Методические указания по подготовке к экзамену 10 Предисловие Кандидатский экзамен по специальности это неотъемлемая часть государственной аттестации научных и научно-педагогических кадров


Скачать 154.53 Kb.
НазваниеМетодические указания по подготовке к экзамену 10 Предисловие Кандидатский экзамен по специальности это неотъемлемая часть государственной аттестации научных и научно-педагогических кадров
Дата23.04.2013
Размер154.53 Kb.
ТипМетодические указания
МИНОБРНАУКИ РОССИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Санкт-Петербургский государственный технологический институт

(технический университет)»

(СПбГТИ(ТУ))



УТВЕРЖДАЮ
Начальник учебно-методического
управления

_______________ В.Э. Щепинин

"___" __________________2012 г.


Программа кандидатского экзамена по дисциплине

КОЛЛОИДНая ХИМИя


Научная специальность
02.00.11 – коллоидная химия


Отрасли науки
химические науки

Категория обучаемых
аспирант


Форма обучения

Очная


Факультет химии веществ и материалов


Санкт-Петербург

2012


Программу составил:

Зав. кафедрой коллоидной химии,

Засл. деятель науки, д.х.н., профессор В.Н.Наумов


Программа кандидатского экзамена обсуждена и одобрена учебно-методической комиссией факультета химии веществ и материалов,
протокол от « 17 » апреля 2012 г. № 17.


Председатель к.т.н., доцент В.Н.Фищев


СОГЛАСОВАНО:

Директор фундаментальной
библиотеки Т.Н. Старостенко

Начальник отдела
докторантуры и аспирантуры О.Н. Еронько

Председатель диссертационного
Совета Д 212.230.09 А.А. Малыгин


СОДЕРЖАНИЕ

  1. Предисловие ----------------------------------------------------------------------------- 4

  2. Структура кандидатского экзамена ----------------------------------------------- 4

  3. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины---- 4

    1. Разделы дисциплины, рассматриваемые в ходе экзамена --------------4

    2. Информационное обеспечение дисциплины-------------------------------- 9

  4. Литература ------------------------------------------------------------------------------- 9

  5. Методические указания по подготовке к экзамену--------------------------10



1. Предисловие

Кандидатский экзамен по специальности - это неотъемлемая часть государственной аттестации научных и научно-педагогических кадров.

Настоящая программа-минимум кандидатского экзамена по специальности "02.00.11 – Коллоидная химия " отражает современное состояние данной отрасли химии и включает ее важнейшие разделы, знание которых необходимо высококвалифицированному специалисту.

Экзаменующийся должен показать высокий уровень теоретической и профессиональной подготовки, знание общих концепций и методологических вопросов коллоидной химии, истории ее формирования и развития, глубокое понимание основных разделов коллоидной химии, а также умение применять свои знания для решения исследовательских и прикладных задач.

Помимо программы-минимум, которая представляет собой 1-ю часть программы кандидатского экзамена, специализированными советами разрабатывается дополни-тельная программа (часть П), тематически соответствующая профилю ВУЗа, в котором создан специализированный совет.

Дополнительная программа утверждается руководством ВУЗа.
  1. Структура кандидатского экзамена


, Современная коллоидная химия рассматривается как учение о дисперсном состоянии вещества и поверхностных явлениях в дисперсных системах. Предмет изучения, задачи исследования, теоретические и экспериментальные методы коллоидной химии. Универсальность и особенности дисперсного состояния веществ в природе и технологических процессах. Определяющая роль поверхностных явлений и поверхностно-активных веществ в образовании, стабилизации, разрушении дисперсных систем и управлении их свойствами.

Роль коллоидной химии в народном хозяйстве как общей научной основы оптимизации и интенсификации производственных процессов, протекающих с участием дисперсных фаз, повышения качества продукции, экономии материалов и энергии, защиты окружающей среды. Значение коллоидной химии для развития биологических, геологических наук, почвоведения, медицины.

