Специальные главы физической химии тугоплавких

1
УТВЕРЖДАЮ
1. Цели освоения дисциплины
Цели дисциплины и их соответствие целям ООП
Код
цели
Ц1
Ц2
Ц3
Ц5
Цели освоения дисциплины
«Специальные главы физической химии
тугоплавких неметаллических и
силикатных материалов»
Формирование способности к
получению новой информации,
необходимой для решения
производственно-технологических
задач по созданию и исследованию
неорганических материалов, интеграции
знаний применительно к своей области
деятельности, к осознанию
ответственности за принятие своих
профессиональных решений
Формирование способности к анализу
отдельных стадий технологического
процесса получения неорганических, в
том числе тугоплавких, материалов
Цели ООП
Подготовка выпускников к
производственно-технологической
деятельности в области химических
технологий, конкурентоспособных на
мировом рынке химических
технологий.
Подготовка выпускников к проектноконструкторской деятельности в
области химических технологий,
конкурентоспособных на мировом
рынке химических технологий.
Формирование знаний и способности к
поиску самостоятельных научных
решений в области современных
методов исследования при решении
задач, связанных с разработкой
инновационных методов создания
новых неорганических материалов с
заданными свойствами.
Формирование навыков
самостоятельного пополнения
профессиональных знаний в области
современного материаловедения
неорганических материалов.
Подготовка выпускников к научным
исследованиям для решения задач,
связанных с разработкой
инновационных методов создания
химико-технологических процессов,
веществ и материалов
Подготовка выпускников к
самообучению и непрерывному
профессиональному
самосовершенствованию
2. Место дисциплины в структуре ООП
Согласно ФГОС и ООП «Химическая технология» дисциплина «Специальные главы
физической химии тугоплавких неметаллических и силикатных материалов» является
вариативной дисциплиной профессионального цикла.
Код дисциплины
Наименование дисциплины
Кредиты
Форма
ООП
контроля
Специальные главы физической химии тугоплавких неметаллических и
наноматериалов
Вариативная часть
М2.В.6.3
Специальные главы физической
4
экзамен
химии тугоплавких неметаллических
и силикатных материалов
До освоения дисциплины «Специальные главы физической химии тугоплавких
неметаллических и силикатных материалов» должны быть изучены следующие
2
дисциплины (пререквизиты):
Код
дисциплины
ООП
Наименование дисциплины
Кредиты
Форма
контроля
пререквизиты
Модуль М2. Б (Базовая часть профессионального цикла)
М2.Б1
Процессы массопереноса в системах с участием
твердой фазы
4
экзамен
зачет
Модуль М 2.В (Вариативная часть профессионального цикла)
Инновационное развитие химической
6
экзамен
М2.В2.2
М1.В.2
технологии тугоплавких неметаллических и
силикатных материалов
Модуль М 2.В (Вариативная часть общенаучного цикла)
Основные методы исследования в
4
неорганической химии
экзамен
При изучении указанных дисциплин (пререквизитов) формируются «входные»
знания, умения, опыт и компетенции, необходимые для успешного освоения дисциплины
«Специальные
главы
физической
химии
тугоплавких
неметаллических
и
наноматериалов».
В результате освоения дисциплин (пререквизитов) студент должен:
Знать:
 общие закономерности химических процессов; закономерности массопереноса в
пористых телах; растворение и кристаллизация; основные уравнения адсорбции;
 основные аппараты химических производств и принцип их работы;
 теоретические принципы современных методов анализа неорганических веществ;
Уметь:
 определять основные характеристики процессов с участием твердой фазы,
выбирать рациональную схему производства заданного продукта, оценивать
технологическую эффективность производства;
 применять методы оценки ресурсоэффективности химико-технологических
процессов и химических производств;
 обоснованно выбрать и применить необходимые методы исследования в
соответствии с физико-техническими свойствами материалов;
Владеть:
 экспериментальными методами определения физико-химических свойств
неорганических соединений
 методами анализа эффективности работы химических производств, определения
технологических показателей процесса
В результате освоения дисциплин (пререквизитов) обучаемый должен обладать
следующими общепрофессиональными компетенциями:
 способностью и готовностью осуществлять технологический процесс в
соответствии с регламентом и использовать технические средства для измерения
основных параметров технологического процесса, свойств сырья и продукции (ПК-7);
 обосновывать принятие конкретного технического решения при разработке
технологических процессов; выбирать технические средства и технологии с учетом
экологических последствий их применения (ПК-11);
 изучать научно-техническую информацию, отечественный и зарубежный опыт по
3
тематике исследования (ПК-25)
Кроме того, для успешного освоения дисциплины «Специальные главы физической
химии тугоплавких неметаллических и силикатных материалов» параллельно должны
изучаться дисциплины (кореквизиты):
Код дисциплины
ООП
Наименование дисциплины
Кредиты
Форма
контроля
кореквизиты
Модуль М2.В (вариативная часть профессионального цикла)
Синтез и кинетика фазообразования
М2.В.6.6
3
экзамен
тугоплавких неметаллических и силикатных
материалов
3. Результаты освоения дисциплины
Результаты освоения дисциплины получены путем декомпозиции результатов
обучения (Р2, Р4, Р5), сформулированных в основной образовательной программе 240100
«Химическая технология», для достижения которых необходимо, в том числе, изучение
дисциплины «Специальные главы физической химии тугоплавких неметаллических и
силикатных материалов».
Код
результата
Р2
Р4
Р5
Планируемые результаты обучения согласно ООП
Результат обучения (выпускник должен быть готов)
Профессиональные компетенции
Применять знания в области современных химических технологий
для решения производственных задач
Разрабатывать технологические процессы, проектировать и
использовать новое оборудование химической технологии
Проводить теоретические и экспериментальные исследования в
области современных химических технологий
Планируемые результаты освоения дисциплины «Специальные главы физической
химии тугоплавких неметаллических и силикатных материалов»
№ п/п
Результат
1
Применять теоретические знания в области методов исследования
различных твердых неорганических неметаллических веществ при
изучении и разработке технологических процессов создания
высокоэффективных неорганических материалов.
