ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ И ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ Рабочая программа

Ф ТПУ 7.1 –21/01
Рабочая программа учебной
дисциплины
УТВЕРЖДАЮ
Декан факультета
_______ В.М. Погребенков
« 2 » февраля 2006 г.
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Государственное образовательное учреждение высшего и профессионального образования
«ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ И ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ
Рабочая программа
для направления:
240100 (550800) – Химическая технология и биотехнология
для специальностей:
240304 (250800) – Химическая технология тугоплавких неметаллических и
силикатных материалов
240301 (250200) – Химическая технология неорганических веществ
240802 (251800) – Основные
процессы
химических
производств и
химическая кибернетика
240501 (250500) – Химическая технология высокомолекулярных
соединений
244401 (250100) – Химическая технология органических веществ
Факультет
Обеспечивающая кафедра:
Химико-технологический, ХТФ
Физической и аналитической химии, ФАХ
Курс: третий
Семестр: пятый
Учебный план набора 2004 года.
Распределение учебного времени
Лекции
28 часов (ауд.)
Лабораторные занятия
17 часов (ауд.)
Всего аудиторных занятий
45 часов
Самостоятельная (внеаудиторная) работа 81 час
Общая трудоемкость
126 часов
Экзамен в пятом семестре
2006
Рабочая программа дисциплины «Поверхностные явления и дисперсные системы» для направления 240100 (550800)
Рабочая программа
Ф ТПУ 7.1 –21/01
учебной дисциплины
ПРЕДИСЛОВИЕ
1. Рабочая программа составлена на основе ГОС для направления:
2400 (550800) – Химическая технология и биотехнология; для специальностей: 240304 (250800) – Химическая технология тугоплавких неметаллических и силикатных материалов; 240301 (250200) – Химическая технология
неорганических веществ; 240802 (251800) – Основные процессы химических производств и химическая кибернетика; 240501 (250500) – Химическая технология высокомолекулярных соединений; 244401 (250100) – Химическая технология органических веществ.
РАССМОТРЕНА И ОДОБРЕНА на заседании обеспечивающей кафедры физической и аналитической химии
« 18 » января 2006 г
протокол № 9
.
2.Разработчик
доцент кафедры ФАХ ________________________ С.Н. Карбаинова
3.Зав. обеспечивающей кафедры ______________ А.А. Бакибаев
4. Рабочая программа СОГЛАСОВАНА с факультетом, выпускающей
кафедрой, СООТВЕТСТВУЕТ действующему плану.
Председатель
учебно-методической комиссии _____________ Н.В. Ушева
Документ:y:\edu\general\surf\chtd-III_5508\wp_surf-III_chtd_5508
Дата разработки: 02.02.05.
2
Рабочая программа дисциплины «Поверхностные явления и дисперсные системы» для направления 240100 (550800)
АННОТАЦИЯ
Поверхностные явления и дисперсные системы
240100 (558800) (б)
240304 (250800) (с)
240301 (250200) (с)
240802 (251800) (с)
240501 (250500) (с)
244401 (250100) (с)
Каф. ФАХ ХТФ
Доцент, к.х.н. Карбаинова Светлана Никитична
Тел./факс (3822) 563860
Цель: формирование современного физико-химического мировоззрения
и навыков самостоятельной работы, необходимых для использования химических знаний при изучении специальных дисциплин и дальнейшей
практической деятельности.
Содержание: термодинамика поверхностных явлений: поверхностное
натяжение и поверхностная энергия, адсорбция, адгезия, когезия, смачивание, растекание, капиллярная конденсация; механизм процессов формирования поверхностного слоя; механизм образования и строение двойного электрического слоя, электрокинетические явления на поверхности;
устойчивость и коагуляция в дисперсных системах; особенности оптических свойств дисперсных систем, рассеяние, поглощение света, окраска
золей; структурно-механические свойства и реологические методы исследования дисперсных систем.
Курс 3/5 сем. – экзамен.
Всего 45 часов, в т.ч. Лк – 28 ч, Лб – 17 ч.
Документ:y:\edu\general\surf\chtd-III_5508\wp_surf-III_chtd_5508
Дата разработки: 02.02.05.
3
Рабочая программа дисциплины «Поверхностные явления и дисперсные системы» для направления 240100 (550800)
Annotation
The syllabus “Surface Phenomena and Dispersed Systems” is designed for training
the bachelors of the Faculty of Chemistry & Chemical Engineering on the educational
program 240100 – Chemical and Biological Technology; This syllabus is drawn up according to the State Educational Standards and the Professional Educational Program
of TPU on these specialties. Its structure and contents corresponds to the Standard of
TPU “STI TPU 2.4.01-99”. The syllabus includes basic concepts surface phenomena
and dispersed systems, classification of dispersed systems, its molecular kinetic and
optical properties. Surface phenomena: surface tension, adhesion, adsorption etc.
Adsorption on phases boundaries. Electrical properties of colloidal systems. Stability
and coagulation of colloidal systems. The order of the reading of lectures, performance of practices and laboratory works with the instruction of contact and self-study
hours, a rating-list, and references are presented at the end of the syllabus. The syllabus is designed by S. I. Karbainova, Ph. D., associate professor of the Physical & Analytical Chemistry Department of the Chemistry & Chemical Engineering Faculty.
Документ:y:\edu\general\surf\chtd-III_5508\wp_surf-III_chtd_5508
Дата разработки: 02.02.05.
4
Рабочая программа дисциплины «Поверхностные явления и дисперсные системы» для направления 240100 (550800)
Поверхностные явления и дисперсные системы
Федеральная компонента
Настоящая рабочая программа по данной дисциплине для направления 240304 (250800) – Химическая технология и биотехнология составлена на основе следующих источников:
– Коллоидная химия. Методические указания (с программой) и контрольные задания для студентов-заочников химико-технологических специальностей высших учебных заведений. Утверждено УМУ по высшему
образованию. М.: Высшая школа, 1984. – 47с.;
– Программа по физической и коллоидной химии для технологических
специальностей высших учебных заведений. Утверждена УМУ по высшему
образованию. Индекс УМУ / 0-3/6.М.: Высшая школа, 1985. – 14с.;
– Программа по курсу «Коллоидная химия» для химикотехнологических специальностей высших учебных заведений. Утверждена
УМУ по высшему образованию. Индекс УМУ 140/1. М.: Высшая школа,
1974. – 10с.
