Приборы и методы исследования технологии неорганических

1. Цели освоения дисциплины
Цели дисциплины и их соответствие целям ООП
Код
цели
Цели
освоения
дисциплины
«Приборы
и
методы
исследования
технологии неорганических веществ»
Ц1
Формирование знаний в области современных
методов исследования и диагностики
неорганических материалов, а также
приобретение навыков работы на приборах и
установках и обработки экспериментальных
данных
Ц3
Формирование творческого мышления,
объединение фундаментальных знаний основных
законов и методов проведения физикохимических исследований, с последующей
обработкой и анализом результатов
исследований
Ц5
Формирование навыков самостоятельного
проведения теоретических и экспериментальных
физико-химических исследований
Цели ООП
Подготовка выпускников к
производственнотехнологической деятельности
в области химических
технологий,
конкурентоспособных на
мировом рынке химических
технологий.
Подготовка выпускников к
научным исследованиям для
решения задач, связанных с
разработкой инновационных
методов создания химикотехнологических процессов,
веществ и материалов
Подготовка выпускников к
самообучению и непрерывному
профессиональному
самосовершенствованию
2. Место дисциплины в структуре ООП
Согласно ФГОС и ООП «Химическая технология» дисциплина «Приборы и
методы исследования в технологии неорганических веществ» является базовой
дисциплиной и относится к профессиональному циклу.
Код
дисциплины
Наименование дисциплины
Кредиты Форма
ООП
контроля
Модуль Б.3.В.3 (специальный), профиль – Химическая технология неорганических
Веществ
Вариативная часть
Б.3.В.3.1
Приборы и методы исследования технологии 3
экзамен
неорганических веществ
До освоения дисциплины «Приборы и методы исследования в технологии
неорганических веществ» должны быть изучены следующие дисциплины
(пререквизиты):
Код
дисциплины Наименование дисциплины
Кредиты
Форма контроля
ООП
Пререквизиты
Модуль Б. Б.2. 1 (математический)
2
Б. Б.2. 1.1
Математика
20
экзамен
Модуль Б. Б.2. 2 (физический)
Б. Б.2. 2.1
Физика
9
экзамен
Модуль Б. Б.2. 3 (химический)
Б.Б.2.3.3
Физическая химия
15
экзамен
Б. В.2. 3.6
Общая и неорганическая химия
11
экзамен
При изучении указанных дисциплин (пререквизитов) формируются «входные»
знания, умения, опыт и компетенции, необходимые для успешного освоения
дисциплины «Приборы и методы исследования в технологии неорганических
веществ».
В результате освоения дисциплин (пререквизитов) студент должен:
Знать:
 основные понятия и методы математического анализа, линейной алгебры,
дискретной математики, теории дифференциальных уравнений, теории
вероятностей и математической статистики;
 законы Ньютона и законы сохранения, элементы механики жидкостей,
законы термодинамики, статистические распределения, законы электростатики,
волновые процессы, геометрическую и волновую оптику, основы квантовой
механики, строение многоэлектронных атомов, строение ядра, классификацию
элементарных частиц;
 электронное строение атомов и молекул, основы теории химической связи в
соединениях разных типов, строение вещества в конденсированном состоянии,
химические свойства элементов различных групп периодической системы и их
важнейших соединений;
 начала термодинамики и основные уравнения химической термодинамики;
методы термодинамического описания химических и фазовых равновесий в
многокомпонентных системах; термодинамику растворов электролитов и
электрохимических систем;
 уравнения формальной кинетики и кинетики сложных, цепных, гетерогенных
и фотохимических реакций; основные теории гомогенного, гетерогенного и
ферментативного катализа;
Уметь:
 проводить анализ функций, решать основные задачи теории вероятности и
математической статистики, решать уравнения и системы дифференциальных
уравнений;
 решать типовые задачи, связанные с основными разделами физики,
использовать физические законы;
 выполнять основные химические операции, определять термодинамические
характеристики химических реакций и равновесные концентрации веществ,
использовать основные химические законы, термодинамические справочные данные
и количественные соотношения неорганической химии;
 прогнозировать влияние различных факторов на равновесие в химических
реакциях;
 определять направленность процесса в заданных начальных условиях;
устанавливать границы областей устойчивости фаз в однокомпонентных и
бинарных системах;
 определять составы сосуществующих фаз в бинарных гетерогенных
3
системах; составлять кинетические уравнения в дифференциальной и интегральной
формах для кинетически простых реакций и прогнозировать влияние температуры
на скорость процесса
Владеть:
 методами проведения физических измерений, методами корректной оценки
погрешностей при проведении физического эксперимента;
 теоретическими методами описания свойств простых и сложных веществ на
основе электронного строения их атомов и положения в периодической системе
химических элементов, экспериментальными методами определения физикохимических свойств неорганических соединений.
