Михаленко Ирина Ивановна
РУДН - участник государственной программы Российской Федерации 5 - 100
Магистратура. НХ-5

НХ-5. Магистратура  специальности «Химия».

Дисциплина "Термодинамика неравновесных процессов".1-ый (осенний) семестр. 

Рекомендуется для направления подготовки 04.04.01 «Химия». Направленность программы (профиль) "Фундаментальная и прикладная химия".

Общая трудоемкость - 3 зачетные единицы

 

Вид учебной работы

Всего часов

Семестры магистратуры

I

 

 

 

Аудиторные занятия (всего)

51

51

 

 

 

В том числе:

 

 

 

 

 

Лекции

34

34

 

 

 

Практические занятия (ПЗ)

17

17

 

 

 

Семинары (С)

 

 

 

 

 

Лабораторные работы (ЛР)

 

 

 

 

 

Самостоятельная работа (всего)

57

57

 

 

 

Общая трудоемкость                                     час

                                                                       зач. ед.

108

108

 

 

 

3

3

 

 

 

Содержание разделов дисциплины.

№ п/п

Наименование раздела дисциплины

Содержание раздела (темы)

1.

Введение

 

 

Основные понятия равновесной термодинамики. Неравновесные системы: линейный и нелинейный случаи. Типы неравновесных систем.

История развития термодинамики неравновесных процессов: от тепловых двигателей до космологии.

2.

Первый и второй законы термодинамики.

 

 

Сохранение массы, импульса, полной энергии. Первый закон термодинамики в случае отсутствия внешних сил. Случай наличия внешних сил. Сохранение энергии в химических реакциях (закон Гесса). Теорема Карно. Цикл Карно, диаграмма энтропия-температура. Неравенство Клаузиуса. Закон возрастания энтропии. Баланс энтропии.

3

Феноменологическая термодинамика необратимых процессов.

Линейная неравновесная термодинамика.

 

 

Энтропия, произведенная в системе необратимыми процессами. Термодинамические силы и потоки. Производство энтропии и её выражение для теплопроводности, диффузии, химической реакции. Принцип локального равновесия. Линейные соотношения между силами и потоками. Принцип симметрии Кюри. Соотношения взаимности  Онзагера.

Термоэлектрические явления (эффект Зеебека, эффект Пельтье). Электрокинетические явления. Термодиффузия.

4

Неравновесные состояния и их устойчивость

Параметры состояния и их флуктуации. Вероятность флуктуации Теория устойчивости Гиббса. Условия тепловой, механической и химической устойчивости изолированной системы. Критические явления. Термодинамическая теория флуктуаций Эйнштейна. Микроскопическая обратимость. Принцип минимума возникновения (производства) энтропии. Энтропия и случайные величины. Стационарные состояния. Устойчивость неравновесных стационарных состояний (теория Ляпунова).

5

Эволюция неравновесных диссипативных систем.

 

Конструктивная роль необратимых процессов. Диссипативные структуры. Бифуркация. Химические колебания как пример диссипативной структуры. Реакция Белоусова – Жаботинского. Автоколебания в катализе. Пример простой реакции автокатализа. Структурная неустойчивость и биохимическая эволюция. Детерминированный хаос.

 

№ п/п

Наименование раздела дисциплины

Лекц. час.

Практ.

зан.

Лаб.

зан.

Семин

СРС

Все-го

1

Введение

4

2

-

-

2

8

2

Первый и второй законы термодинамики.

4

2

-

-

8

14

3

Феноменологическая термодинамика необратимых процессов. Линейная неравновесная термодинамика.

12

6

-

-

16

32

4

Неравновесные состояния и их устойчивость

8

4

-

-

16

28

5

Эволюция неравновесных диссипативных систем.

6

3

-

-

15

24

Контрольные вопросы для самоподготовки и контроля знаний.

Перед промежуточной аттестацией (1-9 ноября 2015 г.) студенты отвечают на вопросы 1-10.

Перед рубежной аттестацией (зачет) студенты отвечают на вопросы 11-20. Домашнее задание 1 - вопросы 1-10. Домашнее задание 2 - вопросы 11-20.

1.      Что такое состояние термодинамической системы? Выразите в математической форме, используя пространства координат и времени, различные состояния гомогенной термодинамической системы.

2.      Что такое термодинамический процесс? Дайте определение положительных отрицательных, неравновесных, равновесных процессов.

3.      В чем различие терминов «преобразование» и «диссипация» энергии?

