Учебно-методический комплекс по дисциплине Коллоидная химия (название)
1 чел. помогло. | скачать ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ» (МИИТ) УТВЕРЖДЕНО: Проректором по учебно-методической работе - директором РОАТ «_27_»_____10______2010 г. Кафедра _________________Физика и химия___________________________- (название кафедры) Автор: ст. преп Журавлева М.А. ____________________________ (Ф.И.О.)Учебно-методический комплекс по дисциплине___________________________ Коллоидная химия_________________ __ (название) _____________________________________________________________________________ ^  (код, наименование специальности/направления)
Москва 2010 Москва 2010Автор-составитель: _ст. преп. Журавлева М.А., ________ (Ф.И.О., Ученая степень, ученое звание, должность) Учебно-методический комплекс по дисциплине______Коллоидная химия____ __________________________________________________________________ (название дисциплины) составлен в соответствии с требованиями Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования (ГОС ВПО) по специальности 280202.65 Инженерная защита окружающей среды ______________________________________________________________ (название специальности/направления) Дисциплина входит в федеральный компонент общих математических и естественнонаучных дисциплин и является обязательной для изучения для специальности 280202 Инженерная защита окружающей среды. В основу разработанного комплекса положена Примерная программа дисциплины «Коллоидная химия», утверждённая Министерством образования Российской Федерации (2000 г.) для направлений: 550000 Технические науки, 510000 Естественные науки и математика, 656000 Защита окружающей среды (кроме направления 510500 Химия), федеральная компонента ЕН.Ф.05, государственные образовательные стандарты высшего профессионального образования по соответствующим направлениям. ^ государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ^ СОГЛАСОВАНО: УТВЕРЖДЕНО: Выпускающая кафедра Проректором по учебно-методической «Инженерная экология и техносферная работе - директором РОАТ безопасность» «__27_»_____10__2010г. Кафедра___ ____ Физика и химия___________________________ __ (название кафедры) Авторы: канд.хим.наук, проф. В.Д.Галкин, ст.преп. М.А.Журавлева, канд. хим.наук, доцент Н.В. Хлесткова, канд. техн.наук, ст.преп. С.А. Прицепова (ф.и.о., ученое звание, ученая степень) ^ ________________________ Коллоидная Химия____________________ (название) Специальность/направление 280202.65 Инженерная защита окружающей среды _________________________________________________________ (код, наименование специальности/направления)
Москва 2010 ^ Дисциплина «Коллоидная химия» относится к блоку естественнонаучных дисциплин Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования и предназначена для студентов специальности «Инженерная защита окружающей среды». Изучение дисциплины способствует развитию познавательных интересов, интеллектуальных и творческих способностей, самостоятельности в приобретении новых знаний. Данная рабочая программа посвящена химическим основам понимания природных и техногенных явлений, с учетом специализации выпускников транспортного вуза. Коллоидная химия – это наука о свойствах гетерогенных высокодисперсных систем и о протекающих в них процессах. Коллоидная химия изучает свойства систем, в которых одно вещество, находящееся в раздробленном (дисперсном) состоянии в виде частиц, состоящих из множества молекул, распределено в какой либо среде. В коллоидную химию в качестве самостоятельного раздела входит физико-химия высокомолекулярных полимеров – природных (белка, целлюлозы, каучука и др.) и синтетических, имеющих молекулы очень больших размеров. Знание закономерностей коллоидной химии необходимо для разработки мероприятий по охране окружающей среды. Загрязняющие вещества, находящиеся в воздухе и воде представляют собой коллоидные системы. Методы разрушения этих систем, удаления из воздуха и воды загрязняющих веществ основаны на законах коллоидной химии. В курсе «Коллоидная химия» изучаются фундаментальные законы химии, как основа современной технологии. Без глубокого изучения химических законов невозможно понимание современных технологических процессов, использующихся в промышленности, на транспорте, в строительстве, природных явлениях и в защите окружающей среды. ^ - ознакомить студентов с процессами превращения веществ, сопровождающихся изменением физико-химических свойств. Целью изучения также является создание теоретической базы для успешного усвоения ими специальных дисциплин и, в частности, – формирование научного и инженерного мышления. Фундаментальная подготовка студентов соответствует целям и задачам ГОС ВПО примерной программе специальности «Инженерная защита окружающей среды». В современной жизни, особенно в производственной деятельности человека, коллоидная химия имеет исключительно важное значение. на очистных сооружениях железнодорожного транспорта повсеместно используются методы коолидной химии такие как: коагуляция и электрокоагуляция, осаждение осадков, осветление и т.