Структура и содержание рабочей программы Раздел 1. Общие
реклама
2 Структура и содержание рабочей программы Раздел 1. Общие положения 1.1 Цели и задачи дисциплины, ее место в учебном процессе Целью курса «Процессы на поверхности раздела фаз» является получение углубленных знаний о явлениях, происходящих на межфазных границах раздела в дисперсных системах разной природы, свойствах поверхностных слоев, зависимости свойств от размеров частиц дисперсной фазы. Роль поверхности и поверхностных явлений особенно велика для наноразмерных систем, поэтому закономерностям их поведения уделено особое внимание. Задачами курса являются: − рассмотрение межфазных поверхностей раздела фаз как наносистемы; − изучение поверхностных явлений в однокомпонентных и многокомпонентных дисперсных системах; − ознакомление с кинетикой и термодинамикой процессов на поверхности жидкофазных и твердофазных систем; − вывод зависимостей свойств систем от размеров частиц дисперсной фазы; − изучение теоретических основ и практических способов получения и стабилизации дисперсных, в том числе наноразмерных систем; − изучение основных положений теорий моно- и полимолекулярной адсорбции; − обоснование особых адсорбционно-каталитических свойств наносистем; − изучение зависимости капиллярного давления от величины поверхностного натяжения и кривизны поверхности жидкости. 1.2 Связь с предшествующими дисциплинами и последующими дисциплинами (модулями, практиками, научно-исследовательской работой (НИР)) Дисциплина «Процессы на поверхности раздела фаз» относится к математическому и естественнонаучному циклу и является вариативной частью ФГОС ВПО по указанному выше направлениям подготовки. Читаемая дисциплина находится в тесной связи с другими курсами учебного процесса. С одной стороны, для её успешного освоения студентам необходимо знать разделы следующих курсов: высшей математики: дифференциальное и интегральное исчисление, анализ и построение графиков различных функций; физики: электричество (взаимодействие заряженных частиц), возникновение фазовых потенциалов, электроповерхностные явления; коллоидной химии: строение и свойства дисперсных систем, адгезия и смачивание, капиллярные явления, адсорбционные явления; физической химии: термодинамика (приложение второго закона термодинамики для оценки термодинамической устойчивости дисперсных систем, фазовые переходы, правило фаз, термодинамика поверхностных явлений); органической химии: структура и свойства органических соединений; неорганической химии: периодическая система Д.И. Менделеева, зависимость степени сольватации от радиуса ионов. С другой стороны, полученные в этом курсе знания, позволят студентам лучше понять другие дисциплины профессионального цикла Б3: «Химические основы конструирования металлоплакирующих смазочных материалов», «Методы получения нанокластеров и наноструктур», «Методы и приборы для исследования наносистем и наноматериалов» и др. 3 Раздел 2. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины и планируемые результаты обучения Освоение дисциплины «Процессы на поверхности раздела фаз» направлено на формирование у студентов следующих общекультурных и профессиональных компетенций: Компетенции ОК ПК Перечень компетенций направления (ОК или ПК) Владение культурой мышления, способностью к обобщению, анализу, восприятию информации, постановке цели и выбору путей её достижения (ОК-1). Использование основных законов естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применение методов математического анализа и экспериментального исследования (ПК-1). Уровни освоения компетенций представлены в таблице: ОК Знать Уметь Уровень 1 Основные способы Самостоятельно получать и средства знания: работать с самостоятельного конспектами, учебнополучения и методической и справочной обобщения литературой, другими информации в информационными данной предметной источниками, воспринимать, области. осмысливать информацию, применять полученные знания для решения учебных задач; ставить цели. Уровень 2 Основные способы Самостоятельно получать и средства знания: работать с самостоятельного конспектами, учебной, получения, учебно-методической и обобщения и справочной литературой, анализа другими информационными информации в источниками, воспринимать, данной предметной осмыслиобласти вать, анализировать информацию, применять полученные знания для решения учебных задач; ставить цели и разбивать их на задачи. Уровень 3 Разнообразные Самостоятельно получать способы и средства знания: работать с самостоятельного конспектами, учебнополучения, анализа методической и справочной и обобщения литературой, другими информации в информационными данной предметной источниками, воспринимать, области осмысливать, анализировать и обобщать информацию, применять полученные 4 Владеть Подходами к объяснению химических явлений, происходящих в природе и быту; навыками самостоятельного получения информации в данной предметной области. Подходами к объяснению химических явлений, происходящих в природе, быту и на производстве; навыками самостоятельного получения и анализа информации в данной предметной области для решения задач, требующих выбора метода их решения. Подходами к объяснению возможности протекания химических реакций в природе, быту и на производстве; навыками самостоятельного получения, анализа и знания для решения творческих задач, в том числе в профессиональной деятельности; ставить цели и разбивать их на задачи и выбирать пути их достижения. обобщения информации в данной предметной области для решения творческих задач, в том числе в профессиональной сфере деятельности. ПК Уровень 1 Знать Основные понятия и законы, относящиеся к фазовым равновесиям; физические методы образования ультрадисперсных систем; особенности поверхностного слоя между соприкасающимися фазами; критерий способности жидкости смачивать твердое тело; общие понятия: сорбция, абсорбция, адсорбция. Уметь Применять правило фаз Гиббса для анализа диаграмм состояния; различать лиофильные и лиофобные дисперсные системы; регулировать процесс смачивания поверхности твердых тел с помощью ПАВ; объяснить подъем и опускание уровня жидкости в капилляре; различать физическую и химическую адсорбцию; обрабатывать и анализировать научнотехническую документацию; использовать различные приемы поиска информации. Владеть Навыками химического эксперимента, основных методов получения химических веществ; основными приемами проведения физикохимических измерений; использования программных средств в компьютерных сетях; делового общения в научном коллективе. Уровень 2 Основные понятия и законы, относящиеся к фазовым равновесиям; типы классификации дисперсных систем; химические методы образования ультрадисперсных систем; количественные границы коллоидного состояния вещества; особенности поверхностного слоя между соприкасающимися Применять правило фаз Гиббса для анализа диаграмм состояния; различать лиофильные и лиофобные дисперсные системы; объяснить влияние размерного эффекта на свойства твердых тел; описать строение коллоидной частицы и мицеллы; объяснить образование выпуклого и вогнутого мениска жидкости; регулировать