В основу программы курса легли требования государственного стандарта при изучении дисциплин: ЕН.04.5 Поверхностные явления и дисперсные системы или коллоидная химия:
Термодинамика поверхностных явлений. Адсорбция, смачивание и
капиллярные явления: адсорбция на гладких поверхностях и пористых адсорбентах, капиллярная конденсация; адгезия и смачивание; поверхностно-активные вещества; механизмы образования и строение двойного
электрического слоя; электрокинетические явления; устойчивость дисперсных систем: седиментация в дисперсных системах, термодинамические и кинетические факторы агрегативной устойчивости; мицеллообразование; оптические явления в дисперсных системах; системы с жидкой и газообразной дисперсионной средой: золи, суспензии, эмульсии, пены, пасты; структурообразование в коллоидных системах.
Региональная компонента
Поверхностные явления и дисперсные системы – узловые вопросы,
которые традиционно обсуждаются на Региональных научно-практических
конференциях, например, «Аналитика Сибири и Дальнего Востока», «Методы аналитического контроля пищевых продуктов» и др., где обобщается
опыт Томских ученых и их коллег по Региону.
Университетская компонента
Изучение адсорбции на границе жидкость – твердое тело на основе
научно-методических разработок сотрудников Томской научной школы
электрохимиков. Разработана принципиально новая методика снятия
Документ:y:\edu\general\surf\chtd-III_5508\wp_surf-III_chtd_5508
Дата разработки: 02.02.05.
5
Рабочая программа дисциплины «Поверхностные явления и дисперсные системы» для направления 240100 (550800)
электрокапиллярных кривых и оценки плотности заряда поверхности электрода, величины адсорбции в зависимости от различных факторов, предложена программа расчета этих параметров с помощью ЭВМ.
1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
1.1.Цели преподавания дисциплины
В результате изучения дисциплины “Поверхностные явления и дисперсные системы” студенты ХТФ должны обладать таким составом химических знаний и умений, которые достаточны для дальнейшего изучения
других общенаучных, общетехнических и специальных дисциплин.
Целью изучения курса “Поверхностные явления и дисперсные системы” является формирование современного физико-химического мировоззрения и навыков самостоятельной работы, необходимых для использования химических знаний при изучении специальных дисциплин и дальнейшей практической деятельности.
В области Поверхностных явлений и дисперсных систем студент должен и м е т ь п р е д с т а в л е н и е :
 о термодинамике поверхностных явлений: поверхностном натяжении
и поверхностной энергии, адсорбции, адгезии, когезии, смачивании,
растекании, капиллярной конденсации;
 о механизмах процессов формирования поверхностного слоя;
 о механизмах образования и строении двойного электрического слоя,
электрокинетических явлениях на поверхности;
 об устойчивости и коагуляции в дисперсных системах;
 об особенностях оптических свойств дисперсных систем, рассеянии,
поглощении света, окраски золей;
 о структурно-механических свойствах и реологических методах исследования дисперсных систем.
знать и уметь использовать:
 знать классификацию дисперсных систем, системы с жидкой и газообразной дисперсионной средой: золи, суспензии, эмульсии, пены,
пасты; иметь представление о системах с твердой дисперсионной
средой;
 знать строение мицелл и мицелло-образования;
 уметь рассчитывать энергетические параметры адсорбции;
 уметь различать поверхностно-активные и поверхностно-инактивные
вещества. Знать свойства растворов коллоидных ПАВ;
иметь навыки:
 расчета параметров и свойств дисперсных систем;
 управления и использования поверхностных явлений.
Документ:y:\edu\general\surf\chtd-III_5508\wp_surf-III_chtd_5508
Дата разработки: 02.02.05.
6
Рабочая программа дисциплины «Поверхностные явления и дисперсные системы» для направления 240100 (550800)
1.2.Задачи изложения и изучения дисциплины
Для достижения целей при совместной и индивидуальной познавательной деятельности студентов в части овладения теоретическими знаниями и практическими умениями используется полный набор методического материала: учебники, задачники по коллоидной химии, учебные пособия по коллоидной химии с расчетными упражнениями и задачами,
практикумы по коллоидной химии, методические указания и методические
разработки к самостоятельной работе студентов по отдельным темам,
другие методические разработки кафедры.
Неотъемлемой частью курса является лабораторный практикум, при
прохождении которого студентами приобретаются навыки самостоятельного проведения химического эксперимента. Для закрепления теоретических знаний, полученных на лекциях, предусмотрено самостоятельное
внеаудиторное решение домашних индивидуальных заданий каждым студентом; самостоятельное изучение теоретического материала с последующей беседой с преподавателем в форме коллоквиума.
2. СОДЕРЖАНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО РАЗДЕЛА ДИСЦИПЛИНЫ
(ЛЕКЦИИ – 28 часов)
Тема 1. Дисперсные (коллоидные) системы и формы получения
лиофобных коллоидов
- 2 часа.
Признаки объектов коллоидной химии. Значение и пути развития коллоидной химии. Специфические особенности высокодисперсных систем.
Классификация дисперсных систем. Лиофильные и лиофобные коллоидные системы.
Получение и очистка коллоидных систем. Диспергационные и конденсационные методы. Метод пептизации. Методы очистки: диализ, электродиализ, ультрафильтрация.
Тема 2. Поверхностные явления и особые свойства поверхности
раздела фаз. Адсорбционные равновесия
- 8 часов

Термодинамика поверхностных явлений . Термодинамические
параметры поверхностного слоя. Геометрические параметры поверхности.