  1. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины



3.1. Разделы дисциплины, рассматриваемые в ходе экзамена

1. Молекулярные взаимодействия и особые свойства поверхностей раздела фаз

Методы термодинамики поверхностных явлений: метод избыточных величин Гиббса и метод слоев конечной толщины; сгущение термодинамических функций в поверхностном слое. Свободная поверхностная энергия, поверхностное натяжение, молекулярное давление; их связь с другими характеристиками сил взаимодействия в конденсированных фазах. Молекулярная природа избытка поверхностной энергии для тел с различным типом межчастичных взаимодействий; дисперсионная составляющая поверхностной энергии. Специфика проявления свободной поверхностной энергии на разных межфазных границах; экспериментальные и теоретические способы определения поверхностной энергии.

Термодинамические условия смачивания и растекания на твердых и жидких поверхностях; уравнения Юнга и Неймана. Критическое натяжение смачивания по Цисману. Избирательное смачивание, его роль в процессах пропитки, фильтрации, вытеснения, коллоидно-химическая сущность флотации. Смачивание реальных твердых поверхностей, гистерезис смачивания.

Основы теория капиллярности. Капиллярное давление, уравнение Лапласа. Зависимость давления насыщенного пара и растворимости от кривизны поверхности раздела сосуществующих фаз; закон Томсона (Кельвина). Самопроизвольные процессы изотермической перегонки, собирательной рекристаллизации, капиллярной конденсации. Роль капиллярных явлений в промышленности и агротехнике.

2. Адсорбционные слои и их влияние на свойства дисперсных систем

Термодинамика адсорбции, уравнение Гиббса. Поверхностная активность. Поверхностно-активные и инактивные вещества на разных межфазных границах.

Адсорбция газов на твердой поверхности. Работа, теплота и энтропия адсорбции. Физическая адсорбция и хемосорбция. Изотерма адсорбция газов. Локализованная мономолекулярная адсорбция по теории Ленгмюра. Потенциальная теория полимолекулярной адсорбции Поляни. Теория адсорбции паров Брунауэра, Эммета, Теллера. Адсорбционные методы изучения пористой 'структуры и поверхностей адсорбентов.

Особенности адсорбции молекул и ионов из растворов на твердой поверхности. Адсорбционная хроматография.

Адсорбция органических поверхностно-активных веществ (ПАВ) на границе раствор-газ. Зависимость поверхностного натяжения от концентрации ПАВ в растворе; уравнение Шишковского, его связь с уравнениями Гиббса и Ленгмюра. Правило Дюкло-Траубе и его теоретическое обоснование. Кинетика адсорбции.

Адсорбционные слои малорастворимых ПАВ на поверхности воды. Двухмерное состояние вещества в адсорбционном слое. Изотермы двухмерного давления для конденсированных пленок; типы поверхностных пленок. Особенности поведения высокомолекулярных ПАВ и биополимеров в адсорбционных слоях. Мультимолекулярные слои.

Закономерности адсорбции на границах различных конденсированных фаз (отличие от границы с вакуумом). Движущие силы и ориентация молекул ПАВ при адсорбции из полярной к неполярной фаз на межфазной поверхности. Гидрофобные взаимодействия.

Классификация ПАВ по механизму действия и по молекулярному строению. Основные классы анионных, катионных, амфолитных, неионогенных ПАВ; их свойства, области применения, биоразлагаемость.

Лиофилизация и лиофобизация поверхностей адсорбционными слоями водо- и малорастворимых ПАВ. Влияние ПАВ на смачивание и адгезию в природе и в технике, в том числе при обогащении полезных ископаемых, в процессах граничного трения и смазочного действия.

3. Электроповерхностные явления в дисперсных системах

Электрокинетические явления в свободно - и связнодисперсных системах. Уравнение Гельмгольца-Смолуховского. Строение двойного электрического слоя слабо- и сильно заряженных поверхностей. Электрокинетический потенциал; граница скольжения. Двойной электрический слой мицелл гидрофобных золей, белков и полиэлектролитов. Влияние различных электролитов и специфической адсорбции на электрокинетический потенциал; перезарядка поверхностей. Изоэлектрическая точка и точка нулевого заряда. Ионный обмен в природе и технике; почвенный ионообменный комплекс; синтетические (органические и неорганические) ионообменники.