4.      Что означает термин «потерянная работа»? Каков его знак при протекании положительных и отрицательных неравновесных процессов?

5.      При наличии равновесия термодинамические функции применяют для всей системы в целом. Можно ли  аналогичным образом поступить в случае неравновесных систем?

6.      Что называют физически бесконечно малой величиной?

7.      Что такое локальные макроскопические величины?

8.      Что представляет собой локальное термодинамическое равновесие?

9.      Каков порядок величины времени установления локального равновесия ? (формула)

10.   Какова область применимости гипотезы о локальном равновесии?

11. Концепция локального равновесия. Чему равны термодинамические функции при наличии локального равновесия? Имеет ли место в системах с локальным равновесием статистическая корреляция между флуктуациями термодинамических величин в различных элементах объема? 

12. Какие типы неравновесных систем изучает термодинамика (3 типа)?

13. Объясните понятие «обобщенная координата», «обобщенная сила», «обобщенная работа», «полезная работа». 

14. Почему с помощью единственной функции - энтропии -  удается охарактеризовать  все разнообразие неравновесных процессов?

15. Как записать в дифференциальном виде для закрытой системы выражения для I закона термодинамики и объединенное выражение  I и II закона в случае протекания равновесных и неравновесных процессов?

16. В каких случаях некомпенсированная теплота Клаузиуса оказывается равной изменению внутренней энергии, энтальпии, энергии Гельмгольца, энергии Гиббса? 

17. Каким образом в неравновесную термодинамику вводят новую переменную  время

18. Чему равно изменение энтропии во времени в стационарном состоянии? Что это означает?

19. Что такое локальная функция диссипации и локальная скорость возникновения энтропии? Какая между ними связь?

20.  Как рассчитать полную скорость возникновения энтропии, т.е. скорость относящуюся к системе в целом?

Примеры тем для мини-выступлений  студентов (10 минут).

1.      Термодинамика газов.

2.      Термодинамика жидкостей.

3.      Термодинамика твердых тел.

4.      Фазовые переходы 1-го рода (изменение термодинамических потенциалов).

5.      Фазовые переходы 2-рода (изменение термодинамических потенциалов).

6.      Классическая теория фазовых переходов Ландау.

7.      Учет флуктуаций в теории фазовых переходов.

8.      Роль фазовых переходов в адсорбции и гетерогенном катализе.

9.      Химические волны. Структуры Тьюринга.

       10.  Автоколебания в гетерогенном катализе. 

 

  Учебно-методическое обеспечение дисциплины:

 а) основная литература:

1.      Пригожин И., Кондепуди Д.. Современная термодинамика. От тепловых двигателей до диссипативных структур (лучший зарубежный учебник), Пер. с анг. М.:Мир, 2002. -461с.

2.      Агеев Е. П. Неравновесная термодинамика в вопросах и ответах. М.: Эдиториал УРСС, 2001. – 136 с.

3.      Пармон В. Н. Лекции по термодинамике неравновесных процессов для химиков: Учебное пособие. Новосибирский гос.университет. Новосибирск. 2005.-296с.

4.      Базаров И. П.. Термодинамика (учебник). М.: Высшая школа, 1991.- 376 с. (главы 13-15).

5.      Фокин Б. С. Основы неравновесной термодинамики. Учебное пособие. Санкт-Петербург. Государственный политехнический университет, 2013.-214с.  

 б) дополнительная литература:

1.      Пригожин И., Стенгерс И. Порядок из хаоса. М.: Прогресс, 1986. -432 с.

2.      Гленсдорф П., Пригожин И. Термодинамическая теория структуры, устойчивости и флуктуаций. Пер. с анг. М: Мир, 1973.-500 с.

3.      Журавлев В.А. Термодинамика неравновесных процессов в задачах и решениях.-Ижевск. Издательский дом «Удмуртский университет», 1998.-151с.

4.      Проф. Е.П. Агеев. Неравновесная термодинамика в общем курсе физической химии (конспект лекций) МГУ им. М.В.Ломоносова. Режим доступа: http://www.chem.msu.su/rus/teaching/ageev/ageev.pdf (дата обращения 02.06.2017).

5.      Бекман И.Н. Лекция «СИНЕРГИЗМ И СИНЕРГЕТИКА» Режим доступа: http://beckuniver.ucoz.ru/Kurs_Sinerget/Sinerg_Lec1.htm (дата обращения 02.06.2017).

6.      Базаров И. П. и др. Неравновесная термодинамика и физическая кинетика / И. П. Базаров, Э. В. Геворкян, П. Н. Николаев. М.: Изд-во МГУ, 1989. 240 с.