д.. ^ дисциплины являются: 1) профессиональная подготовка специалистов и получения будущими специалистами необходимых знаний о закономерностях дисперсных систем, 2) получение дипломированными специалистами теоретических представлений и практических навыков применения прогрессивных технических знаний, обеспечивающих высокий университетский уровень инженера. Одной из важных задач современной химии является охрана окружающей среды. Рост и развитие химического производства, эксплуатация транспорта оказывает сильное влияние на окружающую среду. Это выражается в истощении почв, загрязнении атмосферы и природных вод, уменьшении площади зеленых массивов, регулирующих с содержание кислорода в атмосфере и сохраняющих реки, а также в сокращении отдельных видов растительного и животного мира. В этой связи перед коллоидной химией стоит задача создания новых «безотходных» технологических процессов, осуществляемых по замкнутому циклу, разработка и совершенствование инженерно-строительных средств защиты окружающей среды. Осуществление таких технологических процессов, полностью использующих природные богатства и не дающих вредных отходов производства, загрязняющих окружающую среду, возможно только при широком использовании физико-химических, химических и биологических процессов. Данная программа построена в соответствии с требованиями Государственного образовательного стандарта и Примерной программы дисциплины «Коллоидная химия» Министерства образования Российской Федерации, принятой 08.12.2000 г. ^ В ходе изучения дисциплины «Коллоидная химия» должны быть сформированы знания и умения использовать: фундаментальные понятия, законы, модели классической и современной химии. Изучив дисциплину «Коллоидной химия», согласно Государственному образовательному стандарту высшего профессионального образования и государственные требования к минимуму содержания и уровню подготовки выпускника предполагают, что в результате изучения дисциплины студент должен: - иметь представление:
- знать:
- уметь:
- приобрести навыки:
Знания и навыки, полученные при изучении дисциплины «Коллоидная химия» дают возможность студентам изучать все последующие дисциплины учебного плана на качественно более высоком уровне. ^ Форма обучения – ЗАОЧНАЯ
^ 1.4.1 Распределение часов по темам и видам учебной работы Форма обучения – ЗАОЧНАЯ
^ Лабораторные занятия по дисциплине «Коллоидная химия» проводятся в специально оборудованных лабораториях с применением необходимых средств обучения: лабораторного оборудования, образцов для исследований, методических пособий. Поскольку в химической лаборатории находятся электроприборы, газ, вода, ядовитые и огнеопасные вещества, студенты должны строго соблюдать правила внутреннего распорядка и техники безопасности. Группа студентов должна быть перед лабораторными занятиями проинструктирована преподавателем, каждый студент заполняет журнал по лабораторной безопасности и расписывается. Перед каждым лабораторным занятием студент должен изучить соответствующий раздел учебника, конспект лекций и описание лабораторной работы. При оформлении отчета по проделанной работе в лабораторной тетради записывают дату, номер, название работы и опыта; конспект теоретического материала; краткое описание хода опыта и результаты, полученные при его выполнении. При выполнении лабораторной работы студент ведет рабочие записи результатов наблюдений и измерений (испытаний), оформляет расчеты. Окончательные результаты оформляются в форме выводов к работе. Полный парк лабораторных работ на кафедре содержит более 6 работ (с вариативными заданиями), ко всем имеются методические указания, изданные в РОАТ. Руководства к выполнению лабораторных работ, разработанные на кафедре, приведены в разделе 2. Ниже в виде примера дана краткая характеристика типичных работ, выполняемых студентами в первом семестре.