Удельная свободная поверхностная энергия и поверхностное натяжение.
Факторы, влияющие на величину поверхностного натяжения. Внутренняя
(полная) удельная поверхностная энергия. Зависимость энергетических
параметров поверхности от температуры. Механизм процессов самопроизвольного уменьшения поверхностной энергии и формирование поверхностного слоя. Поверхностно-активные и инактивные вещества. Сво
Здесь и далее по тексту выделен федеральный компонент Государственной образовательной программы
Документ:y:\edu\general\surf\chtd-III_5508\wp_surf-III_chtd_5508
Дата разработки: 02.02.05.
7
Рабочая программа дисциплины «Поверхностные явления и дисперсные системы» для направления 240100 (550800)
бодная поверхностная энергия твердых тел. Методы определения поверхностного натяжения.
Адгезия и смачивание. Мера смачивания. Уравнение Юнга. Значение смачивания. Связь работы адгезии с краевым углом. Растекание.
Основные закономерности адсорбции. Адсорбция как поверхностное явление. Количественное и графическое описание адсорбции. Уравнение Генри, Фрейндлиха, Лэнгмюра. Капиллярные явления.
Адсорбция на гладких поверхностях.
Адсорбция на границе жидкость -газ. Фундаментальное адсорбционное уравнение Гиббса. Гиббсовская адсорбция. Ее особенности. Построение изотермы адсорбции по изотерме поверхностного натяжения.
Адсорбция ПАВ. Поверхностная активность. Правило Дюкло-Траубе.
Принцип независимости поверхностного действия Ленгмюра. Предельная
адсорбция. Уравнение Шишковского и его анализ. Поверхностные пленки
нерастворимых веществ. Использование пленок.
Адсорбция газов на твердых поверхностях. Энергетические и динамические характеристики адсорбции газов и паров твердыми телами. Теплоты адсорбции. Классические теории адсорбции газа. Теория мономолекулярной адсорбции Лэнгмюра. Потенциальная теория полимолекулярной
адсорбции Поляни. Адсорбция на пористых адсорбентах. Значение и
недостатки теории Поляни. Дальнейшие представления о многослойной
адсорбции. Пять основных типов изотерм адсорбции. Уравнение изотермы
адсорбции БЭТ, его анализ. Метод низкотемпературной адсорбции БЭТ.
Адсорбция на границе твердое тело - жидкость. Молекулярная адсорбция. Правило выравнивания полярностей. Ребиндера. Адсорбция
ионов. Обменный характер ионной адсорбции. Ионообменные смолы.
применение ионного обмена.
Капиллярные явления. Капиллярная конденсация
Тема 3. Кинетические и электрические свойства и методы
исследования дисперсных систем
6 часов
Седиментация и седиментационный анализ дисперсности. Свободнодисперсные системы. Некоторые методы и приемы седиментационного
анализа.
Электрокинетические явления (электроосмос, электрофорез,
потенциал течения и седиментации). Причины их возникновения. Значение.
Механизмы образования и строения двойного электрического слоя. Классические теории строения двойного электрического слоя:
Гельмгольца - Перрена, Гуи-Чапмена, Штерна. Электрокинетический потенциал и методы его определения. Факторы, влияющие на величину
электрокинетического потенциала. Изоэлектрическое состояние. Учет специфической адсорбции ионов в теории двойного электрического слоя. Явление перезарядки коллоидных частиц.
Документ:y:\edu\general\surf\chtd-III_5508\wp_surf-III_chtd_5508
Дата разработки: 02.02.05.
8
Рабочая программа дисциплины «Поверхностные явления и дисперсные системы» для направления 240100 (550800)
Термодинамические соотношения между поверхностным натяжением и электрическим потенциалом. Электрокапиллярные явления. Влияние
поверхностно-активных веществ на электрокапиллярную кривую.
Примеры образования двойного электрического слоя. Мицеллообразование. Строение мицеллы.
Тема 4. Устойчивость и коагуляция коллоидных систем - 5 часов
Проблема устойчивости дисперсных систем. Виды устойчивости. Влияние температуры. Термодинамические основы и факторы устойчивости дисперсных систем. Седиментация в дисперсных системах.
Термодинамические и кинетические факторы агрегативной
устойчивости.
Коагуляция, ее стадии, причины. Правила электролитной коагуляции. Кинетика коагуляции. Кинетика коагуляции. Зависимость скорости коагуляции от концентрации электролита. Кривые кинетики коагуляции.
Теории электролитной коагуляции. Недостатки химической адсорбционной и электростатической теории коагуляции электролитами. Современная теория устойчивости и коагуляции лиофобных дисперсных систем.
Значение теории Дерягина, Ландау, Фервея и Овербека (теория ДЛФО).
Закономерности коагуляции гидрофобных систем электролитами. Особые
случаи коагуляции, явление неправильных рядов или чередование зон
устойчивости, совместное действие электролитов, привыкание коллоидных систем. Защита коллоидных систем. Значение коагуляции.
Современные представления о факторах стабилизации коллоидных
систем: электростатическом, сольватационном, структурно-механическом,
энтропийном.
Стабилизирующее действие структурно-механического барьера и
двойных диффузных слоев ионов.
Образование и свойства растворов коллоидных поверхностно активных веществ (ассоциативных коллоидов). Термодинамика и механизм
мицеллообразования. Строение мицелл ПАВ. Солюбилизация. Основные
факторы, влияющие на критическую концентрацию мицеллообразования.
Методы определения ККМ. Применение поверхностно активных веществ.
Образование и свойства растворов молекулярных коллоидов (растворов
ВМС).
Тема 5. Структурно-механические свойства дисперсных систем
- 2 часа
Образование, особенности и разрушение структурированных систем. Реологические свойства дисперсных систем.
Свойства коагуляционных структур. Тиксотропия. Конденсационнокристаллизационные структуры. Вязкость коллоидных систем. Структурообразование в коллоидных системах. Факторы, определяющие
Документ:y:\edu\general\surf\chtd-III_5508\wp_surf-III_chtd_5508
Дата разработки: 02.02.05.