Электрокинетические и фильтрационные свойства капиллярных систем. Мембранное равновесие Доннана. Суспензионный эффект. Практические применения электрокинетических явлений, осушение грунтов, электрофоретическое осаждение, использование ионоселективных диафрагм в водоочистке и других технологических процессах. Электродиализ.

4. Молекулярно-кинетические свойства дисперсных систем.

Универсальность молекулярно-кинетических свойств растворов и дисперсных систем. Теория броуновского движения по Эйнштейну - Смолуховскому, флуктуация концентрации в коллоидных растворах.

Диффузия в коллоидных системах. Законы Фика. Уравнение Эйнштейна. Осмотические явления в коллоидных системах, их роль в биологических процессах. Седиментация в дисперсных системах. Седиментационный анализ. Применение центрифугирования. Седиментационно-диффузионное равновесие Перрена-Больцмана. Экспериментальные определения числа Авогадро. Научно-философское значение исследований молекулярно-кинетических свойств дисперсных систем; доказательство реальности молекул и их теплового движения.

5. Оптические свойства коллоидных систем.

Рассеяние и поляризация света в коллоидных системах. Закон Рэлея и условия его применимости. Индикатрисы светорассеяния. Поглощение света в дисперсных системах. Основы теории Дебая.

Нерелеевское рассеяние и поглощение света. Окраска коллоидов. Двойное лучепреломление в коллоидных системах. Определение концентрации, размеров и формы частиц по угловому распределению светорассеяния и его зависимости от длины волны. Применение ультра - и электронной микроскопии, рентгеновских и других физических методов к исследованию дисперсных систем.

6. Образование дисперсных систем.

Основы термодинамики дисперсных систем. Работа образования частиц дисперсной фазы. Энтропия образования коллоидной системы по Щукину-Ребиндеру. Лиофобные и лиофильные системы.

Конденсационные методы получения дисперсных систем. Теория образования новой дисперсной фазы по Гиббсу-Фольмеру. Гомогенное в гетерогенное зародышеобразование. Роль заряда в образовании частиц аэрозоля. Кинетика образования и роста зародышей новой фазы. Пути управления дисперсностью при конденсационном образовании новых фаз. Очистка коллоидных систем.

Процессы диспергирования и дезагрегации в технике и в природе. Применение ПАВ для повышения интенсивности диспергирования и стабилизации образующихся частиц.

7. Устойчивостъ лиофобных дисперсных систем.

Седиментационная и агрегативная устойчивость дисперсных систем. Нарушение устойчивости вследствие самопроизвольных процессов коагуляции, коалесценсии, рекристаллизации, изотермической перегонки в свободно- и связнодисперсных системах; роль теплового движения частиц.

Факторы агрегативной устойчивости лиофобных дисперсных систем; роль тонких пленок дисперсионной среды. Расклинивающее давление в тонких пленках и его составляющие по Дерягину.

Молекулярная составляющая расклинивающего давления; влияние среды на величину константы Гамакера. Электростатическая составляющая; влияние электролитов на отталкивание диффузных слоев противоионов. Эффект Марангони-Гиббса. Вязкое сопротивление вытеканию дисперсионной среды.

Защитные коллоиды. Структурно-механический барьер и его реологические свойства по Ребиндеру как фактор полной стабилизации дисперсной системы

Коагуляция гидрофобных золей электролитами; теория Дерягина -Ландау -Фервея - Овербека. Концентрационная и нейтрализационная коагуляция. Зоны устойчивости при перезарядке. Правило Щульце-Гарди. Критерий Эйлерса-Корфа. Кинетика быстрой и медленной коагуляции по Смолуховскому и Фуксу. Фактор устойчивости. Обратимая коагуляция. Пептизация. Флокуляция. Гетерокоагуляция. Устойчивость и коагуляция золей и суспензий в технологических процессах и в природе.