 

 Вопросы к экзамену по дисциплине  "Термодинамика неравновесных процессов" Специальность ХИМИЯ НХ-5 . 13 рабочих  недель  (после 2х недель практики)

 1.      Историческое введение – температура, теплота, газовые законы, уравнения состояния вещества. Равновесная термодинамика: термодинамические системы (изолированные, закрытые открытые, равновесные и неравновесные), функции состояния.

2.      Понятия плотности энергии, плотности числа молей и плотности энтропии, связь с полной энергией, полной энтропией и полным числом молей вещества.

3.      Природа теплоты. Первое начало термодинамики. Закон сохранения энергии в химических реакциях (закон Гесса). Изменение внутренней энергии системы с учетом протекания химической реакции.

4.      Второе начало термодинамики. Поток теплоты и тепловой двигатель. Цикл Карно. Понятие энтропии. Неравенство Клаузиуса. Как вы понимаете одну из формулировок II-го начала термодинамики «Сумма изменений энтропии системы и окружающей среды не может убывать»?

5.      Изменение энтропии в виде двух составляющих. Термодинамические силы и термодинамические потоки. Поток теплоты и поток вещества. Скорость возникновения (производства) энтропии. 

6.      Обмен энтропией с внешней средой для изолированной, закрытой и открытой систем.  Диаграмма «энтропия-температура» для цикла Карно.

7.      Производство энтропии, вызванное потоком теплоты. Производство энтропии, обусловленное диффузией. Производство энтропии в химических реакциях.

8.      Устойчивость и производство энтропии. Условия устойчивости к флуктуациям температуры, объема и числа молей вещества в изолированной системе.

9.      Общее уравнение в термодинамической теории устойчивости. Вероятность флуктуаций.

10.  Линейная неравновесная термодинамика. Концепция локального равновесия. Условия, допускающие локальное равновесие. Локальное производство энтропии.

11.  Уравнение баланса для экстенсивной величины Y. Общее уравнение материального баланса для диффузионно-реакционной системы, близкой к равновесию. Уравнение баланса энтропии.

12.  Неравновесная термодинамика. Линейные феноменологические законы (потоки как линейные функции сил, их вызывающие). Коэффициенты Lk,I .

13.  Производство энтропии в единице объема s. Соотношения взаимности Онсагера. Принцип симметрии Кюри. Выражение для s системы, в которой происходит перенос теплоты и химическая реакция.

14.  Термоэлектрические явления - эффект Зеебека и эффект Пельтье. Проверка соотношения взаимности на примере термоэлектрических явлений (объяснение данных таблицы).

15.   Проверка соотношения взаимности на примере изотермической диффузии в трехкомпонентной системе.

16.  Принцип детального равновесия. Применение линейных законов к элементарным химическим реакциям:  а) реакция протекает в одну стадию, б) сложные реакции (три реакции, одна их которых является суммой двух первых).

17.  Принцип детального равновесия. Применение линейных законов к элементарным последовательным (в)  химическим реакциям.

18.  Стационарные состояния. Неравновесные стационарные состояния. Система с градиентом температуры.

19.Неравновесные  стационарные состояния. Химическая система с мономолекулярной реакцией А ®Х® В: выражения для потока энтропии и стационарной концентрации Х. 

20.  Диссипативные структуры. Химические колебания.

БАЛЛЬНО-РЕЙТИНГОВАЯ СИСТЕМА ОЦЕНКИ ЗНАНИЙ СТУДЕНТОВ по дисцмплине "Термодинамика неравновесных процессов"

Работа в семестре:

Максимальное число баллов, набранных в семестре – 80

Итоговая аттестация (экзамен) – обязателен – 20 баллов 

 

Вид задания

Число заданий

Кол-во баллов

Сумма баллов

1. Посещение лекций

15

2

30

2. Практические занятия

10

1

10

3. Домашние задания

2

10

20

4. Мини-выступления  по заданиям и темам

1

10

10

1. Рубежная аттестация

1

10

10

7. Итоговая аттестация (экзамен)

 

 

20

ИТОГО

 

 

100

 

Дисциплина "НАНОХИМИЯ". 2-ой (весенний) семестр магистратуры. 