9
Рабочая программа дисциплины «Поверхностные явления и дисперсные системы» для направления 240100 (550800)
прочность структур и механизм структурообразования. Композиционные
материалы.
Тема 6. Оптические свойства дисперсных систем
- 2 часа
Оптические явления в дисперсных системах. Рассеивание и
поглощение света в коллоидных системах. Формула Релея, ее анализ. Оптическая плотность и уравнение Ламберта - Бера. Нефелометрия. Ультрамикроскопия. Определение размеров и формы коллоидных частиц оптическими методами.
Тема 7. Молекулярно-кинетические свойства высокодисперсных систем
- 1 час
Причина молекулярно-кинетических свойств. Броуновское движение. Диффузия. Осмос.
Тема 8. Виды дисперсных систем
- 2 часа
Дисперсные системы с жидкой и газообразной дисперсионной
средой; золи, суспензии, эмульсии, пены, пасты. Особенности золей и
суспензий. Пасты, гели и осадки - как структурированные системы. Эмульсии. Пены. Аэрозоли, их классификация. Представление о дисперсных системах с твердой дисперсионной средой.
3.СОДЕРЖАНИЕ ПРАКТИЧЕСКОГО РАЗДЕЛА ДИСЦИПЛИНЫ
(ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ) - 17 ЧАСОВ
Лабораторная работа №1. Получение, очистка и исследование процесса коагуляции золя.
Лабораторная работа №2. Измерение поверхностного
натяжения. Исследование взаимосвязи между поверхностным натяжением и адсорбцией
Лабораторная работа №3.Изучение процесса адсорбции
уксусной кислоты из водных растворов на угле
Контрольная работа №1: «Поверхностные явления и адсорбция. Классификация коллоидных систем, методы их
получения»
Лабораторная работа №4. Определение величины электрокинетического потенциала методом электрофореза
Контрольная работа №2: «Устойчивость, коагуляция и
электрические свойства дисперсных систем»
3 часа
3 часа
4 часа
2 часа
3 часа
2 часа
4.ПРОГРАММА САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ ПОЗНАВАТЕЛЬНОЙ
ДЕЯТЕЛЬНОСТИ
Документ:y:\edu\general\surf\chtd-III_5508\wp_surf-III_chtd_5508
Дата разработки: 02.02.05.
10
Рабочая программа дисциплины «Поверхностные явления и дисперсные системы» для направления 240100 (550800)
Самостоятельная (внеаудиторная) работа студентов состоит в проработке лекционного материала, подготовке к практическим занятиям и
лабораторным работам и в выполнении индивидуальных домашних заданий. Она составляет 48 часов и включает следующие пункты:
1) проработка курса лекций и подготовка к теоретическим
коллоквиумам по темам лабораторных работ. Вопросы
к коллоквиумам приведены в методических указаниях к
лабораторным работам
41 час
2) решение индивидуального домашнего задания (20 задач)
10 час
3) подготовка к рубежным контрольным работам
30 час
Однако наиболее эффективной формой самостоятельной работы
студентов является выполнение семестрового индивидуального домашнего (внеаудиторного) задания, которое выполняется по задачникам
"Задачник по коллоидной химии" (автор - А.С. Наумова), "Учебное пособие
по коллоидной химии с расчетными упражнениями и задачами" (автор А.С. Наумова), которые более всего ближе по содержанию к учебным программам кафедры.
В этих задачниках в каждом параграфе предусмотрено 20 вариантов
индивидуальных задач, таким образом, каждый студент имеет свой вариант домашнего задания по каждой изучаемой теме, случайное совпадение задач с другими вариантами в котором не выходит за рамки 5-6%.
Вариант домашнего задания содержит 20 задач и упражнений по следующим темам:
1. Поверхностные явления и поверхностное натяжение.
Дисперсность.
2 задачи.
2. Адсорбционные равновесия
6 задач.
3. Кинетические методы исследования дисперсных систем. Расчет электрокинетического потенциала
4 задачи.
4. Строение мицелл лиофобных коллоидов
2 задачи.
5. Образование, устойчивость и свойства лиофильных
дисперсных систем
4 задачи.
6. Структурно-механические свойства дисперсных систем 2 задачи.
Задание "сдается" порциями по темам каждую неделю в часы лабораторных занятий. Задача, сданная в срок, оценивается в 5 баллов (рейтинг!), после срока - в 2 балла; коллоквиумы сдаются в часы лабораторных
работ. Один коллоквиум оценивается в 50 баллов. Всего студент сдает 5
коллоквиумов.
Планирование самостоятельной работы по дисциплине «Поверхностные явления и дисперсные системы» отражено в соответствующей таблице в приложении программы.
5.Текущий, рубежный и итоговый контроль
результатов изучения дисциплины
Документ:y:\edu\general\surf\chtd-III_5508\wp_surf-III_chtd_5508
Дата разработки: 02.02.05.
11
Рабочая программа дисциплины «Поверхностные явления и дисперсные системы» для направления 240100 (550800)
При изучении курса «Поверхностные явления и дисперсные системы» используется рейтинговая система оценки знаний студентов.
Максимальная рейтинговая оценка (общий рейтинг ОР) дисциплины
составляет 1000 баллов.
Примерный тип рейтинг – листа приводится ниже.
РЕЙТИНГ - ЛИСТ
по курсу «Поверхностные явления и дисперсные системы »
для студентов ХТФ
Плановый объем учебной нагрузки:
лекции
лабораторные занятия
28 час.
17 час.
Всего аудиторных занятий:
45 часов
Самостоятельная внеаудиторная работа: 81 час
Общая трудоемкость
126 часов.
Экзамен в пятом семестре.
Виды выполняемых работ и их значение в баллах
Лекции:
14 лекций  13 баллов = 182 балла
Лабораторные работы: 4 работы25 баллов = 100 баллов
Коллоквиум
4 коллоквиума60 баллов = 240 баллов
Контрольная работа
2 работы100 = 200баллов
Индивидуальные домашние
задания
110 баллов
6. Экзамен (устно)
168 баллов
Итого
1000баллов
1.