^ В процессе изучения курса химии студент-заочник должен выполнить самостоятельно одну контрольную работу (в тетради 10-12 листов или на листах формата А4 в компьютерном оформлении). Решение задач и ответы на теоретические вопросы должны быть коротко, но четко обоснованы. При решении задач нужно приводить весь ход решения и математические преобразования. Контрольная работа должна быть аккуратно оформлена, написана четко и ясно, и иметь поля для замечаний рецензента. Номера и условия задач необходимо переписывать в том порядке, в каком они указаны в задании. В начале работы следует указать учебный шифр студента, номер варианта и полный список номеров задач этого варианта. В конце работы следует дать список использованной литературы с указанием года издания. Работа должна иметь подпись студента и дату. Если контрольная работа не зачтена, ее следует выполнить повторно в соответствии с указаниями рецензента и представить вместе с не зачтенной работой. Исправления следует выполнять в конце работы, после рецензии, а не в тексте. Контрольная работа, выполненная не по своему варианту, преподавателем не рецензируется и не засчитывается как сданная. Каждый студент выполняет вариант контрольных заданий, обозначенный двумя последними цифрами номера студенческого билета (86594, две последние цифры 94, им соответствует вариант контрольного задания 94) Графики и рисунки должны быть выполнены аккуратно с использованием чертёжных инструментов или компьютерной технологии. К защите допускаются правильно оформленные работы, с достаточно полным раскрытием темы. Студент должен во время защиты дать пояснения по всему материалу контрольной работы. Контрольная работа №1. Темы работы:
Краткое содержание:
^
Результаты самостоятельной работы контролируются при аттестации студента при защите контрольной работы.
Основная литература
Дополнительная литература:
^ В учебном процессе для освоения дисциплины используются следующие технические средства:
^ В помощь студентам для выполнения контрольной работы предложена краткая теория по тематике задачи и примеры решения подобных задач. Ниже представлен пример из темы «Дисперсные системы». Дисперсной системой называется система, состоящая из двух или более веществ, из которых одно распределено в виде мелких частиц в другом. Диспергированное вещество называется дисперсной фазой, а вещество, в котором распределено другое вещество, является дисперсионной средой. Мерой раздробленности дисперсионной фазы является поперечный размер частиц “а”. Обратная величина 1/”а” называется дисперсностью. Дисперсные системы гетерогенны и обладают сильно развитой поверхностью. Степень раздробленности вещества характеризуется величиной удельной поверхности Sуд, которая равна отношению общей поверхности частиц S к объему вещества V, подвергнутого дроблению Sуд = S/V (1.1) Удельная поверхность – это суммарная поверхность всех частиц вещества, общий объем которых составляет 1 см3. Если принять форму частицы в виде куба с ребром 1 см, то удельная поверхность Sуд = S/V = 6r2/ r3 = 6/ r (1.2) Для частиц шарообразной формы радиуса r Sуд = S/V = 4π r2/(4/3π r3) = 3/r (1.3) На основе ультрамикроскопических методов можно найти размер частиц. Для частиц шарообразной формы, радиус частицы r определяется из выражения  (1.4)Для частицы имеющую форму кубика, длину его ребра 1 определяют из выражения  (1.5)В выражениях (1,4) и (1,5) m – масса частиц; N – число частиц; ρ – плотность диспергированного вещества, г/см3. Объем частицы находится из выражения  (1.6)Пример 1. Определить суммарную площадь поверхности частиц, если при дроблении 1 г серы получаются частицы: а) кубической формы с длиной ребра l = 10-5 см; б) частицы шарообразной формы с поперечником 2·10-6 см. Плотность серы ρ = 2,07 г/см3. Решение. 