Актуальные задачи современной химии

Актуальные задачи современной химии
Цели и задачи изучения дисциплины
Цель дисциплины – изучение некоторых современных проблем физической химии,
связанных с наноструктурой химией, нехроматографическими и хроматографическими
методами разделения, каталитическими процессами, медицинской химией, химической
энергетикой, технологиями, связанными со сверхкритическими флюидами
Задачи дисциплины:
 дать представления о роли химической науки в решении глобальных проблем XXI
века,
 рассмотреть фазовые и химические подходы к термодинамике наночастиц и иметь
представлении об использовании нанотехнологий в современной промышленности,
 рассмотреть физико-химические основы сверхкритических флюидов и их применения в современных технологиях,
 описать современные достижения хроматографии и ее возможности для физикохимических исследований,
 рассмотреть физико-химические основы капиллярного электрофореза и его различные варианты,
 дать представление о строении и химии поверхности катализаторов, их применении
в нефтехимии,
 рассмотреть влияние различных физических факторов (высоких и сверхнизких
температур, сверхвысоких давлений) на химические реакции,
 дать основные представления о современных лекарственных средствах и способах
их микронизации,
 дать представление о современных проблемах химической энергетики, топливах,
биотопливах.
Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины
(модуля)
Студенты, завершившие изучение данной дисциплины, должны:
 знать:
 о глобальных проблемах XXI века и роли химической науки в решении этих проблем;
 о применении сверхкритических флюидов в современных технологиях;
 о типах топлив, применяемых в энергетике, на транспорте, проблемах их экологической безопасности;
 о фазовом и химическом подходе к термодинамике наночастиц и тенденциях развития нанотехнологий на современном этапе технологического развития;
 об основных достижениях современной хроматографии, принципах выбора варианта хроматографии в зависимости от объекта исследования, о физико-химических
применениях хроматографии;
 о способах управления скоростью химических реакций с помощью физических и
химических факторов.
 базовую терминологию, относящуюся к теоретическому описанию наночастиц,
хроматографического процесса и характеристик удерживания, гетерогенного и гомогенного катализа, медицинской химии;
 понимать логику физико-химического описания изучаемых объектов и явлений;
 понимать роль химии поверхности и поверхностных явлений в изучаемых явлениях.
2
 уметь:
 продемонстрировать связь фундаментальных законов физической химии с изучаемыми объектами и явлениями;
 применять хроматографию для изучения химии поверхности твердых тел, термодинамики растворов, разделения наночастиц;
 предложить способы управления химическими реакциями с помощью
катализаторов, давления и температурного фактора.
 быть способным:
 использовать в познавательной и профессиональной деятельности базовые знания в
области химических наук;
 в условиях развития науки и техники к критической переоценке накопленного опыта
и творческому анализу возникающих новых проблем в области химического
производства, экологии и химического анализа;
 использовать полученные знания для решения профессиональных и социальных
задач.
– владеть компетенциями:
Код
ОК-1
ПК-1
ПК-2
Наименование результата обучения
Способностью ориентироваться в условиях производственной деятельности и
адаптироваться в новых условиях
Наличием представления о наиболее актуальных направлениях исследований в современной теоретической и экспериментальной химии (синтез и применение веществ в наноструктурных технологиях, исследования в экстремальных условиях,
химия жизненных процессов, химия и экология и другие)
Знанием основных этапов и закономерностей развития химической науки, пониманием объективной необходимости возникновения новых направлений, наличием
представлений о системе фундаментальных химических понятий и методологических аспектов химии, форм и методов научного познания, их роли в общеобразовательной профессиональной подготовке химиков
Краткое содержание
Основные достижения химии в XX веке. Роль российских ученых. Глобальные проблемы XXI века (рост народонаселения, ухудшение экологической обстановки, нехватка продовольствия, кризис в энергетике и др.).
Основные тенденции развития естественных наук в связи с социальным, экономическим, научным, технологическим и экологическим кризисом начала XXI века. Сближение
естественных наук, в том числе математики. Роль химии в решении глобальных проблем.
Нанонаука. Нанотехнология. Терминология и объекты исследования. Объекты малого
размера в классической (Гиббс, Томсон-Кельвин) и в постклассической коллоидной химии
(А.И. Русанов). Способы получения наночастиц, их стабилизация.
Физические и химические свойства ультрадисперсных систем. Фазовые и химические
подходы к изучению наночастиц. Поверхностные силы в нанодисперсиях. Селективные наноразмерные неплатиновые электрокатализаторы восстановления кислорода. Другие примеры применения нанотехнологий. Самоорганизующиеся структуры на поверхности и в объеме
фаз. Супрамолекулярные структуры, в том числе жидкокристаллические.
Возобновляемые и невозобновляемые источники энергии. Ракетное топливо, его эффективность. Нессиметричный диметилгидразин как компонент ракетного топлива. Автомобильные бензины. Детонационная стойкость. Октановое число. Проблема фальсификации.
Нормы Евро, регламентирующие содержание бензола, ароматических углеводородов и серосодержащих соединений. Выбросы автотранспорта и проблемы экологии. Нормируемые и
3
ненормируемые компоненты отработавшив газов. Применение катализаторов для снижения
выбросов. Оценка эффективности каталитических систем.
Дизельное топливо. Цетановое число. Нормы Евро для дизельных топлив. Перспективы
использования биотоплив. Способы получения. Снижение токсичности выбросов отработавших газов.
Физико-химия сверхкритических флюидов. Сопоставление свойств жидкости, газа и
сверхкритического флюида на примере воды. «Зеленая» химия – развитие технологий, основанных на применении сверхкритических флюидов (технология полимеров, пищевая промышленность, получение новых материалов, биодизельного топлива, использование в качестве реакционных сред, добыча нефти и др.).
Сверхкритическая флюидная экстракция как способ извлечения биологически активных соединений из растительного сырья. Применение сверхкритических флюидов для микронизации лекарственных препаратов и создания систем медленного высвобождения лекарственных препаратов. Применение сверхкритических флюидов в аналитической хроматографии. Сверхкритическая флюидная экстракция и сверхкритическая флюидная хроматография.
Современные достижения и проблемы газовой хроматографии. Круг объектов, анализируемых методом газовой хроматографии. Дискуссия о физическом смысле удерживаемого
объема в газовой хроматографии. Газо – жидкостная хроматография, газо – адсорбционная
хроматография. Их применение для расчета термодинамических характеристик адсорбции и
фазового равновесия жидкость-газ. Газовая хроматография высокого разрешения на капиллярных колонках. Проблемы газовой хроматографии - анализ и идентификация изомеров,
реакционноспособных веществ, количественный анализ летучих веществ и газов (градуировка хроматографов).
Современная колоночная высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ).
Круг анализируемых объектов. Трудности анализа сильно полярных и ионизированных проб,
рацематов. Энантиоселективная ВЭЖХ. Современная планарная жидкостная хроматография
(ТСХ). Высокоэффективная ТСХ. Детектирование зон сорбатов в слое сорбента. Денситометрия. Капиллярный электрофорез. Физико – химические основы капиллярного электрофореза. Мицеллярный капиллярный электрофорез. Капиллярный гель – электрофорез.
Сущность явления катализа, типы катализаторов. Катализ металлами и кластерами. Носители для катализаторов. Промышленный катализ, активность и селективность катализаторов, применение катализаторов в нефтехимии. Ферментативный катализ.
Влияние на химические реакции физических факторов (высоких, низких и сверхнизких
температур), высоких и сверхвысоких давлений.