Эмульсии; получение, свойства, устойчивость, применение.

Гидрофильно-липофильный баланс молекул ПАВ при стабилизации прямых и обратных эмульсий. Разрушение эмульсий; деэмульгирование нефти.

Пены; получение, свойства, метода стабилизация, практическое испрользование; пеногашение.

Тонкие пленки как элемент пен и эмульсий. Условие равновесия с каналом Гиббса-Плато. Изотермы расклинивавшего давления тонких пленок. Первичные и вторичные /ньютоновские/ черные пленки. Устойчивость пленок. Роль пленок /мембран/ в биологических системах.

Аэрозоли; образование, особенности устойчивости, электрические свойства; роль в метеорологии, технике, сельском хозяйстве. Вредные и взрывоопасные аэрозоли. Разрушение / улавливание/ аэрозолей.

8. Лиофильные коллоидные системы.

Термодинамическая устойчивость /равновесность/ микрогетерогенных дисперсных систем с низким значением межфазной энергии; критерий самопроизвольного диспергирования и устойчивости лиофильных коллоидных систем по Ребиндеру-Щукину. Коллоидная растворимость. Межфазная энергия и устойчивость системы при приближении к критической области.

Мыла и высокомолекулярные соединения, способные образовать лиофильные колоидные системы. Критическая концентрация мицеллообразования, термодинамика мицеллообразования; роль гидрофобных взаимодействий. Солюбилизация углеводородов в мицеллах мыл и глобулярных белках. Мицеллообразование и солюбилизация в обратных системах.

Диаграммы фазовых состояний двух - в многокомпонентных дисперсий мицеллообразующих ПАВ. Мицеллярные системы и микроэмульсии в нефтедобыче и других технологических процессах. Коллоидная химия моющего действия; синтетические моющие средства.

9. Структурообразование; физико-химическая механика дисперсных систем и твердых тел

Механические свойства и их описание с помощью реологических моделей; упругость (высокоэластичность), вязкость, пластичность, прочность. Законы Гука. Ньютона, Эйнштейна, Кулона; причины отклонений. Вязко-упругое поведение по Масквеллу и по Кельвину. Вязко-пластическое поведение по Шведову и Бингаму. Внутренние (остаточные) напряжения. Эффективная вязкость. Полная реологическая кривая. Структурообразование в дисперсных системах; типы дисперсных структур. Зависимость прочности структуры от ее дисперсности (числа контактов) и свойств индивидуального контакта между частицами. Термодинамика коагуляционного контакта; влияние дисперсионной среды, ПАВ и электролитов на сцепление в контакте. Периодические коллоидные структуры. Тиксотропные коагуляционные структуры в природе и технике (глины, лакокрасочные материалы, наполненные полимеры). Образование конденсационно-кристаллизационных структур при выделении и срастании частиц новой фазы; коллоидно-химические основы твердения минеральных вяжущих веществ. Адсорбционное влияние среды на пластичность и прочность твердых тел и материалов: эффект Ребиндера. Основные факторы, определяющие форму и интенсивность его проявления; роль в геологических процессах, использование в технике.

3.2. Информационное обеспечение дисциплины

Комплект задач по коллоидной химии и алгоритмы их решения средствами MS Excel.

Программы CldTsk041 и CldTskNet Интернет ресурс www.lti-gti.ru

Инструкция к программам CldTsk041 и CldTskNet. Интернет ресурс https://sites.google.com/site/cldtools

Самоподготовка, самоконтроль и тестирование по коллоидной химии средствами MS Excel. Программа CollTest08. Интернет ресурс www.lti-gti.ru

Инструкция к программе CollTest08. Интернет ресурс https://sites.google.com/site/cldtools



  1. Литература


4.1. Основная литература

1. Фридрихсберг, Д.А. Курс коллоидной химии: учебник для вузов / Д.А.Фридрихсберг. СПб.: М: изд. Лань, 2010. - 411с.

