Аннотация дисциплины Иностранный язык

Аннотация дисциплины
Иностранный язык
Общая трудоемкость изучения дисциплины составляет 5 зачетных
единицы (180 часов).
Цели и задачи дисциплины
Целью изучения дисциплины является: совершенствование степени
владения иностранным языком и наиболее полное использование его в
научной работе.
Задачами изучения дисциплины являются: дать иноязычные
произведения речи, усовершенствовать речевые навыки и умения (чтение,
перевод, аннотирование, реферирование, говорение, аудирование, письмо),
актуализировать фонетику, лексику и грамматику с видами речевой
деятельности.
Структура дисциплины (распределение трудоемкости по отдельным
видам аудиторных учебных занятий и самостоятельной работы):
практические занятия 2 з.е., самостоятельная работа 3 з.е.
Основные дидактические единицы (разделы):
Чтение. Владение всеми видами чтения литературы различных стилей и
жанров. Работа с оригинальными материалами по специальности,
контрактами, патентным поиском, рекламой.
Перевод. Развитие умения перевода ведётся в плане обучения оформлению
получаемой из иностранных источников информации и как средства
овладения иностранным языком, а также контроля понимания прочитанного.
Устная речь. Первоочередное внимание уделяется аудированию (пассивному,
активному, на базе магнитофонной записи). Умение говорения строится на
основе чтения и аудирования.
Письмо. Развитие умения писать на иностранном языке включает:
составление плана к прочитанному, изложение содержания в письменном
виде, написание тезисов
Формирование и совершенствование языковых умений
Обучение всем видам речевой деятельности ведётся постоянно, в единстве с
овладением фонетическим и лексико-грамматическим материалом.
Фонетика. Продолжается комплексная работа по совершенствованию
произносительных навыков при чтении вслух и устном высказывании.
Лексика включает словообразовательные механизмы, многозначность слова
и его контекстуальное значение, синонимы и антонимы, слова с
интернациональными корнями, совпадения и расхождения объёма их
значений в родном и иностранном языках, термины и методы их
образования, сочетаемость слов – свободные сочетания, устойчивые
32
глагольные сочетания, фразеологические сочетания и идиоматические
выражения, особенности математической, химической и другой символики
(чтения
формул).
Сокращения
и
условные
обозначения.
Грамматика включает грамматические темы, необходимые для чтения,
перевода и редактирования, структуры простого, распространённого и
сложного предложения, союзное и бессоюзное подчинение, сложные
синтаксические конструкции научной и деловой речи, обороты с неличными
глагольными
формами,
многоэлементные
конструкции
и
др.
В результате изучения дисциплины студент должен:
знать: основы речевых навыков и умений (чтение, перевод,
аннотирование, реферирование, говорение, аудирование, письмо), лексику и
грамматику научного текста;
уметь: читать иностранный текст с непосредственным пониманием
читаемого; свободно читать и понимать зарубежные первоисточники по
своей специальности и извлекать из них необходимые сведения; вести беседу
на иностранном языке, связанную с научной работой и повседневной
жизнью; систематически следить за иноязычной научной и технической
информацией по соответствующему профилю.
владеть: навыками устной речи, оформлением извлечённой информации
в удобную для использования форму в виде аннотаций, переводов, рефератов
и т.п.
Виды учебной работы: практические занятия, реферат, тематические
доклады, аудирование
Изучение дисциплины заканчивается экзаменом.
33
Аннотация дисциплины
Философские проблемы в химии
Общая трудоемкость изучения дисциплины составляет 4 зачетных
единицы (144 часа).
Цели и задачи дисциплины
Целью изучения дисциплины является: дать представления в области
философских проблем теоретической и экспериментальной химии.
Задачей изучения дисциплины является: знакомство с историей
становления науки, ее основными этапами, философско-методологическое
развитие основных понятий и теорий химии.
Структура дисциплины (распределение трудоемкости по отдельным
видам аудиторных учебных занятий и самостоятельной работы): лекции 1
з.е., практические занятия 0,5 з.е., самостоятельная работа 2,5 з.е.
Основные дидактические единицы (разделы):
1. Естественнонаучное знание в истории и культуре
Возникновение науки: социокультурные условия и предпосылки.
Особенности
древнейшей
пранауки:
непосредственная
связь
с
практическими задачами, рецептурный, эмпирический, сакрально-кастовый и
догматический характер знания. Основные достижения древней пранауки.
Античная наука. Особенности античного типа научности:
созерцательность,
имманентная
самодостаточность,
логическая
доказательность,
системность,
методологическая
рефлексивность,
демократизм, открытость к критике. Средневековый этап развития науки.
Общая социокультурная характеристика средневековья. Западная и
восточная ветви средневековой науки. Особенности западной ветви:
теологизм, телеологизм, герменевтизм, схоластика, догматизм. Особенности
развития науки на Ближнем и Среднем Востоке, в Индии, Китае:
относительная независимость от религии, практическая ориентированность,
догматизм. Достижения средневековой науки в области логики, риторики,
математики, астрономии, химии, медицины, агрономии, архитектуры.
Возникновение современной науки в Западной Европе: исторические
условия и социокультурные предпосылки. Становление новой идеологии
науки в эпоху Возрождения: светский характер, критический дух,
объективность, практическая направленность.
Классический этап (XVII-XIX вв.). Формирование классической
научной картины мира, гносеологии и методологии классической науки.
Онтология классической науки: детерминизм, антителеологизм, механицизм.
Конец XIX – начало ХХ в. Кризис в основаниях классической науки и
глобальная научная революция в математике, физике и социальных науках.
Создание теории относительности и квантовой механики – начало этапа
34
неклассической науки. Онтология неклассической науки: релятивизм,
индетерминизм, нелинейность, массовость, синергетизм, системность,
структурность, организованность, эволюционность научных объектов.
Гносеология неклассической науки: субъект – объектность научного знания,
гипотетичность, вероятный характер научных законов и теорий, частичная
эмпирическая и теоретическая верифицируемость научного знания.
Методология неклассической науки: отсутствие универсального научного
метода, плюрализм научных методов и средств, интуиция, творческий
конструктивизм. Научно-техническая интеграция.
Середина ХХ в. Научно-технологическая революция. Создание наукоемкой
экономики. Превращение науки в главный источник инноваций и решающую
силу общественного прогресса. Резкое возрастание расходов общества на
развитие науки. Наука – важнейший объект государственной научной
политики развитых стран.
Постнеклассический этап развития науки (последняя треть XIX в. – по
настоящее время). Негативные последствия технократизма: реальные и
возможные. Необходимость экологического и гуманитарного контроля над
научно-техническим развитием. Биология, экология, глобалистика и наука о
человеке – лидеры постнеклассического этапа. Преимущественный предмет
исследования неклассической науки – сверхсложные системы (механические,
физические, химические, биологические, экологические, космологические,
инженерные, компьютерные, технологические, медицинские, социальные и
др.). Принципы онтологии постнеклассической науки: системность,
структурность, органицизм, эволюционизм, телеологизм, финализм,
антропологизм. Компьютерная, телекоммуникативная и биотехнологическая
революция в науке. Высокие технологии – основа развития экономики,
переход к созданию информационного общества.
Будущее науки. Сосуществование и интеграция сформированных ранее
типов научности: классического, неклассического, постнеклассического.
Глобализация науки – главный резерв поддержания высоких темпов и
эффективности научного развития мирового и национальных научных
сообществ.
2. Принципы научного мировоззрения
Научное мировоззрение. "Три точки зрения на человеческое познание".
Наивный, критический и гипотетический реализм. Гипотетический реализм
как современный вариант научного мировоззрения. Основные постулаты
(гипотезы) научного мировоззрения: реальность "внешнего мира", единство и
квазинепрерывность, сознание как функция мозга, возможность
объективного научного познания. Аргументы в пользу постулатов научного
мировоззрения: психологическая очевидность, реализм языка, простота,
эвристическая ценность, успешность применения. Соотношение научного и
других типов мировоззрения (мифологического, религиозного, обыденного,
художественного).
Понятие знания и познания. Основные философские интерпретации
познания: эссенциализм; скептицизм и инструментализм; гипотетический
35
реализм. Познание как взаимодействие объективных и субъективных
структур. Знание как репрезентация и реконструкция объективных структур
в субъекте. Субъективная обусловленность познания: филогенетическая,
социогенетическая, онтогенетическая. Эволюция познания в свете
эволюционной и генетической эпистемологии. Мезокосмос как "когнитивная
ниша" человека. Мезокосмические структуры познания и наука.
Особенности научного знания. Многообразие научного знания.
Проблема единства науки и проблема демаркации науки и ненауки. Критерии
научности и их функции: демаркационная, регулятивная. Универсальные
критерии научности: многообразие вариантов. Предметность, разрешение
проблемы, обоснованность, интерсубъективная проверяемость, системность
как универсальные признаки научности.
Структура научного знания.
"Вертикальный" срез: уровни научного познания. Эмпирический уровень
и его особенности. Формы представления знаний на эмпирическом уровне:
описания, классификации, эмпирические закономерности.
"Горизонтальный" срез научного знания. Понятие локальной
исследовательской области. Особенности "переднего края" научных
исследований. Комплексный характер современных научных проблем.
Научная дисциплина и основные факторы ее формирования.
Основные идеалы научного знания. Идеал научности как комплекс
познавательных ценностей и норм. Научность и истинность. Структура
идеала научности. Понятие "науки" и "науки в собственном смысле".
Стратегии развития науки и природа научной истины. Метафизические
стратегии (Аристотель, Лейбниц). Эволюционистские стратегии (Г.Спенсер,
К.Лоренц,
К.Поппер,
Ж.Пиаже,
И.Пригожин).
Диалектикоматериалистические стратегии (Ф.Энгельс, В.И.Ленин, Э.М.Чудинов).
Практика как критерий истины. Теория относительной и абсолютной истины.
Прагматистские стратегии. Позитивистские стратегии. Гипотетикодедуктивный (номотетический) метод (К.Гемпель). Применимость
номотетического метода к социальным наукам. Дискурсивное и интуитивное.
Феноменологические стратегии (И.Кант, Э.Гуссерль, М.Хайдеггер).
Феноменология как строгая наука (Э.Гуссерль). Критический рационализм
(К.Поппер, К.Альберт). Принципы фаллибилизма, фальсификации и
правдоподобия. Метафизические исследовательские программы (К.Поппер).
Методология научно-исследовательских программ (И.Лакатос). Стратегии и
парадигмы (Т.Кун). Революции в науке. Нормальная наука. Смена парадигм.
Анархистские стратегии (П.Фейерабенд). Герменевтические концепции
науки
(Х.-Г.Гадамер).
Научный
материализм
(Д.Армстронг).
Конструктивный
эмпирицизм
(Б.К.
ван
Фраассен).
Стратегии
междисциплинарных исследований: когнитивная наука, теория сложности,
жизненный мир научно-технического сообщества (программы technoscience). Использование исторических примеров для решения проблем
философии науки (case studies).
Наука и ценности: существует ли свободная от ценностей наука? Виды
36
ценностей: когнитивные и социальные ценности. Ценности контроля над
объектами
исследования
и
использованием
научного
знания.
Фундаментальная и прикладная наука. Метафизика и методология, онтология
и эпистемология в практике науки. Материалистические стратегии и
ценности контроля.
Стратегии, ценности и проблема принятия, отвержения и выбора
научных теорий. Роль социальных ценностей в выборе стратегий. Роль
когнитивных ценностей в принятии научных теорий. Взаимодействие
социальных и когнитивных ценностей. Беспристрастность, нейтральность и
автономность науки.