2
Самостоятельно выполнять расчеты основных характеристик
технологического
процесса получения ТНСМ, выбирать
рациональную схему производства заданного продукта, оценивать
эффективность производства
3
Применять экспериментальные методы определения физикохимических свойств тугоплавких неметаллических и силикатных
материалов и параметров реакций их синтеза
В результате освоения дисциплины студент должен:
4
Знать:
 фундаментальные представления физической химии, строении тугоплавких
неметаллических веществ; фазовые равновесия систем; представления о структуре
веществ в макро-, микро-, и нанокристаллических состояниях; моделирование силикатных
и оксидных материалов;
 классификацию материалов по составу и происхождению; синтез и свойства
искусственных минералов; структурно - генетический анализ технического камня;
минеральный состав полиминеральных материалов и продуктов
Уметь:
 использовать физико-химические свойства Ме-О, Ме-N, Ме-С и других
многокомпонентных систем для создания новых тугоплавких материалов; оценивать
размерные эффекты в нанохимии, нанокристаллы, особенности процессов с участием
наночастиц; моделировать фазовый состав и структуру силикатных и оксидных
материалов; прогнозировать их характеристики;
 объяснять характер взаимосвязи между составом, строением и свойствами
искусственных минералов; систематизировать искусственные минералы; оценивать
возможности использования сырья региона в производстве традиционных и новых
материалов
Владеть:
 выполнять расчеты по диаграммам состояния двух- и трехкомпонентных систем;
прогнозировать соотношение фаз и структуры материалов; оценивать их качество для
приборостроения, строительства; моделировать оксидную керамику и огнеупоры;
исследовать свойства кристаллических и аморфных материалов;
 опытом экспериментального исследования основных физико-химических и
технологических свойств кристаллических и аморфных материалов, в том числе их
качественного и количественного элементного и фазового состава и оценки структурного
и физико-технического качества;
 навыками определения возможности протекания твердофазных реакций и
реакций образования силикатов в водной среде; расчета равновесных концентраций
продуктов и предельного их выхода.
В процессе освоения дисциплины у студентов развиваются следующие
компетенции:
1. Универсальные (общекультурные):
 готовность к саморазвитию, повышению своей квалификации и мастерства,
способность приобретать новые знания в области техники и технологии;
 осознавать социальную значимость своей будущей профессии, обладает высокой
мотивацией к выполнению профессиональной деятельности (ОК-9);
 понимать роль охраны окружающей среды и рационального природопользования
для развития и сохранения цивилизации.
2. Профессиональные:
общепрофессиональные:
 способность и готовность использовать основные законы естественнонаучных
дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы теоретического и
экспериментального исследования (ПК-1);
 использовать знания о строении вещества, природе химической связи в
различных классах химических соединений для понимания свойств материалов и
механизма химических процессов (ПК-3);
производственно-технологическая деятельность:
 способность и готовность осуществлять технологический процесс в соответствии
5
с регламентом и использовать технические средства для измерения основных параметров
технологического процесса, свойств сырья и продукции;
 обосновывать принятие конкретного технического решения при разработке
технологических процессов; выбирать технические средства и технологии с учетом
экологических последствий их применения (ПК-11);
организационно-управленческая деятельность:
 анализировать технологический процесс как объект управления (ПК-17);
 организовывать работу исполнителей, находить и принимать управленческие
решения в области организации и нормировании труда (ПК-19);
научно-исследовательская деятельность:
 способность планировать и проводить физические и химические эксперименты,
проводить обработку их результатов и оценивать погрешности, математически
моделировать физические и химические процессы и явления, выдвигать гипотезы и
устанавливать границы их применения (ПК-21).
 проводить стандартные и сертификационные испытания материалов, изделий и
технологических процессов (ПК-22);
 изучать научно-техническую информацию, отечественный и зарубежный опыт по
тематике исследования (ПК-25);
проектная деятельность:
 разрабатывать проекты (в составе авторского коллектива) (ПК-26);
4. Структура и содержание дисциплины
4.1
Аннотированное содержание разделов дисциплины
Введение.
Содержание и задачи курса. Его связь с силикатными технологиями История и
перспективы развития.
Перспективы создания тугоплавких неметаллических и
композиционных материалов с комплексом улучшенных свойств. Достижения российских
и зарубежных ученых в области теории и практики получения порошковых, керамических
и композиционных материалов. Комментарии по рекомендуемой литературе.
4.1.1. Специфика дисперсных систем.
Принципы классификации дисперсных систем. Молекулярно-кинетические свойства
дисперсных систем. Физико-химические свойства твердых тел в связи с их
дисперсностью. Физико-химические свойства порошков, реакционная способность
(активность). Размерные эффекты в нанохимии. Нанокристаллы, реакционная
способность, внутренняя энергия, структурные дефекты. Термодинамические особенности
процессов с участием наночастиц.
Наноструктуры и нанопорошки и связанные с
ними механизмы формирования стекол и кристаллических материалов. Нанопорошки
металлов и их применение для получения керамических материалов.
4.1.2. Молекулярно-кинетические свойства коллоидных систем.
Диффузия в коллоидных системах. Кинетические особенности химических процессов на
поверхности наночастиц. Броуновское движение и его молекулярно-кинетическая
природа. Осмотические свойства дисперсных систем и мембранное равновесие.
Седиментационная устойчивость. Седиментация и методы седиментационного анализа.