процесс смачивания поверхности твердых тел с помощью ПАВ; объяснить подъем и опускание уровня 5 Навками химического эксперимента, основных методов получения и исследования химических веществ и реакций; основными приемами проведения физикохимических измерений; использования программных средств и работы в компьютерных сетях; создавать базы специальных данных и использовать ресурсы сети Интернет; делового общения и способности работать в научном коллективе; методами корректной оценки погрешностей при Уровень 3 фазами; критерий способности жидкости смачивать твердое тело; зависимость капиллярного давления от величины поверхностного натяжения; качественныехаракт еристики физической и химической адсорбции. Основные понятия и законы, относящиеся к фазовым равновесиям; типы классификации дисперсных систем; физические и химические методы образования ультрадисперсных систем; количественные границы коллоидного и наноструктурирован ного состояния вещества; особенности поверхностного слоя между соприкасающимися фазами; термодинамическую трактовку поверхностного натяжения; критерий способности жидкости смачивать твердое тело; зависимость капиллярного давления от величины поверхностного натяжения и жидкости в капилляре; различать физическую и химическую адсорбцию; планировать эксперимент, обрабатывать и анализировать научнотехническую документацию; использовать различные приемы поиска информации и её отбора. проведении химического эксперимента; основами математических методов расчета параметров химических реакций. Применять правило фаз Гиббса для анализа диаграмм состояния; различать лиофильные и лиофобные дисперсные системы; объяснить влияние размерного эффекта на свойства твердых тел; описать строение коллоидной частицы и мицеллы; понимать энергетическую и силовую трактовку поверхностного натяжения жидкостей, её зависимость от температуры; определять поверхностное натяжение жидкости методом отрыва кольца; объяснить образование выпуклого и вогнутого мениска жидкости; регулировать процесс смачивания поверхности твердых тел с помощью ПАВ; объяснить подъем и опускание уровня жидкости в капилляре; различать физическую и химическую адсорбцию; применять полученные навыки для решения задач исследовательского характера; планировать эксперимент, 6 Навками химического эксперимента, основных методов получения и исследования химических веществ и реакций; основными приемами проведения физикохимических измерений; использования программных средств и работы в компьютерных сетях; создавать базы специальных данных и использовать ресурсы сети Интернет; делового общения и способности работать в научном коллективе; методами корректной оценки погрешностей при проведении химического эксперимента; основами математических методов и навыков расчета параметров химических реакций, процессов и объектов на базе законов, теорий и моделей, лежащих в основе химии поверхностных явлений. кривизны поверхности жидкости; количественные характеристики адсорбции: абсолютную избыточную. обрабатывать и анализировать научнотехническую документацию; использовать различные приемы поиска и информации, её отбора и классификации. Раздел 3. Структура и содержание дисциплины 3.1 Тематический план дисциплины № Раздел Название темы, Содержание п/п (название) литература 1 Фазовые равновесия 1.1 Химическая Системы гомогенные и и дисперсные сис- термодинамика фазовых гетерогенные. Фаза, составные темы переходов [6.1.3, 6.1.4]. части, компоненты и параметры состояния системы. Термодинамические потенциалы. Фазовые переходы первого и второго рода. Условие фазового равновесия. 1.2 Условие фазового равновесия в гетерогенных системах [6.1.3, 6.1.4, 6.4.4]. 7 Число степеней свободы. Вариантность системы. Правило фаз Гиббса. Уравнение Клапейрона-Клаузиуса. Зависимость температуры плавления от давления. Зависимость давления насыщенного пара от температуры. Принципы неопределенности и соответствия. Фазовые диаграммы. 1.3 Классификация дисперсных систем и методы их образования [6.1.3]. 2 Поверхностные 2.1 Поверхностная энергия свойства в одно- и жидкостей [6.1.3, 6.1.4, двухкомпонентных 6.2.1]. системах 2.2 Смачивание и растекание жидкостей [6.1.3, 6.2.1 − 6.2.4]. Основные понятия и определения: золи, гели, аэрозоли, эмульсии, суспензии, пасты, пены, порошки. Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию фаз, по интенсивности взаимодействия фаз, по размеру частиц, по мерности. Химические методы образования дисперсных систем. Общие представления о поверхности раздела фаз. Трактовка поверхности раздела в геометрии и в коллоидной химии. Понятие поверхностного слоя. Поверхностные силы и поверхностная энергия жидкостей. Энергетическая и силовая трактовка поверхностного натяжения. Опыт Дюпре. Уравнение Этвёша. Уравнение Шишковского. Понятия адгезии и смачивания. Термодинамика адгезии двух конденсированных фаз. Вывод уравнения Дюпре. Смачивание и растекание жидкостей. Вывод уравнения Юнга. Краевой угол смачивания. Вогнутая и выпуклая поверхности жидкости. Условия смачивания и несмачивания поверхности твердого тела. Гидрофильные и гидрофобные поверхности. Уравнение Дюпре-Юнга. Коэффициент Гаркинса. Гидрофилизация и гидрофобизация твердой поверхности. Понятие точки инверсии смачивания. Эмпирическое правило Антонова. 2.3 Искривленная Условия смачивания и поверхность раздела фаз несмачивания поверхности [6.1.1, 6.1.3, 6.2.3]. капилляра. Силы поверхностного натяжения над плоской, выпуклой и вогнутой поверхностями. Капиллярное 8 3 Адсорбционные явления 3.1 Классификация адсорбционных процессов. Количественные характеристики адсорбции [6.1.3, 6.1.4, 6.2.3]. 3.2 Теория мономолекулярной адсорбции Ленг-мюра. Уравнение Фрейндлиха [6.1.3, 6.1.4, 6.4.4]. № рейтингового блока 1 1 2 давление. Уравнение Лапласа. Кривизна поверхности. Поднятие и опускание жидкости в капилляре. Уравнение Жюрена и выводы из него. Уравнение Томсона и следствия из него. Физическая и химическая адсорбция. Особенности физической и химической адсорбции. Удельная площадь поверхности адсорбента. Абсолютная и гиббсовская величины адсорбции. Вывод уравнения адсорбции Гиббса. Поверхностная активность. Правило ДюклоТраубе. Основные положения теории Ленгмюра. Вывод уравнения изотермы адсорбции Ленгмюра и её вид. Уравнение Генри при малых давлениях газа. Уравнение Ленгмюра в линейной форме. Удельная поверхность адсорбента. Уравнение Фрейндлиха в степенном выражении и в логарифмической форме. Распределение бюджета времени по видам занятий 3.2 Лекционные занятия Объем времени, час норм. срок обучения сокращ. (ускорен.) № темы 2 1.1 Химическая термодинамика фазовых переходов 1.2 Условие фазового равновесия в гетерогенных системах 1.3 Классификация дисперсных систем и методы их образования 2.1 Поверхностная энергия жидкостей 2.2 Смачивание и растекание жидкостей очная заочная очная заочная 3 4 5 6 2 2 2 2 2 9 2.3 Искривленная поверхность раздела 3.1 Классификация адсорбционных процессов. Количественные характеристики адсорбции 3.2 Теория мономолекулярной адсорбции Ленгмюра. Уравнение Фрейндлиха Итого: № п/п 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 № рейтин 2 2 2 16 3.3 Лабораторные и практические занятия Объем времени, час № темы норм. срок сокращ. Тема лабораторного занятия из раздела обучения (ускорен.) 