Основы неорганического синтеза

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Нижегородский государственный университет им. Н.И.Лобачевского»
Химический факультет
Кафедра неорганической химии
УТВЕРЖДАЮ
Декан химического факультета
проф. А.В.Гущин
«
»
20
Учебная программа
Дисциплины СДМ. 02 Основы неорганического синтеза
индекс и наименование дисциплины
по направлению подготовки 240100.68
«Химическая технология и биотехнология»
г. Нижний Новгород
2010 г.
г.
1. Область применения
Данная дисциплина относится к циклу специальных дисциплин федерального
компонента, преподается на 1 курсе магистратуры в 9 семестре.
2. Цели и задачи дисциплины
Курс преподается для студентов, специализирующихся на кафедре неорганической
химии.
Цель курса – дать развернутое представление о современных методах синтеза
неорганических соединений из доступных исходных веществ, рассмотреть особенности
кинетики химических реакций в различных агрегатных состояниях, показать возможности
внешнего воздействия на процессы неорганического синтеза, научить применять общие
положения теории неорганического синтеза для получения конкретного вещества.
Задачи дисциплины – научить студентов самостоятельно планировать синтез
неорганических соединений заданного состава и с определёнными свойствами, проводить
термодинамический анализ процесса с привлечением банков термодинамических данных,
выбирать исходные реактивы, аппаратурное и методическое оформление для получения
заданного вещества.
3. Требования к уровню освоения содержания дисциплины
В результате изучения студенты должны:
Знать физические и химические принципы, на которых основано получение
важнейших классов неорганических веществ.
Знать термодинамические и кинетические закономерности, которым подчиняются
процессы получения неорганических веществ.
Знать, каким образом внешние факторы влияют на направление и глубину
процессов синтеза.
Знать способы получения основных классов химических соединений: простых
веществ, гидридов, оксидов, халькогенидов, галогенидов, нитридов, карбидов.
Уметь проводить термодинамический анализ химической реакции и
прогнозировать возможность протекания химической реакции с образованием
определённого продукта.
Уметь выбирать подходящие методы синтеза заданного неорганического
соединения, уметь целенаправленно воздействовать на параметры синтеза путем
изменения внешних воздействий.
4. Объем дисциплины и виды учебной работы
Виды учебной работы
Всего часов
Семестр
Общая трудоемкость дисциплины
170
9
Аудиторные занятия
54
54
Лекции
36
36
Виды учебной работы
Всего часов
Семестр
Практические занятия (ПЗ)
18
18
Семинары (С)
0
0
Лабораторные работы (ЛР)
0
0
Другие виды аудиторных занятий
0
0
Самостоятельная работа
116
116
Курсовой проект (работа)
0
0
Расчетно-графическая работа
0
0
Реферат
0
0
Другие виды самостоятельной работы
0
0
Вид итогового контроля (зачет, экзамен)
Зачет, экзамен
5. Содержание дисциплины
5.1. Разделы дисциплины и виды занятий
№ п/п
Раздел дисциплины
Лекции
ПЗ
ЛР
1
Основы теории неорганического синтеза
*
*
-
2
Внешнее активирующее действие
в неорганическом синтезе
*
*
-
3
Типовые методы получения
неорганических веществ
*
*
-
5.2. Содержание разделов дисциплины
Основы теории неорганического синтеза
Классификация методов неорганического синтеза по природе контактирующих
фаз. Синтезы в газовой, жидкой и твердой фазах. Термодинамический прогноз
возможности реализации синтеза в гомогенной среде. Критерии самопроизвольного
протекания процесса: энергия Гельмгольца, энергия Гиббса. Использование банков
термодинамических данных; компьютерное прогнозирование и моделирование состава
равновесных продуктов.
Кинетические закономерности гомогенных процессов. Цепные реакции, механизм
цепных реакций. Влияние природы растворителя на скорость и механизм реакций в
жидкой фазе.
Синтез в гетерогенных системах. Прогнозирование равновесного состава продуктов
синтеза в гетерогенной системе. Особенности превращений в твердых телах.
Топохимические реакции: понятие, механизм, макроскопическая кинетика. Модели
обpазования и pоста заpодышей. Индукционный пеpиод. Лимитиpующая стадия.
Кинетический и диффузионный режимы протекания процесса. Законы Фика.
Кинетические модели твердофазных реакций с различными лимитирующими стадиями.
Пpямые и обpатные геометpические модели pеакций: Яндеpа, Вагнеpа, Коматсу.
Кинетические уpавнения: Ерофеева-Авpаами, сжимающейся сфеpы, Яндеpа, ГистлингаБpоунштейна, Картера-Валенси. Методы исследования механизма твердофазных реакций.
