337 от 17. 09. 2009 г. Квалификация (степень) выпускника магистр Нормативный срок освоения 2 года Форма обучения – очная фгос впо утвержден приказом Минобрнауки от 2010 г

Проект

№ 337 от 17.09.2009 г.

1. Неорганическая химия

2. Аналитическая химия.

3. Органическая химия.

4. Физическая химия.

5. Электрохимия

6. Высокомолекулярные соединения.

7. Химия элементоорганических соединений.

8. Химия функциональных наноматериалов

9. Биоорганическая химия

10. Коллоидная химия

11. Бионеорганическая химия

12. Нефтехимия

13. Фармацевтическая химия

14. Кинетика и катализ

15. Медицинская химия

16. Математическая и квантовая химия

17. Химия твердого тела

18.Химия окружающей среды, химическая экспертиза и

экологическая безопасность

Список утвержден на заседании Президиума УМС по химии 1 февраля 2010 года, протокол № 29.

Вузы имеют право самостоятельно создавать другие специализированные магистерские программы.

Приведенные компетенции могут дополняться учебными заведениями в ходе подготовки магистров химии с учетом введения дополнительных требований к выполнению ООП или спецификой содержания их подготовки.

1. Цели и задачи дисциплины

Дисциплина "Химия поверхности и наночастиц" является составной частью общего цикла дисциплин “Актуальные вопросы современной химии”, относящегося к базовой части учебного цикла “Профессиональные (специальные) дисциплины”.

В результате освоения дисциплины студент должен;

знать основы современных представлений о химии поверхности и высокодисперсных систем, способы синтеза нанокристаллических материалов, особенности функциональных свойств, термической стабильности, реакционной способности и возможности их применения.

уметь самостоятельно ставить задачу исследования поверхности и высокодисперсных систем с целью определения состава, структуры и реакционной способности.

В ходе изучения дисциплины «Химия поверхности и наночастиц» студент приобретает (или закрепляет) следующие компетенции:

использует основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применяет методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ОК-6);

владеет основами теории фундаментальных разделов химии (прежде всего неорганической, аналитической, органической, физической, химии высокомолекулярных соединений, химии биологических объектов, химической технологии) (ПК-2);

способен применять основные законы химии при обсуждении полученных результатов, в том числе с привлечением информационных баз данных (ПК-3);

представляет основные химические, физические и технические аспекты химического промышленного производства с учетом сырьевых и энергетических затрат (ПК-5);

2. Программа дисциплины «Химия поверхности и наночастиц"

Предмет курса, основные объекты и разделы, фундаментальные аспекты и практические приложения. Дисперсное состояние вещества. Классификация дисперсных систем по размерности, агрегатному состоянию и микроструктуре. Наноразмерные системы. Основные характеристики наночастиц и дисперсных систем. Размерный эффект.

Разделы дисциплины

1. Основы термодинамики поверхностных явлений.

Избыточные термодинамические функции. Поверхностное натяжение и свободная энергия поверхностей раздела фаз. Температурная зависимость поверхностного натяжения жидкости и критическая температура (по Менделееву). Связь поверхностного натяжения с объемными свойствами веществ. Термодинамическое уравнение Гиббса для поверхности раздела фаз в однокомпонентных системах. Состав поверхности, сегрегация в приповерхностных слоях. Поверхностная энергия твердых тел.

2. Капиллярные явления. Капиллярное давление, закон Лапласа. Зависимость давления пара и растворимости от кривизны поверхности; законы Кельвина и Гиббса–Оствальда. Изотермическая перегонка в дисперсных системах. Смачивание. Закон Юнга. Гидрофильность и гидрофобность твердых тел.

3. Поверхностно-активные вещества (ПАВ) - регуляторы свойств дисперсных систем

Адсорбция ПАВ на поверхности жидкости. Термодинамическое уравнение адсорбции ПАВ (Гиббс). Связь адсорбции со строением молекул ПАВ. Гидрофильно-липофильный баланс. Классификация ПАВ по молекулярному строению и по механизму их действия.
Нерастворимые ПАВ. Двумерное состояние вещества; уравнение состояния.
Адсорбция ПАВ на поверхности раздела несмешивающихся жидкостей. Правило уравнивания полярностей (Ребиндер). Адсорбция ПАВ из растворов на поверхности твердых тел. Модифицирующее действие ПАВ   гидрофилизация и гидрофобизация твердых поверхностей.

4. Получение наночастиц.

Физические методы синтеза. Получение с помощью молекулярных пучков. Плазменно-химический метод. Метод испарения-конденсации. Метод импульсного радиолиза.