3 очная заочн очная заочн ая ая 2 3 4 5 6 7 Лабораторные занятия Получение и свойства эмульсий 1.1 Определение коэффициента поверхностного натяжения жидкости 2.1 методом отрыва кольца Адсорбция уксусной кислоты 3.1 на активированном угле Избирательность адсорбции. Влияние растворителя на 3..2 адсорбцию Итого: Практические занятия Анализ диаграмм состояния 1.2 Методы образования дисперсных 1.3 систем Влияние ПАВ на поверхностное 2.1 натяжение раствора Термодинамика когезии и адгезии 2.2 Капиллярные явления 2.3 Поверхностная активность 3.1 Теории полимолекулярной адсор3.2 бции Поляни Теории полимолекулярной адсор3.2 бции БЭТ Итого: 4 4 4 4 16 2 2 2 2 2 2 2 2 16 3.4 Самостоятельная работа студентов Объем времени, час Вид самостоятельной работы норм. срок сокращ. 10 Рекомендуемая литература гового блока 1 1 2 2 Усвоение текущего материала Подготовка к лабораторным работам Подготовка к рейтинговому контролю Выполнение контрольных работ Усвоение текущего материала Подготовка к лабораторным работам Подготовка к рейтинговому контролю Выполнение контрольных работ Итого: обучения очная заочн. 3 4 10 6 9 5 10 6 9 5 (ускорен.) очная заочн. 5 6 7 [6.1.1 6.1.3] [6.4.1 6.4.6] [6.1.1 6.1.4, 6.4.1 6.4.6] [6.1.1 6.1.4, 6.6.2, 6.6.4] [6.1.2 6.1.4] [6.4.1 6.4.6] [6.1.3, 6.1.4, 6.2.5 − 6.2.8] [6.1.1 − 6.1.3, 6.2.2, 6.6.3]] 60 3.5 Курсовая работа (проект), ее (его) характеристики (цели и задачи), примерная тематика не предусмотрена 3.6 Распределение баллов за текущую работу Вид текущей учебной работы Количество баллов Тестовый контроль Выполнение и защита лабораторных работ Выполнение контрольных работ (1 рейтинг) Выполнение контрольных работ (2 рейтинг) Итого за семестр: 10 16 12 12 50 Раздел 4. Образовательные технологии Реализация программы предусматривает использование образовательных технологий направленных на формирование элементов компетенций, в обеспечении которых участвует дисциплина «Процессы на поверхности раздела фаз». В процессе обучения используются следующие образовательные технологии: 1. Информационно-коммуникационные технологии (ИКТ). Эти технологии позволяют повысить информативность, интенсивность и результативность обучения, прививают студентам умения самостоятельно добывать, анализировать, перерабатывать и усваивать информацию. С помощью технологий ИКТ появляется возможность развития у студентов критического мышления, что способствует их максимальной самореализации. 2. Работа в малых группах. Эти технологии эффективны для проведения лабораторных работ по химии. Работа в группе предполагает общность цели и задач, индивидуальную ответственность и равные возможности успеха. Успех всей группы зависит от вклада каждого студента, что предусматривает помощь каждого члена команды друг другу. 3. Личностно-ориентированные технологии. Эти технологии создают необходимые условия для развития индивидуальных способностей студентов, обеспечивают развитие активности личности в результате индивидуального общения со 11 студентом при сдаче рейтинга, при выполнении домашний индивидуальных заданий, подготовке индивидуальных отчетов по лабораторным работам, решении задач, на еженедельных консультациях. Раздел 5. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации и самоконтроля по итогам освоения дисциплины Рабочая программа дисциплины обеспечена комплексом оценочных средств для проведения текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации и экзамена. Комплекс включает: − контрольные вопросы по лабораторным работам; − самостоятельные работы по разделам дисциплины для текущего контроля; − тестовые вопросы для промежуточной аттестации; − перечень зачетных вопросов; − уровни и критерии оценки результатов освоения дисциплины. 5.1 Перечень контрольных вопросов для текущего контроля успеваемости 1. Уравнение Клапейрона-Клаузиуса описывает зависимость равновесного давления от температуры для: а) однокомпонентной однофазной системы; б) однокомпонентной двухфазной системы; в) двухкомпонентной однофазной системы; г) двухкомпонентной двухфазной системы; д) двухкомпонентной трехфазной системы. 2. Выберите правую часть уравнения, описывающего ход линии моновариантного равновесия на Р – Т-диаграмме состояния для однокомпонентной двухфазной системы, соответствующую левой части dP/dT = H 1 1 H 1 1 H H H H ; в) ; д) ; б) ; г) . ; е) 6 а) 2 T RT TV RT R T2 T1 R T1 T2 3. Поверхностная энергия представляет собой: а) произведение поверхностного натяжения и температуры; б) произведение поверхностного натяжения и давления; в) произведение поверхностного натяжения и площади межфазной поверхности; г) произведение поверхностного натяжения к площади межфазной поверхности. 4. Соотношения между величинами абсолютной (А) и гиббсовской (Г) адсорбции: а) А > Г; б) А < Г; в) А = − Г. 5. Фундаментальное адсорбционное уравнение Гиббса d = а) Г i dni ; б) Г i d i ; в) Г i / dni ; г) Г i / d i . i i i i 6. Работа, затрачиваемая на обратимый разрыв межмолекулярных связей между двумя находящимися в контакте фазами разной природы, представляет собой: а) работу адгезии; б) работу смачивания; в) работу когезии; г) работу десорбции; д) работу адсорбции. 7. Поверхность называют лиофильной, если краевой угол : а) < 180o; б) < 90o; в) > 90o; 12 г) = 90o. 8. − поверхностное натяжение; VМ – молярный объем; s и V – площадь поверхности и объем тела. Влияние дисперсности на внутреннее давление (р) в телах описывается уравнением, согласно которому р = ds dV ds dV ; б) VM ; в) ; г) а) VM . dV ds dV ds 9. Капиллярные явления обусловлены влиянием: а) дисперсности на давление насыщенных паров; б) дисперсности на внутреннее давление; в) дисперсности на растворимость; г) дисперсности на поверхностное натяжение. 10. В соответствии с законом Генри начальный участок изотермы адсорбции (при малых концентрациях или давлениях) должен быть: а) выпуклым по отношению к оси абсцисс; б) вогнутым по отношению к оси абсцисс; в) линейным. 11. Находящаяся в состоянии равновесия система 2SO2(г) + О2(г) = 2SO3(г): а) гомогенная; б) гетерогенная; в) однофазная; г) двухфазная; д) трехфазная; е) четырехфазная. 12. Размер частиц золей (ультрамикрогетерогенных систем) лежит в пределах: а) от 10-11 до 10-12 м; б) от 10-8 до 10-10 м; в) от 10-5 до 10-7 м; г) от 10-7 до 10-9 м; д) от 10-3 до 10-5 м; е) от 10-1 до 10-2 м. 13. Работа адгезии (Wa) между жидкой и твердой фазами равна: а) ТГ + ЖГ; б) ТГ + ЖГ + ТЖ; в) ТГ + ЖГ − ТЖ; г) ТЖ − ТГ − ЖГ − ТЖ. 14. Смачивание количественно характеризуется: а) Wa (работой адгезии); б) Wк (работой когезии); в) (краевым углом); г) cos; д) ЖГ (поверхностным натяжением жидкости на границе с газовой фазой); е) ТГ (поверхностным натяжением на границе твердого тела с газовой фазой). 15. Изотерма адсорбции представляет собой зависимость (А− адсорбция; с – равновесная концентрация; Т – температура): а) с = fA(T); б) A = fC(T); в) T = fC(A); г) с = fT(A); д) A = fT(c). 16. 