различной аппаратурой, помогающей лектору демонстрировать иллюстративный материал;

-семинарские занятия - компьютерами для проведения вычислений и возможностью использования информационных систем;

-лабораторные работы - химическими реактивами, лабораторной посудой и учебным (научно-учебным) оборудованием в соответствии с программой лабораторных работ.

Для обработки результатов измерений и их графического представления, расширения коммуникационных возможностей студенты должны иметь возможность работать в компьютерных классах с соответствующим программным обеспечением и выходом в Интернет.

Председатель УМС по Химии, физике и

механике материалов УМО по классическому

университетскому образованию, академик РАН Ю.Д.Третьяков

1

Смотреть полностью


Скачать документ

Похожие документы:

  1. Список профилей направления подготовки 020300 (1)

    Документ
    Требования к результатам освоения основной образовательной программы бакалавриата приводятся в разделе 5 текста ФГОС ВПО подготовки бакалавров по направлению 020300 «Химия, физика и механика материалов».
  2. Основная образовательная программа высшего профессионального образования Направление подготовки 020700 Геология (3)

    Основная образовательная программа
    Требования к формированию общекультурных и профессиональных компетенций выпускника данной магистерской программы соответствуют ФГОС ВПО магистра по направлению подготовки Геология.
  3. Список профилей по направлению подготовки 020700

    Документ
    Общекультурные (ОК-1 – ОК-19), общенаучные (ПК-1 – ПК-6) и общепрофессиональные по видам деятельности (ПК-7 – ПК-14) компетенции выпускника по профилям подготовки Геология; Геофизика; Геохимия; Гидрогеология и инженерная геология;
  4. Основная образовательная программа высшего профессионального образования Направление подготовки 020700 Геология (1)

    Основная образовательная программа
    Общекультурные (ОК-1 – ОК-19), общенаучные (ПК-1 – ПК-6) и общепрофессиональные по видам деятельности (ПК-7 – ПК-14) компетенции выпускника по профилям подготовки Геология; Геофизика; Геохимия; Гидрогеология и инженерная геология;
  5. 8. Перечень приложений к образовательному стандарту (1)

    Документ
    разработано на основании образовательного стандарта Санкт-Петербургского государственного университета по уровню высшего профессионального образования «бакалавриат», утверждённого приказом с учётом требований федерального государственного

Другие похожие документы..