Кинетические особенности синтеза при фазовых переходах: а) твердое тело – газ; б)
жидкость – газ; в) жидкость – твердое тело.
Внешнее активирующее действие в неорганическом синтезе
Фотохимическая активация, активация лазерным излучением, радиационная
активация химических реакций. Резонансное и нерезонансное (тепловое) поглощение
энергии веществом. Механизмы фото- и радиационных возбуждений в газах, жидкостях и
твердых телах. Типы твердофазных превращений под действием радиации.
Плазмохимический синтез. Равновесная и неравновесная плазма. Механизмы
генерации химически активных частиц. Химические реакции в плазме.
Механохимический синтез. Упругие свойства твердых тел, энергетика и кинетика
диспергирования твердых веществ. Дефектообразование и активация при механическом
воздействии. Механизмы инициирования механохимических реакций. Перспективные
направления применения механохимического воздействия в неорганическом синтезе.
Металлотермия и самораспространяющийся высокотемпературный синтез (СВС).
Принципы регулирования процесса горения. Технологическое горение. Преимущества и
недостатки СВС.
Каталитические реакции в неорганическом синтезе.
Электрохимический синтез. Термодинамический и кинетический аспекты
электросинтеза.
Активация
неорганических
реакций
переменным
током.
Электрохимический твердофазный синтез. Примеры синтезов неорганических веществ.
Типовые методы получения неорганических веществ
Общие способы получения простых веществ. Методы получения бинарных
соединений (оксидов, гидридов, галогенидов, халькогенидов, карбидов, нитридов).
Аппаратурное и методическое оформление. Методы получения кислот, оснований и
солей. Синтез комплексных соединений. Получение безводных соединений. Техника
работа с чистыми веществами. Примеры синтезов веществ.
Синтез керамических материалов. Керамический метод, соосаждение солевых
смесей, пиролиз аэрозолей, сублимационная сушка, золь-гель-метод.
6. Лабораторный практикум
№ п/п
Название раздела
дисциплины
Наименование лабораторных работ
Не предусматривается
7. Учебно-методическое обеспечение дисциплины
7.1. Рекомендуемая литература.
а) основная литература:
1. Эмануэль Н.М., Кнорре Д.Т. Курс химической кинетики. – М.: Высшая школа, 1984.
2. Денисов Е.Т. Кинетика гомогенных реакций. – М.: Высшая школа. 1978.
3. Франк-Каменецкий Д.А. Диффузия и теплопередача в химической кинетике.
М.:Наука.1987.
4. Третьяков Ю.Д. Твердофазные реакции, М.: Химия, 1978.
5. Третьяков Ю.Д., Лепис Х. Химия и технология твердофазных материалов.
М.:МГУ,1985.
6. Гриневич В.И, Максимов А.И. Применение низкотемпературной плазмы в химии.
Под ред. Полака Л.С., М.: Наука, 1981.
7. Кубасов В.Л., Банников В.В. Электрохимическая технология неорганических веществ.
М.:Химия.1989. 288 с.
8. Мержанов А.Г. Процессы горения и синтез материалов. Черноголовка. ИСМАН.1998.
9. Якимов М.А. Основы неорганического синтеза. – Л.: ЛГУ. 1978. 136 с.
10. Горичев И.Г., Громов Д.Н., Зайцев Б.Е., Киприянов Н.А., Ключников Н.Г. Руководство
по неорганическому синтезу: Учеб. для вузов. - М.: Химия, 1997.
11.Руководство по неорганическому синтезу / Баудлер М., Губер Ф., Квасник В. и др.
В 6 т. Т. 1 . - М.: Мир, 1985. - 319 с.
12.Руководство по неорганическому синтезу / Губер Ф., Шмайсер М., Шенк П.В. и др.
В 6 т. Т. 2 . - М.: Мир, 1985. - 321 - 657 с.
13.Руководство по неорганическому синтезу / Гофман У., Рюдорф В., Хаас А. и др. В 6 т.
Т. 3 . - М.: Мир, 1985. - 669 - 1056 с.
14. Руководство по неорганическому синтезу / Брауэр Г., Вайгель Ф., Кюнль Х. и др. В 6 т.
Т. 4 . - М.: Мир, 1985. - 1059 - 1502 с.
15. Руководство по неорганическому синтезу / Брауэр Г., Глемзер О., Грубе Г.-Л. В 6 т.
Т. 5 . - М.: Мир, 1985. -1510 – 1864 с.
16. Руководство по неорганическому синтезу / Шольдер Р., Шварц Х., Шилль Ф. В 6 т.
Т. 6 . - М.: Мир, 1986. - 1870 – 2222 с.