1 − растворитель; 2 – растворенное вещество; – поверхностное натяжение; Г – гиббсовская адсорбция; n – число молей компонента; – химический потенциал 13 компонента. При адсорбции из бинарного разбавленного раствора фундаментальное адсорбционное уравнение Гиббса имеет вид –d = а) Г1dn1 Г 2 dn2 б) Г 2 / dn2 в) Г1 / d1 Г 2 / d 2 г) Г 2 d 2 д) Г1 / d1 17. Поверхность называют лиофильной, если краевой угол : а) < 180o; б) < 90o; в) > 90o; г) = 90o. 18. − поверхностное натяжение; VМ – молярный объем; s и V – площадь поверхности и объем тела. Влияние дисперсности на внутреннее давление (р) в телах описывается уравнением, согласно которому р = ds dV ds dV ; б) VM ; в) ; г) . а) VM dV ds dV ds 19. Капиллярные явления обусловлены влиянием: а) дисперсности на давление насыщенных паров; б) дисперсности на внутреннее давление; в) дисперсности на растворимость; г) дисперсности на поверхностное натяжение. 20. В соответствии с законом Генри начальный участок изотермы адсорбции (при малых концентрациях или давлениях) должен быть: а) выпуклым по отношению к оси абсцисс; б) вогнутым по отношению к оси абсцисс; в) линейным. 21. Находящаяся в состоянии равновесия система NH4HCO3(k) = NH3(г) + CO2(г) + H2О(ж): а) гомогенная; б) гетерогенная; в) однофазная; г) двухфазная; д) трехфазная; е) четырехфазная. 22. − поверхностное натяжение жидкости; rм – радиус мениска жидкости; − плотность жидкости; 0 – плотность газовой фазы; g – ускорение свободного падения. Высота поднятия жидкости в капилляре со сферическим мениском h равна: 2 2 ; в) ; б) ; г) . а) rM rM rM ( 0 ) g rM ( 0 ) g 23. Влияние дисперсности на внутреннее давление в капле жидкости: а) тем выше, чем выше её поверхностное натяжение; б) тем выше, чем ниже её поверхностное натяжение; в) не зависит от поверхностного натяжения. 24. Закон Генри соблюдается: а) при высокой концентрации (давлении паров) адсорбата; б) при низкой концентрации (давлении паров) адсорбата; в) в средней части изотермы адсорбции. 25. Физическая адсорбция обусловлена: 14 а) реакцией ионного обмена; б) образованием ковалентных связей; в) действием сил Ван-дер-Ваальса. 26. Увеличение (по абсолютной величине) кривизны поверхности вогнутого мениска жидкости в капилляре: а) не изменяет давления насыщенного пара над ней; б) ведет к увеличению давления насыщенного пара над ней; в) ведет к уменьшению давления насыщенного пара над ней. 27. Лиофильными являются такие дисперсные системы, которые: а) образуются самопроизвольно; б) имеют высокое поверхностное натяжение на границе дисперсная фаза – дисперсионная среда; в) имеют низкое поверхностное натяжение на границе дисперсная фаза – дисперсионная среда; г) требуют затрат энергии при их получении; д) содержат высокодисперсные частицы; е) содержат крупные частицы. 28. Поверхностное натяжение – это частная производная от любого термодинамического потенциала: а) по числу молей дисперсной фазы; б) по площади межфазной поверхности; в) по температуре; г) по давлению. 29. Вещества, являющиеся поверхностно-активными по отношению к границе раздела водный раствор – воздух: а) бутанол; б) фенол; в) едкий натр; г) хлорид кальция; д) стеарат натрия. 30. Адсорбцией является: а) процесс самопроизвольного перераспределения компонентов внутри отдельной фазы; б) процесс самопроизвольного перераспределения компонентов между двумя фазами; в) процесс взаимодействия между поверхностями конденсированных фаз; г) процесс самопроизвольного перераспределения компонентов между поверхностным слоем и объемной фазой. 31. Находящаяся в состоянии равновесия система PCl5(ж) = PCl3(г) + Cl2(г): а) гомогенная; б) гетерогенная; в) однофазная; г) двухфазная; д) трехфазная; е) четырехфазная. 32. Использование поверхностно активных веществ при смачивании водой поверхностей неполярных тел: а) увеличивает косинус краевого угла; б) уменьшает косинус краевого угла; в) увеличивает работу когезии воды; г) увеличивает краевой угол; 15 д) уменьшает работу когезии воды. 33. Явление, обусловленное межмолекулярным взаимодействием находящихся в контакте двух конденсированных фаз разной природы, называют: а) адсорбцией; б) адгезией; в) смачиванием; г) когезией. 34. Дисперсная фаза состоит из сферических частиц радиусом (r). Дисперсность D = а) 1/r; б) 2/r; в) 1/2r; г) 4/r. 35. Число степеней свободы (вариантность состояния) системы, состоящей из К ком-понентов и Ф фаз, на которую из внешних условий влияют только давление и температура: а) К + Ф + 2; б) К + Ф − 2; в) К − Ф + 2; г) К − Ф − 2; д) Ф – К + 2; е) Ф – К – 2. 36. Уменьшение радиуса кривизны вогнутого мениска жидкости в капилляре: а) увеличивает высоту капиллярного поднятия: б) уменьшает высоту капиллярного поднятия; в) не изменяет высоту капиллярного поднятия. 37. Увеличение кривизны поверхности: а) приводит к увеличению внутреннего давления; б) приводит к уменьшению внутреннего давления; в) не изменяет внутреннее давление. 38. Правильное соотношение между константами уравнений Ленгмюра (Гmax, Кр) и Генри (Кг): а) Гmax∙Kp = KГ; б) Гmax/Kp = KГ; в) Kp/ KГ = Гmax; г) KГ/ Kp = Гmax. 39. При физической адсорбции из всех физических взаимодействий наиболее универсальным является взаимодействие: а) дисперсионное; б) ориентационное; в) индукционное. 40. Правильное соотношение между давлениями насыщенных паров одной и той же жидкости при одной и той же температуре над каплей (рr), над вогнутым мениском (рm) и над плоской поверхностью (рs) этой жидкости: а) рr = рm > рs; б) рr > рs > рm; в) рr < рs < рm; г) рr = рm < рs. 41. Число независимых компонентов в равновесной системе N2(г) + 2H2(г) = 2NH3(г), полученной в результате смешения 2 моль азота и 5 моль аммиака: а) 3; б) 7; в) 2; г) 1; д) 4; е) 5. 42. Лиофобными являются такие дисперсные системы, которые: а) образуются самопроизвольно; б) имеют высокое поверхностное натяжение на границе дисперсная фаза – дисперсионная среда; в) имеют низкое поверхностное натяжение на границе дисперсная фаза – дисперсионная среда; 16 г) требуют затрат энергии при их приготовлении; д) содержат высокодисперсные частицы; е) содержат крупные частицы. 43. Поверхностное натяжение жидкостей представляет собой: а) внутреннюю энергию единицы поверхностного слоя; б) теплоту образования единицы поверхности; в) удельную свободную энергию; г) силы, действующие по касательной к поверхности жидкости. 44. − поверхностное натяжение; с – концентрация; Т – температура; R – универсальная газовая постоянная. Частное выражение адсорбционного уравнения Гиббса при адсорбции из разбавленного двухкомпонентного раствора имеет вид Г = а) сRT; с d б) RT dc в) –сRT с d г) RT dc 45. При физической адсорбции поверхностное натяжение: а) не меняется; б) уменьшается; в) повышается; г) сначала уменьшается, затем повышается; д) сначала повышается, затем уменьшается. 46. Wk – работа когезии; − краевой угол. Согласно уравнению Дюпре-Юнга работа адгезии Wa равна: W а) k cos 2 1 cos б) Wk 2 в) 2Wk (1 cos ) 1 cos г) Wk 2 47. Работа, затрачиваемая на обратимый разрыв тела и отнесенная к единице площади сечения, представляет собой: а) работу адсорбции; б) работу адгезии; в) работу смачивания; г) работу когезии. 