Рекомендуется для направления подготовки 04.04.01 «Химия» Направленность программы (профиль) "Фундаментальная и прикладная химия"

Общая  трудоемкость - 2 зачетные единицы. 13  учебных недели (после 3х недель практики)

Вид учебной работы

Всего часов

Семестры магистратуры

 

II

 

 

Аудиторные занятия (всего)

 

 

 

 

 

В том числе:

 

 

 

 

 

Лекции

20

 

20

 

 

Практические занятия (ПЗ)

6

 

6

 

 

Семинары (С)

 

 

 

 

 

Лабораторные работы (ЛР)

 

 

 

 

 

Самостоятельная работа (всего)

46

 

46

 

 

Общая трудоемкость                                     час

                                                                       зач. ед.

72

 

72

 

 

2

 

2

 

 

 

Содержание разделов дисциплины.

 

№ п/п

Наименование раздела дисциплины

Содержание раздела (темы)

1.

Введение

 

Нанохимия – наука ХХI века. Исторические предпосылки. Классификации наноразмерных систем. Наночастицы и кластеры. Нанокластеры. Особенности свойств. Проблема стабилизации. Размерные эффекты – это зависимость свойств ультрамалых систем от размера частиц (числа входящих в неё атомов). Магические числа.

2.

Термодинамика наночастиц

Поверхностная энергия твердых тел. Связь поверхностного натяжения с объемными свойствами веществ. Термодинамика образования наночастиц. Критический размер зародыша новой фазы. Скорость зародышеобразования. Модели изотермической кластеризации. Самоорганизация наночастиц.

3

Физические и химические методы получения наноразмерных систем

Вакуумное испарение, электрический взрыв, ионная бомбардировка, низкотемпературная плазма. Синтез в реакциях химического, фото- и радиационно-химического восстановления, криохимический, электрохимический, сонохимический и механохимический синтезы. Термолиз веществ-прекурсоров, разложение карбонилов металлов (CVD-процесс), плазмохимический синтез. «Золь-гель» и «гель» методы синтеза нанопорошков. Синтезы наночастиц металлов в микроэмульсиях и мицеллах.

4

Методы исследования, строение, свойства наночастиц

Оптические свойства: электронные спектры поглощения кластеров и наночастиц металлов. Электрические и магнитные свойства. Диагностика методами электронной, туннельной и атомно-силовой микроскопии. Локальность как принцип морфологической характеристики. Элементы анализа малоатомных систем методами квантовой химии.

5

Реакционная способность кластеров и наночастиц

Катализ наночастицами. Нанореактор.  Гетерофазные кластеры воды.

Взаимодействие наночастиц с макромолекулами и полимерными средами. Полимер-связанные наноразмерные частицы. Адсорбция полимеров. Стабилизация полиэлектролитами и полимерными ПАВ.

6

Прикладная химия наночастиц

Углеродные кластеры. Графен. Углеродные нанотрубки. Фуллерены, эндофуллерены и фуллериты. Способы получения. Нанопористые неорганические материалы. Металл-органические каркасные структуры.

Катализаторы и сорбенты на основе ультрадисперсных веществ, специфика функциони-рования, селективность. Адсорбционные и каталитические свойства наночастиц металлов, нанесенных на подложки, ультрадисперсных порошков и золей. Обзор научных исследований кафедры физической и коллоидной химии

Магнитные материалы, ячейки памяти. Сенсоры, наполнители пластмасс. НЧ в составе нанокомпозитов и наноблочных материалов.

Использование наночастиц в медицине. Наноразмерное серебро и золото. Взаимодействие биополимеров и микроорганизмов с золями металлов. Биосорбция и селективная металлофильность. Нанобиотехнологии. Наночастицы как полютанты и мигранты в окружающей среде.

Учебно-методическое обеспечение дисциплины:

а) основная литература

1.        Сергеев Г.Б.. Нанохимия.Изд.МГУ.2003.2005.-288 с./Рекомен. Минобр. РФ/

2.        Суздалев И.П. Физико-химия нанокластеров и наноструктур. М.: Изд.КомКнига. 2006. -592 с.

3.        Раков Э.Г.. Нанотрубки и нанофуллерены. Учеб. пособие для ВУЗов. М. Изд. Логос. 2006.-374 с.

4.        Помогайло А.Д., Розенберг А.С., Уфлянд И.Е.. Наночастицы металлов в полимерах. М.: Химия. 2000. -672 с.

5.        Гусев А.И., Ремпель А.А. Нанокристаллические материалы. М.Физматлит.2000.