1. Используя формулу (1.2) определяем удельную поверхность частиц кубической формы: Sуд = 6/l = 6/10-5 = 6·105 см-1 1г серы занимает объем 1/2,07 = 0,4831 см3. Суммарная площадь поверхности частиц равна S1 = 6·105·0.4831 = 2,9·105 см2 = 29м2 2. Для частиц шарообразной формы используем выражение (1.3): Sуд = 3/r = 3·106 см-1 Общая площадь поверхности всех частиц S2 = 3·106·0.4831 = 1,45·106 см2 = 145 м2 Пример 2. Определить число частиц, образующихся при раздроблении 0,2см3 ртути на правильные кубики с длиной ребра 8·10-6 см. Плотность ртути ρ = 13,546 г/см3. Решение. Рассчитаем массу 0,2 см3 ртути mHg = 0,2·13,546 = 2,709 г. Определим объем одной частицы V = l3 = (8·10-6)3 = 5,12·10-16 см3 Масса одной частицы будет равна 5,12·10-16·13,546 = 6,94·10-15 г число частиц N = 2,709/6,94·10-15 г число частиц N = 2,709/6,94·10-15 = 3,9·1014. Пример 3. С помощью ультрамикроскопа в видимом объеме V = 12·10-16 см3 обнаружено 5 частиц гидрозоля золота. Вычислите радиус частиц, приняв форму их за шарообразную, зная при этом, что концентрация золя равна 30г/см3, плотность золота ρ = 19,3 г/см3. Решение. Масса частиц в видимом объеме 30·12·10-16 = 3,6·10-14 г. Применив выражение (1.4) получим:  см.Задачи 1. Вычислите суммарную площадь поверхности 2 г платины раздробленной на правильные кубики с длиной ребра 10-6 см. Плотность платины 21,4 г/см3. 2. Вычислите суммарную площадь поверхности 1 г золота, раздробленного на правильные кубики с длиной ребра 5·10-7 см. Плотность золота 19,3 г/см3. 3. Золь ртути состоит из частиц шарообразной формы диаметром 6·10-6 см. Чему равна суммарная площадь поверхности частиц, образовавшихся из 0,5 см3 ртути? 4. Допускается, что в коллоидном растворе серебра каждая частица представляет собой куб с длиной ребра 4·10-8см и плотностью 10,5 г/см3, рассчитать: а) сколько коллоидных частиц может получиться из 0,1 г серебра; б) чему равна общая площадь поверхности всех серебряных частиц. 5. Золь ртути состоит из шариков диаметром 6·10-6 см. Чему равна: а) суммарная площадь поверхности частиц; б) общее число частиц в растворе при дроблении 1г ртути? Плотность ртути 13,546 г/см3. 6. Раствор коллоидной камфоры содержит в 1 см3 200 млн. шариков камфоры диаметром около 10-4см. Подсчитайте общую площадь поверхности частиц камфоры в 200 см3 такого раствора. 7. Вычислите удельную поверхность частиц золя золота на частицы шарообразной формы диаметром 7,0·10-8см. Плотность золота ρ = 19,3 г/см3. 8. Определите удельную поверхность и суммарную площадь поверхности частиц золя серебра на частицы шарообразной формы с диаметром 1,0·10-6см. Плотность серебра 10,5 г/см3. 9. Вычислите суммарную площадь шарообразных частиц золя ртути с диаметром 2,5·10-7см. Золь получен дроблением 3,2г ртути. Плотность ртути 13,546 г/см3. 10. Определите суммарную площадь поверхности частиц золя сульфида мышьяка и число частиц в 0,5л золя, если 1л золя содержит 2,25г As2S3. Частицы золя имеют форму кубика с длиной ребра 1,2·10-6 см. Плотность As2S3 равна 3,5 г/см3. 11. Частицы аэрозоля имеют шарообразную форму, диаметр частиц 8·10-5см. Аэрозоль получен распылением 500г угля в объеме воздуха 1000 см3. Определите удельную поверхность и число частиц в этом аэрозоле. Плотность угля 1,8 г/см3. 12. Определите удельную поверхность золя сернистого мышьяка, средний диаметр частиц которого равен 1,2·10-6см, а плотность ρ = 3,43 г/см3. 