3. Философско-методологические проблемы химии
Предмет и задачи химии. Место химии в системе наук. Химия как наука,
изучающая состав, строение и свойства вещества на атомно-молекулярном
уровне структурной организации материи, а так же условия, кинетику,
механизм превращений и эволюцию этого вещества. Иерархия форм
движения материи: физическая – химическая – биологическая – социальная;
место химической формы движения в этой иерархии. Редукционизм и
антиредукционизм в интерпретации химической реальности. Химические
явления как фундамент биологической формы движения. Химическая
эволюция и происхождение жизни.
Исторические типы химической рациональности в общем контексте
цивилизационного развития. Социокультурные и эпистемологические
предпосылки для смены идеалов и норм исследований в химии. Феномен
"запаздывания" в развитии химии на рубеже ХУШ-ХIХ веков.
Закономерности роста химических знаний как демонстрация универсалий
познавательной стратегии человека. Философские основания химических
открытий. Алхимия, ятрохимия и ремесленная химия как уникальное
социокультурное явление. Квалитативистский тип рациональности
донаучной химии. Попытки структурирования химических знаний в рамках
корпускулярно-механических представлений. Усиление позитивистских
тенденций в философских основаниях химического познания (Р.Бойль,
А.Л.Лавуазье). Генезис химических знаний в ХIХ веке. Формирование
количественных
подходов
(деквалитатификация)
химии.
Первые
стехиометрические законы химии (Д.Дальтон, Пруст, Авогадро и др., начало
ХIХ века). Открытие других системообразующих законов и начало
формирования дисциплинарной матрицы теоретической химии (вторая
половина ХIХ века). Утверждение институциональных понятий, идеалов и
норм научного познания в химии. Развитие концептуальных систем химии и
связанных с ними форм и уровней решения практических задач.
Объективный характер последовательного возникновения новых концепций
и открытия новых законов химии. Эволюционная химия и
фундаментализация биогенеза - предельный этап неклассического развития
теоретической химии.
Философское
осмысление
категориального
аппарата
микромира.
Эпистемологические последствия внедрения в теоретическую химию основ
37
квантовой механики, в частности, метода молекулярных орбиталей и
квантово-механическое понимание сущности химической связи. Последствия
внедрения в теоретическую химию системного и эволюционного подходов,
принципов равновесной и неравновесной структурной организации вещества,
принципов самоорганизации и саморазвития неравновесных открытых
каталитических систем и других основ синергетики.
Структура химического знания. Теоретический и эмпирический уровни
химического знания. Обилие эмпирического материала в структуре
химического знания как следствие специфики объектов химии. Сущность
химического эксперимента и его роль в построении химических теорий.
Формулы и другие знаковые модели в химии. Модельность (схематизм)
химического мышления. Химические модели в терминах метода валентных
связей и метода молекулярных орбиталей. Научный релятивизм
(относительность суждений, выводов и теорий) в химии. Соотношение
феноменологического и объяснительного подходов.
Химическая связь как результат системообразующих взаимодействий
между атомами и молекулами в иерархии химических объектов. Диалектика
межатомных и межмолекулярных связей с сильными и слабыми
взаимодействиями. Соотношение категорий частного и целого, несводимость
целого к сумме частей (на примерах истинных и коллоидных растворов,
полимерных структур, в частности, белков и нуклеиновых кислот и их
супрамолекулярных
взаимодействий
с
малыми
молекулами).
Альтернативные категории диалектики в химии: сущность и явление,
необходимость и случайность, симметрия и асимметрия. Индукция и
дедукция, анализ и синтез как методы познания.
Химическая реакция как реализация химической формы движения на уровне
электронных взаимодействий атомов и молекул. Химизм как динамика
образования, преобразования и распада химических связей. Высший химизм
как химическое поведение неравновесных открытых каталитических систем
в ходе их существования, самоорганизации (химической эволюции).
Особенности современных форм химической картины мира и ее роль в
развитии биофилософии. Проблема зарождения живого из неживого.
Аргументы за и против случайного зарождения жизни и ее происхождения в
результате химической эволюции. Идея вечности живой материи и ее
равноправия
с
неживой
субстанцией.
Актуалистический
и
естественноисторический подходы к эволюционному возникновению жизни.
Роль правильной методологии в выборе перспективной стратегии научного
исследования.
Философское осмысление химической рациональности на рубеже ХХ и ХХI
веков: выбор новых стратегий исследования. Химия и глобальные проблемы
современности. Противоречивый характер последствий применения в
человеческой деятельности химических заменителей природных материалов.
Химические средства в решении экологических проблем.
В результате изучения дисциплины студент должен:
38
знать: основные этапы становления науки, теории научного
мировоззрения, философские концепции естествознания,
основные
представления о философских современной химии;
уметь: формулировать научную проблему и стратегию ее решения,
разбираться в особенностях современной химии и многообразии
теоретических представлений, сосуществующих в данной науке на
современном этапе.
владеть: принципами научного мировоззрения, научным языком,
приемами ведения дискуссии и полемики, навыками публичной речи и
письменного аргументированного изложения собственной точки зрения.
Виды учебной работы: лекции, контрольные работы, семинарские
занятия, реферат, проблемный доклад и дискуссия
Изучение дисциплины заканчивается экзаменом.
39
Аннотация дисциплины
Компьютерные технологии в науке и образовании
Общая трудоемкость изучения дисциплины составляет 5 зачетных
единиц (180 часов).
Цели и задачи дисциплины
Целью изучения дисциплины является: овладение современными
компьютерными технологиями, применяемыми при обработке результатов
научных экспериментов и сборе, обработке, хранении и передачи
информации.
Задачей изучения дисциплины является: приобретение студентами
знаний основных принципов формирования компьютерных сетей,
построения научных и образовательных порталов, принципов формирования
информационной научно-образовательной среды, а также навыков
применения этих знаний для дальнейшей научной работы.
Структура дисциплины (распределение трудоемкости по отдельным
видам аудиторных учебных занятий и самостоятельной работы): лекции 1
з.е., практические занятия 1 з.е., самостоятельная работа 3 з.е.
Основные дидактические единицы (разделы): основные сетевые
протоколы передачи; структура стека TSP/IP; адресация; маршрутизация;
основные протоколы и службы интернет; ресурсы посвященные
образовательным технологиям; образовательные порталы; система
ресурсных центров; сайты учебных заведений различных уровней в РФ и
СФО; технические средства электронного обучения; платформы для
организации электронного обучения; основные спецификации и стандарты в
электронном обучении; создание электронных учебников и тестирующие
системы; электронные библиотеки, медиатеки и репозитарии.
В результате изучения дисциплины студент должен:
знать: возможности использования современных информационных
технологий в образовании и науке, знать системы сбора, обработки и
хранения химической информации; пониманием принципов работы и
умением работать на современной научной аппаратуре при проведении
научных исследований
уметь: создавать авторские и пользоваться стандартными банками
компьютерных программ и банками данных
владеть: современными компьютерными технологиями, применяемыми
при обработке результатов научных экспериментов и сборе, обработке,
хранении и передачи информации при проведении самостоятельных научных
исследований
Виды учебной работы: лекции, семинары.
Изучение дисциплины заканчивается сдачей экзамена.
40
Аннотация дисциплины
Современные химические технологии
Общая трудоемкость изучения дисциплины составляет 5 зачетных
единиц (180 часов)
Цели и задачи дисциплины
Цель изучения данной дисциплины является дать представление о
необходимости радикальных изменений в основных технологиях
преобразования природных ресурсов в условиях переживаемого глобального
экологического кризиса, подготовить выпускников университетов к активной
творческой работе по созданию перспективных процессов, материалов и
технологических схем.
Задачей изучения дисциплины является знакомство с новыми
перспективными высокоэффективными процессами химической технологии,
нетрадиционными источниками сырья, приемами, применяемыми в
химической технологии для получения материалов с заданными свойствами.
Место курса в системе образования: данный курс предполагает активное
использование и углубление тех знаний, которые студенты приобретают при
изучении предшествующих курсов: химической термодинамики, химической
кинетики и катализа, химии неорганических и органических соединений,
химической технологии (бакалаврский курс).
Структура дисциплины (распределение трудоемкости по отдельным
видам аудиторных учебных занятий и самостоятельной работы): лекции 1
з.е., лабораторные работы 1 з.е., самостоятельная работа (изучение
теоретического курса, домашние задания) 3 з.е.
Основные дидактические единицы (разделы):
 современное химическое производство как сложная система;
 химическая технология и материаловедение;
 новые эффективные химические технологии.
В результате изучения дисциплины студент должен знать, как
организованы промышленные технологии, отвечающие современным
требованиям эффективности и экологической безопасности, уметь проводить
экспертизу технологических решений на основе универсальных критериев,
вытекающих из фундаментальных законов природы.
Виды учебной работы: лекции, лабораторные работы, домашние
задания.
Изучение дисциплины заканчивается: зачетом.
41
Аннотация дисциплины
Современная технология проектирования инноваций
Общая трудоемкость изучения дисциплины составляет 3
единиц (108 часов).
зачетных
Цели и задачи дисциплины
Целью изучения дисциплины является: освоение методов и технологии
технико-экономического, системного анализа объектов и систем любой
сложности, назначения и принципа действия, и выработки эффективных
рекомендаций по совершенствованию рассматриваемых объектов.
Задачами изучения дисциплины являются: проведение исследований
объекта в соответствии с технологией ТРИЗ, нормативных документов и
стандартов, определяющих порядок разработки и модернизации технических
объектов.
Структура дисциплины (распределение трудоемкости по отдельным
видам аудиторных учебных занятий и самостоятельной работы):
Лекции 1 з.е. (36 часов), самостоятельная работа 2 з.е. (72 часа).
Основные дидактические единицы (разделы):
Модуль 1. Основы теории решения изобретательских задач.
Тема 1. Введение в теорию решения изобретательских задач.
Основные
идеи, понятия ТРИЗ. История, развитие, перспективы теории. Основы
обучения творчеству.
Тема 2. Традиционная технология решения проблем - метод проб и ошибок.
Модификации метода проб и ошибок (метод фокальных объектов, мозговой
штурм, морфологический анализ, метод контрольных вопросов, синектика).
Недостатки метода проб и ошибок.
Тема 3. Закономерности развития технических систем.
Тема 4. Ресурсы в развитии технических систем. Информационный фонд
теории решения изобретательских задач. Указатели применения физических,
химических и геометрических эффектов.
Тема 5. Алгоритм решения изобретательских задач - АРИЗ 85В: структура,
правила применения, практика решения задач.
Тема 6. Типовые приемы разрешения противоречий.
Тема 7. Вепольный анализ. Основные понятия и правила. Стандарты на
решения изобретательских задач и их использование для решения
практических задач.
Тема 8. Применение теории решения изобретательских задач для решения
«нетехнических» задач.
Тема 9. Основы патентоведения.
Модуль 2. Основы функционально-стоимостного анализа.
Тема 10.
История создания функционально-стоимостного анализа.
Основные идеи, принципы организации.
42
Тема 11. Теоретические положения функционально-стоимостного анализа.
Причины появления излишних затрат.
Модуль 3. Основы технологии проектирования инноваций.
Тема 12.
Отличительные особенности технологии проектирования
инноваций.
Методика
выполнения
работ
на
подготовительном,
информационном этапах.
Тема 13. Методика выполнения работ на аналитическом этапе. Виды
анализа:
компонентный, функциональный, генетический, структурный,
функционально – идеальное моделирование, причинно – следственный.
Тема 14. Методика выполнения работ на творческом этапе.
Тема 15. Практика проведения организации и исследований по технологии
проектирования инноваций. Примеры проектов.
Модуль 4. Основы теории развития творческой личности
Тема 16. Закономерности развития коллективов.
Тема 17. Основные качества творческой личности.