Химические методы: восстановление из растворов, золь-гель переход, криотехнология. Темплатный синтез. Синтез в пористых средах, микроэмульсиях и мицеллах.

Образование кластеров молекул. Фрактальные и плотноупакованные кластеры. Типы химических реакций с участием кластеров. Подходы к квантово-химическому описанию кластеров. Зарождение и рост наночастиц в гомогенной среде и на поверхности твердого тела. Кооперативные явления в коллективе наночастиц; оствальдово созревание, агрегирование и агломерация. Коллоидные кристаллы.

5. Электроповерхностные явления.

Двойной электрический слой   (ДЭС) - образование, строение. Электроповерхностные явления, электрокапиллярность. Электрокинетические явления (электрофорез, электроосмос). Электрокинетический потенциал. Изоэлектрическое состояние. Зонная диаграмма твердых тел вблизи поверхности. Обедненный слой. Транспорт носителей заряда через поверхности раздела. Гетероструктуры.

6. Модифицирование поверхности твердых тел.

Особенности поверхностных свойств твердых тел различной химической природы. Влияние химического состояния поверхности на физические и химические свойства твердых тел. Методы модифицирования поверхности: физическое (легирование, ионная имплантация, нанесение тонких пленок и покрытий) и химическое (изменение функционального покрова) модифицирование.

Химическое модифицирование поверхности. Требования к модификаторам. Якорная группа и стабильность поверхностно-модифицированных материалов. Привитый слой – важнейший элемент химически модифицированного материала. Строение привитых слоев. Распределение привитых молекул в слое. Двумерность, макромолекулярность и полифункциональность привитого слоя. Взаимное влияние привитых молекул.

Химическое модифицирование гидроксилированных носителей металлорганическими соединениями – путь синтеза гетерогенных металлокомплексных катализаторов.

Применение поверхностно-модифицированных материалов: селективные сорбенты, катализаторы, ионообменники, сенсоры, наполнители пластмасс, стабилизаторы и т. д.

7. Устойчивость дисперсных систем.

Седиментационная устойчивость. Диффузия дисперсных частиц. Зависимость коэффициента диффузии от размера частиц. Седиментационно-диффузионное равновесие в поле силы тяжести и в центробежном поле. Агрегативная устойчивость дисперсных систем (золей, эмульсий, пен). Основные методы регулирования устойчивости. Образование структурно-механического барьера по Ребиндеру как самый сильный фактор стабилизации дисперсных систем. Особенности устойчивости нанодисперсных систем.

8. Строение и химические свойства дисперсных систем.

Химические реакции наночастиц. Кинетика топохимических реакций в коллективе наночастиц. Явления в области контакта наночастиц твердых реагентов. Механизм термолиза наночастиц. Взаимодействие наночастиц с макромолекулами и полимерными средами. Взаимодействие углеродных нанотрубок с газами. Механохимические реакции в коллективе наночастиц.

9. Методы анализа поверхности и наночастиц.

Особенности анализа высокодисперсных систем, локальность. Физико-химическая диагностика наночастиц. Принципы морфологической характеризации наночастиц методами электронной, автоионной, туннельной и атомно-силовой микроскопии. Строение наночастиц различной природы (фазовые, мицеллярные, везикулы). Определение состава и структуры отдельной наночастицы; электронная микроскопия высокого разрешения, электронно-зондовые методы анализа. Методы колебательной спектроскопии. Методы с использованием синхротронного излучения. Эллипсометрия.

10. Наночастицы как ингредиенты функциональных материалов; нанокомпозиты и наноблочные конструкционные материалы. Магнитные материалы, ячейки памяти. Термоэлектрические преобразователи. Оптоэлектрические преобразователи.

Принципы использования наночастиц в медицине. Наночастицы как полютанты и мигранты в окружающей среде. Химия атмосферных наночастиц. Катализаторы и сорбенты на основе ультрадисперсных веществ: специфика их получения и функционирования.

Авторы программы:

Главный н.сотр., д.х.н. А.М.Гаськов (химфак МГУ им. М.В.Ломоносова)

Член-корр. РАН, профессор И.В.Мелихов (химфак МГУ им. М.В Ломоносова)

Доцент Н.И.Иванова (химфак МГУ им. М.В Ломоносова)

3. Объем дисциплины и распределение трудоемкости по видам учебной работы

Общая трудоемкость дисциплины составляет 2 зачетные единицы (72 академических часа).

4. Разделы дисциплины и виды занятий

5. Учебно-методическое и информационное обеспечение

Учебники и учебные пособия:

Щукин Е.Д., Перцов А.В.,Амелина Е.А. Коллоидная химия. М. Высшая школа, 2007.