48. К числу поверхностных относятся явления, происходящие: а) внутри отдельной фазы; б) в объеме истинного раствора; в) в газовой системе; г) на границе раздела фаз. 49. Давление насыщенного пара над вогнутым мениском жидкости в капилляре будет тем больше, чем: а) меньше радиус мениска; б) больше молярный объем жидкости; в) меньше поверхностное натяжение жидкости; г) больше поверхностное натяжение жидкости. 50. Влияние дисперсности на внутреннее давление тел описывается уравнением: 17 а) Липпмана; б) Ленгмюра; в) Лапласа; г) Леннарда-Джонса. 51. − поверхностное натяжение. Если тело имеет форму сферы с радиусом (r), то согласно уравнению Лапласа избыточное внутреннее давление в нем р равно: а) ∙r; б) −2∙r; в) /r; г) −/r; д) 2/r; е) −2/r. 52. Диаграмма состояния воды при невысоких давлениях. Определите область существования жидкости на фазовой диаграмме воды: а) область 2; б) область 3; в) область 1. 53. Лиофобные дисперсные системы являются термодинамически неустойчивыми, потому что в этих системах: а) содержатся слишком крупные частицы; б) межфазное поверхностное натяжение слишком высокое; в) межфазное поверхностное натяжение очень низкое; г) очень слабая адгезия между дисперсной фазой и дисперсионной средой; д) очень сильная адгезия между дисперсной фазой и дисперсионной средой. 54. Верные сравнения поверхностных натяжений () жидкостей на границе с газовой фазой (воздухом) при одинаковой температуре: а) (лед-воздух) > (вода-воздух); б) (ж1-ж2) < (ж1-г); в) (вода-воздух) > (ртуть-воздух). 55. G – поверхностная активность; − поверхностное натяжение; с − концентрация. Выражение, определяющее величину поверхностной активности, G = d d d d а) ; б) ; в) lim ; г) lim c 0 c 0 dc dc dc dc 56. − краевой угол; с – концентрация ПАВ. На приведенной изотерме смачивания точке инверсии соответствует точка: 18 а) А; б) Б; в) В; г) Г. 57. Адсорбентом называют: а) адсорбирующееся вещество; б) более конденсированную фазу адсорбционной системы; в) менее конденсированную фазу адсорбционной системы. 58. Число степеней свободы (вариантность состояния) системы, состоящей из К компонентов и Ф фаз, на которую из внешних условий влияют только температура (давление постоянно): а) К + Ф + 1; б) К + Ф − 1; в) К − Ф + 1; г) К − Ф − 1; д) Ф – К + 1; е) Ф – К – 1. 59. Число степеней свободы двухфазной однокомпонентной системы, на которую из внешних условий влияют только давление и температура: а) 1; б) 2; в) 3; г) 4. 60. Из перечисленных явлений относятся к поверхностным явлениям: а) седиментация; б) смачивание; в) мицеллообразование; г) абсорбция; д) электрофорез; е) адсорбция; ж) коагуляция; з) адгезия. 61. Наибольшее число различных фаз, которые могут сосуществовать в равновесии в двухкомпонентной гетерогенной системе, на которую из внешних условий влияют только давление и температура: а) 1; б) 2; в) 3; г) 4; д) 5. 62. Рисунок, на котором правильно показано положение и форма мениска воды в капилляре, имеющем гидрофильную поверхность: а) б) в) г) 63. − поверхностное натяжение. Избыточное давление (р) внутри жидкости с вогнутым сферическим мениском радиуса (rм) равно: а) ∙rм; б) −2∙rм; в) /rм; г) −/rм; д) 2/rм; е) −2/rм. 19 64. G – энергия Гиббса; S – энтропия; Т – температура; V – объем; р – давление; – поверхностное натяжение; s – площадь поверхности; I – химический потенциал компонента i; ni – число молей компонента i; и q – электрический потенциал и заряд поверхности. Объединенное уравнение первого и второго начал термодинамики для дисперсных систем dG = а) –SdT + Vdp + ds + ∑Idni + dq; б) –SdT + Vdp − ds + ∑Idni + dq; в) –SdT + Vdp + ∑Idni + dq. 65. Единицы измерения величины поверхностного натяжения: а) Дж; б) Н/м2; в) Дж∙м2; г) Н/м; д) Дж/моль; е) Дж/м2. 66. − краевой угол; с – концентрация ПАВ. На приведенной изотерме смачивания лиофильной поверхности соответствует участок: 7 а) от А до Б; б) от А до В; в) от А до Г; г) от Б до Г. 67. Выберите правильное неравенство. (Wk(i) – работа когезии i-го вещества): а) Wk(анилин) > Wk(вода); б) Wk(вода) > Wk(ртуть); в) Wk(ртуть) < Wk(алмаз); г) Wk(вода) < Wk(бензол). 68. F − xисло степеней свободы; К− количество компонентов системы; Ф − число фаз в системе. Для дисперсных систем правило фаз Гиббса имеет вид: а) F = К − Ф; б) F = К − Ф + 1; в) F = К − Ф + 2; г) F = К − Ф + 3. 69. При увеличении дисперсности ВаО равновесие химической реакции разложения карбоната бария ВаСО3 ↔ ВаО + СО2 : а) не изменится; б) сместится в сторону продуктов реакции; в) сместится в сторону исходного вещества. 70. Правильные варианты зависимостей гиббсовской адсорбции (Г) и поверхностного натяжения () от концентрации (с), характерные для водных растворов поверхностно-активных веществ: а) б) в) г) 71. − краевой угол; с – концентрация ПАВ. На приведенной изотерме смачивания лиофобной поверхности соответствует участок: 20 а) от А до Г; б) от А до Б; в) от Б до В; г) от Б до Г. 72. Рисунок, на котором правильно показано положение и форма мениска воды в капилляре, имеющем гидрофобную поверхность: а) б) в) г) 73. Число фаз в равновесной системе NH4Cl(k) = NH3(г) + HCl(г): а) 1; б) 2; в) 3; г) 4. 74. Удельная поверхность дисперсной системы это отношение площади поверхности между фазами: а) к температуре; б) к давлению; в) к объему дисперсной фазы; г) к концентрации дисперсной фазы; д) к массе дисперсной фазы; е) к концентрации дисперсной среды. 75. Лиозоли, согласно классификации дисперсных систем по размерам частиц дисперсной фазы, относятся к: а) микрогетерогенным системам; б) ультрамикрогетерогенным система; в) грубодисперсным системам. 76. − поверхностное натяжение; r – радиус кривизны поверхности; ж − жидкая фаза; г – газообразная фаза. Рисунок, на котором показано правильное направление действия дополнительного внутреннего давления (нижняя фаза – жидкая, верхняя – газообразная): а) б) в) г) 77. Повышение температуры при физической адсорбции газов и паров: а) не влияет на величину адсорбции; б) ведет к росту адсорбции; в) ведет к уменьшению адсорбции; г) ведет к образованию поверхностных химических соединений. 78. Верные сравнения поверхностных натяжений () жидкостей на границе с газовой фазой (воздухом) при одинаковой температуре: а) (октан) > (вода); б) (ртуть) > (вода); 21 в) (этанол) > (вода); г) (вода) > (изопропанол). 79. Возрастание дисперсности капель жидкости: а) ведет к увеличению равновесного давления насыщенного пара; б) ведет к уменьшению равновесного давления насыщенного пара; в) не изменяет равновесного давления насыщенного пара. 80. Увеличение отрицательной кривизны поверхности (по абсолютной величине) вещества: а) вызывает увеличение растворимости вещества; б) вызывает уменьшение растворимости вещества; в) не меняет растворимость вещества. 81. Рисунки, на которых правильно показан краевой угол (): а) б) в) г) д) е) 82. Уравнение Ленгмюра используется в случае: а) нелокализованной адсорбции на энергетически однородной поверхности; б) локализованной адсорбции на энергетически неоднородной поверхности; в) локализованной адсорбции на энергетически однородной поверхности; г) капиллярной конденсации. 83. Г – адсорбция; Гmax – максимальная адсорбция; х – степень заполнения поверхности адсорбента; Кр – константа адсорбционного равновесия; с − равновесная концентрация адсорбата. Уравнение Ленгмюра в области низких концентраций принимает вид: а) Г = Кр∙с; б) Г = Гmax∙с; в) х = Гmax Кр∙с; г) х = Кр∙с; К рс д) х 1 К рс 84. Адсорбатом называют: а) адсорбирующееся вещество; б) более конденсированную фазу адсорбционной системы; в) менее конденсированную фазу адсорбционной системы. 85. Характерными особенностями лиозолей являются: а) отсутствие седиментации; б) участие частиц в броуновском движении; в) низкое поверхностное натяжение; г) высокая вязкость. 86. Под абсолютной адсорбцией понимают: а) общее количество адсорбента в объеме поверхностного слоя, отнесенное к единице площади поверхности или единице массы адсорбата; б) общее количество адсорбата в объеме фазы, отнесенное к единице площади поверхности или единице массы адсорбента; 22 в) избыточное количество адсорбата в объеме поверхностного слоя по сравнению с его количеством в таком же объеме объемной фазы, отнесенное к единице площади или единице массы адсорбента; г) общее количество адсорбата в объеме поверхностного слоя, отнесенное к единице площади поверхности или единице массы адсорбента. 87. − поверхностное натяжение; G – поверхностная активность; с − концентрация. Неравенства, характеризующие поведение поверхностно-активных веществ (ПАВ) в водных растворах: а) (ПАВ) > (Н2О); б) G > 0; в) d/dc > 0; г) (Н2О) > (ПАВ). 88. Варианты выражений термодинамического определения поверхностного натяжения = U U G G а) ; б) ; в) ; г) n S ,V , s s S ,V ,n n T , p , s s T , p ,n 89. Отрицательная гиббсовская адсорбция данного компонента означает, что его концентрация в поверхностном слое: а) меньше концентрации этого компонента в объемной фазе; б) больше концентрации этого компонента в объемной фазе; в) равна концентрации этого компонента в объемной фазе; г) равна концентрации этого компонента в объемной фазе до адсорбции. ds кривизна поверхности жидкости; тг и тж – поверхностные натяжения на 90. dV границах твердого тела с газовой фазой и жидкостью, соответственно; − краевой угол. Жидкость не будет самопроизвольно пропитывать пористое тело при условии: ds ds 0 ; б) 0 ; в) тг > тж; г) < 90o а) dV dV 91. Рисунок, на котором правильно показана изотерма адсорбции в координатах линейной формы уравнения Ленгмюра: а) б) в) 92. Единицы измерения поверхностной активности: а) Н/м; б) Н/м2 в) Н∙м/моль; г) Дж∙м/моль; д) Дж∙м2; е) Дж/м. 93. На представленном рисунке показан мениск жидкости в капилляре, имеющем лиофильную поверхность. Какой из отмеченных на рисунке углов равен углу смачивания? а) ; б) ; в) ; г) . 23 94. Лиофильные дисперсные системы являются термодинамически устойчивыми, потому что в этих системах: а) плотность частиц дисперсной фазы очень низкая; б) очень слабая адгезия между дисперсной фазой и дисперсионной средой; в) межфазное поверхностное натяжение очень низкое; г) межфазное поверхностное натяжение слишком высокое; д) очень сильная адгезия между дисперсной фазой и дисперсионной средой. 95. Выберите правильное неравенство для работ адгезии при взаимодействии воды и бензола с поверхностью различных тел при одной и той же температуре (фторопласт неполярный полимер): а) Wа(вода, фторопласт) > Wа(бензол, фторопласт); б) Wа(вода, фторопласт) > Wа(вода, кварц); в) Wа(вода, кварц) > Wа(вода, графит). 96. Под гиббсовской адсорбцией понимают: а) общее количество адсорбента в объеме поверхностного слоя, отнесенное к единице площади поверхности или единице массы адсорбата; б) общее количество адсорбата в объеме фазы, отнесенное к единице площади поверхности или единице массы адсорбента; в) избыточное количество адсорбата в объеме поверхностного слоя по сравнению с его количеством в таком же объеме объемной фазы, отнесенное к единице площади или единице массы адсорбента; г) общее количество адсорбата в объеме поверхностного слоя, отнесенное к единице площади поверхности или единице массы адсорбента. 97. Взаимные переходы кристаллических модификаций чистого вещества, которые могут протекать как в прямом, так и в обратном направлениях в условиях равновесия: а) монотропные; б) энантиотропные; в) необратимые; г) обратимые. 98. Выберите поверхностно-активные вещества: а) спирты; б) неорганические соли; в) карбоновые кислоты; г) неорганические кислоты; д) щелочи. d ln p H 99. Укажите область применимости уравнения при описании dT RT 2 двухфазных равновесий в однокомпонентных системах: а) равновесия с участием пара вблизи критической точки; б) равновесия с участием пара, рассматриваемого как идеальный газ; в) равновесия с участием пара, рассматриваемого как идеальный газ, при условиях, далеких от критической точки; г) равновесия твердой и жидкой фаз; д) равновесия любых двух фаз. 100. Связь между разнородными конденсированными телами при молекулярном контакте это: а) хемосрбция; б) адгезия; в) адсорбция; г) когезия. 5.2 Перечень тестовых вопросов для промежуточной аттестации 24 1 рейтинг 1. Дисперсные системы. Их основные характеристики. 2. Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию дисперсионной среды и дисперсной фазы. 3. Классификация дисперсных систем по размерам частиц дисперсной фазы. Ультрадисперсныем (наноразмерные), высокодисперсные, грубодисперсные системы. 4. Роль поверхности раздела фаз в дисперсных системах. 5. Дисперсность и удельная поверхность дисперсных систем. 6. Лиофобные и лиофильные дисперсные системы. 7. Поверхность раздела фаз как разделяющая поверхность и как слой конечной толщины. 8. Удельная свободная поверхностная энергия поверхности (поверхностное натяжение). 9. Поверхностное натяжение как работа изотермического образования единицы новой поверхности. 10. Поверхностная энергия и межмолекулярные взаимодействия в однокомпонентных системах. 11. Связь поверхностной энергии с энергией когезии. 12. Поверхностная энергия и внутреннее давление жидкости. 13. Методы определения поверхностного натяжения жидкостей. Статические, полустатические и динамические методы. 14. Методы определения поверхностного натяжения твердых тел. Возможности, ограничения и недостатки методов. 15. Граница раздела жидкость жидкость. Явления когезии и адгезии. 16. Работа когезии и адгезии. 17. Межфазное натяжение на границе жидкость жидкость Правило Антонова. 18. Явления смачивания и растекания. 19. Краевой угол смачивания. Уравнение Юнга. 20. Смачивание и адгезия. 21. Влияние состояния поверхности твердого тела на смачивание. 22. Масштабные эффекты в дисперсных системах зависимость свойств от размера частиц. 23. Применение правила фаз Гиббса к дисперсным системам. 24. Внутреннее давление в дисперсных системах. Влияние кривизны поверхности на величину внутреннего давления фаз. 25. Вывод уравнения Лапласа. Уравнение Лапласа для поверхностей сферической и неправильной формы. 26. Капиллярные явления как проявление масштабных эффектов. Уравнение Жюрена. 27. Капиллярное поднятие жидкости между пластинами. 28. Капиллярные явления и гидрофобизация поверхности. 29. Реакционная способность дисперсных систем. 30. Капиллярная конденсация. Уравнение Томсона (Кельвина). 2 рейтинг 1. Влияние дисперсности на температуры фазовых переходов (плавления и испарения). 2. Влияние дисперсности на растворимость тел. Уравнение Гиббса-Оствальда. 3. Дисперсность и равновесие химической реакции. 4. Влияние размера наночастиц на теплоемкость. 5. Прочность дисперсных систем и размер частиц. Высокопрочные материалы на основе наноразмерных частиц. 25 6. Пластичность наноразмерных дисперсных материалов. 7. Магнитные свойства наночастиц. Влияние размеров на положение точки Кюри, коэрцитивное поле, магнитную анизотропию. Использование нанодисперсных намагниченных частиц для получения ферромагнитных жидкостей. 8. Адсорбция как самопроизвольный процесс, приводящий к различию в концентрациях компонентов в поверхностном слое и в фазе. 9. Положительная адсорбция, поверхностно-активные вещества. Отрицательная адсорбция, поверхностно-инактивные вещества, поверхностно-неактивные вещества. 10. Термодинамика адсорбции. Уравнение Гиббса. 11. Поверхностная активность. 12. Адсорбция растворимых ПАВ. Правило Траубе-Дюкло. Его теоретическое обоснование. 13. Двухмерное состояние вещества в адсорбционном слое. Уравнение состояния идеального двумерного газа. 14. Пленки Лангмюра-Блоджетт, их получение, свойства, применение. 15. Адсорбция в границе раздела твердое тело газ. Особенности процесса. 16. Теоретическое описание адсорбции на ровной поверхности. Теория мономолекулярной адсорбции Ленгмюра. Теория Брунауэра-Эммета-Теллера (БЭТ). 17. Методы получения дисперсных систем: диспергирование и конденсация. 18. Диспергирование. Работа диспергирования как сумма работы объемного деформирования и работы образования новой поверхности. 19. Использование эффекта Ребиндера для облегчения диспергирования твердых материалов. 20. Диспергирование жидкостей. 21. Процессы диспергирования газов в жидкостях. 22. Конденсационные методы получения дисперсных систем. 23. Термодинамика гомогенного конденсированного образования дисперсных систем. 24. Двухстадийные физические методы получения металлических наночастиц: метод молекулярных пучков, аэрозольный метод, распылительная сушка, криохимический синтез. Плазменный метод. Золь-гель метод. 25. Химические конденсационные методы. 26. Использование химических реакций для получения дисперсных систем. 27. Гидро(сольво)термальный синтез. Получение нанотрубок. 28. Образование лиофильных дисперсных систем. 29. Мицеллообразование в растворах ПАВ. 30. Термодинамика гомогенной конденсации. Составляющие энергии Гиббса образования зародышей новой фазы. 31. Закономерности гетерогенной конденсации. Кинетика образования новой фазы. 32. Явление солюбилизации. Микроэмульсии. Критические эмульсии. 33. Общие понятия катализа. Общие свойства катализаторов и видыкатализа. 34. Механизм действия катализаторов. 35. Гомогенный катализ. Примеры гомогенного катализа. 36. Механизм гетерогенного катализа. Промотирование катализатора. 37. Мультиплетная теория катализа. 38. Принцип геометрического соответствия. 39. Принцип энергетического соответствия. 40. Теория активных ансамблей. 5.3. Перечень зачетных вопросов 1. Основные понятия и определения химической термодинамики. 26 2. Фазовые переходы первого и второго рода. Вывод условия термодинамического фазового равновесия и самопроизвольного фазового перехода. 3. Понятие: число степеней свободы. Вариантность системы. Вывод правила фаз Гиббса. 4. Вывод уравнения Клапейрона-Клаузиуса. 5. Зависимость температуры плавления от давления: два возможных варианта. Зависимость давления насыщенного пара от температуры. 6. Основные эмпирические принципы построения и анализа фазовых диаграмм. Применение правила фаз Гиббса и уравнения Клапейрона-Клаузиуса к диаграмме состояния воды. Примеры аномальных веществ. 7. Понятия: дисперсные системы, дисперсная фаза и дисперсионная среда. Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию фаз. 8. Основные понятия и определения: коллоидные системы, золи, гели, аэрозоли, эмульсии, суспензии, пасты, пены, порошки. Понятия: частица, агломерат и агрегат. 9. Эмульсии: два основных типа эмульсий, их классификация, стабилизация растворами ПАВ, высокодисперсными порошками, седиментация, коалесценция, инверсия фаз. Методы определения типа эмульсий. 10. Классификация дисперсных систем по интенсивности взаимодействия фаз: лиофильные и лиофобные системы. Примеры. 11. Классификация дисперсных систем по размеру частиц. Фундаментальный принцип универсальности коллоидного состояния Веймарна. 12. Классификация дисперсных систем по мерности: нуль-, одно- и двумерные нанообъекты. Принцип Эренфеста. 13. Дисперсность твердых веществ. Размерные характеристики раздробленности дисперсной фазы. 14. Влияние дисперсности на свойства твердых веществ. Примеры проявления размерного (масштабного эффекта). 15. Общие представления о диспергировании и конденсации. Стадии диспергирования. Самопроизвольное диспергирование. 16. Механическое диспергирование. Работа диспергирования уравнение Ребиндера. Эффект Ребиндера. 17. Методы физического и физико-химического диспергирования: ультразвуковой метод, методы Вернейля и Бредига. 18. Химические конденсационные методы. Метод химических реакций с получением нерастворимых веществ. Получение мицелл золя иодида серебра. Правило Панета-Фаянса. Гидротермальный синтез. Синтез дисперсных частиц в микрореакторах. 19. Общие представления о поверхности раздела фаз. Трактовка поверхности раздела в геометрии и в коллоидной химии. Понятие поверхностного слоя. 20. Поверхностные силы и поверхностная энергия жидкостей. 21. Энергетическая трактовка поверхностного натяжения. 22. Силовая трактовка поверхностного натяжения: вывод формулы. 23. Опыт Дюпре по измерению силы поверхностного натяжения: вывод формулы. 24. Зависимость коэффициента поверхностного натяжения от температуры: уравнение Этвёша. Зависимость коэффициента поверхностного натяжения от концентрации ПАВ: уравнение Шишковского. 25. Метод определения коэффициента поверхностного натяжения жидкости методом отрыва кольца: вывод формулы (лабораторная работа). 26. Термодинамика поверхности раздела в гетерогенных системах: метод избыточных величин Гиббса. Объединенное уравнение первого и второго начал термодинамики и термодинамическая трактовка поверхностного натяжения. 27. Термодинамика когезии конденсированной фазы. Работа когезии. 27 28. Понятия адгезии и смачивания. Термодинамика адгезии двух конденсированных фаз. Вывод уравнения Дюпре. 29. Смачивание и растекание жидкостей. Вывод уравнения Юнга. Краевой угол смачивания. Вогнутая и выпуклая поверхности жидкости. Условия смачивания и несмачивания поверхности твердого тела. Гидрофильные и гидрофобные поверхности. 30. Вывод уравнения Дюпре-Юнга и выводы из него. Коэффициент Гаркинса. 31. Регулирование смачивания с помощью ПАВ: гидрофилизация и гидрофобизация твердой поверхности. Понятие точки инверсии смачивания. 32. Межфазное натяжение между двумя жидкостями: эмпирическое правило Антонова. 33. Условия смачивания и несмачивания поверхности капилляра. Силы поверхностного натяжения над плоской, выпуклой и вогнутой поверхностями. Капиллярное давление. Вывод уравнения Лапласа. Кривизна поверхности. 