Тема 18. Жизненная стратегия творческой личности.
В результате изучения дисциплины студент должен:
знать: понятия системы, функции, ресурсы, противоречие, идеальный
конечный результат, законы развития технических систем, понятие веполя,
метод метод маленьких человечков; функция, структура, компоненты,
нежелательный эффект, причинно-следственная цепочка, функциональноидеальное моделирование, операция, переходы; достойную цель, творческую
личность, теорию развития творческой личности, 6 качеств творческой
личности; этапы жизненной стратегии творческой личности
уметь: выявлять противоречия, формулировать идеальный конечный
результат, анализировать ресурсы, формулировать главную полезную функцию,
техническое противоречие, физическое противоречие, разрешать противоречия.
использовать указатель эффектов; формулировать функции, ранжировать
функции; оценивать уровень выполнения функции, выявлять элементыв
системы, формулировать нежелательных эффектов.
владеть: навыками структурного, компонентного, функционального
анализа; построением причинно-следственных цепочек, оформлением отчета
и презентации; ранжированием концепции; функционально-проблемным
поиском; контролем времени и его учетом, решением творческих задач
Виды учебной работы: лекции, решение творческих задач, реферат.
Изучение дисциплины заканчивается зачетом.
43
Аннотация дисциплины
Квантовая химия и квантовая механика
Общая трудоемкость изучения дисциплины составляет 4 зачетных
единицы (144 часа).
Цели и задачи дисциплины
Целью изучения дисциплины является: получение студентами базовых
сведений по квантовой химии, необходимых для освоения специальных
дисциплин, а по окончании обучения в вузе – для грамотной, эффективной
работы в сфере профессиональной деятельности.
Задачей изучения дисциплины является формирование компетенций,
которые дадут возможность студентам эффективно применять в
профессиональной деятельности полученные знания, умения и навыки.
Структура дисциплины (распределение трудоемкости по отдельным
видам аудиторных учебных занятий и самостоятельной работы): лекции 1
з.е., практические занятия 1 з.е., самостоятельная работа 2 з.е.
Основные дидактические единицы (разделы):
1 Введение и математический аппарат квантовой химии
Предмет вычислительной теоретической химии. Современная
квантовая химия как теоретический фундамент химической науки.
Качественные теории строения и реакционной способности. Методы
моделирования структуры материалов и супермолекул, неэмпирические,
полуэмпирические и молекулярно-механические методы. Расчет физических
свойств молекул и материалов. Компьютерные программы моделирования
структуры и свойств. Предмет курса, основные объекты и разделы.
Начала квантовой теории. Атом Бора. Гипотеза де Бройля. Квантовые
состояния. Волновые функции. Наблюдаемые. Интерпретация Борна.
Постулаты квантовой теории. Уравнение Шредингера. Примеры решения
уравнения Шредингера: прямоугольная потенциальная яма, гармонический
осциллятор. Теория момента импульса. Переход к сферической системе
координат. Присоединенные полиномы Лежандра. Собственные функции
оператора Lz. Коммутационные соотношения для компонент момента
импульса. Правила сложения. Атом водорода.
Многоэлектронные атомы. Приближение независимых электронов.
Определители Слэйтера. Энергия определителя Слэйтера. Полные
орбитальные и спиновые квантовые числа. Метод самосогласованного поля.
Метод Хартри-Фока. Канонические и неканонические орбитали. Сродство к
электрону и потенциал ионизации. Орбитальные энергии и полная энергия.
Теорема Купманса.
2 Методики расчета молекулярных систем
Молекулярные системы. Разделение электронного и ядерного
движений. Адиабатическое приближение. Электронные, колебательные и
вращательные состояния молекул. Представление молекулярных орбиталей
(МО) как линейной комбинации атомных (ЛКАО). Разрыхляющие и
связывающие молекулярные орбитали. Метод Рутана ССП МО ЛКАО.
Представление о неэмпирических и полуэмпирических методах.
44
Классификация методов. Сходимость к самосогласованному полю.
Процедура энергетического сдвига вакантных состояний.
Типы базисов атомных орбиталей. Приближенные аналитические
функции атомных орбиталей Слэйтера и Гаусса. Контрактированные
базисные наборы. Базисные наборы Попла и базисные наборы ХузинагиДаннинга. Базисные наборы атомных натуральных орбиталей. Анализ
орбитальных заселенностей. Заселенности Малликена и Левдина.
Локализованные орбитали.
Метод
функционала
плотности.
Теорема
Хохенберга-Кона.
Приближение локального функционала плотности. Метод Xα. VWNпараметризация. Обобщенное градиентное приближение. Гибридные
функционалы. Преимущества и недостатки метода функционала плотности.
Программные реализации метода функционала плотности.
Неэмпирические методы учета электронных корреляций. (Пост-хартрифоковские схемы). Эффекты электронной корреляции. Слейтеровские
детерминанты возбужденных состояний. Конфигурационное взаимодействие.
Вычисление
матричных
элементов.
Многоконфигурационное
самосогласованное поле.
Самосогласованное поле полного активного
пространства. Теория возмущений Моллера-Плессета. Сопряженные
уравнения кластерного оператора генерации возбужденных состояний.
Теоретическое моделирование профиля реакций. Теория переходного
состояния. Равновесные конфигурации молекул и седловые точки. Расчет
составляющих энергии Гиббса. Анализ поверхности потенциальной энергии.
Методы оптимизации геометрии. Поиск по методу Ньютона-Рафсона.
Расчет и диагонализация гессиана. Оптимизация структуры переходных состояний. Путь реакции и координата реакции. Сканирование поверхности
потенциальной энергии.
Зонная теория. Периодические граничные условия. Разложение
волновых функций по плоским волнам. Зонная картина электронного
строения. Функции Блоха. Функции Ванье. Проводники и изоляторы.
Нарушения симметрии. Электронная структура вблизи поверхности.
Особенности расчетов полубесконечных кристаллов.
В результате изучения дисциплины студент должен:
знать: основные приближения квантовой химии и принципы методов,
используемых при расчетах электронной структуры, строения и реакционной
способности химических соединений;
уметь: пользоваться современными представлениями квантовой химии
для объяснения специфики поведения химических соединений и
современным программным обеспечением расчетных методов квантовой
химии;
владеть: техникой использования расчетных результатов квантовой
механики в статистической термодинамике, теорией элементарного
акта
химических превращений, молекулярной спектроскопии и других разделах
современной химии.
Виды учебной работы: лекции, практические занятия, решение задач.
45
Изучение дисциплины заканчивается зачетом.
Аннотация дисциплины
Методика преподавания химии
Общая трудоемкость изучения дисциплины составляет 4 зачетных
единицы (144 часа).
Цели и задачи дисциплины
Целью изучения дисциплины является: дать студентам химического
факультета основные представления о достижениях отечественной
педагогики, педагогической психологии и дидактики в их приложении к
вопросам обучения химии в высших и средних образовательных учебных
учреждениях..
Задачей изучения дисциплины является: ознакомить с теоретическими
основами педагогического процесса и общей методикой преподавания
различных по научным направлениям разделов химии.
Структура дисциплины (распределение трудоемкости по отдельным
видам аудиторных учебных занятий и самостоятельной работы): лекции 1
з.е., практические занятия 1 з.е., самостоятельная работа 2 з.е.
Основные дидактические единицы (разделы):
1. Предмет и задачи курса
Современные проблемы обучения и преподавания. Великие педагоги
прошлого. Современная педагогическая школа. Основное содержание курса
«Методика преподавания химии». Система обучения: цели, содержание,
методы, организационные формы, средства, контроль усвоения и
диагностика сформированных знаний.
Принципы обучения: научности, доступности, трудности, активности,
коллективности, индивидуальности, развития познавательных способностей.
Обучение, преподавание и учение как виды человеческой деятельности.
Теория поэтапного формирования умственных действий и ее приложение к
процессу обучения.
2. Определение содержания курса химии
Современный специалист и основные требования, предъявляемые ему
обществом. Роль химии в жизни общества. Формирование творческого
химического мышления – наиболее общая цель обучения химии. Психологопедагогические особенности преподавания химии в зависимости от
выбранной цели обучения.
Зависимость содержания обучения от целей обучения. Особенности
преподавания химии как профилирующей и как непрофилирующей учебной
дисциплины.
Системный подход к определению содержания обучения. Система и
структура учебной дисциплины и содержания курса. Построение курса
химии на основе переноса системы науки на систему обучения. Основные
учения химической науки и внутринаучные связи между ними. Влияние
межнаучных связей на содержание учебной дисциплины. Показ
46
межпредметных связей курсов – химии, физики, математики, биологии,
геологии и других фундаментальных наук. Связь химии с науками
гуманитарного цикла.
Превращение учений науки в блоки содержания учебной дисциплины.
Блоки содержания как элементы системы обучения. Внутридисциплинарные
(внутрипредметные связи) как системообразующие связи между элементами
содержания курса.
Построение курса химии на основе системного представления
предмета изучения химии (химический процесс и вещество).
Другие способы построения курсов химии. Построение курса химии на
основе концептуальных систем химии.
Вопросы истории химии в курсах химии.
Философские,
мировоззренческие, методологические и логические знания, вводимые в
содержание обучения химии.
3. Последовательность введения материала в учебный процесс
Построение курса по принципу доступности. Линейный способ
изучения материала. Концентрический способ. Последовательность изучения
материала на основе логики науки
Различные способы применение системного подхода к определению
содержания курса химии и его структурированию.
Содержание и методика преподавания основных учений химии:
химической термодинамики, химической кинетики, учения о строении
вещества и о периодическом изменении свойств химических элементов.
4. Методы обучения химии
Понятие о методе обучения. Взаимосвязь и взаимовлияние целей
обучения, содержания обучения и методов обучения. Классификация
методов обучения. Продуктивно-поисковое и информационное обучение и их
соотношение при преподавании профилирующей и непрофилирующей
дисциплин. Методы формирования творческого химического мышления.
Систематизация методов обучения в зависимости от числа задаваемых
в обучении ориентиров: алгоритмизированный, программированный,
проблемный и исследовательский методы обучения.
Алгоритмизированное обучение. Понятие алгоритма (формулировки
законов, правил, принципов, определений и т.п.). Алгоритмизированные
учебные предписания в лабораторных практикумах. Алгоритмы
планирования научного исследования и обработки результатов эксперимента.
Упражнения и задачи в обучении химии. Алгоритмы описания химического
объекта. Алгоритм рассказа (например, о свойствах химического элемента).
Программированное
обучение.
Возможности
проблемнопрограммированного обучения. Разветвленные и линейные учебные
программы, методика их создания и использования в учебном процессе.
Программирование для контроля над усвоением знаний и оценки результатов
обучения.
Использование
методов
программированного
и
алгоритмизированного обучения в методиках компьютерного обучения
химии. Контролирующие компьютерные программы.
47
Проблемное обучение и его особенности. Отбор учебного материала
для организации проблемного обучения. Способы создания проблемных
ситуаций и разрешения учебно-научных проблем.
Исследовательское обучение и организация исследовательского
лабораторного практикума и самостоятельной работы, моделирующей
научную. Содержание исследовательского обучения.
Игровые методы обучения. Познавательные и ролевые игры.
5. Средства обучения химии
Общие представления о средствах обучения. Программа учебной
дисциплины. Основные требования к учебным программам. Пути создания
новых программ. Учебная книга как средство обучения. Требования к
современным учебникам химии. Некоторые типичные недостатки и ошибки в
учебниках химии. Технические средства обучения, их виды и разновидности:
меловая доска, кодоскоп, диапроектор, кинопроектор, компьютер. Таблицы,
рисунки и фотографии – как средства обучения. Критерии отбора
технических средств обучения.