13. Вычислите величину удельной поверхности суспензии каолина, если ее частицы имеют шарообразную форму с диаметром равным 0,9·10-7см. Плотность каолина ρ = 2,5 г/см3. 14. Чему равна удельная поверхность угля, если диаметр его распыленных частиц равен 7,5·10-3см имеет шарообразную форму? Аэрозоль был получен распылением 250г угля в объеме воздуха 500см3. 15. Определить удельную поверхность 1000г угольной пыли с диаметром частиц равным 8·10-3см. Плотность угля ρ = 1,8 г/см3. 16. Рассчитайте удельную поверхность частиц золя хлорида меди, полученного электрическим распылением 2,1г хлорида меди на частицы кубической формы длиной ребра 1,5·10-6см. Плотность хлорида меди равна 3,44 г/см3. 17. Концентрация золя золота 2г/л, частицы имеют форму куба с ребром 4,0·10-6см. Плотность золота 19,5 г/см3. Вычислите сколько частиц в 1 л золя и какова общая поверхность частиц. 18. При исследовании золя CuCl2 в видимом объеме V=16·10-16см3 подсчитано 8 частиц. Рассчитайте радиус частиц. Концентрация золя С = 3,0 г/см3, ρ = 19,3 г/см3. 19. В процессе исследования гидрозоля золота с помощью ультрамикроскопа в видимом объеме V=16·10-16см3 подсчитано 8 частиц. Рассчитайте радиус частиц. Концентрация золя с = 3,0 г/см3, ρ = 19,3 г/см3. 20. В видимом объеме V = 1,33·10-9см3 подсчитано 50 частиц масляного тумана. Определите радиус частиц. Концентрация аэрозоля с = 2,5·10-5 г/см3; ρ = 0,9 г/см3. 21. Ультрамикроскопическим методом в видимом объеме V=2·10-9 см3 подсчитано 12 частиц золя серы. Сзоля = 5,6·10-3 г/см3; ρ = 1,0 г/см3. Определите радиус частицы, приняв их форму за сферическую. 22. Методом микроскопии в объеме V = 3·10-3 г/см3 подсчитано 60 частиц аэрозоля водяного тумана. Рассчитайте радиус частиц, если концентрация аэрозоля C = 1,5·10-4 г/см3. Форму частиц принять за сферическую. 23. В видимом объеме V = 1.6·10-9 см3 подсчитано 55 частиц гидрозоля золота. Определите радиус частиц золота, приняв их форму за сферическую С = 7,0·10-3 г/см3; ρ = 19,3 г/см3. 24. В объеме V = 1.5·10-9 см3 подсчитано 56 частицы аэрозоля масляного тумана. Определите их средний радиус. С = 2,1·10-5 г/см3; ρ = 0.91 г/см3. 25. В объеме V = 2·10-8 см3 подсчитано 75 частиц аэрозоля дыма мартеновских печей. Сзоля = 10·10-3 г/см3; ρ = 2,0 г/см3. Вычислите среднюю длину ребра частицы l, считая ее форму кубической.
^
Преподаватель, читающий лекционные курсы в вузе, должен знать существующие в педагогической науке и используемые на практике варианты лекций, их дидактические и воспитывающие возможности, а также их методическое место в структуре процесса обучения.
^ МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ По дисциплине «Коллоидная химия» предусмотрен промежуточный контроль в виде зачёта по лабораторным работам, итоговый контроль в виде дифференцированного зачета по теоретическому материалу и текущий контроль в виде защиты контрольной работы. Порядок проведения текущего контроля и промежуточной аттестации строго соответствует Положению о проведении текущего контроля успеваемости и промежуточной аттестации студентов в университете. Ниже приводятся примеры материалов, используемых для промежуточного контроля знаний по лабораторным работам. 4.1 ^ Ниже приводится примеры материалов, используемых для промежуточного контроля знаний в рамках самостоятельной работы студентов по лабораторным работам (проводится после защиты всех лабораторных работ по вопросам, представленным в методических изданиях по лабораторным работам). Вариант №1.