34. Поднятие и опускание уровня жидкости в капилляре. Уравнение Жюрена и выводы из него. 35. Вывод уравнения Кельвина (Томсона) и следствия из него. 36. Основные понятия и определения адсорбционных явлений: сорбция, абсорбция, адсорбция, адсорбент, адсорбтив, адсорбат, равновесная адсорбция. 37. Классификация адсорбционных процессов. Типы ван-дер-ваальсового взаимодействия. Особенности физической и химической адсорбции. Удельная площадь поверхности адсорбента. 38. Количественные характеристики адсорбции: абсолютная величина адсорбции и гиббсовская адсорбция. 39. Элементы термодинамики адсорбции. Связь коэффициента равновесия адсорбции с теплотой и энтропией адсорбции. Термодинамическое определение адсорбции. 40. Вывод уравнения адсорбции Гиббса. 41. Поверхностная активность. Правило Дюкло-Траубе. 42. Основные положения теории мономолекулярной адсорбции Ленгмюра. Вывод уравнения изотермы адсорбции Ленгмюра. Уравнение Генри. 43. Уравнение Фрейндлиха в степенном выражении и в логарифмической форме. 44. Основные положения теории полимолекулярной адсорбции Поляни. Понятие адсорбционного потенциала. 45. Основные положения теории полимолекулярной адсорбции БЭТ. Уравнение полимолекулярной адсорбции. Классификация изотерм адсорбции. 46. Молекулярная адсорбция из растворов. Адсорбция электролитов. 47. Общие понятия катализа. Общие свойства катализаторов и виды катализа. 48. Мультиплетная теория катализа. 49. Теория активных ансамблей. 50. Катализ на наночастицах и цеолитах. Уровни и критерии итоговой оценки результатов освоения дисциплины Итоговый Итоговая Уровни Критерии выполнения заданий ОС семестровый оценка балл Недостаточный Имеет представление о содержании Менее 41 Неудовлет дисциплины, но не знает основные ворительн понятия химии фазовых равновесий, о особенности межфазного поверхностного (не зачет) слоя, не может объяснить физикохимический смысл когезии, адгезии, сммачивания и адсорбции, не способен 28 выполнить задание с очевидным решением, не имеет навыков химического эксперимента. Базовый Знает и воспроизводит основные положения химии поверхностных явлений в соответствии с заданием, применяет их для выполнения типового задания, в котором очевиден способ решения, может различить лиофильные и лиофобные дисперсные системы, владеет основными навыками химического эксперимента. Повы ПУ 1 Знает, понимает основные положения и шенны законы химии поверхностных явлений, й может их использовать для решения теоретических и практических задач, где нет явно указанных способов решения. Анализирует структуру и свойства ультрадисперсных систем, устанавливает влияние дисперсности на свойства материалов. ПУ 2 Знает, понимает основные положения и (продв законы химии поверхностных явлений, инутый демонстрирует умение применять их для ) выполнения задания, в котором нет явно указанных способов решения. Анализирует и определяет состав, структуру и свойства ультрадисперсных систем, объясняет влияние размерного эффекта на свойства твердых тел, понимает термодинамическую трактовку поверхностных явлений, способен выдвинуть идею, самостоятельно спроектировать и презентовать свой проект. 41 60 Удовлетво рительно (зачет) 61 80 Хорошо 81 100 Отлично Раздел 6. Учебно-методическое и программно-информационное обеспечение № Автор 1 2 6.1.1 Гельфм ан М.И. 6.1.2 Стромб ерг А.Г. Карта методического обеспечения дисциплины Название Издат Гриф Год Колич Ссылки ельств издани издан ество на о я ия в электро библи нный отеке ресурс 3 4 5 6 7 8 6.1 Основная литература Коллоидная СПб.: 2008 12 http://e.l химия: Лань anbook. [учебник]. - 4-е com изд., стер. Рек. Физическая М.: химия: учеб. для Высш. МО РФ вузов. - 6-е изд., шк 29 2006 5 http://e.l anbook. com Доступ -ность 9 С ПК локаль ной сети ДГТУ С ПК локаль ной № Автор 1 2 Название Издат ельств о Гриф издани я Год издан ия 3 4 5 6 Колич ество в библи отеке 7 Доп. учеб.метод. объеди нение м 2005 14 2005 5 стер. 6.1.3 Ипполи тов Е.Г. Физическая М.: химия: учеб. для ACAD вузов /Е.Г. EMIA Ипполитов, А.В. Артемов, В.В. Батраков. 6.1.4 Синель ников Б.М. Физическая М.: Рек. химия Высш. УМО кристаллов с шк дефектами: учеб. пособие для вузов / Б.М. Синельников 6.2.1 Тиноко И. и др. 6.2.2 6.2.3 6.2 Дополнительная литература Физическая М.: 2005 химия. Техно Принципы и сфера применение в биологических науках: пер. с англ. / И. Тиноко [и др.]. Краснов Физическая М.: 2001 К.С. химия. В 2 кн. Высш. Кн.1: Строение шк вещества. Термодинамика / К.С. Краснов [и др. ] – 3-е изд., испр. Краснов Физическая М.: 2001 К.С. химия. В 2 кн. Высш. Кн.2: шк Электрохимия. Химическая кинетика и катализ / К.С. Краснов [и др. ] – 3-е изд., испр. 30 1 10 10 Ссылки на электро нный ресурс 8 Доступ -ность 9 сети ДГТУ № Автор 1 6.2.4 2 Хохлов А.В. 6.2.5 Ерохин Ю.М. Название Издат ельств о Гриф издани я Год издан ия 3 4 5 6 Физическая Росто 2004 химия: в н/Д: Издат. программа, контр. задания, центр вопр. к ДГТУ экзамену: учеб. пособие / А.В. Хохлов Химия в М.: 2008 вопросах и Просп ответах: учеб. ект пособие 6.3 Периодические издания Колич ество в библи отеке 7 5 Ссылки на электро нный ресурс 8 Доступ -ность 9 1 6.3.1 6.4.1. 6.4 Лабораторные занятия Коллоидная Росто 2012 химия: метод. в н/Д: указания к РИО лаборатор. ДГТУ работам / ДГТУ. 5 Каф."Химия"; сост.: А.В. Хохлов, А.А. Новикова 6.4.2. Физическая химия: метод. указания к лаборатор. работам / ДГТУ. Росто в н/Д: РИО ДГТУ 2009 http://ntb. С donstu.ru любой точки для автори зирова нного пользо вателя 5 Каф."Химия"; сост.: А.В. Хохлов, В.С. Болотников, Е.Г. Задошенко. 6.5 Курсовая работа (проект) 6.5.1 6.6. Контрольные работы 6.6.1 6.7 Программно-информационное обеспечение, Интернет-ресурсы 6.7.1 6.7.2 http://www.chem. msu.su/rus/teachi ng/org.html http://chemistry.n arod.ru 31 № Автор Название Издат ельств о Гриф издани я Год издан ия 1 6.7.3 2 3 http://www.media .ssu.samara.ru/lec tures/himiya/dery abina/index.html 4 5 6 6.7.4 6.7.5 6.7.6 Колич ество в библи отеке 7 Ссылки на электро нный ресурс 8 Доступ -ность 9 http://www.xumu k.ru XuMuK.ru Chemistry.narod.ru Раздел 7. Материально-техническое обеспечение дисциплины (приборы, установки, стенды и т. д.) Лекции по дисциплине проводятся в аудиториях, оснащенных мультимедийным проектором,. Лабораторные занятия проводятся в четырех учебных лабораториях кафедры химии, оснащенных всем необходимым учебным лабораторным оборудованием и реактивами, в том числе: комплект учебного лабораторного оборудования, включающий в себя необходимое приборное и химическое обеспечение учебного процесса по химии поверхностных явлений; лабораторная мебель: столы химические, шкафы вытяжные, тумбы подкатные, мойки и др.; лабораторное оборудование и приборы, необходимые для проведения учебного эксперимента: рН-метры, центрифуги, титровальные установки, стеклянная и фарфоровая посуда, химические реактивы и др; учебно-наглядные пособия: Периодическая таблица Д.И. Менделеева, ряд напряжений металлов, таблица растворимости солей, таблица физико-химических величин. Перечень оборудования, материалов и реактивов, необходимых для использования при выполнении конкретных лабораторных работ, приводятся в учебных пособиях (раздел 6.4). 32 33