Пути использования технических средств обучения для повышения
познавательной активности обучаемых и повышения эффективности
усвоения знаний. Дидактические возможности технических средств обучения
и оценка эффективности их применения.
Компьютер – как прибор для научного исследования и как средство
обучения. Использование компьютера при проведении семинарского и
лабораторного
занятия.
Роль
компьютера
в
самообучении
и
самообразовании.
6. Организационные формы обучения химии
Система форм обучения. Распределение учебного материала по
различным формам обучения. Теория поэтапного усвоения знаний и ее
использование в организации процесса обучения.
Методика проведения лекций по химии. Требования к современной
лекции. Организация лекционной формы обучения. Общение лектора с
аудиторией. Лекционные демонстрации и демонстрационный эксперимент.
Пути повышения обучающей функции демонстрационного химического
эксперимента. Лекционный контроль за усвоением знаний.
Семинар в обучении химии и виды семинарских занятий.
Дискуссионный способ проведения семинаров. Отбор материала для
дискуссионного обсуждения. Решение расчетных задач и разрешение научноучебных проблем. Методика организации семинарского занятия.
Лабораторный практикум и его роль в обучении химии. Формы
организаций лабораторных практикумов. Индивидуальное и групповое
выполнение лабораторных работ. Учебно-научное общение при выполнении
лабораторных занятий. Исследовательский и алгоритмизированный
практикумы и роль преподавателя в их проведении.
Познавательные игры.
Два вида самостоятельной работы учащихся – самостоятельная работа
на лекции, семинаре и в лабораторном практикуме и самостоятельная
48
внеаудиторная работа. Внеаудиторная познавательная деятельность
учащихся и ее организация.
7. Контроль над усвоением химических знаний
Роль контроля в процессе обучения. Проверяющая, обучающая и
воспитательная функции контроля над усвоением знаний. Прямая и обратная
связь «преподаватель – учащийся».
Виды контроля: тематический, блочный и дисциплинарный.
Программированный контроль. Тестовые контролирующие задания. Метод
выборочных ответов, его преимущества и недостатки. Организация контроля
над усвоением знаний на лекции, семинарском занятии и в лабораторном
практикуме. Контрольная работа коллоквиум, зачет, экзамен.
8. Оценка и диагностика качеств химических знаний
Качества знаний учащихся, их оценка и диагностика. Диагностика
сформированности творческого химического мышления.
Пятибальная и другие шкалы оценки знаний – преимущества и
недостатки.
Оценка качеств устной и письменной речи.
Рейтинг – преимущества, недостатки, трудности.
9. Методика изучения важнейших тем курсов химии
Атомно-молекулярное учение. Периодический закон Д.И. Менделеева.
Понятие о химической связи и химическом взаимодействии. Основы учения
о направлении химического процесса. Основы учения о скорости
химического процесса. Растворы неэлектролитов и электролитов.
Окислительно-восстановительные реакции. Неорганическая химия. Обзоры
по свойствам химических элементов групп, подгрупп и периодов
периодической системы элементов. Органическая химия в школьном и
вузовском курсах химии.
В результате изучения дисциплины студент должен:
знать: теоретические основы педагогического процесса;
уметь: планировать занятие по химии и курс в целом, использовать
современные представления науки и методы, средства обучения;
владеть: общей методикой преподавания различных по научным
направлениям разделов химии, методами и средствами обучения химии,
контроля полученных знаний.
Виды учебной работы: лекции, практические занятия, проблемное
занятие, методическая разработка урока, составление контрольно –
измерительных материалов.
Изучение дисциплины заканчивается зачетом.
49
Аннотация дисциплины
Актуальные задачи современной химии
Общая трудоемкость изучения дисциплины составляет 5 зачетных
единиц (180 часов).
Цели и задачи дисциплины
Целью изучения дисциплины является: дать студентам представление
о современных проблемах химии окружающей среды и стратегии их
решения.
Задачей изучения дисциплины является: знакомство с химией воды,
почвы и атмосферы, основными источниками их загрязнения, методами
защиты и очистки.
Структура дисциплины (распределение трудоемкости по отдельным
видам аудиторных учебных занятий и самостоятельной работы): лекции 1
з.е., практические занятия 1 з.е., самостоятельная работа 3 з.е.
Основные дидактические единицы (разделы):
1. Введение. Предмет изучения и задачи химии окружающей среды
Определение и объекты изучения химии окружающей среды:
гидросфера, атмосфера и литосфера. Понятия о биосфере (Геккель, Зюсс,
Вернадский) и ноосфере (Вернадский).
Основные понятия химии окружающей среды. Биогеохимические циклы
элементов и веществ (на примере основных биогенных элементов: углерод,
азот, фосфор) и их количественные характеристики. Антропогенное
воздействие на окружающую среду (типы и объекты воздействия;
физическое и химическое загрязнение). Загрязняющее вещество, источник
загрязнения, сток загрязняющего вещества. Основные задачи химии
окружающей среды. Описание биогеохимических циклов загрязняющих
веществ. Изучение антропогенного воздействия на естественные
биогеохимические циклы.
2. Химия гидросферы
Гидрологический цикл. Уникальные свойства воды. Химический состав
природных вод: растворенные газы, главные ионы, биогенные элементы,
микроэлементы, растворенное органическое вещество. Основные виды
природных
вод
и
особенности
их
состава.
Основные равновесия природных вод. Кислотно-основные равновесия в
природных водах. Понятие о рН и щелочности природных вод. Карбонатная
система. Окислительно-восстановительные процессы в природных водоемах.
Концепция рЕ. Основные потенциалопередающие редокс-пары природных
вод. Эвтрофикация водоемов.
3. Химическое загрязнение природных вод
Характеристики основных классов загрязняющих веществ. Тяжелые
металлы, нефтяные и хлорированные углеводороды, радиоактивные
50
вещества. Понятие о ксенобиотиках, их происхождении и существовании в
окружающей среде.
Основные источники поступления загрязняющих
веществ в водную среду. Сточные воды. Промышленные стоки.
Атмосферные выпадения. Особенности источников поступления для
различных
классов.
Основные процессы миграции загрязняющих веществ в природных водах.
Перенос в виде растворимых соединений. Сорбция на взвешенном веществе.
Седиментация и накопление в донных отложениях. Особенности процессов
миграции для разных классов соединений. Основные процессы
трансформации загрязняющих веществ в природных водах. Тяжелые
металлы:
гидролиз,
комплексообразование
с
органическими
и
неорганическими лигандами, преципитация. Органические загрязняющие
вещества: фотолиз, микробный метаболизм, связывание с растворенным и
взвешенным органическим веществом. Формы существования загрязняющих
веществ в водных средах. Воздействие загрязняющих веществ на водные
организмы. Биоаккумуляция загрязняющих веществ и миграция по пищевым
цепям. Токсическое воздействие.
4. Проблемы водоочистки и водообработки
Сточные воды и методы их очистки. Типы сточных вод. Характеристика
их состава. Основные показатели, характеризующие загрязненность
водоемов: физические, химические и бактериальные. Методы очистки
хозяйственно-бытовых сточных вод: пруды-отстойники, поля орошения,
биофильтры, аэротенки, септик-тенки, метан-тенки. Методы очистки
сточных вод промышленности: физические (отстойники, фильтрация,
выпарка, перегонка с паром), химические (нейтрализация, осаждение,
окисление сильными окислителями, высокотемпературное сжигание),
физико-химические (адсорбция, экстракция, коагуляция, электрохимическое
анодное окисление и мембранный электродиализ) и биологические
(обработка
активным
илом
в
аэротенках).
Питьевая вода. Методы получения питьевой воды. Первичная, вторичная,
третичная обработка сточных и природных вод. Проблемы загрязнения
питьевой воды в результате хлорирования. Альтернативные методы
дезинфекции питьевой воды.
5. Химия почв
Происхождение, состав и функции почвы. Образование почвенного слоя.
Его структура, уникальные свойства и функции. Основные типы почв.
Понятие о географической зональности. Механический состав почв.
Химический состав почв. Органическое вещество почв. Состав и свойства
гумусовых
веществ.
Свойства почв. Ионообменные и кислотно-основные свойства почв. Понятие
о емкости катионного обмена (ЕКО) и кислотности почв. Буферность почв.
Редокс-процессы в почвенной среде. Окислительно-восстановительные
режимы основных типов почв.
6. Антропогенное воздействие на почву, cвязанное с получением
продуктов питания
51
Применение удобрений для поддержания плодородия почв. Плодородие
почв. Питательные элементы (N,P,K) почв: формы их существования,
потенциалы содержания и балансовое соотношение. Применение удобрений
и известкование почв как основные агротехнические приемы поддержания
плодородия почв. Основные типы минеральных и органических удобрений.
Специфика применения осадков сточных вод в качестве органического
удобрения. Принципы расчета вносимых доз. Отрицательные экологические
последствия применения удобрений: накопление нитратов в растениях,
подкисление,
загрязнение
почв
тяжелыми
металлами
и
др.
Применение химических средств защиты растений в борьбе за повышение
урожайности. Классификация пестицидов по объектам воздействия и типу
химических соединений. Отрицательные экологические последствия
использования пестицидов в сельском хозяйстве: загрязнение продукции и
накопление пестицидных остатков в почвенной среде.
7. Загрязнение почв в результате производственной деятельности
человека
Почва как геохимическая среда. Общая характеристика, сходство и
различие с природными водами. Понятие геохимического барьера. Типы
геохимических барьеров в почвенных средах: их роль в миграции и
трансформации
загрязняющих
веществ
в
почвенном
слое.
Загрязнение почв. Основные классы веществ, загрязняющих почвенный слой:
тяжелые металлы, гербицидные остатки и нефтяными углеводороды.
Источники их поступления, формы существования, подвижность в
почвенном слое, механизмы трансформации и поступления в растения.
Способы рекультивации почв. Загрязнение тяжелыми металлами и способы
его устранения. Способы обработки почв, загрязненных гербицидными
остатками и нефтяными углеводородами.
8. Химия верхних слоев атмосферы и проблемы их загрязнения
Атмосфера как объект изучения химии окружающей среды. Состав и
структура атмосферы. Эволюция атмосферы, ее биогенное происхождение.
Воздействие солнечной радиации на атмосферу. понятие о фотохимических
реакциях
Ионы
и
радикалы
в
атмосфере.
Загрязнение атмосферы. Основные классы веществ, загрязняющих
атмосферу. Естественные и антропогенные источники, соотношение между
их выбросами: оценка приоритетности источников по их доле в суммарном
антропогенном выбросе.
Химия верхних слоев атмосферы. Основные реакционно-способные
частицы ионосферы и стратосферы. Химия стратосферного озона
(кислородный, водородный, хлорный и азотный циклы озона). Истощение
озонового слоя в результате антропогенного воздействия на атмосферу как
глобальная экологическая проблема.
9. Химия нижних слоев атмосферы и проблемы их загрязнения
Химия нижних слоев атмосферы. Тропосфера как глобальный
окислительный резервуар. Основные реакционно-способные частицы в
тропосфере: гидроксильный радикал, оксиды азота и серы и их превращения.
52
Газофазные реакции в тропосфере. Окисление органических соединений.
Образование
пероксиацетонитрилов.
"Фотохимический
смог".
Гетерофазные реакции в тропосфере. Окисление двуокиси серы,
адсорбированной на твердых частицах дыма. "Классический смог".
Окисление низших оксидов азота и серы, абсорбированных капельками воды.
"Кислые дожди". Распространение загрязняющих веществ в атмосфере.
Классификация загрязнителей (по линейному размеру и длительности
воздействия), роль атмосферных явлений (турбулентность, инверсия) и типа
загрязнителя для пространственного распределения загрязняющих веществ в
атмосфере. Проблемы трансграничного переноса.