Вариант №2. 1. Какие системы относят к микрогетерогенным системам? Что общего у них с коллоидными? 2. Что понимают под степенью набухания и теплотой набухания? От чего зависит степень набухания. 3. Золь диоксида олова образовался в результате действия небольшого количества соляной кислоты на станнат калия. Напишите формулу мицеллы золя. 4. Охарактеризуйте метод конденсации получения золей. ^ Далее приводится материалы итогового контроля: примерный перечень вопросов к экзамену по изучаемому курсу химии. ^
4.Вязкость структурированных систем. Закон Ньютона 5.Получение коллоидных систем методом диспергирования и пептизации. 6.Вязкость структурированных систем. Аномальные жидкости. Уравнение Шведова - Бингама. 7.Получение коллоидных систем. Методы конденсации. 8.Структурированные системы. Ползучесть. 9.Очистка коллоидных систем. Диализ. Электродиализ. 10.Вязкость структурированных систем. Реологические кривые 11.Очистка коллоидных систем. Мембраны и мембранные процессы. 12.Микрогетерогенные системы - суспензии и свойства суспензий. 13.Отличительные свойства коллоидных систем. 14.Микрогетерогенные системы. Эмульсии. Определение типа эмульсии. Коалесценция. 15.Устойчивость коллоидных систем. Кинетическая устойчивость. 16.Микрогетерогенные системы. Пены. Образование и разрушение пен. 17.Электрокинетические явления. Электрофонез. Электроосмос. 18.Микрогетерогенные системы. Аэрозоли. Образование и свойства аэрозолей 19.Строение двойного электронного слоя. Электрокинетический и термодинамический потенциал. 20.Микрогетерогенные системы. Пыли. Разрушение аэрозолей. 21.Адсорбция электролитов. Механизм избирательной адсорбции. Правило Фаянса-Пескова. 22.Коллоидные поверхностно-активные вещества. Строение мицелл. 23.Строение мицеллы гидрозоля. 24.Коллоидные поверхностно-активные вещества. Солюбализация. 25.Устойчивость коллоидных систем. Агрегативная устойчивость. 26.Коллоидные поверхностно-активные вещества. Моющее действие. 27.Коагуляция коллоидных растворов. Правила коагуляции. 28.Высокомолекулярные соединения. Взаимодействие полимеров с растворителями. Ограниченное и неограниченное набухание. 29.Концентрационная и нейтрализационная коагуляция. 30.Высокомолекулярные соединения. Две стадии набухания. Контракция. Степень набухания. 31.Структурообразование в дисперсных системах. Свободно-дисперсные системы. 32.Высокомолекулярные соединения. Осмотическое давление растворов ВМС. Определение молекулярного веса. 33.Структурообразование в дисперсных системах. Связанодисперсные системы. 34.Высокомолекулярные соединения. Вязкость растворов. Приведенная и удельная вязкость растворов ВМС. Уравнение Штацдингера. Определение молекулярного веса. 35.Структурообразование в дисперсных системах. Коагуляционные системы. 36.Высокомолекулярные соединения. Вязкость растворов ВМС. Уравнение Марка-Куна-Хацвикка. Определение молекулярного веса. 37.Строение коллоидной частицы. Потенциалоопределяющий ион. 38.Студни. Структурно-механические свойства студней. Лиогели. Синерезис. 39.Строение коллоидной мицеллы. Слой противоионов. 40.Высокомолекулярные соединения. Высаливание, коацервация. 41.Структурообразование в дисперсных системах. Конденсационно - кристаллизационные системы. 42.Высокомолекулярные электролиты. Строение белков. 43.Агрегативная неустойчивость коллоидных систем. Основы дисперсионного анализа. 44.Высокомолекулярные электролиты. Свойства белков. Изоэлектрокинетическое состояние. 45.Микрогетерогенные системы. Порошки. Адгезия и смачивание. 46.Высокомолекулярные полиэлектролиты. Применение высокомолекулярных соединений для защиты коллоидных растворов и флокуляции. Сроки и форма проведения контроля должны соответствовать нормам, установленным требованиями Государственного образовательного стандарта, распоряжениями Министерства образования России, а также – соответствующими приказами по Московскому государственному университету путей сообщения (МИИТ).
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
хорошо
1 