6.        Сайты в Интернете, например, www.nanometer.ru (запрос по ключевому слову)

7.        Князев А.В., Кузнецова Н.Ю. Нанохимия. Электронное учебное пособие. - Нижний Новгород: Нижегородский госуниверситет, 2010. -102 с. Режим доступа: (ресурс) http://window.edu.ru/resource/878/79878 или http://www.unn.ru/pages/e-library/methodmaterial/2010/Knyazev_Kuznetsova.pdf

8.        Нейман А.Я., Кочетова Н.Я. Учебно-методический комплекс дисциплины «Основы нанохимии и нанотехнологии». Уральский федеральный университет им.Первого президента России Б.Н.Ельцина. Ресурс:  http://hdl.handle.net/10995/1319

 

 б) дополнительная литература

1.        Деффейс К., Деффейс С. Удивительные наноструктуры; под ред Л.Н.Патрикеева.-М.:БИНОМ. Лаборатория знаний, 2011.-206 с.

2.        Бучаченко А.Л. Химия как музыка. Изд. Нобелистика. МИНЦ. 2004.

3.        Ю.П.Петров. Кластеры и малые частицы. М.Наука. 1987.-368 с.

4.        Ю.П.Петров. Физика малых частиц.М.Наука.1982. - 358 с.

5.        Н. Кобаяси. Введение в нанотехнологию. (перевод с япон). Под. Ред. Л.Н.Патрикеева. М.Бином. 2007.

6.        Еремин В.В. (Химический факультет МГУ) Нанохимия в олимпиадных задачах. 2011.

7.        В.В.Еремин, А.А.Дроздов. Нанохимия и нанотехнология (учебное пособие) – М.: Дрофа, 2010.

 

БАЛЛЬНО-РЕЙТИНГОВАЯ СИСТЕМА ОЦЕНКИ ЗНАНИЙ СТУДЕНТОВ  по дисциплине "Нанохимия"   весенний семестр (13 рабочих недель)

Максимальное число баллов, набранных в семестре –  100

Коэффициент пересчета к БРС – 1.                    Экзамен –обязателен –

Вид задания

Число заданий

Кол-во баллов

Сумма баллов

1. Посещение лекций

13

2

26

2. Практические занятия

5

2

10

3. Рубежная аттестация

1

14

14

4.Презентация

1

15

15

5.Реферат  (доклад к презентации)

1

15

15

6.Итоговая аттестация (экзамен)

1

20

20

ИТОГО

 

 

100

         
         
         
         
         
     

 Участие в кружке по НАНОХИМИИ.

 

 Примеры тем презентаций и рефератов (2017 г.)

1.    Углеродные нанотрубки. УНТ в составе катализаторов, адсорбентов, электродов.

2.    Наноалмазы. Применение в катализе.

3.    Нанесенные биметаллические катализаторы. Синергетический эффект. Влияние носителя.

4.    Сорбенты с биоактивными наночастицами.

5.    Наночастицы оксида титана как фотокатализаторы. 

6.    Теоретический анализ биметаллических кластеров методом функционала плотности.

7.    Исследования свойств биметаллических наночастиц спектральными методами.

8.    3D печать. Материалы и оборудование. Области применения.

9.    Нанолитография.

10.  Наноматериалы в «зеленой» химии.

 

Вопросы рубежной аттестации:

1.      А оно нам NANO? Политика развитых государств в области нанотехнологий (приоритетные направления). Области применения наночастиц.

2.      Термодинамика образования наночастиц. Зависимость свойств ультрамалых систем от размера (числа входящих атомов).

3.      Синтез наночастиц в химических реакциях. Условия проведения реакций. Способы стабилизации высокодисперсного состояния вещества.

4.      Синтезы наночастиц методами криохимии, электрохимии, фотохимии, сонохимии.

5.      Диагностика наночастиц физико-химическими методами исследования.

6.      Оптические свойства наночастиц.

7.      Наночастицы в полимерах. Нанобиотехнология.

8.      Нанохимия и катализ.

Вопросы итоговой аттестации (экзамена).