10. Токсическое воздействие загрязняющих веществ на окружающую
среду
Токсическое воздействие загрязняющих веществ. Понятие токсичности.
Основные аспекты токсикодинамики: поступление токсикантов в живые
организмы, их трансформация и механизмы действия. Эффекты воздействия
на живой организм. Количественные характеристики токсикодинамики: доза,
кривые "доза-эффект", порог вредного действия, порог специфического
действия. Оценка состояния окружающей среды. Концепция предельно
допустимой концентрации (ПДК). Экотоксикологическое нормирование (на
примере определения рыбохозяйственных ПДК). Комбинированное
воздействие токсикантов. Методы интегральной оценки воздействия
загрязняющих веществ на окружающую среду: биотестирование,
биоиндикация. Биологический мониторинг как эффективный метод контроля
состояния окружающей среды.
11. Методы и средства анализа химического загрязнения окружающей
среды
Современные методы аналитической химии в применении к анализу
объектов окружающей среды. Газожидкостная, высокоэффективная
жидкостная хроматография и хромато-масс-спектрометрия как основные
методы идентификации и определения содержания органических токсиантов.
Спектрофотометрия,
атомно-абсорбционная
и
атомно-эмиссионная
спектроскопия, спектроскопия индуктивно-связанной плазмы как основные
методы
анализа
объектов
на
содержание
тяжелых
металлов.
Проблемы пробоотбора и пробоподготовки. Специфика пробоотбора и
проподготоки при анализе объектов окружающей среды. Понятие средней
пробы и методы ее отбора. Тенденции развития методов аналитического
контроля за содержанием экотоксикантов в объектах окружающей среды.
12. Контроль и оценка состояния окружающей среды
Концепция экологического мониторинга. Основные принципы
организации службы экологического мониторинга. Механизм принятия
решений государственными природоохранными органами на основании
данных службы экологического мониторинга. Концепция оценки
воздействия на окружающую среду (ОВОС). Роль химико-экологических
исследований для проведения процедуры ОВОС. Современное состояние
практической реализации ОВОС: проблемы и перспективы.
53
13. Промышленный риск и рациональное природопользование
Проблемы безопасности промышленных производств. Определение и
цель безопасности. Определение и измерение опасности. Структура риска:
вероятность, неопределенность, ущерб. Измерение безопасности. Ожидаемая
продолжительность жизни как показатель уровня безопасности. Абсолютная
безопасность и приемлемый риск. Промышленный риск - его оценка и учет
при развитии народнохозяйственной деятельности. Проблемы рационального
природопользования. Концепция устойчивого развития. Составляющие
концепции устойчивого развития. Место химических производств в
концепции устойчивого развития. Создание малоотходных и безотходных
производств. Замена существующих технологических схем альтернативными
ресурсосберегающими и экологическими технологиями. Утилизация и
захоронение твердых отходов. Типы твердых отходов. Методы обработки
твердых отходов и их хранение: полигоны ТБО, свалки.
В результате изучения дисциплины студент должен:
знать: основные проблемы химии окружающей среды, методы и
средства защиты от загрязнений, методы и средства определения
загрязнителей;
уметь: определять основные источники поступления в окружающую
среду загрязняющих веществ, предсказать пути, сроки и продукты
трансформации загрязнителей
владеть: основами природоохранного законодательства и нормативами
качества объектов окружающей среды, методиками оценки загрязнения и
ущерба окружающей среды, методикой оценки эффективности работы
очистных сооружений.
Виды учебной работы: лекции, практические занятия, проблемные
доклады и дискуссии, реферат
Изучение дисциплины заканчивается экзаменом.
54
Аннотация дисциплины
Аналитическая химия благородных металлов
Общая трудоемкость изучения дисциплины составляет 3 зачетных
единицы (108 часов).
Цели и задачи дисциплины
Целью изучения дисциплины является: формирование у студентов
знаний основных положений химии и методов анализа золота, серебра и и
платиновых металлов.
Задачей изучения дисциплины является: знакомство с химическими
свойствами благородных металлов и их соединений, с теоретическими
основами методов их обнаружения и количественного определения.
Структура дисциплины (распределение трудоемкости по отдельным
видам аудиторных учебных занятий и самостоятельной работы): лекции 1
з.е., лабораторные занятия 0,5 з.е., самостоятельная работа 1,5 з.е.
Основные дидактические единицы (разделы):
1. Общие сведения о платиновых металлах, золоте и серебре. Обзор
химических свойств.
Место благородных металлов в декадной таблице весовых кларков.
Многообразие форм нахождения в природе: рудные месторождения, твердые
растворы, самородные металлы, сульфиды и халькогениды металлов.
Вторичные металлы, другие объекты анализа.
Становление платиновой промышленности в России. Размеры
производства платиновых металлов, золота и серебра, области применения,
цены.
Особенности становления и развития аналитической химии
благородных металлов. Современное состояние. Требования, предъявляемые
аффинажным производством к аналитической химии. Вклад русских
ученых в совершенствование и разработку новых методов.
Специфичность свойств платиновых металлов, золота и серебра,
обусловленная положением в Периодической системе и строением
электронных оболочек. Поли валентность, наиболее устойчивые и
характерные валентные состояния. Легкость восстановления платиновых
металлов и золота из их соединений. Потенциалы ионизации и сродство к
электрону. Устойчивость к воздействию кислот и окислителей.
Электроотрицательность и связеобразующие свойства платиновых металлов,
сродство к сере, кислороду.
Специфическое свойство благородных металлов - способность к
комплексообразованию. Типичные координационные числа и типы
гибридных орбиталей, участвующих в образовании связей. Стереохимия
комплексов. Cis- и trans-изомерия на примере комплексов платины (II) и
платины (IV). Взаимное влияние лигандов. Закономерность trans- влияния
И.И. Черняева. Взаимное влияние лигандов. Направленный синтез
55
комплексов. Пространственная и оптическая изомерия. Другие виды
изомерии координационных соединений платиновых металлов.
Вклад русских ученых в развитие координационной химии и
становление аналитической химии благородных металлов: работы А.А.
Гринберга, О.Е. Звягинцева, Н.К. Пшеницина, Ю.Н. Кукушкина, СИ.
Гинзбурга.
Уникальность физических свойств платиновых металлов, золота и
серебра. Основные константы: tпл, tкип, твердость, электропроводность.
Способность к абсорбции газов. Каталитическая активность.
2. Вскрытие благородных металлов, их концентратов и сплавов
Инертность платиновых металлов и золота к действию окислителей и
кислот. Влияние окислительной способности реагентов и природы продуктов
растворения (термодинамической характеристики) на процесс растворения.
Кислотный метод вскрытия - «царско-водочное» растворение. Возможности
и ограничения метода. Жидкостное и твердофазное хлорирование.
Последовательность окисления металлов хлором. Эффективность
хлорного метода для растворения и разделения металлов платиновой
группы, золота, серебра и сопутствующих им металлов в процессе
вскрытия полиметаллических концентратов. Методы вскрытия за счет
окислительных свойств соединений азота: нитрит натрия («нитритпроцесс»), оксидов азота - NO, NOC1, NO2. цианидный метод растворения
золотосодержащих материалов и руд. Методы окислительного плавления с
последующим выщелачиванием. Металлургический метод вскрытия пробирная плавка.
Новые методы вскрытия материалов, содержащих благородные
металлы: ультразвуковые, окислительное фторирование, кислотный метод
разложения в микроволновом поле и автоклавах, в токе газов,
микропробирная плавка.
3. Химические свойства благородных металлов и их соединений,
используемых в анализе и аффинаже
Химические свойства соединений серебра. Галогениды. Аммиачные,
тиосульфатные и цианидные комплексы.
Уникальность и физические свойства золота. Отношение к кислотам и
окислителям. Некоторые закономерности растворения золота в различных
системах. Важнейшие термодинамические константы, определяющие выбор
методов переработки и анализа золотосодержащих руд. Окислительновосстановительные свойства. Легкость восстановления до металла, как
следствие большого сродство к электрону. Склонность к образованию
координационных соединений: хлоридные комплексы золота (I) и золота
(III), их роль в анализе. Окислительно-восстановительные, кислотноосновные и гетерогенные равновесия в растворах комплексов золота (I) и
золота (III). Реакция диспропорционирования.
Платина. Отношение к кислотам, щелочам, окислителям. Строение и
свойства галогенидных, нитритных и аммиачных комплексов платины (II) и
56
платины (IV). Природа связи в ацидо- и амминокомплексах платины, их
устойчивость и аналитические свойства.
Способы переведения в раствор палладия. Комплексы других
благородных металлов как растворители палладия. Окислительновосстановительные свойства палладия. Ацидокомплексы палладия (II) и
палладия (IV), аминные и смешанные ацидо-аминные комплексы. Их роль в
анализе и аффинаже. Координационные соединения палладия с
органическими лигандами: оксимы, комплексонаты, другие хелаты. Их
применение в анализе.
Способы переведения в раствор осмия и рутения. Окислительновосстановительные свойства, характерные валентности. Оксиды осмия
и рутения, их свойства. Образование тетраоксидов, как эффективный способ
отделения осмия и рутения от сопутствующих элементов. Комплексные
соединения осмия и рутения (VIII), (VI) и (IV). Аммиакаты,
нитрозокомплексы,
карбонильные
соединения.
Лабилизация
нитрозокомплексов. Простые и комплексные галогениды.
Отношение к кислотам и щелочам родия и иридия. Сплавление с
окислителями. Оксиды и хлориды. Комплексные хлориды родия (III), иридия
(III) и (IV). Их активация и гидратация. Равновесие Ir (III) <-> Ir (IV) и
способы смещение. Амминные и нитритные комплексы. Аммонийнонатриевые гексанитриты родия и иридия. Использование различий их
свойств в анализе и аффинаже. Окислительно-восстановительные свойства
родия и иридия.
4. Методы обнаружения благородных металлов
Особенности качественного анализа благородных металлов.
Химические и спектральные методы обнаружения. Использование метода
бумажной и ионообменной хроматографии.
Примеры качественного химического анализа раствора, содержащего
благородные металлы.
5. Выделение и концентрирование благородных металлов. Отделение от
сопутствующих
Химические «мокрые» методы. Отделение сопутствующих металлов от
благородных: «сульфатизация», нитрование. Осаждение благородных
металлов сероводородом, содержащими реагентами (тиомочевина,
тионалид), водородом, хлоридом аммония, соосаждение с использованием
органических и неорганических коллекторов, дистилляционные методы
отделения, концентрирования и разделения осмия и рутения.
Восстановление благородных металлов неблагородными - цементация.
Выделение золота и серебра из цианидных растворов; платиновых
металлов - из хлоридных.
Электрохимические методы выделения золота и серебра.
Электрохимическое отделение платины и палладия от сопутствующих
цветных и благородных металлов.
57
Хроматографические методы. Извлечение золота и серебра из
цианидных растворов. Ионообменное разделение платиновых металлов и им
сопутствующих. Хроматография на бумаге и тонкослойная хроматография.
Сорбционные методы с использованием ионообменных,
комплексообразующих, хелатообразующих сорбентов. Сорбенты на основе
полимерных матриц, неорганических оксидов, волокнистых материалов.
Фракционное извлечение, отделение от сопутствующих и
концентрирование платиновых металлов и золота химически
модифицированными кремнеземами и волокнами ВИОН. Сорбция на угле,
мтилоне, целлюлозе.
Экстракционные методы. Обменная хроматография жирными
кислотами и аминами. Четвертичные аммониевые соединения как реагенты
для экстракционного выделения благородных металлов. Фосфор - и
серосодержащие вещества в экстракции благородных металлов. Механизм
перехода платиновых металлов в органическую фазу: а) анионообменная
экстракция; б) внутрисферное замещение в анионном комплексе; в)
присоединение органического катиона к комплексному аниону металла.