2.
3.
4.
5.
При сдаче заданий не в срок количество баллов снижается в два раза. Экзамен считается сданным, если студент при ответе набрал более 100 баллов.
Если оценка экзамена менее 100 баллов, то экзамен считается не
сданным, и студент теряет рейтинг семестра.
Рейтинг поощряет активных студентов дополнительными баллами
за участие в химических олимпиадах, написание рефератов, досрочную
сдачу домашнего задания, занятия на курсах дополнительной химической
подготовки, выполнение заданий повышенной сложности.
Текущий контроль знаний студентов по дисциплине осуществляется
в течение семестра на всех видах учебных занятий.
Документ:y:\edu\general\surf\chtd-III_5508\wp_surf-III_chtd_5508
Дата разработки: 02.02.05.
12
Рабочая программа дисциплины «Поверхностные явления и дисперсные системы» для направления 240100 (550800)
В соответствии с рейтинговой системой при изучении курса «Поверхностные явления и дисперсные системы» проводится 2 контрольные работы в письменной форме и включают задания по нескольким разделам.
В контрольную работу № 1 входят следующие вопросы: поверхностные явления и термодинамические параметры поверхностно слоя. Адгезия. Когезия. Смачивание. Растекание. Адсорбция и расчет термодинамических параметров адсорбции. Классификация дисперсных систем. Методы получения коллоидных растворов.
В контрольную работу № 2 входят следующие вопросы: вопросы
устойчивости и коагуляции коллоидных систем. Электрические свойства
дисперсных систем. Строение двойного электрического слоя. Строение
мицелл. Факторы, влияющие на электрокинетический потенциал. Расчеты
порога коагуляции и определение эффективного коагулирующего электролита. Правила электролитной коагуляции.
По каждому рубежному контролю имеются 20 вариантов задания, так
что в одной группе каждый студент работает над своим вариантом. Вариант содержит задачи и упражнения, охватывающие блок тем, при решении
которых студент должен показать знание теоретического материала и
умение его применять для решения практических задач. Задачи и упражнения по сложности соответствуют типовым задачам, которые студенты
решают при выполнении индивидуальных (внеаудиторных домашних) заданий.
Далее (в приложении) в качестве образца приведены несколько типичных билетов для студентов при выполнении контрольной работы №1 и
контрольной работы №2: рубежный контроль.
6.УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Для изучения «Поверхностных явлений и дисперсных систем» имеется полный комплект учебно-методической литературы. Преподавателями кафедры подготовлены два сборника задач по коллоидной химии, все
методические указания к выполнению пяти лабораторных работ.
Перечень основной литературы
по курсу «Поверхностные явления и дисперсные системы».
1.
2.
3.
4.
5.
Фролов Ю.Т. Курс коллоидной химии. М.: Химия, 1989 - 258 с.
Зимон А.Д. Коллоидная химия. М.: Химия, 1995 – 318 с.
Воюцкий С.С. курс коллоидной химии. М.: Химия, 1984 – 382 с.
Фридрихсберг Д.А. Курс коллоидной химии. М.: Химия, 1984 - 284 с.
Наумова А.С. Учебное пособие по коллоидной химии с расчетными
упражнениями и задачами. Томск, изд.ТПИ, 1979 – 118 с.
Документ:y:\edu\general\surf\chtd-III_5508\wp_surf-III_chtd_5508
Дата разработки: 02.02.05.
13
Рабочая программа дисциплины «Поверхностные явления и дисперсные системы» для направления 240100 (550800)
Перечень дополнительной литературы
по курсу «Поверхностные явления и дисперсные системы».
1. Баранова В.И. Расчеты и задачи по коллоидной химии. М.: Химия, 1989 –
240 с.
2. Ахметов Б.В. Задачи и упражнения по физической и коллоидной химии.
М. Химия, 1989 – 218 с.
3. Щукин Е.Д. Коллоидная химия. М.: Химия, 1990 – 324 с.
4. Фролов Ю.Г. Лабораторные работы и задачи по коллоидной химии. М.:
Высш.шк. 1986 – 222 с.
5. Баранова В.И. Практикум по коллоидной химии. М.: Химия, 1983 – 186 с.
6. Воюцкий С.С. Практикум по коллоидной химии и электронной микроскопии. М.: Химия, 1986 – 320 с.
Документ:y:\edu\general\surf\chtd-III_5508\wp_surf-III_chtd_5508
Дата разработки: 02.02.05.
14
Рабочая программа дисциплины «Поверхностные явления и дисперсные системы» для направления 240100 (550800)
ПРИЛОЖЕНИЕ
Томский политехнический университет
Источники учебной информации, обеспечивающие подготовку по направлению 240304 (250800) – Химическая технология и биотехнология
N п.п
1
Авторы
ФизичеС.Н.Карбаинова,
ская химия Н.П.Пикула,
Л.С.Анисимова,
В.Е.Катюхин,
С.В.Романенко
2
3
А.Д.Зиман
Ю.Г.Фролов
Название учебного
пособия
Поверхностные явления и дисперсные системы
Коллоидная химия
Курс
химии.
коллоидной
Год изд.
Кол.
экз.
2000
1995,
2000
1992
Поверх-
ностные явления и
дисперсные
си-
стемы
4
5
Ю.Г.Фролов,
Д.А.Фридрихсберг
Курс коллоидной химии.
1984,
1995
Лабораторные работы
и задачи по коллоидной химии./Под ред.
Ю.Г. Фролова и А.С.
Гродского.
1986,
1998
Документ:y:\edu\general\surf\chtd-III_5508\wp_surf-III_chtd_5508
Дата разработки: 02.02.05.