 навыками вычисления тепловых эффектов химических реакций при
заданной температуре в условиях постоянства давления или объема; констант
равновесия химических реакций при заданной температуре; давления насыщенного
пара над индивидуальным веществом, состава сосуществующих фаз в
двухкомпонентных системах;
 методами определения констант скорости реакций различных порядков по
результатам кинетического эксперимента
В результате освоения дисциплин (пререквизитов) обучаемый должен
обладать следующими общепрофессиональными компетенциями:
 использовать знания о современной физической картине мира,
пространственно-временных закономерностях, строении вещества для понимания
окружающего мира и явлений природы;
 использовать знания о строении вещества, природе химической связи в
различных классах химических соединений для понимания свойств материалов и
механизма химических процессов, протекающих в окружающем мире;
 основные
закономерности
протекания химических
процессов
и
характеристики равновесного состояния, методы описания химических равновесий
в растворах электролитов.
Кроме того, для успешного освоения дисциплины «Приборы и методы
исследования в технологии неорганических веществ» параллельно должны
изучаться дисциплины (кореквизиты):
Код дисциплины
ООП
Б.Б.2.3.2
Наименование дисциплины
Кредиты
Форма
контроля
8
зачет
кореквизит
Модуль Б.Б.2.3 (химический)
Аналитическая химия и физикохимические методы анализа
3. Результаты освоения дисциплины
При изучении дисциплины студент должен научиться самостоятельно
планировать проведение эксперимента, выбирать оптимальные методики и
оборудование для экспериментальных исследований, рационально определять
условия и диапазон экспериментов, проводить обработку полученных результатов.
Планируемые результаты обучения согласно ООП
Код
Результат обучения (выпускник должен быть готов)
результата
4
Р1
Р5
Р6
Р8
Р10
Профессиональные компетенции
Применять естественнонаучные знания в профессиональной
деятельности
Проводить теоретические и экспериментальные исследования в
области современных химических технологий
Внедрять, эксплуатировать и обслуживать современное
высокотехнологичное оборудование, обеспечивать его высокую
эффективность, соблюдать правила охраны здоровья и безопасности
труда на химико-технологическом производстве, выполнять
требования по защите окружающей среды.
Самостоятельно учиться и непрерывно повышать квалификацию в
течение всего периода профессиональной деятельности.
Эффективно работать индивидуально и в коллективе,
демонстрировать ответственность за результаты работы и готовность
следовать корпоративной культуре организации.
После изучения данной дисциплины студент приобретает знания, умения и
опыт, соответствующие результатам основной образовательной программы.
В результате освоения дисциплины студент должен
знать:
 Принципы и этапы планирования научно-исследовательской работы;
 основные аналитические методы и типы оборудования для определения и
контроля параметров химико-технологических процессов;
 методы исследования, проектирования и проведения экспериментальных работ в
области химической технологии.
уметь:
 анализировать цели, новизну, задачи исследований в поставленном конкретном
вопросе на основе подбора литературы и патентного поиска
 определять состав и свойства неорганических веществ и химических
материалов,
 планировать научные исследования в области синтеза новых веществ и
материалов,
 анализировать полученные результаты определений по заданным или
определенным критериям,
 составлять описание проводимых исследований, разрабатываемых технологий,
обзоров и иной научной и технической документации и их оформление с
использованием ЭВМ,
 контролировать параметры химико-технологических процессов
владеть:
 устойчивыми навыками проведения эксперимента с учетом выбора оптимальных
методик и оборудования для исследований, рационального определения условий
и диапазона экспериментов, обработки, систематизации и анализа полученных
результатов;
 опытом работы с научно-исследовательским оборудованием;
5
 опытом работы и использования в ходе проведения исследований научнотехнической информации, Internet-ресурсов, баз данных и каталогов,
электронных журналов и патентов, поисковых ресурсов.