Бинарная экстракция. Методы экстракционной хроматографии.
6. Количественное определение благородных металлов
Специфические особенности количественного анализа благородных
металлов. Классические методы - титри- и гравиметрия, их достоинства и
недостатки. Восстановление платиновых металлов и золота до металлов.
Осаждение труднорастворимых комплексных солей, осаждение
сероводородом и серосодержащими реагентами - тиомочевиной,
тионамидом. Органические реагенты-осадители. Оксимы, муравьиная
кислота и ее соли - эффективные реагенты для гравиметрического
определения палладия.
Реакция окисления – восстановления и осаждения, лежащие в основе
титриметрического определения платиновых металлов.
Потенциометрическое титрование. Методы определения рутения и
осмия с предварительным их окислением и восстановлением.
Экстракционное титрование. Потенциометрическое титрование золота и
серебра.
Принципы фотометрического определения благородных металлов при
совместном присутствии: различия в спектрах поглощения, в кинетике
реакций, в условиях образования окрашенных комплексов. Органические
реагенты в фотометрии. Тиомочевина - надежный реагент для
фотометрического определения рутения и осмия. Особенности
фотометрического определения золота.
Методы, основанные на «собственной» люминесценции ионов
платиновых металлов и их ионных ассоциатов. Атомно-абсорбционный
анализ с использованием пламенных и непламенных атомизаторов.
Электрохимические
методы.
Специфические
особенности
электрохимического
поведения
благородных
металлов.
58
Электрогравиметрия с контролем напряжения и потенциала рабочего
электрода. Ограничение возможности ртутного электрода в анализе
платиновых металлов. Достоинство вращающегося платинового электрода.
Каталитические волны водорода в вольтамперометрии благородных
металлов. Амперометрическое и кулонометрическое
титрование.
Области использования этих методов.
Становление физических методов анализа благородных
металлов: масс- спектроскопия и нейтронно-активационный анализ.
Поиск методов определения в азотно- и сернокислых средах.
Гибридные и комбинированные методы анализа.
7. Пробирный метод анализа
Сущность пробирного метода, его специфические особенности.
Пробирные реактивы: восстановители, окислители, флюсы. Процессы
пробирного анализа: окислительное и восстановительное плавление,
шерберование, купелирование, квартование. Посуда для указанных
операций.
Точность пробирного метода. Области использования. Работы русских
ученых по разработке и совершенствованию пробирного метода.
Определение золота и серебра плавлением на свинцовый королек.
Особенности пробирного анализа платиновых металлов. Плавление на
серебряный королек. Роль и величина присадки серебра. Пробирный анализ
продуктов с высоким содержанием платиновых металлов. Методы анализа
серебряного королька. Опробование благородных металлов на пробирном
камне. Определение пробности самородного золота. Опробование
серебряных, платиновых и палладиевых образцов и изделий на их основе.
В результате изучения дисциплины студент должен:
знать: основные руды благородных металлов, их физические и
химические свойства, способы вскрытия металлов; формы нахождения
металлов в растворе и характеристичные соединений платины и их свойств,
научные принципы методов анализа благородных металлов;
уметь: выбрать оптимальный способ вскрытия в зависимости от формы
нахождения, определять наиболее вероятную форму нахождения металла в
растворе на основании степени окисления и среды
владеть: основами методов
обнаружения и количественного
определения благородных металлов
Виды учебной работы: лекции, лабораторные занятия, проблемные
доклады и дискуссии, реферат, рецензия
Изучение дисциплины заканчивается экзаменом.
59
Аннотация дисциплины
Основы хемометрики и химической метрологии
Общая трудоемкость изучения дисциплины составляет 3 зачетных
единицы (108 часов).
Цели и задачи дисциплины
Целью изучения дисциплины является: сформировать представление
об особенностях хемометрики и химической метрологии.
Задачей изучения дисциплины является: дать студентам основные
понятия хемометрики, ознакомить с практическими аспектами химической
метрологии.
Структура дисциплины (распределение трудоемкости по отдельным
видам аудиторных учебных занятий и самостоятельной работы): лекции 1
з.е., самостоятельная работа 2 з.е.
Основные дидактические единицы (разделы):
Основные задачи хемометрики и химической метрологии. Прямые и
косвенные измерения. Особенности измерения химических величин.
Аналитический сигнал, градуировочная функция. Абсолютные и
относительные методы анализа. Образцы сравнения, стандартные образцы.
Метрологические критерии выбора метода и методики анализа.
Аттестация и стандартизация методик. Межлабораторные испытания.
Аккредитация химических лабораторий. Понятие о системах обеспечения и
контроля качества результатов химического анализа.
В результате изучения дисциплины студент должен:
знать: основные понятия, представления и теории хемометрики,
принципы и способы обеспечения достоверности результатов измерений,
метрологические характеристики
методов анализа (правильность,
сходимость, воспроизводимость, предел обнаружения, нижняя и верхняя
границы определяемых содержаний);
уметь: рассчитывать
относительную
погрешность
метода
(методики) анализа
и погрешность отдельной стадии анализа;
использовать
методы
математической статистики (дисперсионный,
корреляционный и регрессионный анализ) для решения конкретных проблем
анализа;
владеть: методологией выбора оптимального метода анализа
конкретного объекта,
организационными
навыками прохождения
аккредитации лаборатории.
Виды учебной работы: лекции, контрольные работы, расчетная задача
Изучение дисциплины заканчивается зачетом.
60
Аннотация дисциплины
Органические реагенты в аналитической химии
Общая трудоемкость изучения дисциплины составляет 3 зачетных
единицы (108 часов).
Цели и задачи дисциплины
Целью изучения дисциплины является: формирование представлений
об органических реагентах и их применении в аналитической химии.
Задачей изучения дисциплины является: ознакомить студентов
свойства основных органических реагентов, применяемых в качественном и
количественном анализе.
Структура дисциплины (распределение трудоемкости по отдельным
видам аудиторных учебных занятий и самостоятельной работы): лекции 1
з.е., практические занятия 0,5 з.е., самостоятельная работа 1,5 з.е..
Основные дидактические единицы (разделы):
1. Понятие об органических реагентах. История развития учения об
органических реагентах. Основные органические реагенты, образующих с
ионами металлов устойчивые циклы
2. Типы органических реагентов, используемых в аналитической химии.
Органические
реагенты
в
спектроскопических методах анализа
(спектрофотометрия, спектролюминесценция, спектроскопия диффузного
отражения).
3. Применение органических реагентов в методах разделения и
концентрирования (маскирование, соосаждения, концентрирование и т.д.).
4. Иммобилизация органических реагентов на различных твердых носителях.
Типы используемых носителей: органические полимерные материалы,
силикагели, активные угли, оксидные материалы.
Ковалентная
и
нековалентная
иммобилизация.
Влияние
носителя
на
свойства
иммобилизованных реагентов.
В результате изучения дисциплины студент должен:
знать: основные органические аналитические реагенты, их химикоаналитические свойства;
уметь: выбрать оптимальный органический реагент в зависимости от
поставленной задачи (маскирование, определение, концентрирование),
свойств металла и его концентрации:
владеть: методиками качественного и количественного определения
элементов с помощью органических реагентов.
Виды учебной работы: лекции, лабораторные работы, реферат
Изучение дисциплины заканчивается экзаменом.
61
Аннотация дисциплины
Радиохимические методы анализа
Общая трудоемкость изучения дисциплины составляет 5 зачетных
единиц (180 часов).
Цели и задачи дисциплины
Целью изучения дисциплины является: ознакомление студентов с
аналитическими методами определения естественных и антропогенных
радиоактивных нуклидов в объектах окружающей среды, а также стабильных
элементов с использованием эффектов взаимодействия ионизирующих
излучений с веществом.
Задачей изучения дисциплины является сформировать у студентов
прочные знания о радиоаналитических методах, их особенностях,
достоинствах и недостатках; умение использовать эти методы в
аналитической практике.
Структура дисциплины (распределение трудоемкости по отдельным
видам аудиторных учебных занятий и самостоятельной работы): лекции 1
з.е., практические занятия 1 з.е., самостоятельная работа 3 з.е.
Основные дидактические единицы (разделы):
1. Основные сведения о радиоактивности и ионизирующих излучениях
Явление радиоактивности, его открытие и современное понимание.
Радиоактивный распад и его законы. Схема распада радионуклидов.
Количественные характеристики радиоактивности.
Открытие ионизирующих излучений, исследование их природы и
взаимодействия с окружающей средой. Виды ионизирующих излучений, их
физическая природа, физические аспекты воздействия ионизирующих
излучений с веществом.
2. Основы радиоаналитических методов
Использование ионизирующих излучений при анализе вещества.
Классификация радиоаналитических методов. Место радиоаналитических
методов в ряду других методов элементного анализа.
Источники
ионизирующих
излучений,
используемые
в
радиоаналитических методах.
Принципы детектирования ионизирующих излучений. Ионизационные,
сцинтилляционные и полупроводниковые детекторы, физические основы их
функционирования. Элементы анализирующей аппаратуры.
3. Радиометрический анализ
Физические основы радиометрических методов. Применение
радиометрических методов для измерения активности естественных и
техногенных радионуклидов в объектах и пробах окружающей среды.
Важнейшие аспекты радиометрии: принципы отбора проб, способы
приготовления аналитических проб, измерение активности, способы расчета
62
удельной активности.
Радиометрические методы при разведке и анализе проб минерального
сырья. Обзор методов, основанных на поглощении и (или) рассеянии
ионизирующих излучений. Понятие о каротаже.
4. Спектрометрические методы в радиоаналитике
Спектрометрия
ионизирующих
излучений.
Сравнительные
характеристики сцинтилляционных и полупроводниковых спектрометров,
используемых в аналитических целях.
Физические основы спектрометрического радиоизотопного анализа.
Анализ спектров альфа-, бета- и гамма-излучения природных и техногенных
радионуклидов, содержащихся в образцах окружающей среды с целью
идентификации радионуклидов и расчета их активности.
Методы расчета активности в спектрометрии. Способы учета вариаций
элементного состава и плотности проб. Обзор методов автоматической
обработки спектров и проведения количественных расчетов.
5. Методы изотопного разбавления и выделения
Метод «меченых» атомов как аналитический метод определения
концентрации
определенного
элемента
в
образце.
Сущность
радиохимических методов выделения. Радиохимия как важный этап
подготовки проб к радиометрическому или радиоспектрометрическому
анализу.
Физические основы метода изотопного разбавления, классический
вариант метода «радиоактивной метки».
Основы субстехиометрического анализа. Условия успешной
применимости
субстехиометрии.
Методологические
характеристики
субстехиометрических методов.
6. Рентгенорадиометрический метод анализа
Основные принципы флуоресцентного рентгенорадиометрического
анализа. Способы возбуждения и детектирования характеристического
излучения.
Методики анализа в тонких и насыщенных слоях. Способы учета
влияния вещественного состава и влажности пробы на результаты анализа.
Основные метрологические характеристики метода.
Понятие
о
методе
полного
внешнего
отражения
в
рентгенорадиометрическом анализе.
7. Активационные методы анализа
Физические основы активационных методов анализа. Нейтронный
активационный анализ. Источники нейтронов, применяемые в нейтронном
активационном анализе.
Обзор практических методик активационного анализа объектов
окружающей среды.
В результате изучения дисциплины студент должен:
знать: теоретические основы методов, основанных на явлении
радиоактивности и радиоактивных свойствах элементов, возможности
63
применения этих методов анализа и исследования в аналитической химии;
уметь: реализовать возможности, заложенные в аппаратуру путем
реализации описанных и разработки новых методик;
владеть:
радиохимическими
методами
качественного
и
количественного определения веществ в различных объектах ( нейтронноактивационный
анализ,
радиометрическое
титрование,
изотопное
разбавление).