Лисичкин Г.В., Фадеев А.Ю., Сердан А.А.. Химия привитых поверхностных соединений. М. Физматлит. 2003.

Помогайло А.Д., Розенберг А.С., Уфлянд И.Е. Наночастицы металлов в полимерах. М.Химия. 2000.

Ребиндер П. А. Поверхностные явления в дисперсных системах. М.: Наука. 1979.

Адамсон А. Физическая химия поверхностей. М.: Мир. 1979
Петров Ю. И. Физика малых частиц. М.: Наука. 1982.
Гусев А. И., Ремпель А.А. Нанокристаллические материалы. М.Физматлит. 2000.

Модифицированные кремнеземы в сорбции, катализе и хроматографии. /Под ред. Г.В.Лисичкина/. М.: Химия. 1986.

Алесковский В. Б. Химия твердых веществ. М.: Высшая школа. 1978.

Зенгуил Э. Физика поверхности. М.: Мир. 1990.

Вудраф Д., Делчар Т. Современные методы исследования поверхности. М.: Мир. 1989.

1. Цели и задачи дисциплины

Дисциплина «Химические и фазовые равновесия в многокомпонентных системах» опирается на предшествующие базовые курсы «Физическая химия» и «Строение вещества» подготовки бакалавров химии. Он обеспечивает необходимую теоретическую подготовку к практическому освоению методов синтеза материалов с заданными свойствами в рамках дисциплин «Химия неорганических композиционных материалов» и «Химия и кристаллохимия интерметаллических соединений».

Преподавание этой дисциплины ставит своей целью научить студента принципам построения и интерпретации диаграмм состояния многокомпонентных металлических систем.

В результате освоения материала курса магистрант должен:

- в совершенстве владеть навыками интерпретации диаграмм состояния, построения проекций и сечений для систем, состоящих из трех и более компонентов, уметь определять фазовый состав системы заданного состава при заданной температуре.

- уметь строить диаграммы состояний по экспериментальным данным, оптимальным образом подбирая составы, для которых проводятся соответствующие измерения.

- владеть основами расчетно-теоретических методов построения и предсказания диаграмм состояния.

2. Краткое содержание курса

Задачи физико-химического анализа как метода химического исследования. Диаграмма состояния и диаграмма «состав-свойство». Состояние и термодинамические условия равновесия в гомогенных и гетерогенных системах. Правило фаз Гиббса. Зависимость энергии Гиббса фазы от состава.

Методы исследования диаграмм состояния. Построение диаграмм по кривым нагревания и охлаждения. Применение методов металлографии. Идентификация фаз и определение фазового состава системы физико-химическими методами.

Двухкомпонентные системы. Основные типы диаграмм состояния двухкомпонентных систем. Трехкомпонентные системы. Изотермические и политермические разрезы. Вертикальные сечения диаграммы. Триангуляция.

Четверные и многокомпонентные системы. Способы изображения состава четверной системы. Тетраэдрическая диаграмма с простой эвтектикой. Построение диаграммы Левенгерца. Диаграмма Иенеке. Изотермические диаграммы растворимости. Элементы топологии многокомпонентных систем.

Кинетические методы построения диаграмм фазовых равновесий.

Теоретические методы построения фазовых диаграмм многокомпонентных систем.

Метод термодинамического расчета диаграмм состояния. Построение зависимостей термодинамических свойств фаз от состава и температуры. Основные возможности программного пакета Thermo-Calc.

Обзор нетермодинамических подходов построения диаграмм состояния многокомпонентных систем. Формализация строения диаграмм состояния с помощью графов.

Авторы:

Доцент Ю.Д.Серопегин (химфак МГУ им.М.В.Ломоносова)

Вед.н.сотр. А.В.Грибанов (химфак МГУ им.М.В.Ломоносова)

Вед.н.сотр. Е.В.Мурашова (химфак МГУ им.М.В.Ломоносова)

Примерная программа дисциплины «Супрамолекулярная

неорганическая химия»

Рекомендуется для направления подготовки «Химия » как

авторская программа вариативной части (курсы вуза) цикла «Профессиональные (специальные) дисциплины» подготовки магистров химии

Квалификация (степень) - магистр.

Аннотация программы

1. Основные понятия

Задачи супрамолекулярной химии, междисциплинарность. Определения. Субстраты, рецепторы, распознавание. Нековалентные взаимодействия гость-хозяин. Хелатный и макроциклический эффекты. Самосборка, темплатный синтез. Предорганизация. Основные типы супрамолекулярных ансамблей. Новые направления и перспективы.