В процессе освоения дисциплины у студентов развиваются следующие
компетенции:
1. Универсальные (общекультурные):
 готовность к саморазвитию, повышению своей квалификации и мастерства,
способность приобретать новые знания в области естественных наук;
 понимать роль охраны окружающей среды и рационального
природопользования для развития и сохранения цивилизации.
2. Профессиональные:
общепрофессиональные:

способность и готовность использовать основные законы
естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности;

способность применять методы теоретического и экспериментального
исследования;
производственно-технологическая деятельность:
 способность и готовность осуществлять технологический процесс в
соответствии с регламентом и использовать технические средства для измерения
основных параметров технологического процесса, свойств сырья и продукции;
научно-исследовательская деятельность:
 способность планировать и проводить физические и химические
эксперименты, проводить обработку их результатов и оценивать погрешности,
математически моделировать физические и химические процессы и явления,
выдвигать гипотезы и устанавливать границы их применения.
4. Структура и содержание дисциплины
4.1.
№
1
2
3
4
Структура дисциплины по разделам, формам организации и
контроля обучения
Название
раздела/темы
Основы постановки и
выполнения
исследования
Методы и их
классификация
Методы
дисперсионного
анализа
Оптическая
микроскопия
Аудиторная работа
(час)
Лек Практ./
Лаб.
ции семинар зан.
СРС
(час)
Итого
Формы текущего
контроля и
аттестации
2
2
6
10
Устный отчет
2
2
8
12
Тест
2
2
2
8
14
2
2
2
8
14
Отчеты по
лабораторным
работам
Отчеты по
лабораторным
работам
6
Электронная
микроскопия
Дифракционные
методы анализа
2
2
2
2
7
Методы термического
анализа
2
8
Хроматографические
методы анализа
9
Промежуточная
аттестация
Итого
5
6
8
12
Презентация
4
6
14
2
2
8
14
2
2
6
8
18
Отчеты по
лабораторным
работам
Отчеты по
лабораторным
работам
Отчеты по
лабораторным
работам
Экзамен
16
16
16
60
108
При сдаче отчетов и письменных работ проводится устное собеседование.
4.2.
Аннотированное содержание разделов дисциплины
Раздел 1. Основы постановки и выполнения исследования
Лекция. Семинар. Цели и задачи дисциплины. Основы постановки и выполнения
исследований. Методичность исследования. Комплексное использование методов
исследования. Критерии оценки результатов измерений. Применение ЭВМ в
исследованиях. Неожиданный или побочный результат. Отчет по НИР.
Раздел 2. Методы и их классификация
Лекция. Химические методы. Физические методы. Физико-химические методы.
Лекция. Семинар. Инструментальные методы. Отбор и подготовка проб материала
для анализов.
Раздел 3. Методы дисперсионного анализа
Лекция. Зерновой (гранулометрический) состав, дисперсность и способы их
выражения. Ситовой анализ материалов. Седиментационный анализ.
Лекция. Семинар. Определение размера частиц оптическим методом. Графическое
выражение результатов дисперсионного анализа. Определение удельной
поверхности дисперсного материала
Лабораторная работа 1.
Подготовка материалов для проведения анализов и методы дисперсионного
анализа.
Раздел 4. Оптическая микроскопия
Лекция. Семинар. Современные металлографические микроскопы.
Принципиальные схемы оптических микроскопов, основные типы оптических
микроскопов. Понятие оптического увеличения. Основные методики съемки на
металлографических микроскопах.
Лабораторная работа 2.
Изучение кристаллизационных процессов неорганических веществ методом
микроскопии.
Раздел 5. Электронная микроскопия
Лекция. Семинар. Электронная микроскопия. Растровая микроскопия.
Просвечивающая микроскопия. Подготовка образцов для исследования материалов
7
на микроскопах. Информация, получаемая на растровых и просвечивающих
микроскопах. Прямое и косвенное исследование.
Раздел 6. Дифракционные методы анализа
Лекция.
Рентгеноструктурный
и
рентгенофазовый
анализ.
Дифракция
рентгеновский лучей. Уравнение Вульфа-Брегга. Принципиальная схема и работа
дифрактометра ДРОН-2. Методика расшифровки рентгенограмм. Информация,
получаемая на рентгеновских аппаратах. Подготовка образцов для рентгенографии.
Лекция. Семинар. Методы исследования монокристаллов и поликристаллов.
Интенсивность дифракционных максимумов. Дифрактограмма. Качественный и
количественный анализ. Электронография. Нейтронография. Мессбауэрография.
Область применения дифракционных методов анализа.
Лабораторная работа 3.
Определение фазового состава по рентгенограммам материалов различного
состава.
Раздел 7. Методы термического анализа
Лекция. Основы метода термического анализа: изменение энергии; изменение веса;
изменение размера образца; изменение электропроводности.
Лекция. Семинар. Дифференциально-термический анализ. Схема и работа
дериватографа. Обработка дериватограмм. Дилатометрия. Схема установки.
Электропроводность. Термолюминесценция. Эманационный термический анализ.
Область применения методов термического анализа.
Лабораторная работа 4.
Дифференциально-термический анализ неорганических веществ
Раздел 8. Хроматографические методы анализа (4 часа).
Лекция. Семинар. Цели и задачи методов. Основные понятия и определения.
Классификация методов хроматографии.
Лекция. Семинар. Газовая хроматография. Принципиальная схема хроматографа.
Хромотографические колонки. Расшифровка хроматограмм. Применение методов
хроматографии.
Лабораторная работа 5.
Комплексное использование методов хроматографии в технологии неорганических
веществ
5. Образовательные технологии
Для достижения планируемых результатов обучения, в дисциплине «Приборы
и методы исследования в технологии неорганических веществ» используются
различные образовательные технологии:
1. Информационно-развивающие технологии, направленные на формирование
системы знаний, запоминание и свободное оперирование ими.
Используется лекционно-семинарский метод, самостоятельное изучение
литературы, применение новых информационных технологий для самостоятельного
пополнения знаний, включая использование технических и электронных средств
информации.
2. Деятельностные практико-ориентированные технологии, направленные
на формирование системы профессиональных практических умений при
проведении экспериментальных исследований, обеспечивающих возможность
качественно выполнять профессиональную деятельность.
8
Используется анализ, сравнение количественных и качественных методов
термодинамического анализа, выбор метода, в зависимости от объекта исследования
в конкретной производственной ситуации и его практическая реализация.
3. Развивающие проблемно-ориентированные технологии, направленные на
формирование и развитие проблемного мышления, мыслительной активности,
способности видеть и формулировать проблемы, выбирать способы и средства для
их решения.
Используются виды проблемного обучения: освещение основных проблем
энергетики сегодняшнего дня, о возможных путях ее развития, в том числе об
использовании экологически чистых источников энергии на лекциях, учебные
дискуссии, коллективная мыслительная деятельность в группах при выполнении
поисковых работ, решение задач повышенной сложности. При этом используются
первые три уровня (из четырех) сложности и самостоятельности: проблемное
изложение учебного материала преподавателем; создание преподавателем
проблемных ситуаций, а обучаемые вместе с ним включаются в их разрешение;
преподаватель лишь создает проблемную ситуацию, а разрешают её обучаемые в
ходе самостоятельной деятельности.
4. Личностно-ориентированные технологии обучения, обеспечивающие в
ходе учебного процесса учет различных способностей обучаемых, создание
необходимых условий для развития их индивидуальных способностей, развитие
активности личности в учебном процессе. Личностно-ориентированные технологии
обучения реализуются в результате индивидуального общения преподавателя и
студента при экспресс -опросе, при выполнении домашних индивидуальных
заданий, решении задач повышенной сложности, на еженедельных консультациях.
Для целенаправленного и эффективного формирования запланированных
компетенций у обучающихся, выбраны следующие сочетания форм организации
учебного процесса и методов активизации образовательной деятельности.
Методы и формы организации обучения (ФОО)
Методы и формы
Виды учебной деятельности
активизации
ЛК
Семинар
ЛБ
СРС
деятельности
Дискуссия
х
х
IT-методы
х
х
х
Командная работа
х
х
х
Разбор кейсов
х
Опережающая СРС
х
х
х
х
Индивидуальное
х
х
обучение
Проблемное
х
х
х
обучение
Обучение на основе
х
х
х
опыта
9
6. Организация и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы
студентов
6.1 Текущая самостоятельная работа (СРС)
Текущая самостоятельная работа по дисциплине «Приборы и методы
исследования в технологии неорганических веществ», направленная на углубление
и закрепление знаний студента, на развитие практических умений, включает в себя
следующие виды работ:
 работа с лекционным материалом;
 изучение тем, вынесенных на самостоятельную проработку;
 подготовка к практическим занятиям;
 выполнение домашних индивидуальных заданий;
 подготовка к самостоятельным и контрольным работам;
 подготовка к экзамену.
6.2. Творческая проблемно-ориентированная самостоятельная работа (ТСР)
Творческая проблемно-ориентированная самостоятельная работа по
дисциплине «Приборы и методы исследования в технологии неорганических
веществ», направленная на развитие интеллектуальных умений, общекультурных и
профессиональных компетенций, развитие творческого мышления у студентов,
включает в себя следующие виды работ по основным проблемам курса:
 поиск, анализ, структурирование информации;
 выполнение расчетных работ, обработка и анализ данных;
 решение задач повышенной сложности, в том числе комплексных задач;
 анализ научных публикаций по определенной преподавателем теме.
6.3. Содержание самостоятельной работы студентов по дисциплине
. Темы, выносимые на самостоятельную проработку
№ п/п
Тема
1
определение размера частиц оптическим методом
2
графическое выражение результатов дисперсионного анализа
3
методы исследования монокристаллов и поликристаллов
4
качественный и количественный анализ
дилатометрия, термолюминесценция; эманационный термический анализ
5
6
методики и оборудование для подготовки образцов для электронной
микроскопии
7
специальные методики определения физико-химических характеристик
материалов и изделий
8
стандарты для проведения механических испытаний и их требования к
оборудованию, образцам и условиям проведения испытаний
6.4. Контроль самостоятельной работы
Оценка результатов самостоятельной работы организуется как единство двух
форм: самоконтроль и контроль со стороны преподавателя.
10
Самоконтроль зависит от определенных качеств личности, ответственности
за результаты своего обучения, заинтересованности в положительной оценке своего
труда, материальных и моральных стимулов, от того насколько обучаемый
мотивирован в достижении наилучших результатов. Задача преподавателя состоит в
том, чтобы создать условия для выполнения самостоятельной работы (учебнометодическое обеспечение), правильно использовать различные стимулы для
реализации этой работы (рейтинговая система), повышать её значимость, и
грамотно осуществлять контроль самостоятельной деятельности студента (фонд
оценочных средств).
7. Средства (ФОС) текущей и итоговой оценки качества освоения
дисциплины
Оценка успеваемости студентов осуществляется по результатам:

анализа подготовленных студентами рефератов,

устного опроса при сдаче выполненных индивидуальных заданий, защите
отчетов по лабораторным работам и во время экзамена в пятом семестре (для
выявления знания и понимания теоретического материала дисциплины)

Контрольные задания для проверки остаточных знаний по дисциплине
«Приборы и методы исследования в технологии неорганических веществ» (10
вариантов по 3 задания в каждом). Задания включают в себя все основные
разделы курса, рассчитаны на письменное выполнение в течение 10 минут.
Предназначены для проверки знаний, умений и навыков при решении
конкретных задач.
Разработанные контролирующие материалы позволяют оценить степень
усвоения теоретических и практических знаний, приобретенные умения и владение
опытом на репродуктивном уровне, когнитивные умения на продуктивном уровне, и
способствуют формированию профессиональных и общекультурных компетенций
студентов.
8.
Рейтинг качества освоения дисциплины
В соответствии с рейтинговой системой, текущий контроль производится
ежемесячно в течение семестра путем балльной оценки качества усвоения
теоретического материала (ответы на вопросы) и результатов практической
деятельности (решение задач, выполнение заданий, решение проблем).
Промежуточная аттестация (экзамен) проводится в конце семестра также
путем балльной оценки. Итоговый рейтинг определяется суммированием баллов
текущей оценки в течение семестра и баллов промежуточной аттестации в конце
семестра по результатам экзамена и зачета. Максимальный итоговый рейтинг
соответствует 100 баллам.
Для сдачи каждого задания устанавливается определенное время сдачи (в
течение недели, месяца и т.п.). Задания, сданные позже этого срока, оцениваются
два раза ниже, чем это установлено в рейтинг-плане дисциплины.
9.Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
основная литература:
11
1. Черняк А. С. Методы научных исследований в неорганической химии, Иркутск: Изд-во Иркут. ун-та, 1986. - 160 с.;
2. Фиалко М. Б., Батырева В. А. и др. Методы исследования неорганических
веществ. - Томск: Изд-во Томск. ун-та, 1984. - 184 с.;
3. Жарский И. М., Новиков Г. И. Физические методы исследования в
неорганической химии: Уч. пособие для хим. и хим.-технол. Вузов. - М.:
Высш. шк., 1988. - 271 с.;
4. Уэндландт У. Термические методы анализа. - М.: Изд-во Мир, 1978. - 526 с.;
5. Гольберт К. А., Вигдергауз М. С. Курс газовой хроматографии. - М.:
«Химия», 1974. - 376 с.
дополнительная литература:
1. Крашенинников С.А., Кузнецова А.Г., Салтанова В.П. Технический анализ и
контроль в производстве неорганических веществ. – М.: Высш. шк. 1968.240 с.
2. Уманский М.М. Рентгеновские методы исследования химической
промышленности. – М.: Госхимиздат, 1953.
3. Лудченко А.А., Лудченко Я.А., Примак Т.А. Основы научных исследований:
Учеб. пособие / Под ред. А.А. Лудченко. — 2-е изд., стер. — К.: О-во
"Знания", КОО, 2001. — 113 с
Интернет-ресурсы:
1. http://www.nalkho.com –сайт компании Nalkho Techno SA, которая работает в
области:
- проектирования и оснащения промышленных и научно-исследовательских
лабораторий,
- разработки комплексных решений для ЦЗЛ металлургических,
горнодобывающих машиностроительных, химических и иных предприятий,
- пуско-наладочных работ в части использования оборудования и настройки
программного обеспечения,
- обучения персонала, внедрения методик, сертификации, аналитической и
технической поддержки предприятий.
2. http://www.labotech.ru – сайт компании "Милаформ-Сервис", поставщика
лабораторного оборудования различного назначения.
3. http://stroyinf.ru - сайт компании АНО «Межрегиональный Центр Качества»,
выполняющей работы по сертификации и стандартизации.
4. http://www.eltechmed.ru - сайт компании «Альта», поставщика микроскопов
различного назначения.
10. Материально-техническое обеспечение дисциплины
№
Наименование
(компьютерные
12
классы, Аудитория,
п/п
учебные лаборатории, оборудование)
1
2
3
Учебная лаборатория, оснащенная компьютерами (12 шт.)
Учебная лаборатория
Учебная лаборатория
количество
установок
2 корпус, 127 ауд.
2 корпус, 105 ауд.
2 корпус, 103а ауд
* приложение – Рейтинг-план освоения модуля (дисциплины) в течение
семестра.
Программа составлена на основе Стандарта ООП ТПУ в соответствии с
требованиями ФГОС по направлению и профилю подготовки 240100 Химическая
технология
Программа одобрена на заседании
(протокол №_9/13___от «_06___»__09_______2013 г.)
Автор Фролова И.В._________________
Рецензент____________________________
13
14