Виды учебной работы: лекции, контрольные работы, практические
занятия, реферат
Изучение дисциплины заканчивается экзаменом.
64
Аннотация дисциплины
Хроматографические методы анализа
Общая трудоемкость изучения дисциплины составляет 6 зачетных
единиц (216 часов).
Цели и задачи дисциплины
Целью изучения дисциплины является: дать студентам основные
представления о современных методах жидкостной хроматографии,
применяемых сорбентах, способах детектирования.
Задачей изучения дисциплины является: ознакомить с теоретическими
основами хроматографических методов анализа, приемами оптимизации
состава подвижных фаз и экспертной оценки качества хроматографических
методик анализа.
Структура дисциплины (распределение трудоемкости по отдельным
видам аудиторных учебных занятий и самостоятельной работы): лекции 1
з.е., практические 0,5 з.е. и лабораторные занятия 1 з.е., самостоятельная
работа 3,5 з.е.
Основные дидактические единицы (разделы):
1. Общие вопросы хроматографии
История
развития
хроматографии.
Основные
принципы
хроматографического метода. Задачи и возможности газовой хроматографии.
Классификация методов хроматографии по признаку природы явлений в
основе разделения, по агрегатному состоянию подвижной и неподвижной
фаз,
по
методике
проведения
хроматографического
анализа.
Основы теории хроматографического метода. Основные параметры
хроматографического процесса. Концепция теоретических тарелок.
Кинетическая теория.
2. Хроматографические приборы
Принципиальная схема газового хроматографа. Основные узлы
хроматографа,
их
назначение
и
принцип
действия.
Хроматографические колонки. Насадочные и капиллярные колонки.
Сорбенты для газовой хроматографии. Неподвижные фазы. Полярность фаз.
Селективность фаз. Методики заполнения хроматографической колонки.
Подготовка (конденционирование) колонок. Методики ввода пробы в
колонку. Детекторы. Принципы работы различных детекторов: ДТП, ДИП,
ДЭЗ, ДПФ, ТИД, ФИД и др. Деструктивные и недеструктивные детекторы.
Концентрационные и потоковые детекторы. Чувствительность детектора.
Порог чувствительности. Инерционность детектора. Линейный диапазон
детектора.
3. Качественный анализ
Задачи
качественного
анализа.
Проблема
идентификации
хроматографических пиков. Графические методы идентификации. Индексы
65
удерживания (абсолютные и относительные). Индексы удерживания Ковача
(линейный и логарифмический). Метод стандартной добавки.
4. Количественный анализ
Задачи количественного анализа. Количественные характеристики
аналитического сигнала — высота и площадь хроматографического пика.
Графическое и автоматическое измерение площади пиков. Метод расчета
площади пика по методу треугольника. Методы расчета площади
асимметрического пика. Методы расчета площади пика примеси,
находящейся на заднем фронте основного пика. Методы расчета площади
срезанного пика. Методы количественного расчета: метод абсолютной
калибровки, метод нормализации, нормализация с калибровочным
коэффициентом,
метод
внутренней
нормализации.
5. Анализ сложных смесей
Многокомпонентные смеси, их типы и разновидности. Особенности
методики хроматографического анализа сложных смесей: выбор метода
пробоподготовки, фракционирование проб, обеспечение необходимого
уровня эффективности и селективности колонки, обеспечение полноты
детектирования. Выбор адекватного метода количественного определения
содержания компонентов в пробе. Оценка погрешностей.
В результате изучения дисциплины студент должен:
знать: основные понятия и теории, виды хроматографии, назначение и
принципы работы основных структурных блоков хроматографа;
уметь: выбрать оптимальный вариант хроматографии для решения
конкретной исследовательской задачи, оценивать правильность, точность и
надежность результатов.
владеть: основными приемы качественного и количественного
хроматографического анализа.
Виды учебной работы: лекции, лабораторные работы, практические
занятия, реферат
Изучение дисциплины заканчивается экзаменом.
66
Аннотация дисциплины
Комплексные соединения в аналитической химии
Общая трудоемкость изучения дисциплины составляет 3 зачетных
единицы (108 часов).
Цели и задачи дисциплины
Целью изучения дисциплины является: научить ставить и решать
прямые и обратные задачи о химических равновесиях комплексообразования
в растворах
Задачей изучения дисциплины является: Освоение теоретических основ
экспериментальных методов изучения комплексообразования и способов
расчета констант устойчивости комплексов в растворах.. Привитие навыков
самостоятельного решения практических задач с использованием констант
устойчивости комплексов.
Структура дисциплины (распределение трудоемкости по отдельным
видам аудиторных учебных занятий и самостоятельной работы): лекции 1
з.е., практические занятия 0,5 з.е., самостоятельная работа 1,5 з.е.
Основные дидактические единицы (разделы):
Роль комплексообразования в биологических и природных процессах,
технологии, экологии, медицине. Макроэлементы и микроэлементы.
Металлы жизни.
Теория и практика координационной химии в супрамолекулярной
химии. Комплексы с макроциклическими лигандами. Технология
молекулярного распознавания (Molecular Recognition Technology). Субстрат и
рецептор.
Комплементарность
(химическая
и
геометрическая).
Самоорганизация.
Состояние вещества в растворах. Химические формы (species).
Сольватация. Специфика гидратации. Аквакомплексы металлов. Состав и
строение аквакомплексов s-, p-, d- и f-ионов металлов. Равновесия между
аквакомплексами,
аквагидроксокомплексами,
гидроксокомплексами,
оксогидроксокомплексами и оксокомплексами в водной среде.
Прямые и обратные задачи в термодинамике растворов и их решение на
примере конкретных химических систем (ступенчатое протонирование и
комплексообразование). Применение базы данных DATABASE STABILITY
CONSTANTS и другой справочной литературы. Построение диаграмм
распределения форм в случае диссоциации многоосновных кислот и
ступенчатого образования комплексных соединений на основании известных
констант протонирования или констант устойчивости комплексов.
«Истинные» и условные константы равновесия. Коэффициенты
побочных реакций металла, лиганда и комплекса. Взаимный пересчет
67
значений «истинных» и условных констант равновесия. Расчет условных
констант устойчивости с использованием литературных данных.
Концепция Льюиса. Активность и концентрация. Среднеионный и
индивидуальный коэффициент активности. Ионная среда. Концентрационная
и термодинамическая константа равновесия. Стандартизация изучения
равновесий комплексообразования в растворах. Метод постоянной ионной
среды. Способы экстраполяции констант равновесия к нулевой ионной силе
(бесконечному разбавлению).
Непостоянство коэффициентов активности (эффекты среды). Первичные
и вторичные эффекты, необходимость их учета при рассмотрении
химических процессов.
Эффекты среды (неидеальности) при использовании метода постоянной
ионной силы. Правило Харнеда. Проблема определения равновесного
состава и констант равновесия
при образовании малоустойчивых
комплексов.
Теория специфического взаимодействия (SIT, Specific Interaction
Theory). Ее применение, достоинства и недостатки.
Вторичные концентрационные переменные (функция образования,
мольная доля, функция закомплексованности). Взаимосвязь между ними и их
использование для расчета констант устойчивости комплексов. Расчет
констант равновесий из данных о функции образования (метод Ф.Россотти и
Х.Россотти, методы с использованием ЭВМ). Метод соответственных
растворов. Расчет констант устойчивости методом Ледена.
Экспериментальные методы определения констант устойчивости.
Измеряемое свойство раствора. Уравнения связи измеряемого свойства
раствора с равновесными концентрациями (или активностями) форм.
Термодинамические
методы
(потенциометрия,
растворимость,
распределение "жидкость-жидкость", калориметрия).
Прямая
потенциометрия
и
потенциометрическое
титрование.
Оборудование. Принципы выбора индикаторного и электрода сравнения.
Использование
металлических,
металло-амальгамных,
мембранных
ионоселективных,
окислительно-восстановительных
электродов.
Определение равновесной концентрации иона металла или лиганда. Способы
расчета констант устойчивости комплексов. Функция закомплексованности.
рН-метрия.
Физические
методы
определения
констант
устойчивости.
Спектрофотометрия в ультрафиолетовой (УФ) и видимой областях.
Измерение светопоглощения. Изобестические точки. Расчет числа
поглощающих
частиц.
Определение
констант
устойчивости
монокоординированных комплексов. Метод соответственных растворов.
Применение ЯМР-, ИК-, КР, ЭПР-спектроскопии.
Химические формы протона в водном растворе. Влияние рН на
химические равновесия при гидролизе центрального иона и протонировании
лиганда. Зависимость значений условных констант устойчивости от
кислотности раствора. Классификация реакций гидролизованной формы
68
центрального иона с лигандами. Методики анализа влияния рН на
равновесия комплексообразования путем конструирования вспомогательных
функций. Специфика влияния рН на ступенчатое комплексообразование на
примере фторидных комплексов металлов.
Координационная химия поверхности раздела фаз «оксигидроксидводный
раствор».
Модель
поверхностного
комплексообразования
(В.Штамм). Внутрисферные и внешнесферные, моноядерные и полиядерные
поверхностные комплексы. Методики анализа влияния рН на специфическую
адсорбцию катионов и анионов на поверхности оксигидроксидов.
Роль комплексообразования в поверхностных процессах.
В результате изучения дисциплины студент должен:
знать: основные положения химии координационных соединений,
состояние вещества в растворах, методы определения констант
устойчивости;
уметь: определять константу устойчивости координационных
соединений оптимальным для данных условий методом;
владеть: теорией и практикой химии координационных соединений.
Виды учебной работы: лекции, контрольные работы, практические
занятия, реферат
Изучение дисциплины заканчивается зачетом.
69
Аннотация дисциплины
Сорбционно-спектроскопические методы анализа
Общая трудоемкость изучения дисциплины составляет 3 зачетных
единицы (108 часов).
Цели и задачи дисциплины
Целью изучения дисциплины является: дать студентам представление
об интегрированных системах анализа, ознакомиться с наиболее важными
гибридными методами от комбинации двух спектроскопических методов до
сочетания метода сорбционного концентрирования и разделения с методами
спектроскопического определения.
Задачей изучения дисциплины является: ознакомить с научными
принципами, на которых основаны гибридные методы.
Структура дисциплины (распределение трудоемкости по отдельным
видам аудиторных учебных занятий и самостоятельной работы): лекции 1
з.е., самостоятельная работа 2 з.е.
Основные дидактические единицы (разделы):
Тема 1. Интегрированные системы анализа. Комбинированные и
гибридные методы.
Необходимость сочетание методов разделения и концентрирования с
отбором пробы, ее предварительной подготовкой и непосредственно с
определением. Уравнение Гиршфельда. Сочетание в режиме on-line.
Возможные комбинации методов.
Тема 2. Сорбционные методы разделения и концентрирования.
Взаимосвязь метода концентрирования и объекта анализа.
Классификация методов концентрирования. Количественное описание
сорбционных процессов. Взаимодействие модификаторов с поверхностью
носителей. Концентрирование соединений на химически модифицированных
кремнеземах, синтетических полимерных ионитах, пенополиуретанах,
целлюлозах, углях.
Тема 3. Сочетание концентрирования с атомно-эмиссионной
спектрометрией.
ИСП-АЭС: концентрирование микрокомпонентов; уменьшение
влияния матричных эффектов; способы введения концентрата в источник
возбуждения спектра. Атомизация в графитовой печи с одновременным
высокочастотным плазменным возбуждением. Применение микроволновой
плазмы в анализе концентратов.