  1. Нанохимия – наука 21 века, её место в междисциплинарной области нанонаук. Нанохимия как основа нанотехнологий.  Зависимость свойств вещества от размера частицы, количества атомов в частице.
  2. История нанохимии – от коллоидов к кластерам и супрамолекулярным структурам. Наноразмерные объекты (терминология): кластер, наночастица, нанокластер, нанокомпозит, малые и гигантские кластеры.
  3. Классификации частиц по размерам. Виды и стабильность кластеров. Магические числа. Кластерные реакции. Активность кластеров и наноразмерных частиц (НРЧ).
  4. Термодинамика наночастиц. Изменение энергии Гиббса при образовании кластера (зародыша новой фазы). Получение НРЧ без химических реакций, используя фазовые превращения 1 рода.
  5. Размерный эффект. Зависимость свойств вещества от размера частицы (количества атомов). Химическое равновесие с учетом дисперсных реагентов. Различные свойства и реакционная способность НРЧ.
  6. Получение и стабилизация наночастиц: методы «сверху» и «снизу», физические и химические. Химическое восстановление, фотовосстановление, методы разложения прекурсоров. Криохимический и плазмохимические методы.
  7. Наночастицы, стабилизированные полимерами. Капсулирование НРЧ полимерами. Системы с НРЧ типа «металл-полимер» и «оксид металла-полимер». Наночастицы в мицеллах.
  8. Углеродные наноматериалы. От карбена и графена к углеродным нанотрубкам и фуллеренам: УНТ, получение и свойства. Экзо- и эндофуллерены. Пиподы. Фуллериты.
  9. Наночастицы металлов (золото, медь, серебро, платина, палладий и др.). Моно- и биметаллические системы. Области применения. Катализ на наночастицах. Нанореакторы.
  10. Методы исследования кластеров и наночастиц. Электронная микроскопия. Зондовая микроскопия. Дифракционные методы. Оптическая и колебательная спектроскопия. Электронная спектроскопия (РФЭС, ОЭС, УФЭС). 

 

Дисциплина "Физико-химия поверхности и хемосорбция" , 2-ой (весенний) семестр. 

 Рекомендуется для направления подготовки   04.04.01 «Химия», Направленность программы (профиль) "Фундаментальная и прикладная химия"

Общая трудоемкость дисциплины составляет 2 зачетные единицы.

Вид учебной работы

Всего часов

Семестры

 

II

 

 

Аудиторные занятия (всего)

 

 

 

 

 

В том числе:

 

 

 

 

 

Лекции

20

 

20

 

 

Практические занятия (ПЗ)

6

 

6

 

 

Семинары (С)

 

 

 

 

 

Лабораторные работы (ЛР)

 

 

 

 

 

Самостоятельная работа (всего)

46

 

46

 

 

Общая трудоемкость                                     час

                                                                       зач. ед.

72

 

72

 

 

2

 

2

 

 

 

 Содержание разделов дисциплины

№ п/п

Наименование раздела дисциплины

Содержание раздела (темы)

1.

Введение

 

Основные черты химической адсорбции. Критерии отличия хемосорбции от физической адсорбции. Хемосорбция и гетерогенный катализ. Коррозия. Проблема дезактивации катализаторов.

2.

Хемосорбционная связь. Неоднородность поверхности

Схема диссоциативной хемосорбции и её энергетическая диаграмма. Равновесная хемосорбция. Изотермы адсорбции на неоднородной поверхности. Метод «контролирующей полосы» Рогинского. Простые теории хемосорбции. Ковалентная связь. Ионосорбция.

3

Многообразие поверхностных комплексов

Комплексы (формы адсорбции) СО и олефинов. Барьер хемосорбции. Молекулярные зонды поверхности металлов и оксидов металлов (ИК-спектры адсорбированного СО и пиридина). Интермедиаты на примере каталитического синтеза метанола из СО и Н2.

4

Теории хемосорбции

Электронные состояния на поверхности кристалла. Задача Тамма. Анализ хемосорбционных состояний. Методы теории хемосорбции: кластерные квантово-химические расчеты, модель «желе»-металла в методе функционала плотности. Зонная теория твердого тела.

Поверхность оксидов. Электронная теория адсорбции и катализа на полупроводниках Ф.Ф.Волькенштейна.

5

Особенности хемосорбции на металлах и оксидах

Хемосорбция и поверхностная диффузия. Быстрая и медленная стадии хемосорбции. Коэффициент прилипания. Энергетика хемосорбции на металлах и сплавах. Роль кристаллографии поверхности металла и хемосорбционное фасетирование. Образование упорядоченных фаз. Двумерные диаграммы. Дефекты поверхности твердого тела.

Кислотные центры поверхности оксидов льюисовского и бренстедовского типа, методы тестирования. Типы поверхностных гидроксильных групп. Связь электронных свойств и кислотности поверхности оксидных катализаторов с активностью и селективностью. Формы хемосорбции кислорода и их роль в каталитических реакциях окисления олефинов.