Пористые тела, капилляры, явления переноса и мембранное разделение смесей. Факторы и
условия агрегативной устойчивости дисперсных систем. Условия термодинамической
устойчивости дисперсных систем. Кинетика коагуляции. Теория и практика коагуляции
электролитами. Значение адсорбционных явлений при коагуляции. Коагуляция
электролитами золей с неводной средой. Коллоидно-химические явления при твердении
6
вяжущих веществ. Кинетика поликонденсации кремневых кислот в водных растворах.
Ксерогели, методы получения, свойства.
4.1.3.Физико-химические основы моделирования силикатных и оксидных
материалов.
Принципы создания композиционных материалов. Методы получения композиционных, в
том числе металлокерамических, материалов. Керметы. Дисперсно-упрочнённые
материалы. Стеклокристаллические покрытия медицинского назначения. Межфазное
взаимодействие в композиционных материалах. Термодинамическая и кинетическая
совместимость компонентов. Применение композиционных и керамических материалов в
технике и медицине.
4.1.4. Физико-химические аспекты получения тугоплавких материалов с
комплексом заданных свойств и их прекурсоров. Системы Me-O, Me-N, Me-C и
многокомпонентные системы, включающие эти соединения. Диаграммы состояния,
методы получения тугоплавких соединений, перспективы применения в технике. Физикохимические аспекты получения керамических прекурсоров различными методами (зольгель процессы, горение, СВС и др.). Вклад сибирских ученых и сотрудников кафедры
технологии силикатов и наноматериалов ТПУ в развитие науки в области физической
химии силикатов и тугоплавких соединений и разработку прогрессивных технологий
создания новых видов материалов.
4.1.5. Золь-гель процессы в силикатных технологиях. Физико-химические процессы и
теоретические основы синтеза при получении и обработке гелей. Химические реакции,
используемых для получения золь-гельных композиций в технологии керамики и стекла.
Аморфизация и образование золей в процессе механодеструкции твердых вещества. Зольгель процессы в неводных средах.
4.2
Структура дисциплины
Структура дисциплины «Специальные главы физической химии тугоплавких
неметаллических и силикатных материалов» по разделам и видам учебной деятельности
с указанием временного ресурса в часах представлена в табл.1.
Таблица 1
Структура дисциплины по разделам и формам организации обучения
Название раздела
Аудиторная работа (час)
СРС
Итого
(час)
(час)
Лекции
Практ.
Лабор.
Час.
занятия
занятия
1. Специфика дисперсных
2
2
20
24
систем
2.Молекулярно2
2
20
24
кинетические
свойства
коллоидных систем
3.
Физико-химические
2
12
30
44
основы
моделирования
силикатных и оксидных
материалов.
4.
Физико-химические
6
10
10
40
66
аспекты
получения
тугоплавких материалов с
комплексом
заданных
свойств и их прекурсоров.
5. Золь-гель процессы в
4
6
6
42
58
7
силикатных технологиях
Итого
16
32
16
152
216
5. Образовательные технологии
Для достижения планируемых результатов обучения, в дисциплине «Специальные
главы физической химии тугоплавких неметаллических и силикатных материалов»
используются различные образовательные технологии:
1. Информационно-развивающие технологии, направленные на формирование
системы знаний, запоминание и свободное оперирование ими.
Используется лекционно-семинарский метод, самостоятельное изучение литературы,
применение новых информационных технологий для самостоятельного пополнения
знаний, включая использование технических и электронных средств информации.
2. Деятельностные практико-ориентированные технологии, направленные на
формирование системы профессиональных практических умений при проведении
экспериментальных исследований, обеспечивающих возможность качественно выполнять
профессиональную деятельность.
Используется анализ, сравнение методов проведения физико-химических
исследований, выбор метода, в зависимости от объекта исследования в конкретной
производственной ситуации и его практическая реализация.
3. Развивающие проблемно-ориентированные технологии, направленные на
формирование и развитие проблемного мышления, мыслительной активности,
способности видеть и формулировать проблемы, выбирать способы и средства для их
решения.
Используются виды проблемного обучения: освещение основных проблем
исследования состава и структуры неорганических материалов на лекциях, учебные
дискуссии, коллективная мыслительная деятельность в группах при выполнении
лабораторных работ, решение практических задач. При этом используются первые три
уровня (из четырех) сложности и самостоятельности: проблемное изложение учебного
материала преподавателем; создание преподавателем проблемных ситуаций, а обучаемые
вместе с ним включаются в их разрешение; преподаватель лишь создает проблемную
ситуацию, а разрешают её обучаемые в ходе самостоятельной деятельности.
4. Личностно-ориентированные технологии обучения, обеспечивающие в ходе
учебного процесса учет различных способностей обучаемых, создание необходимых
условий для развития их индивидуальных способностей, развитие активности личности в
учебном процессе. Личностно-ориентированные технологии обучения реализуются в
результате индивидуального общения преподавателя и студента при сдаче коллоквиумов,
при выполнении домашних индивидуальных заданий, подготовке индивидуальных
отчетов по лабораторным работам, на еженедельных консультациях.
Для целенаправленного и эффективного формирования запланированных
компетенций у обучающихся,
выбраны следующие сочетания форм организации
учебного процесса и методов активизации образовательной деятельности, представленные
в табл. 2.
Таблица 2
Методы и формы организации обучения (ФОО)
Методы
ФОО
IT-методы
Работа в команде
Case-study
Игра
Лекции
Лаб. раб.
+
+
+
Практ.
занятия
+
8
Сем.,
колл.