15
Рабочая программа дисциплины «Поверхностные явления и дисперсные системы» для направления 240100 (550800)
Томский политехнический университет
Источники учебной информации, обеспечивающие подготовку по
направлению 240304 (250800) – Химическая технология и биотехнология
Номер
работы
1
Поверхнос-тные
явления и
дисперс2
ные системы
3
Название лабораторной работы
Получение, очистка и
коагуляция дисперсных
систем
Исследование поверхностного натяжения и
его взаимосвязи с адсорбцией и концентрацией ПАВ.
Изучение адсорбции на
границе твердое тело жидкость.
Электрокинетические
явления
Наличие
метод. указаний
Слипченко В.Ф.,
Заичко Л.Ф.,
1995, 42 экз.
Анисимова Л.С.,
Катюхин В.Е.,
2000, 48 экз.
Матер. технич.
обеспечение
Химическая посуда, реактивы,
диализатор
Лабораторная посуда, реактивы.
Катюхин В.Е.,
2001, 28 экз.
Лабораторная посуда, реактивы.
Заичко Л.Ф.,
Катюхин В.Е.,
1990, 30 экз.
Изучение вязкости дис- Катюхин В.Е.,
персных систем.
Карбаинова С.Н.,
2004, 68 экз.
4
5
Установка для
электрофореза,
реактивы.
Лабораторная посуда, термометры,
реактивы, вязкозиметр.
*Лабораторный практикум укомплектован приборами и оборудованием
Документ:y:\edu\general\surf\chtd-III_5508\wp_surf-III_chtd_5508
Дата разработки: 02.02.05.
16
Рабочая программа дисциплины «Поверхностные явления и дисперсные системы» для направления 240100 (550800)
Планирование самостоятельной работы студентов по дисциплине
№
Тема сомостоятельной
работы
Вид занятия
1.
Изучение материала лекций
внеаудиторная
работа
2.
Подготовка к теоретическим коллоквиумам по темам лабораторных работ
внеаудиторная
работа
3.
Выполнение
индивидуального домашнего задания по дисциплине
Подготовка к рубежным
контрольным работам
внеаудиторная
работа
4.
внеаудиторная
работа
Документ:y:\edu\general\surf\chtd-III_5508\wp_surf-III_chtd_5508
Дата разработки: 02.02.05.
Контроль
результатов
самостоятельной
работы
опрос на лекциях,
при сдаче теоретических коллоквиумов
устно. Сдача теоретического коллоквиума в часы лабораторного практикума
5 кол. х 50 = 250 б
письменно.
20 зад. х 5 б = 100 б
Бюджет
времени,
час
письменно. Контрольная работа
№1 – 8 неделя семестра.
Контрольная работа
№2 – 16-17 неделя
семестра
2 раб.х 100 = 200 б
30
18
23
10
17
Рабочая программа дисциплины «Поверхностные явления и дисперсные системы» для направления 240100 (550800)
РУБЕЖНЫЙ КОНТРОЛЬ
знаний студентов
Примеры билетов для контрольной работы №1 (7-8 неделя семестра)
Билет №1
1. Мера дисперсности. Рассчитать Sуд для частиц кубической и шарообразной
формы.
2. Специфические особенности лиофобных коллоидных систем. Доказать!
3. Получение коллоидных систем.
4. Свободная поверхностная энергия. Поверхностное натяжение. Понятия. Термодинамический смысл.
5. Уравнение Гиббса. Анализ. Уравнение Лэнгмюра, анализ.
6. Поверхностная активность. Правило Траубе.
7. Расчет молекулы ПАВ. Вывод.
8. Теплоты адсорбции.
Билет №2
1. Коллоиды. Специфика объектов коллоидной химии.
2. Специфические особенности лиофобных коллоидных систем. Рассмотреть с
точки зрения химической термодинамики.
3. Факторы, влияющие на величину . ПАО и ПИВ – понятия.
4. Смачивание.
5. Построение изотермы адсорбции по изотерме поверхностного натяжения.
6. Изотерма адсорбции Лэнгмюра. Определение констант.
7. Поверхностные пленки нерастворимых веществ. Определение площади и длины молекулы, дающих пленки.
8. Методы определения адсорбции на границе твердая фаза-газ.
Билет №3
1. Специфические особенности лиофобных коллоидных систем. Доказать.
2. Типы классификации коллоидных систем.
3. Понятия: коллоиды, диализ, золь, пептизация.
4. Методы определения поверхностного натяжения.
5. Характеристика ПАВ и ПИВ; поверхностная активность. Правило ДюклоТраубе.
6. Уравнение Шишковского. Вывод. Пояснить константы уравнения.
7. Влияние температуры на физическую адсорбцию и хемосорбцию.
8. Эмпирические уравнения адсорбции Фрейндлиха. Константы, их нахождение.
Применение.
Документ:y:\edu\general\surf\chtd-III_5508\wp_surf-III_chtd_5508
Дата разработки: 02.02.05.
18
Рабочая программа дисциплины «Поверхностные явления и дисперсные системы» для направления 240100 (550800)
Билет №4
1. Химическая теория мономолекулярной адсорбции Лэнгмюра. Вывод уравнения.
2. Виды адсорбции на границе твердое тело-газ. Характеристика хемосорбции.
Зависимости, характеризующие адсорбцию.
3. Ориентация молекул ПАВ в поверхностном слое. Почему значение – Г – одинаково в данном гомологическом ряду.
4. Свободная поверхностная энергия твердых тел.
5. Очистка коллоидных систем.
6. Понятия: свободная поверхностная энергия, поверхностное натяжение и адсорбция.
7. Мера дисперсности. Диаграмма Sуд = S(а) – размер частицы. Расчет Sуд для частиц кубической формы и шарообразных.
8. Пептизация.
Билет №5
1. Свободная поверхностная энергия. Физический и термодинамический смысл
поверхностного натяжения.
2. Специфические особенности лиофобных коллоидных систем, доказать с точки
зрения химической термодинамики.
3. Характеристика поверхностных пленок нерастворимых веществ. Расчет площади и длины молекулы. Преимущество исследования пленок.