6

Экспериментальные методы исследования поверхности твердых тел и состояния адсорбатов

Методы исследования поверхности твердых тел и адсорбированных частиц: термодесорбция, спектроскопия в ИК, УФ и видимой области, рентгено-фотоэлектронная и Оже-спектроскопия, спектроскопия КР, дифракция медленных электронов, масс-спектрометрия вторичных ионов, сканирующая туннельная микроскопия, АFM, EXAFS, XANES.

Учебно-методическое обеспечение дисциплины:

а) основная литература

1.        Теория хемосорбции. Под. Ред. Дж. Смита. М. Изд. Мир. 1988. -386 с.

2.        Боресков Г.К.. Гетерогенный катализ. М.Наука.1986.-304 с. (глава 5).

3.        Крылов О.В.. Гетерогенный катализ. Учебное пособие для вузов. М. ИКД «Академкнига», 2004, 679 с., главы 2,4,6,7.

4.        А.Я.Розовский Катализатор и реакционная среда. М.Наука.1988.-304 с.

5.        Зенгуил Э. Физика поверхности. М.Мир.1990.-528 с.

6.        Блейкмор Дж. Физика твердого тела. М.:Изд.Мир.1988. -608 с.

7.        Хофман Р. Строение твердых тел и поверхностей. М.: Мир.1990.-215 с..

8.        Дункен Х., Лыгин В.И. Квантовая химия поверхности твердых тел. М.Мир.1980.-288 с.

9.        Лекция 4. Понятие о зонной теории кристаллов. Режим доступа: https://refdb.ru/look/2951307.html (дата обращения 03.06.17).

10.    Игорь Евгеньевич Тамм, 1897-1971.  Биография. (Режим доступа: http://library.brstu.ru/static/bd/istor_ing_dela/personalia/tamm.pdf, дата обращения 03.06.17, из книги Д.К. Самина «100 великих ученых». — М.: Вече, 2000. — 592 с.).

б) дополнительная литература

1.        Пентин Ю.А., Вилков Л.В. Физические методы исследования в химии. М.:Мир.Изд.АСТ. 2003, (4.45 Мб вкачать бесплатно http://padabum.com/d.php?id=37836 )

2.        Томас Дж. и др.  Методы исследования катализаторов. Издательство: Мир. 1983.

3.        Давыдов А.А.. ИК-спектроскопия в химии поверхности оксидов. Новосибирск, Изд. Наука СО АН СССР, 1984. -242 с.

4.        В.И.Нефедов, В.Т.Черепин. Физические методы исследования поверхности твердых тел. М.Наука. 1983.-296 с.

 

5.        Обзорные статьи И.И.Михаленко и В.Д.Ягодовского. Журнал физической химии. 2002, № 2, Журнал физической химии. 2005, № 9.

БАЛЛЬНО-РЕЙТИНГОВАЯ СИСТЕМА ОЦЕНКИ ЗНАНИЙ СТУДЕНТОВ

Работа в семестре:

Максимальное число баллов, набранных в семестре – 80

Итоговая аттестация (зачет) – обязателен – 20 баллов

 

Вид задания

Число заданий

Кол-во баллов

Сумма баллов

1. Посещение лекций

13

2

26

2. Практические занятия

5

2

10

3. Рубежная аттестация

1

14

14

1.    Презентация.

1

15

15

2.    Реферат

1

15

15

3.     Итоговая аттестация (зачет)

1

20

20

ИТОГО

 

 

100

Примеры тем презентаций и рефератов по разделу «Экспериментальные методы исследования поверхности твердых тел и состояния адсорбатов».

1.    Метод термо-программированной десорбции (ТПД).

2.    Методы термопрограммированной реакции окисления и/или восстановления (ТПО,ТПВ).

3.    ИК- и КР-спектроскопия для анализа поверхностных комплексов.

4.    Спектросокпия в УФ и видимой области в исследовании поверхностных состояний.

5.    Применение рентгенофотоэлектронной и Оже спектроскопии для исследования катализаторов.

6.    Масс-спектрометрия вторичных ионов.

7.    Дифракция медленных электронов. Дифракция быстрых электронов.

8.    Спектроскопия парамагнитного резонанса. Метод спиновых зондов.

9.    Сканирующая растровая и туннельная микроскопия. Атомно-силовая микроскопия.

10.  Просвечивающая электронная микроскопия высокого разрешения.

11.   Анализ удельной поверхности и пористости адсорбентов и катализаторов.

 12.    Методы EXAFS и XANES. Применение для исследования природы активных центров катализаторов. 