СРС
Методы проблемного обучения
Обучение на основе опыта
Опережающая самостоятельная
работа
Проектный метод
Поисковый метод
Исследовательский метод
+
+
+
+
+
+
6.Организация и учебно-методическое обеспечение самостоятельной
работы студентов
6.1 Текущая самостоятельная работа (СРС)
Текущая самостоятельная работа по дисциплине «Специальные главы физической
химии тугоплавких неметаллических и силикатных материалов», направленная на
углубление и закрепление знаний студента, на развитие практических умений, включает в
себя следующие виды работ:
 работа с лекционным материалом;
 изучение тем, вынесенных на самостоятельную проработку;
 подготовка к практическим занятиям;
 подготовка к лабораторным работам и сдаче 2 коллоквиумов (текущий
контроль);
 выполнение 2-х индивидуальных расчетных (домашних) заданий (рубежный
контроль);
 подготовка к экзамену.
6.2. Творческая проблемно-ориентированная самостоятельная работа (ТСР)
Творческая проблемно-ориентированная самостоятельная работа по дисциплине
«Спецглавы физической химии тугоплавких неметаллических и наноматериалов»,
направлена на развитие интеллектуальных умений, общекультурных и профессиональных
компетенций, развитие творческого мышления у студентов, включает в себя следующие
виды работ по основным проблемам курса:
 поиск, анализ, структурирование информации;
 выполнение индивидуальных заданий, расчетных работ, обработка и анализ
данных;
 анализ научных публикаций по определенной преподавателем теме.
 написание рефератов.
6.3. Содержание самостоятельной работы студентов по дисциплине
Программой предусмотрены
152 часов самостоятельной (внеаудиторной)
познавательной деятельности студента по данной дисциплине.
Самостоятельная (внеаудиторная) работа студентов слагается из следующих видов
деятельности:
- работы над лекционным материалом – 20 часов;
- подготовки к лабораторным занятиям и сдаче теоретических коллоквиумов (текущий
контроль) по рекомендуемой литературе перед лабораторными занятиями – 20 часов;
- подготовки к практическим занятиям и выполнения индивидуальных
заданий
(домашних) 56 часов;
- написание реферата – 36 часов;
- подготовки к итоговому экзамену – 20 часов.
9
6.3.1. Основные требования к содержанию рефератов
Целесообразность подготовки и написания рефератов обусловлена современными
тенденциями в подготовке магистров, ориентированными на увеличении доли
самостоятельной (индивидуальной) познавательной деятельности студентов. Тематика
рефератов неразрывно связана с содержанием дисциплины и призвана активировать
процесс достижения целей преподавания дисциплины в части овладения теоретическими
знаниями. Выдача тем научных рефератов проводится на первой – третьей неделе
обучения, а сдача законченных вариантов рефератов производится на двенадцатой неделе.
Защита реферата проводится на практических занятиях. Своевременность и качество
выполнения оценивается в баллах .
Реферативные задания (объемом до 20 страниц) выполняются на листах формата А4 в
полном соответствии с правилами оформления учебной и научно-исследовательской
документации, изложенными в стандартах ТПУ.





Структура реферата:
титульный лист;
содержание с указанием страниц;
тема, основное содержание;
краткое резюме по теме реферата (для сообщения на занятии);
список использованной литературы.
Темы рефератов (примеры):
1. Наноструктуры и связанные с ними механизмы формирования стекол и
стеклокристаллических материалов.
2. Золь-гель процессы в неводных средах.
3. Коллоидные формы кремнезёма в золь-гель процессах синтеза .
4. Нанопористые мембранные фильтры.
5. Ксерогели, методы получения, свойства.
6. Методы получения золь-гельных композиций в технологии керамики.
7. Аморфизация вещества и образование золей в процессе механодеструкции твердых
вещества.
8. Процесс получения легковесной керамики с использованием золь-гельных композиций.
9. Наноструктуры и связанные с ними механизмы формирования вяжущих материалов.
10. Золь-гель процесс синтеза волластонита из известково-кремнеземистого вяжущего.
11. Износостойкий,
ударо-вибропрочный
керамический
материал для
механической обработки металлов.
12. Пористые носители катализаторов для химической промышленности.
13. Оксиднонитридные керамические материалы.
14. Пористые термостойкие стеклокерамических материалов с элементами наноструктур и
заданным уровнем и характером пористости.
15. Моделирование составов высокопрочной, морозостойкой строительной керамики на
основе композиций природных компонентов с элементами наноструктур.
6.3.2. Примеры индивидуальных заданий:
1. Кристаллические фазы и материалы, получаемые в системе Na2O-CaO-SiO2.
Моделирование волластонитовых и диопсидовых материалов в системе с построением
равновесных кривых плавкости и определением области температур обжига. В качестве
стекла используются натрийсиликатное стекло с силикатным модулем ns=3.
2. Кристаллические фазы в системе К2О-Al2O3-SiO2 для стоматологического фарфора.
Моделирование базового состава для стоматологического фарфора, кристаллическая фаза
– лейцит, количество стекловидной фазы – 60%.
10
3. Кристаллические фазы и материалы в системе MgО-Al2O3-SiO2. Моделирование
высокоглиноземистой керамики в системе. Построение неравновесной кривой плавкости
для керамики ВК-90 (90% Al2O3), где в качестве стеклообразующей композиции
используется состава эвтектической точки «1».
4. Кристаллические фазы и материалы системы CaO-Al2O3-SiO2. Моделирование
высокоглиноземистой керамики в системе. Построение неравновесной кривой плавкости
для керамики ВК-95 (95% Al2O3), где в качестве стеклообразующей композиции
используется эвтектическая смесь SiO2 – CaO∙SiO2 - CaO∙Al2O3∙2SiO2, Тпл-117оС.
5. Кристаллические фазы и материалы системы ВaO-Al2O3-SiO2. Моделирование состава
корундового фарфора ФК-50: кристаллическая фаза α-Al2O3 (содержание 60%), стеклофаза
состава эвтектической точки М (Тпл ≈1150оС). Построение неравновесной кривой
плавкости.
6.3.3. Вопросы для подготовки к коллоквиумам и экзамену:
1. Кристаллические фазы и материалы, получаемые в системе Na2O-CaO-SiO2.