4. Уравнение: Гиббса, Лэнгмюра, Фрейндлиха. Объяснить константы этих уравнений.
5. Получение коллоидных систем.
6. Поверхностная активность. Правило Дюкло-Траубе.
7. Специфика объектов коллоидной химии.
8. Определение предмета коллоидной химии.
Билет №6
1. Получение коллоидных систем.
2. Мера дисперсности. Диаграмма: Sуд = S(а). Расчет Sуд для золей.
3. Свободная поверхностная энергия. Поверхностное натяжение. Понятия. Термодинамический смысл .
4. Уравнение адсорбции: Гиббса, Лэнгмюра. Их анализ. Уравнение Фрейндлиха,
его применение.
5. Поверхностная активность. Правило Траубе. Семейство изотерм адсорбции и
поверхностного натяжения для гомологического ряда.
6. Расчет размеров молекулы ПАВ, вывод формулы для длины и площади, занимаемой молекулой.
7. Теплоты адсорбции.
7. Специфические особенности лиофобных коллоидных систем. Доказать.
Документ:y:\edu\general\surf\chtd-III_5508\wp_surf-III_chtd_5508
Дата разработки: 02.02.05.
19
Рабочая программа дисциплины «Поверхностные явления и дисперсные системы» для направления 240100 (550800)
РУБЕЖНЫЙ КОНТРОЛЬ
знаний студентов
Примеры билетов для контрольной работы №2 (16-17 неделя семестра)
Билет №1
1. Электрокинетический потенциал. Понятие. Значение. Сравнить преимущества
и недостатки  и  ' - потенциала.
2. Пять типов изотерм адсорбции.
3. Адсорбция электролитов. Суть. Понятия: ПОИ и ПИ. Правило Фаянса-Панетта.
Почему на границе твердая фаза-жидкость всегда возникает ДЭС.
4. Ионнообменные смолы.
5. Строение ДЭС. Общие положения. Теория Гельмгольца, Гуи.
6. Электрофорез. Понятие. Определение  - потенциала по электрофорезу.
7. Написать формулу мицеллы золя SiO2, стабилизированного Н2SiO2. Пояснить
строение. Какого электролита надо прилить больше, чтобы вызвать явную коагуляцию: а) 0,1 N CdCl2 и б) 0,1 N Na2SO4.
Билет №2
1. Физическая теория полимолекулярной адсорбции Поляни. Суть. Значение. Недостатки.
2. Адсорбционная способность ПОИ зависимости от радиуса иона и валентности.
Правило Фаянса-Панетта.
3. Суть ионного обмена. Сравнение ионов внутренней и внешней обкладок. Вторичный и первичный адсорбционный процесс. Особенности обменной адсорбции.
4. Строение ДЭС. Теория Штерна.  ' и  - потенциалы.
5. Эффекты, влияющие на подвижность частицы в электрическом поле.
6. Электроосмос.
7. Золь AgJ получен по реакции: AgNO3 + KJ  AgJ + KNO3 при следующих
условиях: VAgNO3  0,8 м3, CAgNO3  0,1 N, VKJ  1,3 м3, CKJ  0,15 . Написать формулу
мицеллы и пояснить строение.
Билет №3
1. Дзета-потенциал и его свойства. Зависимость от концентрации индифферентного электролита. Объяснить.
2. Строение ДЭС. Теория Гельмгольца.
3. Электрокинетические явления. Их причина.
4. Суть ионного обмена. Умягчение воды.
Документ:y:\edu\general\surf\chtd-III_5508\wp_surf-III_chtd_5508
Дата разработки: 02.02.05.
20
Рабочая программа дисциплины «Поверхностные явления и дисперсные системы» для направления 240100 (550800)
5. Адсорбция из растворов. Классификация. Значение и закономерности молекулярной адсорбции.
6. Теория БЭТ.
7. Золь BaSO4 получен: Ba(NO)3 + H2SO4 = BaSO4 + 2HNO3. Доказать знак заряда
коллоидной частицы и написать формулу мицеллы, если пороги коагуляции
разных электролитов равны.
Электролит

Cd(NO3)2
4,95
Na2SO4
0,1
FeCl3
5,05
Билет №4
1. Физическая теория полимолекулярной адсорбции Поляни. Рассчитать изотерму
адсорбции при любой температуре.
2. Почему на границе твердое тело-жидкость всегда возникает ДЭС. Понятие
ПОИ и ПИ.
3. Практическое применение ионного обмена.
4. Теория Штерна. Строение ДЭС.
5. Электроосмос и определение дзета-потенциала.
6. Значение электрокинетических явлений.
7. Написать формулу мицеллы золя Cd(OH)2, если электролит золеобразователь
а) CdCl2; б) NaOH. Объяснить строение мицеллы.
Билет №5
1. Понятия: электрофорез, электроосмос, потенциал течения, потенциал осядания.
Причина явлений.
2. Пять типов изотерм адсорбции.
3. Значение адсорбции из растворов. Хроматография. Закономерности молекулярной адсорбции.
4. Обменная адсорбция, ее особенности. Кислотный и основной адсорбент.
5. Строение ДЭС. Общие положения всех теорий. Их различия. Теория Гельмгольца, Гуи.
6. Релаксационный и электрофоретический эффекты.
7. Написать формулу мицеллы золя Fe(OH)3, стабилизированного FeCl3. Какого
электролита надо прилить меньше, чтобы вызвать явную коагуляцию золя
а) 0,1 N Cd(NO3)2; б) 0,1 N Na2SO4.
Документ:y:\edu\general\surf\chtd-III_5508\wp_surf-III_chtd_5508
Дата разработки: 02.02.05.
21
Рабочая программа дисциплины «Поверхностные явления и дисперсные системы» для направления 240100 (550800)
ИТОГОВЫЙ КОНТРОЛЬ ЗНАНИЙ СТУДЕНТОВ
Примеры экзаменационных билетов
Экзаменационные билеты ХТФ
ЭБ ТПУ 8.4/СД.03/2005
Томский
ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 1
по дисциплине «Поверхностные явления и дисперсные системы»
политехнический
курс 3
университет
1. Специфические особенности лиофобных и лиофильных коллоидных систем.
2. Электроосмос и электрофорез. Определение величины электрокинетического потенциала.
Значение -потенциала.
3. Написать формулу мицелл золей: 1) Al(OH)3, стабилизированного AlCl3; 2) SiO2, стабилизированного H2SiO3. Для какого из указанных золей лучшим коагулятором является раствор FeCl3 и для какого – Na2SO4?
Составитель, доцент: ______________ /С.Н. Карбаинова/
Утверждаю: Зав. кафедрой ФАХ _____________ /А.А. Бакибаев/
« 2 » февраля 2006 г.
Экзаменационные билеты ХТФ
ЭБ ТПУ 8.4/СД.03/2005
Томский
ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 2
по дисциплине «Поверхностные явления и дисперсные системы»
политехнический
курс 3
университет
1. Классификация коллоидных систем. Характеристика свойств лиофильных систем.
2. Строение ДЭС. Теория Гельмгольца, Гуи-Чэпмена, Штерна. О месте границы скольжения.
 ' - потенциал, - потенциал.
3. Золь AgJ получен сливанием растворов KJ и AgNO3. Написать формулу мицеллы. Указать какой из растворов взят в избытке, если порог коагуляции электролитов следующий:
Электролиты
  103 кмоль/м3
KCl
25,55
KNO3
26,0
Ba(NO3)2
0,60
Za(NO3)3
0,0075
Составитель, доцент: ______________ /С.Н. Карбаинова/
Утверждаю: Зав. кафедрой ФАХ _____________ /А.А. Бакибаев/
« 2 » февраля 2006 г.
Документ:y:\edu\general\surf\chtd-III_5508\wp_surf-III_chtd_5508
Дата разработки: 02.02.05.
22
Рабочая программа дисциплины «Поверхностные явления и дисперсные системы» для направления 240100 (550800)
Экзаменационные билеты ХТФ
ЭБ ТПУ 8.4/СД.03/2005
Томский
ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 3
по дисциплине «Поверхностные явления и дисперсные системы»
политехнический
курс 3
университет
1. Получение и очистка дисперсных систем.
2. Электрокинетические явления. Их причина.
3. Определить, при какой концентрации валериановой кислоты в воде при 353 К поверхностное натяжение раствора будет понижено до величины:   10–3 н/м.
Константы уравнения Шишковского: А = 17,7  10–3, В = 19,72.
Составитель, доцент: ______________ /С.Н. Карбаинова/
Утверждаю: Зав. кафедрой ФАХ _____________ /А.А. Бакибаев/
« 2 » февраля 2006 г.
Экзаменационные билеты ХТФ
ЭБ ТПУ 8.4/СД.03/2005
Томский
ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 4
по дисциплине «Поверхностные явления и дисперсные системы»
политехнический
курс 3
университет
1. Смачивание. Краевой угол  – как мера смачивания. Значение.
2. Теория устойчивости ДЛФО. Потенциальные кривые, «Ближнее» взаимодействие. «Дальнее» взаимодействие. Агрегативно-устойчивые системы.
3. Написать формулу мицеллы золя золота, стабилизированого KAuO2. У какого из электролитов NaCl, BaCl2, FeCl3 порог коагуляции будет иметь меньшую величину?
Составитель, доцент: ______________ /С.Н. Карбаинова/
Утверждаю: Зав. кафедрой ФАХ _____________ /А.А. Бакибаев/
« 2 » февраля 2006 г.
Документ:y:\edu\general\surf\chtd-III_5508\wp_surf-III_chtd_5508
Дата разработки: 02.02.05.
23
Рабочая программа дисциплины «Поверхностные явления и дисперсные системы» для направления 240100 (550800)
Экзаменационные билеты ХТФ
ЭБ ТПУ 8.4/СД.03/2005
Томский
ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 5
по дисциплине «Поверхностные явления и дисперсные системы»
политехнический
курс 3
университет
1. Уравнение адсорбции Гиббса. Анализ. Построение изотермы адсорбции по изотерме поверхностного натяжения.
2. Устойчивость и ее виды. Влияние температуры. Коагуляция и ее стадии. Причины коагуляции. Правила электролитной коагуляции.
3. Приняв, что золя Ag каждая частица представляет собой куб с длиной ребра 4  10–8 м,
определить, сколько коллоидных частиц может получиться из 1  10–4 кг серебра. Найти
суммарную поверхность полученных частиц и для сравнения рассчитать поверхность кубика Ag весом 1  10–4 кг.
Плотность Ag равна 10,5  103 кг/м3.
Составитель, доцент: ______________ /С.Н. Карбаинова/
Утверждаю: Зав. кафедрой ФАХ _____________ /А.А. Бакибаев/
« 2 » февраля 2006 г.
Экзаменационные билеты ХТФ
ЭБ ТПУ 8.4/СД.03/2005
Томский
ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 5
по дисциплине «Поверхностные явления и дисперсные системы»
политехнический
курс 3
университет
1. Обменный характер ионной адсорбции. Особенности обменной адсорбции. Ионнообменные смолы.
2. Специфические особенности лиофобных и лиофильных коллоидных систем.
3. Написать формулу мицеллы гидрозоля BaSO4, полученного при смешивании 0,5 м3
0,0001 N раствора BaCl2 с таким же объемом 0,001 N раствора H2SO4.
Каков знак заряда коллоидных частиц?
Составитель, доцент: ______________ /С.Н. Карбаинова/
Утверждаю: Зав. кафедрой ФАХ _____________ /А.А. Бакибаев/
« 2 » февраля 2006 г.
Зав. кафедрой ФАХ
Документ:y:\edu\general\surf\chtd-III_5508\wp_surf-III_chtd_5508
Дата разработки: 02.02.05.
А.А. Бакибаев
24