Вопросы рубежной аттестации:

1.    Критерии отличия хемосорбции от физической адсорбции.

2.      Схема диссоциативной хемосорбции и её энергетическая диаграмма.

3.      Изотермы адсорбции на неоднородной поверхности.

4.      Локализованная и делокализованная адсорбция.

5.      Простые модели оценки теплот адсорбции для ковалентной связи адсорбат-металл.

6.      Ионосорбция. Энергетическая диаграмма ионосорбции.

7.      Формы адсорбции СО и этилена на металлах.

8.      Кинетика хемосорбции. Коэффициент прилипания.

9.      Электронные состояния Тамма на поверхности кристалла.

10.  Дефекты поверхности твердого тела.

Вопросы итоговой аттестации (зачета).

1.       Основные черты химической адсорбции. Критерии отличия хемосорбции от физической адсорбции.

2.      Схема диссоциативной хемосорбции на металлах и её энергетическая диаграмма.

3.      Равновесная хемосорбция. Неоднородность поверхности. Метод «контролирующей полосы» Рогинского.

4.      Хемосорбционные силы и хемосорбционная связь. Простые теории хемосорбции на металлах. Ковалентная связь при хемосорбции.

5.      Ионосорбция. Энергетическая Диаграмма локализованной ионосорбции.

6.      Поверхностные комплексы (формы хемосорбции). Адсорбции СО.  Барьер хемосорбции. Метод СО-зонда. Адсорбция олефинов.

7.      Электронные состояния на поверхности кристалла. Задача Тамма. Анализ хемосорбционных состояний.

8.      Хемосорбция и поверхностная диффузия. Быстрая и медленная стадии хемосорбции. Коэффициент прилипания. Роль кристаллографии поверхности металла и хемосорбционное фасетирование.

9.      Образование упорядоченных фаз адсорбата. Двумерные диаграммы.

10.  Адсорбция на окислах. Типы поверхностных гидроксильных групп. Кислотные центры поверхности оксидов льюисовского и бренстедовского типа,  методы тестирования.

11.  Теория адсорбции и катализа на полупроводниках Волькенштейна. Сдвиг уровня Ферми полупроводника введением ионов как метод изменения активности и селективности катализаторов.

 

12.  Методы экспериментального исследования поверхности и адсорбированных частиц (самостоятельная подготовка мини-презентации). Рекомендации для выбора метода: термодесорбция, спектроскопия в ИК-, УФ- и видимой области, рентгенофотоэлектронная и Оже-спектроскопия, спектроскопия комбинационного рассеяния, дифракция медленных электронов, масс-спектрометрия вторичных ионов, сканирующая туннельная микроскопия, атомно-силовая микроскопия.

 

МАГИСТРАТУРА НХ-6. Дисциплина "Основы менеджмента в химии"

НХ-6. Мини-доклад – представление товара – научного прибора для исследования свойств катализаторов и адсорбентов методами  физико-химического анализа.

 Выступление  менеджера технического отдела или отдела продаж в подготовленной аудитории химиков (предполагаемых покупателей товара).

 ПЛАН ВЫСТУПЛЕНИЯ.

1.     Описание изделия (товара) – подробности характеристик, комплектующие. Главный пункт. Профессиональный рассказ о возможностях прибора.

2.      Обзор рынка (анализ развития рынка):

А.  Какой спрос, предложения, цены.

Б. Какое предприятие (ия) является ведущим в данной области.

В. Кто конкуренты.

3. Позиция на рынке.

А. Указать отличительные особенности вашей продукции по сравнению с продукцией конкурентов.

Б. Выгода для потребителей.

4. Конкуренция и конкурентоспособность:

А. Опишите основных конкурентов, их сильные и слабые стороны.

Б. Сравните свою продукцию с продукцией конкурентов.

5. Общение с потребителем

А. Способ информации, которым вы пользуетесь.

Б. Целевой сегмент рынка.

6. Реклама

А. Тактика и стратегия (средства и основные сроки)

Б. Обзор расходов

7. Связь с общественностью

А. Тактика и стратегия.

Б. Основные пункты плана работы с общественностью (пресса, лекции, конференции, выставки и т.д.)

 

8. Условия поставки

 

Микроблог:

2017-11-10 07:59:50
Студентам НХ 4 справочные значения
параметров для расчетов
лабораторной работы 11 нужно
посмотреть на страничке Коллоидная
химия_НХ4 после таблицы графика
занятий.


Показать все записи

На портал | На форум | Web-Тестирование | Ред. кабинета | Успеваемость |