Моделирование волластонитовых и диопсидовых материалов в системе с построением
равновесных кривых плавкости и определением области температур обжига.
2. Кристаллические фазы в системе К2О-Al2O3-SiO2 для стоматологического фарфора.
Моделирование базового состава.
3. Кристаллические фазы и материалы в системе MgО-Al2O3-SiO2. Моделирование
высокоглиноземистой керамики в системе. Построение неравновесной кривой плавкости.
4. Кристаллические фазы и материалы системы CaO-Al2O3-SiO2. Моделирование
высокоглиноземистой керамики в системе. Построение неравновесной кривой плавкости
для керамики.
5. Кристаллические фазы и материалы системы ВaO-Al2O3-SiO2. Моделирование состава
корундового фарфора ФК-50: кристаллическая фаза α-Al2O3 (содержание 60%), стеклофаза
состава эвтектической точки М (Тпл ≈1150оС). Построение неравновесной кривой
плавкости.
6. Описание кристаллических фаз и моделирование материалов системы MgO-Al2O3-SiO2.
Общие вопросы.
8. Кристаллические фазы и материалы системы MgO-Al2O3-SiO2. Моделирование состава
кордиеритовой керамики.
9. Кристаллические фазы и материалы системы СаO-Al2O3-SiO2. Моделирование состава
муллитовой керамики.
10. Описание кристаллических фаз и моделирование материалов системы ВaO-Al2O3-SiO2.
Моделирование состава цельзианового фарфора для заданных условий. Построение
кривой плавкости и оценка спекаемости керамики.
11. Классификация поверхностных явлений.
Классификация дисперсных систем.
Системы с твердой дисперсной фазой.
12. Получение и основные области применения дисперсных систем в химии и технологии
тугоплавких неметаллических и силикатных материалов.
13. Диффузия в коллоидных системах. Осмотические свойства дисперсных систем и
мембранное равновесие.
14. Броуновское движение и его молекулярно-кинетическая природа. Седиментационная
устойчивость, седиментация и методы седиментационного анализа.
15. Пористые тела, явления переноса и мембранное разделение смесей.
16. Капилляры, их роль в проницаемости пористого тела.
17. Факторы и условия агрегативной устойчивости дисперсных систем.
18. Условия термодинамической устойчивости дисперсных систем. Кинетика коагуляции
Теория и практика коагуляции электролитами
19. Значение адсорбционных явлений при коагуляции.
20. Коагуляция электролитами золей с неводной средой.
11
21. Вязкость коллоидных растворов.
22. Факторы, определяющие прочность структур, и механизм структурообразования.
23. Особенности структурирования коллоидных систем.
24. Силикаты в высокодисперсном состоянии. Коллоидные формы кремнезёма.
25.Кинетические особенности химических процессов на поверхности наночастиц.
26. Коллоидно-химические явления при твердении вяжущих веществ.
27. Ксерогели, методы получения, свойства.
28. Наноструктуры и связанные с ними механизмы формирования стекол и
стеклокристаллических материалов.
29. Физико-химические процессы и теоретические основы синтеза при получении и
обработке гелей.
30. Аморфизация и образование золей в процессе механодеструкции твердых вещества.
31. Золь-гель процессы в неводных средах.
32. Примеры применения золь-гельных композиций в технологии керамических,
стеклообразных и вяжущих материалов.
6.4. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов
Для организации самостоятельной работы студентов (выполнения индивидуальных
домашних заданий; самостоятельной проработки теоретического материала, подготовки
по лекционному материалу; подготовки к лабораторным занятиям, коллоквиумам)
преподавателями кафедры создан комплект учебно-методического обеспечения, который
включает: набор презентаций, как рекламного, так и обучающего характера, набор
демонстрационного материала, иллюстрирующий устройство и принцип действия
соответствующего оборудования; учебники, монографии, методические пособия,
лабораторные практикумы и методические указания к проведению лабораторных и
практических занятий по данной дисциплине.
Учебные пособия:
1. Верещагин В.И., Козик В.В., Сырямкин В.И., Погребенков В.М., Борило Л.П.
Полифункциональные неорганические материалы на основе природных и искусственных
соединений. – Томск: Изд. ТГУ, 2002. – 359 с.
2. Вакалова Т.В., Хабас Т.А., Ревва И.Б. Практикум по основам технологии
тугоплавких неметаллических и силикатных материалов. – Томск: Изд. ТПУ, 2012.- 182 с.
3. Вакалова Т.В., Хабас Т.А., Верещагин В.И., Погребенков В.М. Глины.
Структура, свойства и методы исследования. – Томск, 2009. – 259 с. – учебное пособие с
грифом УМО
7. Средства (ФОС) текущей и итоговой оценки качества освоения
дисциплины
Средства (фонд оценочных средств) оценки текущей успеваемости и промежуточной
аттестации студентов по итогам освоения дисциплины «Спецглавы физической химии
тугоплавких неметаллических и наноматериалов» представляют собой комплект
контролирующих материалов следующих видов:
Входной контроль. Представляет собой перечень из 15-20 основных вопросов, ответы на
которые студент должен знать в результате изучения предыдущих дисциплин (Процессы
массопереноса в системах с участием твердой фазы, Инновационное развитие химической
технологии тугоплавких неметаллических и силикатных материалов Основные методы
исследования в неорганической химии). Поставленные вопросы требуют точных и
коротких ответов. Входной контроль проводится в письменном виде на первой лекции в
течение 15 минут. Проверяются входные знания к текущему семестру.
Текущий контроль усвоения студентами теоретического материала и оценка уровня
12
практических навыков и умений, приобретаемых и усваиваемых каждым студентом при
изучении дисциплины, включает сдачу четырех коллоквиумов по темам выполняемых
лабораторных работ. Банк вопросов к коллоквиумам по каждой теме включат до 25-30
вопросов. Проверяется знание теоретического лекционного материала, тем, вынесенных
на самостоятельную проработку, знание и понимание методик проведения
экспериментальных исследований.
Рубежный контроль предполагает выполнение двух индивидуальных заданий,
написание и защиту реферата. Задания включают в себя все основные разделы курса
«Спецглавы физической химии тугоплавких неметаллических и наноматериалов»,
предназначены для проверки знаний, умений и навыков при решении конкретных задач.
Итоговый контроль осуществляется на экзамене с использованием билетов.
Экзаменационные билеты (20 вариантов) состоят из теоретических (2) и практических (1)
вопросов по всем разделам, изучаемым в данном семестре.
Разработанные контролирующие материалы позволяют оценить степень усвоения
теоретических и практических знаний, приобретенные умения и владение опытом на
репродуктивном уровне, когнитивные умения на продуктивном уровне, и способствуют
формированию профессиональных и общекультурных компетенций студентов.
8.Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
Основная литература:
1.Хабас Т.А. Физика и химия твердых неметаллических и силикатных материалов
[Электронный ресурс]: учебное пособие / Т. А. Хабас, В. И. Верещагин;
Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ИФВТ),
Кафедра технологии силикатов и наноматериалов (ТСН). — 1 компьютерный файл
(pdf; 4.3 MB). — Томск: Изд-во ТПУ, 2013.— Электронная версия печатной
публикации. — Доступ из корпоративной сети ТПУ. — Системные требования: Adobe
Reader.
Схема доступа: http://www.lib.tpu.ru/fulltext2/m/2014/m115.pdf
2. Глины: структура, свойства и методы исследования [Электронный ресурс] : учебное
пособие / Т. В. Вакалова [и др.]; Томский политехнический университет (ТПУ). — 1
компьютерный файл (pdf; 19410 KB). — Томск: Изд-во ТПУ, 2009. — Заглавие с
титульного экрана. — Электронная версия печатной публикации. — Доступ из
корпоративной сети ТПУ. — Системные требования: Adobe Reader..
Схема доступа: http://www.lib.tpu.ru/fulltext2/m/2010/m26.pdf
3. Глины: структура, свойства и методы исследования : учебное пособие для вузов / Т. В.
Вакалова [и др.]; Томский политехнический университет. — Томск: Изд-во ТПУ,
2009. — 247 с.
4.Фролов Ю. Г. Курс коллоидной химии. Поверхностные явления и дисперсные системы :
учебник для вузов . — Москва: Альянс, 2014. — 464 с.
5. Михеева Е.В. Физическая и коллоидная химия [Электронный ресурс] : учебное пособие
/ Е. В. Михеева, Н. П. Пикула; Национальный исследовательский Томский
политехнический университет (ТПУ), — 1 компьютерный файл (pdf; 2.5 MB). —
Томск: Изд-во ТПУ, 2012. — Доступ из корпоративной сети ТПУ. —Схема доступа:
http://www.lib.tpu.ru/fulltext2/m/2013/m083.pdf
6.
7.
Михеева Е.В. Сборник задач по физической и коллоидной химии : учебное пособие /
Е. В. Михеева, А. П. Асташкина; Национальный исследовательский Томский
политехнический университет (ТПУ). — Томск: Изд-во ТПУ, 2012. — 196 с.
Типовые расчеты по физической и коллоидной химии : учебное пособие / А. Н.
Васюкова [и др.]. — Санкт-Петербург: Лань, 2014. — 140 с.
13
8.
Фридрихсберг Д.А. Курс коллоидной химии : учебник / Д. А. Фридрихсберг. —
Москва: Лань, 2010. — 410с., Схема доступа:
http://e.lanbook.com/books/element.php?pl1_cid=25&pl1_id=4027
Дополнительная литература: .
1. Практикум по основам технологии тугоплавких неметаллических и силикатным
материалов [Электронный ресурс] : учебное пособие / Т. В. Вакалова, Т. А. Хабас, И.
Б. Ревва. — 2-е изд., перераб. и доп.. —http://www.lib.tpu.ru/fulltext2/m/2014/m114.pdf
2. Керамические и стеклокерамические материалы для медицины [Электронный ресурс]
: учебное пособие / В. И. Верещагин [и др.]; ТПУ.— Томск: Изд-во ТПУ, 2011.
.http://www.lib.tpu.ru/fulltext2/m/2012/m45.pdf
Типовые расчеты по физической и коллоидной химии : учебное пособие / А. Н. Васюкова [и
др.]. — Санкт-Петербург: Лань, 2014. — 140 с.
4. Модифицированная керамика с перовскитовыми и шпинелевыми фазами : монография / В. И.
Верещагин [и др.]; ТПУ ; СГУПС. — Новосибирск: Наука Изд-во ТПУ, 2009. — 324 с.
3.
9.Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
программное обеспечение и Internet-ресурсы:
1) Верещагин В.И. «Специальные главы физической химии
неметаллических и силикатных материалов». Презентации лекций
тугоплавких
10. Материально-техническое обеспечение дисциплины
№
Наименование
(компьютерные
пучебные лаборатории, оборудование)
/п
0
1
2
классы,
Аудитория,
количество
установок
19 корпус, 132 ауд.
2 корпус, 027 ауд.
2 корпус, 118 ауд
проведения
термических 2 корпус, 025 ауд.
электрическими печами для
1
Учебная лаборатория
2
Учебная лаборатория
3
Учебная лаборатория
4
Лаборатория
для
исследований, оснащенная
нагрева до 1000оС -4 шт.,
5
Лаборатория
для
проведения
термических
исследований, оснащенная электрическими печами для
нагрева до 1500оС -5 шт
6
Лаборатория для формования образцов
7
Установка для определения истинной плотности,
кажущейся плотности, пористости, водопоглощения
материалов (весы для гидростатического взвешивания,
устройство для насыщения пор образцов жидкостью)
8
Дифрактометр общего назначения ДРОН – 3 М, и
ДРОН – 4 – 13.
9
Программа
для
рентгенофазового
анализа
«Crystallographica» и база данных ICDD PDF-2.
1
Дилатометры кварцевые вертикальные ДКВ-5, и
ДКВ-4.
1
Дилатометр
цифровой
горизонтальный
производства NETZSCH
1
Прибор для комплексного термического анализа
STA 449 F3 «Jupiter» производства NETZSCH».
14
19 корпус, 135 ауд.
2 корпус, 026ауд
2 корпус, 118, 123
ауд.
.
19 корпус, 128 ауд.
2 корпус, 121 ауд.
19 корпус, 128 ауд
2 корпус, 118ауд
19 корпус, 132 ауд
19 корпус, 132 ауд
3
4
5
1
Настольный
рентгенофлуоресцентный 19 корпус, 132 ауд
энергодисперсионный анализатор для определения
содержания химических элементов от натрия Na [11] до
урана U [92] производства Oxford.
1
Автоматический
прибор
для
определения 19 корпус, 132 ауд
истинной плотности «Quantachrome Ultrapycnometer
1000».
1
Автоматизированный анализатор, для измерения 19 корпус, 132 ауд
удельной площади поверхности по методам БЭТ, STSA,
Лэнгмюра и другими методами «Quantachrome NOVA
2200e-Series
1
Компьютерный класс
2 корп., 121 ауд.
6
Рейтинг качества освоения дисциплины
В соответствии с рейтинговой системой, текущий контроль производится
ежемесячно в течение семестра путем балльной оценки качества усвоения теоретического
материала (ответы на вопросы) и результатов практической деятельности (решение задач,
выполнение заданий).
Промежуточная аттестация (экзамен) проводится в конце семестра также путем
балльной оценки. Итоговый рейтинг определяется суммированием баллов текущей оценки
в течение семестра и баллов промежуточной аттестации в конце семестра по результатам
экзамена и зачета. Максимальный итоговый рейтинг соответствует 100 баллам.
Для сдачи каждого задания устанавливается определенное время сдачи (в течение
недели, месяца и т.п.). Задания, сданные позже этого срока, оцениваются в два раза ниже,
чем это установлено в рейтинг-плане дисциплины.
15
Таблица 3
Рейтинг-план освоения дисциплины «Специальные главы физической химии тугоплавких неметаллических и силикатных
материалов» в течение 3 семестра
Дисциплина
«Специальные главы физической
химии тугоплавких неметаллических и
силикатных материалов»
Число недель
18
Институт
Кафедра
Семестр
Группы
Институт физики высоких технологий
Технологии силикатов и наноматериалов
Количество кредитов
Лекции, час
Практические занятия, час
Лабораторные занятия час.
6
16
32
16
Всего аудиторных занятий, час
Самостоятельная работа, час
ВСЕГО, час
64
152
216
…
Тестиров
ание
Коллокв
иум
Защита ИДЗ
Контр. раб.
Выступление
Сам.
Вид учебной деятельности по разделам
Информационное
обеспечение
Кол-во
баллов
Раздел 1. Специфика дисперсных систем.
1-2
1
Ауд.
Реферат
Дата
начала
недели
Оценивающие мероприятия
Кол-во часов
Результат
обучения по
дисциплине
Неделя
Преподаватели
Верещагин Владимир Иванович,
профессор
Хабас Тамара Андреевна,
профессор
Защита
отчета по ЛР
третий
РД1
РД2
РД3
Лекция 1. Процессы спекания в системах тугоплавких
оксидов в зависимости от дисперсности и других свойств
исходных компонентов.
Практическое занятие 1. Дисперсные системы,
классификация, и свойства коллоидных систем
2
2
СРС
2
5
16
2
Технология
проведения
занятия
(ДОТ)*
Интерн
Учебная
етлитерату
ресурс
ра
ы
Видеоресурсы
2
4
1
3
10
…
Тестиров
ание
Коллокв
иум
Защита ИДЗ
Контр. раб.
Защита
отчета по ЛР
Выступление
2
Информационное
обеспечение
Кол-во
баллов
2
Технология
проведения
занятия
(ДОТ)*
Интерн
Учебная
етлитерату
ресурс
ра
ы
ОСН
1-8
4
-
Раздел 2. Молекулярно-кинетические свойства
коллоидных систем.
3-4
РД1
РД2
РД3
4
5-6
5
Сам.
Вид учебной деятельности по разделам
Практическое занятие 2. Молекулярно-кинетические
свойства коллоидных систем
Лабораторная работа 1. Изучение зависимости протекания
процессов спекания тугоплавких оксидов от дисперсности и
других свойств исходных компонентов. Расчет
компонентного состава и формование заготовок.
СРС
2
3
Ауд.
Реферат
Результат
обучения по
дисциплине
Неделя
Дата
начала
недели
Оценивающие мероприятия
Кол-во часов
РД1
РД2
РД3
6
РД1
РД2
РД3
Лекция 2. Принципы создания композиционных материалов.
2
Практическое занятие 3. Свойства изолированных
наночастиц и нанопорошков
СРС
Практическое занятие 4. Основные методы получения
коллоидных растворов и наночастиц
Лабораторная работа 2: Изучение зависимости протекания
процессов спекания тугоплавких оксидов от дисперсности и
других свойств исходных компонентов. Определение
свойств прессовок.
СРС
2
Раздел 3. Физико-химические основы
моделирования силикатных и оксидных
материалов.
Лекция 3 . Физико-химические основы моделирования
силикатных и оксидных материалов
Практическое занятие 5. Агрегативная и кинетическая
устойчивость дисперсных систем
Лабораторная работа 3: Изучение зависимости протекания
процессов синтеза силикатных материалов от дисперсности
и других свойств исходных компонентов. Исследование и
анализ свойств полученных материалов.
Практическое занятие 6. Расчет Δ G реакции образования
сложных оксидных соединений: Второе и третье начала
2
ДОП
1-8
10
2
4
1
3
4
10
ОСН
1-11
2
2
4
2
17
1
3
4
4
ДОП
1-4
4
ДОП
1-4
Видеоресурсы
термодинамики.
СРС
7-9
7
8
РД1
РД2
РД3
РД1
РД2
РД3
11
Раздел 4. Физико-химические аспекты получения
тугоплавких материалов с комплексом заданных
свойств и их прекурсоров.
Лекция 4 . Физико-химические аспекты получения
тугоплавких материалов с комплексом заданных
свойств и их прекурсоров.Ч.1
…
Тестиров
ание
Коллокв
иум
Защита ИДЗ
Контр. раб.
Защита
отчета по ЛР
Информационное
обеспечение
Кол-во
баллов
Технология
проведения
занятия
(ДОТ)*
Интерн
Учебная
етлитерату
ресурс
ра
ы
10
2
Практическое занятие 7. Диспергирование, механосинтез,
конденсация паров
СРС
Практическое занятие 8. Диаграммы состояния,
2
Лабораторная работа 4: Изучение зависимости протекания
процессов синтеза силикатных материалов от дисперсности
и других свойств исходных компонентов. Коллоквиум.
Лекция 5 . Физико-химические аспекты получения
4
Практическое занятие 9: Методы получения тугоплавких
соединений, перспективы их применения в технике.
СРС
Всего по контрольной точке (аттестации) 1
2
2
ОСН
1-11
ДОП
1-4
10
2
+
2
1
2
3
ДОП
1-4
4
2
тугоплавких материалов с комплексом заданных
свойств и их прекурсоров.Ч.2
9
101210
Сам.
Вид учебной деятельности по разделам
Выступление
Ауд.
Реферат
Результат
обучения по
дисциплине
Неделя
Дата
начала
недели
Оценивающие мероприятия
Кол-во часов
20
30
Раздел 5. Золь-гель процессы в силикатных
технологиях.
РД1
РД2
РД3
Практическое занятие 10. Методы получения волокнистых
алюмооксидных материалов по золь-гель технологии
2
ОСН
1-11
Лекция 6 . Трехкомпонентные системы оксидов;
2
ДОП
1-4
Практическое занятие11. Получение сложных оксидных
материалов золь-гель методом.
2
характеристика фаз системы; применение в технике
Ч.1
18
Видеоресурсы
13
РД1
РД2
РД3
14
РД1
РД2
РД3
Практическое занятие 12. Изучение неравновесных
процессов по диаграммам состояния.
РД1
РД2
РД3
Раздел 6. СВС-процессы в синтезе тугоплавких
неметаллических материалов .
Лекция 7 . Трехкомпонентные системы оксидов;
характеристика фаз системы; применение в технике
Ч.2
2
Практическое занятие 13. Изучение неравновесных
процессов по диаграммам состояния.
2
16
РД1
РД2
РД3
Раздел 7. Изучение зависимости протекания
процессов синтеза тугоплавких оксидов от
дисперсности и других свойств исходных
компонентов
Лекция 8 . Трехкомпонентные системы оксидов;
характеристика фаз системы; применение в технике
Ч.3
Практическое занятие 15. Методы синтеза тугоплавких
оксидов. Защита рефератов
…
Тестиров
ание
Коллокв
иум
Защита ИДЗ
Контр. раб.
Кол-во
баллов
Технология
проведения
занятия
(ДОТ)*
Интерн
Учебная
етлитерату
ресурс
ра
ы
10
ОСН
1-11
30
ДОП
1-4
5
5
10
2
2
2
ОСН
1-11
ДОП
1-4
10
СРС
1617
Защита
отчета по ЛР
Реферат
2
СРС
Практическое занятие 14. Изучение возможности получения
различных тугоплавких неметаллических материалов
методом СВС
Информационное
обеспечение
10
СРС
15
Сам.
Конференц – неделя. Защита ИДЗ
12
14
Ауд.
Вид учебной деятельности по разделам
Выступление
Результат
обучения по
дисциплине
Неделя
Дата
начала
недели
Оценивающие мероприятия
Кол-во часов
2
2
СРС
10
19
5
5
ОСН
Видеоресурсы
РД1
РД2
РД3
Практическое занятие 16. Термодинамика, расчеты .
2
СРС
4
Информационное
обеспечение
…
Тестиров
ание
Коллокв
иум
Защита ИДЗ
Контр. раб.
Защита
отчета по ЛР
Сам.
Реферат
Ауд.
Вид учебной деятельности по разделам
Выступление
Результат
обучения по
дисциплине
Неделя
17
Дата
начала
недели
Оценивающие мероприятия
Кол-во часов
Кол-во
баллов
4
22
Конференц-неделя Защита рефератов
4
Всего по контрольной точке (аттестации) 2
Экзамен
Общий объем работы по дисциплине
64
20
152
4
60
40
100
Технология
проведения
занятия
(ДОТ)*
Интерн
Учебная
етлитерату
ресурс
ра
ы
1-11
ДОП
1-4
ОСН
1-11
Видеоресурсы
Программа составлена на основе Стандарта ООП ТПУ в соответствии с требованиями
ФГОС по направлению и профилю подготовки_18.04.01 Химическая технология_
Программа одобрена на заседании кафедры технологии силикатов и наноматериалов
(протокол № 28 от 15.05.2014)
Авторы Верещагин В.И., Хабас Т.А.._________________
Рецензент__Вакалова Т.В.______________________
21