4.2. Дополнительная литература

1. Фролов, Ю.Г. Курс коллоидной химии. Поверхностные явления и дисперсные системы: учебник для вузов / Ю.Г.Фролов. - М.: Альянс, 2009. - 463 с.

4.3. Вспомогательная литература

1. Сумм, Б.Д. Основы коллоидной химии: учебное пособие/ Б.Д.Сумм.- М.: Academia, 2006.- 240с.

2. Щукин, Е.Д. Коллоидная химия: учебник для вузов / Е.Д.Щукин, А.В.Перцов, Е.А.Амелина. - М.: Высшая школа. 2007. - 444с.

3. Наумов, В.Н. Краткий коллоидно-химический словарь: учебное пособие / В.Н.Наумов, В.А.Малов; СПбГТИ(ТУ). Каф. коллоидной химии. - СПб. 2003. с.40

4. Бибик, Е.Е. Сборник задач по коллоидной химии: учебное пособие / Е.Е.Бибик;.СПбГТИ. Кафедра коллоидной химии. – СПб., 2004.- 32 с.

5. Непер, Д. Стабилизация коллоидных дисперсий полимерами: учебное пособие / Д.Непер.- М.: Мир, 1986. - 488 с.

6.. Духин, С.С. Электропроводность и электрокинетические свойства дисперсных систем: учебное пособие / С.С.Духин. – Киев: Наукова думка. 1975. -248с. 7. Тагер, А.А. Физико-химия полимеров: учебное пособие / А.А.Тагер. - М.: Химия. 1978.- 541 с

8. Адамсон, А. Физическая химия поверхностей: учебное пособие / А.Адамсон. - М.: Мир. 1979. - 568 с.

9. Дытнерский, Ю.И. Мембранные процессы разделения жидких смесей: учебное пособие / Ю.И.Дытнерский. - М.: Химия. 1975. - 232 с.

10. Духин, С.С. Электрохимия мембран и обратный осмос: учебное пособие / М.П. Сидорова, А.Э. Ярощук. - Л.: Химия. 1991. - 192 с.

11. Измайлова, В.Н. Поверхностные явления в белковых системах: учебное пособие / Г.П. Ямпольская, Б.Д. Сумм. - М.: Химия. 1988.- 240 с.

12. Практикум по коллоидной химии: учебное пособие / В.И. Баранова [и др.]; под ред. И.С. Лаврова. - М.: Высшая школа. 1983. - 215с.

13. Расчеты и задачи по коллоидной химии: учебное пособие / В.И. Баранова [и др.]; под ред. В.И. Барановой М.: Высшая школа. 1989. - 288 с.

  1. Методические указания по подготовке к экзамену

При подготовке к экзамену, лучше всего ориентироваться на лекции, прочитанные преподавателями кафедры по дисциплине «Коллоидная химия» («Поверхностные явления и дисперсные системы»). Материал, законспектированный на лекциях, необходимо дополнять сведениями из литературных источников, представленных в "Рабочей программе". По каждой из тем, приведенных в рабочей программе дисциплины «Коллоидная химия» следует сначала прочитать рекомендованную литературу и при необходимости составить краткий конспект основных положений, терминов, сведений, требующих запоминания и являющихся основополагающими в этой теме и для освоения последующих разделов курса.

Для расширения знаний по дисциплине рекомендуется использовать Интернет-ресурсы: проводить поиск в различных системах, таких как www.rambler.ru, www.yandex.ru, www.google.ru, www.yahoo.ru и использовать материалы сайтов и обучающих программ. рекомендованных преподавателем на лекционных занятиях.

Добавить документ в свой блог или на сайт

Похожие:

Разместите кнопку на своём сайте:
cat.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©cat.convdocs.org 2012
обратиться к администрации
cat.convdocs.org
Главная страница