б) дополнительная литература:
1. Болдырев В.В. Реакционная способность твердых веществ. Новосибирск.:Наука. 1997.
2. Рао Ч.Н.Р., Гопалакришнан Д. Новые направления в химии твердого тела. Новосибирск:
Наука, 1990.
3. Пархоменко В.Д. и др., Плазмохимическая технология, М.: Наука, 1991.
4. Туманов Ю.А., Химия плазмы, М.: Энергоатомиздат, 1987.
5. Моссэ А.Л., Печковский В.В. Применение низкотемпературной плазмы в
технологии неорганических веществ. Минск: Наука и техника, 1980.
6. Смирнова М.Г., Фиошин М.Я. Электрохимические системы в синтезе химпродуктов.
М.: Наука, 1985.
7. Химия синтеза сжиганием. Ред. М.Коидзуми. Пер. с японск., М.: Мир, 1998.
8. Свиридов В.В., Попкович Г.А., Василевская Е.И. Неорганический синтез. Минск: БГУ.
2000.
9. Лебедев Н.Н. Химия и технология основного органического и неорганического синтеза.
– М.: Высшая школа. 1988. 589 с.
11. Кукушкин В.Ю., Кукушкин Ю.Н. Теория и практика синтеза координационных
соединений. – Л.: Наука. 1990.
12. Мартыненко Л.И., Спицын В.И. Избранные главы неорганической химии. – М.:
МГУ. 1986.
13. Синтезы неорганических соединений. Под ред. У. Джолли. Пер. с англ. Т. 1. - М.: Мир.
1966.
14. Синтезы неорганических соединений. Под ред. У. Джолли. Пер. с англ. Т. 2. - М.:
Мир.1967.
15. Синтезы неорганических соединений. Под ред. У. Джолли. Пер. с англ. Т. 3. - М.: Мир.
1970.
16. Жигач, А. Ф., Стасиневич, Д. С. - Химия гидридов. - Л.: Химия. 1969.
17. Фурман А.А. Неорганические хлориды (химия и технология). М.: Химия. 1980.
18. Фурман А.А., Рабовский Б.Г. Основы химии и технологии безводных хлоридов. М.:
Химия. 1970. 817 с.
19. Карякин Ю.В., Ангелов И.И. Чистые химические вещества: Руководство по
приготовлению неорганических реактивов и препаратов в лабораторных условиях.
М.: Химия, 1974.
20. Девятых Г.Г., Зорин А.Д. Летучие неорганические гидриды особой чистоты, М.:
Наука, 1974.
8. Вопросы для контроля
1.Классификация методов неорганического синтеза по природе контактирующих фаз.
Синтезы в газовой, жидкой и твердой фазах.
2. Кинетические закономерности гомогенных и гетерогенных процессов.
3. Влияние природы растворителя на скорость и механизм реакций в жидкой фазе.
4. Особенности превращений в твердых телах. Топохимические реакции: понятие,
механизм, макроскопическая кинетика. Модели обpазования и pоста заpодышей.
5. Кинетические модели твердофазных реакций с различными лимитирующими стадиями.
6. Пpямые и обpатные геометpические модели pеакций: Яндеpа, Вагнеpа, Коматсу.
7. Кинетические уpавнения: Ерофеева-Авpаами, сжимающейся сфеpы, Яндеpа, ГистлингаБpоунштейна, Картера-Валенси.
8. Методы исследования механизма твердофазных реакций.
9. Фотохимическая активация, активация лазерным излучением, радиационная активация
химических реакций.
10. Механизмы генерации химически активных частиц в плазме.
11. Механизмы инициирования механохимических реакций.
12. Перспективные направления применения механохимического воздействия в
неорганическом синтезе.
13. Принципы организации самораспространяющегося высокотемпературного синтеза
(СВС). Принципы регулирования процесса горения.
14. Методы получения металлов и неметаллов. Выбор исходных реагентов и метода
синтеза.
15. Методы получения бинарных соединений. Аппаратурное и методическое оформление.
16. Техника работа с чистыми веществами.
17.Синтез керамических материалов.
9. Критерии оценок
Зачтено
Выполнение
всех
предусмотренных
программой
лабораторных работ практикума.
Не
Невыполнение одной или нескольких лабораторных работ,
зачтено
предусмотренных программой.
Исчерпывающее знание программного материала, грамотное
Отлично
и логически строгое его изложение.
Твердое знание программного материала, без существенных
Хорошо
неточностей.
Знание основного содержание программного материала,
Удовлетворительно
допускаются
неточности,
неточные
формулировки,
нарушения логики в изложении материала.
Неудовлетворительно Отсутствует знание значительной части программного
материала, в ответе проявляются грубые ошибки.