Тема 4. Сочетание концентрирования с атомно-абсорбционной
спектрометрией.
ЭТА-ААC: физико-химические процессы, происходящие в графитовой
печи с использованием пленочных сорбентов, химических добавок для
70
стабилизации образцов, снижения влияния термохимических реакций.
Способы учета и коррекции фонового неселективного поглощения;
Многоэлементная ААС на основе диодных лазеров.
Тема 5. Сочетание концентрирования с атомно-флуоресцентной
спектрометрией.
АФС с лазерным возбуждением и традиционными источниками (лампы
с полым катодом, высокочастотные безэлектродные лампы). Абсолютный
абсорбционный анализ в АФС. Перспективы использования ИСП-АФС на
основе оптических параметрических осцилляторов с перестраиваемым
излучением.
Тема 6. Сочетание концентрирования с масс-спектрометрией.
ИСП-МС: анализ объектов окружающей среды, геологических
образцов, высокочистых веществ; спектральные помехи (изобарные помехи,
образование «паразитных» молекулярных ионов, многозарядные ионы);
прямой пробоотбор при помощи лазерной абляции. Использование
микроволновой плазмы и емкостной высокочастотной плазмы в графитовой
печи. Спектрометрия ионной подвижности.
Тема 7. Оптические сорбционно-молекулярно-спектроскопические
методы анализа.
Теоретические вопросы оптических молекулярных спектроскопических
методов исследования светорассеивающих образцов. Теория Кубелки-Мунка.
Методические вопросы количественных измерений в спектроскопии
диффузного отражения. Люминесцентная спектроскопия. Твердофазная
спектрофотометрия. Факторы, влияющие на формирование аналитического
сигнала. Аппаратура и техника измерений.
Сорбционные аналитические системы на основе ионитов с различной
проницаемостью, модифицированных кремнеземов и пенополиуретанов для
выделения, концентрирования и определения ионов металлов в растворах.
Сорбционные аналитические системы на основе целлюлоз и
кремнеземов для выделения, концентрирования и определения загрязнителей
воздуха.
Линейно-колористические методы.
Тема 8. Сочетание концентрирования с рентгено-флуоресцентной
спектрометрией.
РФС с полным отражением для анализа сорбатов. Коррекция
матричных эффектов. Проблема определения легких элементов.
Практическое применение при анализе материалов металлургической,
строительной, топливной промышленности, объектов окружающей среды, в
медицине и научно-исследовательских целях.
Тема 9. Сочетание концентрирования с ЯМР- спектроскопией.
Твердофазная спектроскопия ЯМР в изучении физико-химического
состояния сорбированных веществ и природных полимеров. Проблемы
интерпретации спектров ЯМР.
В результате изучения дисциплины студент должен:
71
знать: основные понятия и принципы сочетания концентрирования со
спектроскопическими методами анализа, достоинства и недостатки
интегрированных методов;
уметь: сравнивать эффективность применения интегрированных
методов анализа;
владеть: навыками работы со спектроскопическим оборудованием и
методиками анализа с предварительным сорбционным концентрированием.
Виды учебной работы: лекции, контрольные работы, реферат
Изучение дисциплины заканчивается зачетом.
72
Аннотация дисциплины
Методы анализа органических соединений
Общая трудоемкость изучения дисциплины составляет 3 зачетных
единиц (108 часов).
Цели и задачи дисциплины
Целью изучения дисциплины является: освоение теоретических основ
идентификации органических соединений, качественный групповой
функциональный анализ и получение практических навыков по основным
разделам курса
Структура дисциплины (распределение трудоемкости по отдельным видам
аудиторных учебных занятий и самостоятельной работы):
Вид учебной работы
Общая трудоемкость дисциплины
Аудиторные занятия:
лекции
лабораторные работы (ЛР)
Самостоятельная работа:
изучение теоретического курса (ТО)
реферат
задачи
Вид промежуточного контроля
Всего
зачетных
единиц
(часов)
3 (108)
1,5 (54)
1 (36)
0,5(54)
1,5 (54)
0,75(27)
0,5(18)
0,25(9)
Зачёт
Семест
рIX
3 (108)
1,5 (54)
1 (36)
0,5(54)
1,5 (54)
0,75(27)
0,5(18)
0,25(9)
Зачёт
Основные дидактические единицы (разделы):
1. Основные подходы к идентификации органических соединений.
Идентификация органических соединений, ранее описанных в литературе.
Схема идентификации органических веществ неизвестного состава.
Предварительные исследования органических соединений.
2. Методы очистки и разделения органических соединений. Кристаллизация.
Экстракция. Перегонка. Разделение оптических изомеров.
3. Определение
физических
констант
органических
соединений.
Определение температуры плавления. Определение температуры кипения.
Определение плотности. Определение показателя преломления. Определение
вязкости. Определение поверхностного натяжения. Оценка растворимости и
классификация органических соединений по растворимости. Определение
молекулярной массы органического соединения.
4. Инструментальные
методы
анализа
73
органических
соединений.
Электронная спектроскопия. Инфракрасная спектроскопия. Спектроскопия
ядерного магнитного резонанса. Масс-спектрометрия. Хроматография
(адсорбционная, распределительная, ионообменная, гель-хроматография).
5. Качественный функциональный анализ органических соединений.
Предельные углеводороды. Непредельные углеводороды (алкены, алкины,
алкадиены). Арены. Галогенпроизводные углеводороды. Одноатомные
спирты. Многоатомные спирты. Фенолы. Простые эфиры. Альдегиды.
Кетоны. Карбоновые кислоты. Функциональные производные карбоновых
кислот. Алифатические амины. Ароматические амины. Моносахариды.
Олиго- и полисахариды.
В результате изучения дисциплины студент должен:
знать: основные подходы к идентификации органических
соединений; методы очистки и разделения органических соединений; методы
определения
физических
констант
органических
соединений;
инструментальные методы анализа органических соединений; качественный
функциональный анализ органических соединений;
уметь: определять растворимость, плотность, температуры кипения
и плавления, проводить качественный функциональный анализ;
владеть: навыками работы с химической посудой и современны
научным оборудованием
Виды учебной работы: лекции, лабораторные занятия, реферат.
Изучение дисциплины заканчивается зачетом.
74
Аннотация дисциплины
Химические сенсоры
Общая трудоемкость изучения дисциплины составляет 3 зачетных
единицы (108 часов).
Цели и задачи дисциплины
Целью изучения дисциплины является: дать студентам основные
представления о понятии и области применения сенсоров, значение которых
постоянно возрастает, как в решение аналитических задач – повышения
селективности определения, так и в создании устройств, равных по
возможностям органам человека.
Задачей изучения дисциплины является: ознакомить с научными
принципами, на которых основаны различные типы химических сенсоров и
сенсорного анализа, рассмотреть некоторые области применения сенсоров.
Структура дисциплины (распределение трудоемкости по отдельным
видам аудиторных учебных занятий и самостоятельной работы): лекции 1
з.е., практические занятия 0,5 з.е., самостоятельная работа 1,5 з.е..
Основные дидактические единицы (разделы):
Тема 1. Мониторинг окружающей среды.
Необходимость
в
сенсорах. Что такое химический сенсор? Типы химических сенсоров.
Биосенсоры. Будущее сенсоров.
Тема 2. Твердофазные потенциометрические химические сенсоры.
Потенциометрический метод. Ионселективные электроды. Мембраны
для сенсоров. Датчики для определения концентрации растворенных газов.
Тема 3. Сенсоры с полимерными мембранами.
Жидкостные
мембранные ионселективные электроды. Сенсорные мембраны на основе
ПВХ. Твердоконтактные электроды. Ионселективные полевые транзисторы.
Сенсоры основанные на иммобилизованных в мембране ферментах.
Тема 4. Аспекты применения потенциометрических химических
сенсоров . Калибровочные кривые и активность ионов. Измерение
концентраций. Селективность.
Тема 5. Вольтамперометрические химические сенсоры.
Метод
вольтамперометрии. Кислородный датчик. Биосенсоры: глюкозный, на
холестерин, основанные на паре NAD+/NADH, спиртовый.
75
Тема 6. Оптические химические сенсоры.
Оптические измерения.
Свойства оптических волокон и затухающее поле. Оптические методы
анализа. Виды оптодов.
Тема 7. Калориметрические сенсоры.
Теплота химических реакций.
Термисторные сенсоры. Каталитические газовые сенсоры. Пеллистор.
Сенсор по теплопроводности.
Тема 8.Твердоэлектролитные и полупроводниковые газовые сенсоры.
Химические
сенсоры
в
автомобильной
промышленности.
Твердоэлектролитный кислородный гальванический сенсор. Области
применения газовых и полупроводниковых газовых сенсоров.
Тема 9. Масс - чувствительные сенсоры. Пьезоэлектрический эффект.
Сенсоры для определения паров воды, диоксида серы, углеводородов,
взрывчатых веществ. Применение пьезоэлектрических сенсоров для анализа
растворов.
В результате изучения дисциплины студент должен:
знать: теоретические основы работы химических сенсоров,
понимание
их
места
в
различных физико-химических методах
исследования, а также взаимосвязь с методами аналитической химии в
целом и с другими фундаментальными химическими дисциплинами.
уметь: реализовать возможности электрохимических сенсоров как на
этапе планирования эксперимента, так и для прогнозирования поведения
реальных
химических
систем.
Уметь
реализовать
возможности
электрохимических сенсоров путем разработки новых аналитических
методик и реализации описанных. Уметь установить новый прибор, привести
в рабочее состояние, устранить наиболее распространенные неисправности,
оптимизировать процесс анализа.
владеть: навыками свободной эксплуатация химических сенсоров для
различных методов анализа.
Виды учебной работы: лекции, контрольные работы, практические
занятия, реферат
Изучение дисциплины заканчивается зачетом.
76
Аннотация дисциплины
Прикладной химический анализ
Общая трудоемкость изучения дисциплины составляет 3 зачетных
единицы (108 часов).
Цели и задачи дисциплины
Целью изучения дисциплины является: дать студентам основные
представления о современных методах анализа, применяемых в науке и
промышленности.
Задачей изучения дисциплины является: ознакомить с современными
методами разделения и концентрирования, видами хроматографии и
ферментными методами анализа.
Структура дисциплины (распределение трудоемкости по отдельным
видам аудиторных учебных занятий и самостоятельной работы): лекции 1
з.е., практические занятия 0,5 з.е., самостоятельная работа 1,5 з.е..
Основные дидактические единицы (разделы):
Тема 1. Методы разделения и концентрирования
Общая характеристика. Жидкостная экстракция из твердых матриц.
Сверхкритическая
флюидная
экстракция.
Сорбционные
методы
концентрирования. Испарение.
Тема 2. Хроматографические методы анализа.
Газовая
хроматография.
Высокоэффективная
жидкостная
хроматография. Хиральная хроматография. Тонкослойная хроматография.
Капиллярный электрофорез.
Тема 3. Ферментативные методы анализа.
Применение нативных ферментов. Использование иммобилизованных
ферментов. Ферментные тест-методы.
В результате изучения дисциплины студент должен:
знать:
теоретические
основы
методов разделения и
концентрирования, современных видов хроматографии и ферментных видов
анализа.
уметь: реализовать на практике возможности методов разделения и
концентрирования, современных видов хроматографии и ферментных видов
анализа. Уметь установить новый прибор, привести в рабочее состояние,
устранить наиболее распространенные неисправности, оптимизировать
процесс анализа.
владеть: навыками работы с методиками методов разделения и
концентрирования, современных видов хроматографии и ферментных видов
анализа.
77
Виды учебной работы: лекции, контрольные работы, практические
занятия, реферат
Изучение дисциплины заканчивается зачетом.
78