2. Межмолекулярные взаимодействия

Типы межмолекулярных взаимодействий, их природа и относительная энергия. Электростатические силы, ион-дипольные взаимодействия. Водородная связь: природа, орбитальное рассмотрение, условия образования. Гидрофобный эффект. Ван-дер-ваальсовы силы. Типы, условия проявления и энергия дипольных-дипольных взаимодействий. Стэкинг-взаимодействие.

3. Химия супрамолекулярных неорганических ансамблей

Определения. Классификация по Мюллеру–Ройтеру. Принцип комплементарности. Основные ансамбли разной размерности: цеолиты, клатраты, глины, дихалькогениды d-металлов, конденсированные фазы Шевреля. Топотактические реакции. Дизайн в неорганической супрамолекулярной химии. Строительные блоки, масштабирование. Вторичные строительные блоки, иерархические структуры. Использование взаимодействия гость-хозяин, их взаимная подстройка.

4. Металл-органические решетки и гибридные архитектуры

Металл-органические каркасы (MOF). Определения. Линкеры, политопные лиганды. Общие принципы формирование MOF. Адсорбция молекул и обмен катионов в MOF. Органо-неорганические гибриды: определения, неорганические и органические составляющие. Общие подходы к построению и структура гибридных органо-неорганических ансамблей. Гибриды типа «ядро-оболочка». Металл-органические нанотрубки. Наноразмерные гибриды и гигантские кластеры.

Автор:

Профессор А.В.Шевельков (химфак МГУ им.М.В.Ломоносова)

Примерная программа дисциплины “Химические и фазовые равновесия в многокомпонентных системах”

Рекомендуется для направления подготовки «Химия » как

авторская программа вариативной части (курсы по выбору студентов) цикла «Профессиональные (специальные) дисциплины» подготовки магистров химии

Квалификация (степень) - магистр.

Аннотация программы

1. Цели и задачи дисциплины

Дисциплина «Химические и фазовые равновесия в многокомпонентных системах» опирается на предшествующие базовые курсы «Физическая химия» и «Строение вещества» подготовки бакалавров химии. Он обеспечивает необходимую теоретическую подготовку к практическому освоению методов синтеза материалов с заданными свойствами в рамках дисциплин «Химия неорганических композиционных материалов» и «Химия и кристаллохимия интерметаллических соединений».

Преподавание этой дисциплины ставит своей целью научить студента принципам построения и интерпретации диаграмм состояния многокомпонентных металлических систем.

2. Краткое содержание курса

Задачи физико-химического анализа как метода химического исследования. Диаграмма состояния и диаграмма «состав-свойство». Состояние и термодинамические условия равновесия в гомогенных и гетерогенных системах. Правило фаз Гиббса. Зависимость энергии Гиббса фазы от состава.

Методы исследования диаграмм состояния. Построение диаграмм по кривым нагревания и охлаждения. Применение методов металлографии. Идентификация фаз и определение фазового состава системы физико-химическими методами.

Двухкомпонентные системы. Основные типы диаграмм состояния двухкомпонентных систем. Трехкомпонентные системы. Изотермические и политермические разрезы. Вертикальные сечения диаграммы. Триангуляция.

Четверные и многокомпонентные системы. Способы изображения состава четверной системы. Тетраэдрическая диаграмма с простой эвтектикой. Построение диаграммы Левенгерца. Диаграмма Иенеке. Изотермические диаграммы растворимости. Элементы топологии многокомпонентных систем.

Кинетические методы построения диаграмм фазовых равновесий.

Теоретические методы построения фазовых диаграмм многокомпонентных систем.

Метод термодинамического расчета диаграмм состояния. Построение зависимостей термодинамических свойств фаз от состава и температуры. Основные возможности программного пакета Thermo-Calc.

Авторы:

Профессор С.Ф Дунаев (химфак МГУ им.М.В.Ломоносова)

Профессор Л.Л.Мешков (химфак МГУ им.М.В.Ломоносова)

6. Список разработчиков и экспертов

Разработчики:

химический факультет декан факультета, Лунин В.В.

МГУ имени Председатель УМС по химии

М.В.Ломоносова академик РАН, профессор

химический факультет профессор Кузьменко Н.Е.

МГУ имени

М.В.Ломоносова

химический факультет ст.н.сотр Шевельков В.Ф.

МГУ имени Зам. Председателя УМС

М.В.Ломоносова по химии

.

Эксперт:

Санкт-Петербургский ГУ профессор Чежина Н.В.

жүктеу/скачать 267.64 Kb.

Достарыңызбен бөлісу: