Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Министерство образования и науки рф
Московский государственный университет
технологий и управления им. К.Г. Разумовского
Кафедра «Органической, физической и коллоидной химии»
Рабочая учебная программа
дисциплины
Коллоидная химия наночастиц
Направление подготовки бакалавров: 260100 - «Продукты питания из растительного сырья».
профили: «Технология хранения и переработки зерна»,
«Технология консервов и пищеконцентратов».
для студентов всех форм обучения
2012г.
УДК 544
Обсуждена и одобрена на заседании кафедры «Органической, физической и коллоидной химии» Московского государственного университета технологий и управления (протокол №____ от _________2011 г.).
Утверждена на заседании Совета института «______________________________» Московского государственного университета технологий и управления (протокол №____ от _________2011 г.).
Составители:
Зимон А.Д. ‒ доктор технических наук, профессор кафедры органической, физической и коллоидной химии.
Павлов А.Н. ‒ старший преподаватель кафедры органической, физической и коллоидной химии.
Рецензенты:
Грузинов Е.В. ‒ доктор химических наук, профессор кафедры технологии продуктов питания и экспертизы товаров.
Хохлов П.С.– доктор химических наук, профессор кафедры органической, физической и коллоидной химии.
Зимон А.Д., Павлов А.Н. Коллоидная химия наночастиц: рабочая учебная программа. ‒ М.: МГУТУ, 2012, ‒ 25 с.
Рабочая учебная программа дисциплины «Коллоидная химия наночастиц» вариативной части математического и естественнонаучного цикла учебного плана составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по направлению подготовки бакалавров 260100 - «Продукты питания из растительного сырья», профили подготовки «Технология хранения и переработки зерна», «Технология консервов и пищеконцентратов».
Рабочая программа предназначена для студентов всех форм обучения.
© Московский государственный университет технологии и управления им. К.Г.Разумовского, 2012.
109004, Москва, Земляной Вал, 73
© Зимон А.Д., Павлов А.Н.
СОДЕРЖАНИЕ
|
[0.0.0.1] [1] ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ. [2] ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ К СОДЕРЖАНИЮ И УРОВНЮ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ. [3] ТРУДОЁМКОСТЬ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ. [4] СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ. [4.1] 4.1. Учебно-образовательные модули дисциплины, их трудоемкость и виды учебной работы. [4.2] 4.2. Дидактический минимум учебно-образовательных модулей дисциплины. [4.3] 4.3. Содержание учебно-образовательных модулей. [4.4] 4.4. Соответствие содержания дисциплины требуемым результатам обучения. [4.5] 4.5. Лабораторные работы или практические занятия. [5] САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА. [6] УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ. [7] МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ. [8] КОНТРОЛЬ И ОЦЕНКА РЕЗУЛЬТАТОВ ОБУЧЕНИЯ. [8.1] 8.1. Контроль знаний по дисциплине. [8.2] 8.2. Рейтинговая оценка по дисциплине. [9] МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОРГАНИЗАЦИИ ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ. [10] ГЛОССАРИЙ ОСНОВНЫХ ТЕРМИНОВ И ОПРЕДЕЛЕНИЙ ПО КУРСУ КОЛЛОИДНАЯ ХИМИЯ НАНОЧАСТИЦ. |
Учебная дисциплина «Коллоидная химия наночастиц» – дисциплина вариативной части математического и естественнонаучного цикла Федерального государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению подготовки 260100 «Продукты питания из растительного сырья», квалификация (степень) - бакалавр.
Основными целями дисциплины являются: изучение общих закономерностей химических и коллоидно-химических процессов в зависимости от состава и свойств, участвующих в них веществ и условий их взаимодействия, а также определение возможностей использования нанотехнологий в основных отраслях пищевой промышленности.
Для решения поставленных целей необходимо решить следующие задачи: раскрыть механизм химических процессов; осуществлять контроль химических и коллоидно-химических процессов; осуществлять управление процессами на ранних технологических стадиях производства; овладеть методами исследования и приобрести навыки экспериментальной работы на современном лабораторном оборудовании.
Для изучения дисциплины необходимы знания вопросов предшествующих изучаемых дисциплин: математика, физика, неорганическая химия, органическая химия, аналитическая химия и физико-химические методы анализа, физическая и коллоидная химия.
Дисциплина является предшествующей для изучения следующих дисциплин: физико-химические основы и принципы переработки растительного сырья; проектирование предприятий отрасли; введение в технологии продуктов питания.
В результате освоения дисциплины «Коллоидная химия наночастиц» студенты должны приобрести знания, умения и профессиональные компетенции. Они должны
знать:
уметь:
владеть:
Профессиональные компетенции:
Выпускник по направлению подготовки «Продукты питания из растительного сырья» в соответствии с задачами профессиональной деятельности и целями основной образовательной программы после изучения дисциплины «Коллоидная химия наночастиц» должен обладать следующими профессиональными компетенциями:
способностью изучать и анализировать научно-техническую информацию (ПК-31).
Общая трудоемкость дисциплины «Коллоидная химия наночастиц» составляет 72 академических часа, что соответствует 2 зачетным единицам.
Таблица 1.1.
Распределение трудоемкости дисциплины по видам учебной
работы для очного и сокращенного очного обучения
|
Вид учебной работы |
Очное обучение |
Сокращенное очное обучение |
||
|
Зачетные единицы |
Академ. часы |
Зачетные единицы |
Академ. часы |
|
|
Общая трудоемкость дисциплины: |
2 |
72 |
2 |
72 |
|
Аудиторные занятия (всего) в том числе: |
0,72 |
26 |
0,61 |
22 |
|
Лекции |
0,28 |
10 |
0,28 |
10 |
|
Лабораторные работы |
0,45 |
16 |
0,33 |
12 |
|
Самостоятельная работа (всего) в том числе: |
1,28 |
46 |
1,39 |
50 |
|
самостоятельное изучение отдельных тем модулей |
0,33 |
12 |
0,45 |
16 |
|
подготовка к лабораторным работам |
0,33 |
12 |
0,33 |
12 |
|
подготовка к текущему и рубежному контролю |
0,33 |
12 |
0,33 |
12 |
|
подготовка и выполнение промежуточной аттестации (зачет) |
0,28 |
10 |
0,28 |
10 |
Таблица 1.2.
Распределение трудоемкости дисциплины по видам учебной
работы для заочного и сокращенного заочного обучения
|
Вид учебной работы |
Заочное обучение |
Сокращенное заочное обучение |
||
|
Зачетные единицы |
Академ. часы |
Зачетные единицы |
Академ. часы |
|
|
Общая трудоемкость дисциплины: |
2 |
72 |
2 |
72 |
|
Аудиторные занятия (всего) в том числе: |
0,17 |
6 |
0,11 |
4 |
|
Лекции |
0,06 |
2 |
0,11 |
4 |
|
Лабораторные работы |
0,11 |
4 |
‒‒ |
‒‒ |
|
Самостоятельная работа (всего) в том числе: |
1,83 |
66 |
1,89 |
68 |
|
самостоятельное изучение отдельных тем модулей |
0,56 |
20 |
0,78 |
28 |
|
подготовка к лабораторным работам |
0,44 |
16 |
‒‒ |
‒‒ |
|
подготовка контрольных работ |
0,19 |
7 |
0,33 |
12 |
|
подготовка к текущему и рубежному контролю |
0,56 |
20 |
0,7 |
25 |
|
подготовка и выполнение промежуточной аттестации (зачет) |
0,08 |
3 |
0,08 |
3 |
Рабочая программа дисциплины «Коллоидная химия наночастиц» построена по модульно-блочному принципу.
Модуль – совокупность частей дисциплины, имеющая определенную логическую завершенность по отношению к целям обучения. Модуль состоит из инвариантной части и вариативной (профильной) части.
Таблица 2.
Базовые модули дисциплины, рекомендуемая трудоемкость и
виды учебной работы
|
Наименование модуля и темы |
Зачетные единицы/академ. часы |
||||
|
Всего |
Лекции |
Лабораторные работы |
Самостоятельная работа |
Контроль |
|
|
Модуль 1. Классификация и поверхностные свойства наночастиц. Тема 1. Классификация наночастиц. Тема 2. Дисперсная фаза наносистем. Тема 3. Поверхностная энергия. |
0,39/14 |
0,06/2 |
0,06/2 |
0,25/9 |
0,06/2 |
|
Модуль 2. Поверхностные явления. Тема 4. Особенности адсорбции наночастиц. Тема 5. Особенности адгезии наночастиц. |
0,42/15 |
0,06/2 |
0,08/3 |
0,19/7 |
0,06/2 |
|
Модуль 3. Свойства наночастиц. Тема 6. Особенности молекулярно-кинетических свойств. Тема 7. Электрокинетические явления и наночастицы. Тема 8. Структурно-механические свойства. |
0,69/25 |
0,08/3 |
0,22/8 |
0,28/10 |
0,08/3 |
|
Модуль 4. Получение наночастиц и их устойчивость. Тема 9. Методы получения наночастиц. Тема 10. Устойчивость наносистем, ее виды и особенности. |
0,5/18 |
0,08/3 |
0,08/3 |
0,28/10 |
0,08/3 |
|
Всего на дисциплину: |
2/72 |
0,28/10 |
0,45/16 |
1,00/36 |
0,28/10 |
Таблица 3.
Дидактический минимум содержания дисциплины
и ее учебно-образовательных модулей
|
Наименование модуля |
Дидактический минимум |
|
Модуль 1. Классификация и поверхностные свойства наночастиц. |
|
|
Тема 1. Классификация наносистем. |
Диапазон размеров наночастиц: наименьший и предельный. Трехмерные, двухмерные, одномерные наносистемы, примеры. Наноструктуры из наночастиц в объеме и порах твердого тела. Классификация наносистем по агрегатному состоянию дисперсной фазы и дисперсионной среды. |
|
Тема 2. Дисперсная фаза наносистем. |
Структура, форма и размер дисперсной фазы наносистем. Изменение плотности наночастиц за счет пустот, пор и газовых полостей. Многокомпонентная и многофазная структура наночастиц. Особенности строения кристаллических и аморфных наночастиц. Теоретическое распределение наночастиц по размерам. Значительная удельная поверхность наночастиц за счет пористости, различной плотности, геометрической неоднородности кристаллической структуры. |
|
Тема 3. Поверхностная энергия. |
Дополнительный избыток поверхностной энергии наночастиц, обусловленный их размерами, условиями образования и изменением атомно-кристаллической структуры материалов. Свободная поверхностная энергия, ее поверхностное и объемное слагаемое. Зависимость поверхностного натяжения от размеров наночастиц: расчет по формулам Толмена и Русанова. |
|
Mодуль 2. Поверхностные явления. |
|
|
Тема 4. Особенности адсорбции наночастиц. |
Влияние избытка поверхностной энергии на адсорбцию. Повышенная адсорбционная активность наночастиц и значительная адсорбционная емкость. Зависимость адсорбционного потенциала от размера частиц. Изменение свойств поверхности наночастиц в результате адсорбции. Каталитическая активность наночастиц. |
|
Тема 5. Особенности адгезии наночастиц. |
Причины повышенной адгезии наночастиц. Экспериментальное определение силы адгезии, методы. Расчет силы адгезии по теории Дерягина-Мюллера-Топорова (ДМТ). Связь силы адгезии с равновесной работой и поверхностным натяжением. Адгезия нанокапель и ее особенности. Уравнение Юнга для нанокапель, зависимость краевого угла смачивания от размера нанокапель. |
|
Модуль 3. Свойства нанодисперсных систем. |
|
|
Тема 6. Особенности молекулярно-кинетических свойств. |
Диффузия, ее особенности для наночастиц. Три вида диффузии в отношении кристаллических наночастиц: межкристаллическая, поверхностная, на границе дисперсной фазы и дисперсионной среды. Соотношение между ними в зависимости от свойств наночастиц. Осмос – причины и следствия, осмотическое давление. Особенности осмоса через мембраны, имеющие наноразмерные поры. |
|
Тема 7. Электрокинетические явления и наносистемы. |
Особенности структуры двойного электрического слоя (ДЭС) с учетом дискретности кристаллической поверхности наночастиц. Соизмеримость адсорбционной и диффузной частей ДЭС с размерами наночастиц. Проявление электрокинетических явлений в наноразмерных капиллярах. Взаимное влияние на структуру ДЭС радиуса капилляра и размера наночастиц. |
|
Тема 8. Структурно-механические свойства. |
Структурно-механические свойства наночастиц (твердость, прочность и др.). Свободнодисперные и связнодисперсные наносистемы, особенности структурированных связнодисперных наносистем. Предел текучести связнодисперсных систем, расчет по закону Холла-Петча. Зависимость предела текучести от размера наночастиц и их твердости. Причины повышения упругих и прочностных свойств наносистем по сравнению с обычными. |
|
Модуль 4. Получение наночастиц и их устойчивость. |
|
|
Тема 9. Методы получения наночастиц. |
Классификация способов получения наночастиц: диспергирование и конденсация. Особенности получения наночастиц диспергированием (метод «сверху вниз»). Элементарные стадии механического диспергирования, интенсификация процессов диспергирования. Получение наночастиц конденсацией (метод «снизу вверх»). Особенности основных конденсационных способов: жидкостного восстановления, радиолиза, плазменного напыления. Стадии процесса получения наночастиц при помощи молекулярного наращивания. |
|
Тема 10. Устойчивость наносистем, ее виды и особенности. |
Виды устойчивости наночастиц – агрегативная и седиментационная. Особенности агрегативной и седиментационной устойчивости в жидкой фазе, отклонение от теории ДЛФО. Расчет энергии межмолекулярного взаимодействия в зависимости от соотношения радиусов наночастиц и прослойки между ними, особенности определения константы Гамакера. Расчет электростатической компоненты расклинивающего давления с учетом перекрытия двойных электрических слоев. |
МОДУЛЬ 1. «Классификация и поверхностные свойства наночастиц».
Инвариантная часть. Размеры наночастиц: наименьший, определяющий возможность образования границы между дисперсной фазой и дисперсионной средой, и предельный.
Разнообразие и многообразие форм наночастиц. Трехмерные, двухмерные (нановолокна, нанотрубки, нанокапилляры) и одномерные системы.
Наноструктуры в объеме и в порах твердого тела.
Классификация наносистем по агрегатному состоянию дисперсной фазы и дисперсионной среды.
Структура, форма и размер наночастиц дисперсной фазы. Неравновесный процесс образования наночастиц. Разнообразие форм наночастиц в зависимости от условий получения (давление, температура и т.д.).
Изменение плотности наночастиц за счет пустот, пор и газовых полостей. Различная ориентация кристаллов, способствующих понижению плотности на границе раздела фаз.
Многокомпонентная и многофазная структура наночастиц. Особенности строения кристаллических и аморфных наночастиц. Монодисперсность и полидисперсность наночастиц.
Распределение наночастиц по размерам. Зависимость полидисперсности наночастиц от их свойств, способов получения, «времени жизни» и других факторов.
Значительная удельная поверхность наночастиц за счет пористости, различной плотности, геометрической неоднородности кристаллической структуры.
Поверхностная энергия. Дополнительный избыток поверхностной энергии наночастиц, обусловленный их размерами, условием образования (высокие или низкие температуры, значительная скорость процесса, воздействие мощных источников излучения) и изменением атомно-кристаллической структуры материалов. Возникновение неоднородной деформации и неоднородного распределения компонентов и фаз на поверхности. Сокращение расстояния между атомами на плоскости. Поверхностная релаксация и избыточная поверхностная энергия. Избыточная энергия как энергия дефектов, пропорциональная их числу.
Свободная поверхностная энергия в виде энергии Гиббса, ее поверхностное и объемное слагаемые. Удельная свободная поверхностная энергия. Поверхностное натяжение. Зависимость поверхностного натяжения от размеров наночастиц: расчет по формуле Толмена и упрощенной формуле Русанова. Причины роста удельной поверхностной энергии по мере снижения размеров наночастиц. Увеличение доли атомов на поверхности частиц. Неравновесное состояние поверхности наночастиц. Размерный эффект.
Вариативная (профильная) часть. Изменение удельной свободной поверхностной энергии наночастиц с течением времени и ее связь с энергией Гиббса. Способы определения удельной свободной поверхностной энергии наночастиц по кинетике испарения и температуре плавления.
МОДУЛЬ 2. «Поверхностные явления».
Инвариантная часть. Адсорбция. Влияние избытка поверхностной энергии на адсорбцию. Повышенная адсорбционная активность наночастиц и значительная адсорбционная емкость. Увеличение скорости адсорбционного процесса. Зависимость адсорбционного потенциала от размера частиц. Изменение свойств поверхности наночастиц в результате адсорбции.
Каталитическая активность наночастиц и ее связь с избытком поверхностной энергии. Применение наночастиц для очистки воды.
Адгезия. Причины повышенной адгезии наночастиц. Влияние избытка поверхностной энергии на адгезионное взаимодействие. Экспериментальное определение силы адгезии наночастиц путем моделирования и в сопоставлении с силой трения.
Расчет силы адгезии по теории Джонсона-Кендалла-Робертса (ДКР), константа Гамакера, способы её определения.
Расчетные значения сил адгезии по теории Дерягина-Мюллера-Топорова (ДМТ). Связь силы адгезии с равновесной работой адгезии и поверхностным натяжением.
Адгезия нанокапель и ее особенности. Уравнение Юнга для нанокапель. Зависимость краевого угла смачивания от размера нанокапель. Возможность расчета этой зависимости. Сопоставление экспериментальных и расчетных значений краевого угла смачивания нанокапель.
Вариативная (профильная) часть. Линейное натяжение нанокапель. Смачивание нитей и тонкой упругой пленки нанокаплями. Кинетика растекания нанокапель.
МОДУЛЬ 3. «Свойства нанодисперсных систем».
Инвариантная часть. Диффузия, ее особенности для наночастиц.
Три вида диффузии в отношении кристаллических наночастиц: межкристаллическая, поверхностная и на границе дисперсной фазы и дисперсионной среды. Соотношение между ними в зависимости от свойств наночастиц. Особенности процесса диффузии для аморфных наночастиц.
Броуновское движение. Связь броуновского движения со свойствами наночастиц, дисперсионной среды и их взаимное влияние.
Осмос – причины и следствия. Осмотическое давление и его математическое выражение. Особенности осмоса через мембраны, имеющие наноразмерные поры.
Электрокинетические свойства. Особенности структуры двойного электрического слоя (ДЭС) с учетом дискретности кристаллической поверхности наночастиц. Соизмеримость адсорбционной и диффузной частей ДЭС с размерами наночастиц.
Воздействие электрического поля в процессе перемещения наночастиц.
Проявление электрокинетических явлений в наноразмерных капиллярах. Взаимное влияние на структуру ДЭС радиуса капилляров и размера наночастиц.
Структурно-механические свойства отдельных наночастиц (твердость, прочность и др.) и их массы. Свободнодисперные и связнодисперсные наносистемы, особенности структурированных связнодисперных наносистем.
Предел текучести связнодисперсных систем, расчет по закону Холла-Петча.
Вариативная (профильная) часть. Зависимость предела текучести от размера наночастиц и их твердости. Причины повышения упругих и прочностных свойств наносистем по сравнению с обычными системами.
МОДУЛЬ 4. «ПОЛУЧЕНИЕ НАНОЧАСТИЦ И ИХ УСТОЙЧИВОСТЬ».
Инвариантная часть. Классификация способов получения наночастиц: диспергирование и конденсация. Разграничение физических и химических способов.
Особенности получения наночастиц диспергированием (сверху вниз) от ненаноразмерных тел к наночастицам. Ограниченные возможности диспергирования. Элементарные процессы и стадии механического диспергирования.
Возможность расчета минимального размера наночастиц при диспергировании с учетом структурно-механических параметров. Интенсификация процесса диспергирования: ультразвуковое и электроискровое, при помощи ударных волн и низкотемпературной плазмы.
Получение наночастиц конденсацией (снизу вверх). Основные конденсационные способы: жидкостное восстановление, радиолиз, плазменное напыление. Стадии процесса получения наночастиц при помощи молекулярного наращивания. Кристаллизация из раствора. Особенности золь-гель перехода и элементарные стадии этого процесса.
Объемные свойства наносистем. Два вида устойчивости наночастиц ‒ агрегативная и седиментационная. Возможность образования систем с фиксированным положением наночастиц в полимерной матрице. Образование структур из наночастиц.
Особенности седиментационной и агрегативной устойчивости в жидкой среде. Отклонение от теории ДЛФО и особенности расклинивающего давления с учетом того, что радиус наночастиц может быть меньше толщины прослойки между частицами.
Расчет энергии межмолекулярного взаимодействия в зависимости от соотношения радиусов наночастиц и прослойки между ними. Особенности определения константы Гамакера. Снижение энергии межмолекулярного взаимодействия с уменьшением размеров наночастиц.
Вариативная (профильная) часть. Расчет электростатической компоненты расклинивающего давления с учетом перекрытия двойных электрических слоев. Агрегативная устойчивость. Связь электрокинетических явлений с величиной дзета-потенциала. Коагуляция и нарушение агрегативной и седиментационной устойчивости. Зависимость этих процессов от свойств наночастиц растворителя и внешнего воздействия.
В табл. 4 представлено соответствие содержания модуля дисциплины и результатов обучения, что позволяет оценить вклад каждого учебно-образовательного модуля в достижение целей модульного образовательного курса.
Таблица 4.
Соответствие содержания дисциплины требуемым результатам обучения
|
Результаты обучения |
Учебно-образовательные модули |
|||
|
Модуль 1 |
Модуль 2 |
Модуль 3 |
Модуль 4 |
|
|
Знания: классификация и поверхностные свойства наночастиц; |
* |
|||
|
способы получения наночастиц и методы определения их размеров; |
* |
|||
|
особенности поверхностных явлений и объемных свойств, присущих наночастицам; |
* |
|||
|
аспекты практического применения наночастиц в различных отраслях промышленности, в том числе и в пищевой. |
* |
* |
* |
* |
|
Умения: определять величины, характеризующие адсорбцию и адгезию наночастиц; |
* |
|||
|
вычислять параметры, характеризующие электрокинетические и молекулярно-кинетические свойства наносистем; |
* |
|||
|
определять устойчивость нанодисперсных систем. |
* |
|||
|
Владение: навыками работы на современном лабораторном оборудовании и приборах при проведении экспериментов; |
* |
* |
* |
* |
|
методами обработки экспериментальных данных. |
* |
* |
* |
* |
|
Профессиональные компетенции: - использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ПК-3); |
* |
* |
* |
* |
|
- уметь использовать технические средства для измерения основных параметров технологических процессов, свойств сырья, полуфабрикатов и качества готовой продукции, организовывать и осуществлять технологический процесс производства продукции (ПК-7); |
* |
* |
* |
* |
|
- уметь проводить исследования по заданной методике и анализировать результаты экспериментов (ПК-30); |
* |
* |
* |
* |
|
- способностью изучать и анализировать научно-техническую информацию (ПК-31). |
* |
* |
* |
* |
Таблица 5.
Учебно-образовательные модули дисциплины и междисциплинарные связи с последующими дисциплинами
|
Учебно-образовательные модули дисциплины, необходимые для изучения последующих дисциплин |
Наименование последующих дисциплин* |
||
|
1 |
2 |
3 |
|
|
Модуль 1. Классификация и поверхностные свойства наночастиц. |
* |
* |
|
|
Mодуль 2. Поверхностные явления. |
* |
||
|
Модуль 3. Свойства нанодисперсных систем. |
* |
* |
* |
|
Модуль 4. Получение наночастиц и их устойчивость. |
* |
*1– физико-химические основы и принципы переработки растительного сырья;
2 – проектирование предприятий отрасли;
3 – введение в технологии продуктов питания.
Перед проведением лабораторных работ в рамках каждого модуля студент должен успешно освоить процедуру их подготовки и выполнения по предварительно полученным учебным и методическим материалам (текущий контроль знаний).
Таблица 6.1.
Лабораторный практикум, его соответствие учебно-образовательным модулям, рекомендуемая трудоемкость в академических часах для очного и очного сокращенного обучения
|
Учебно-образовательный модуль. Цели лабораторного практикума. |
Примерный перечень лабораторных занятий. |
часы |
|
|
очное обучение |
очное сокращенное обучение |
||
|
Модуль 1. Цель: изучить классификацию и поверхностные свойства наносистем. |
Лабораторная работа: «Анализ распределения наночастиц по размерам». |
3 |
2 |
|
Модуль 2. Цель: изучить поверхностные явления: адсорбцию, адгезию, смачивание. |
Лабораторная работа: «Смачивание твердых поверхностей». |
3 |
2 |
|
Модуль 3. Цель: исследовать электрокинетические, молекулярно-кинетические, оптические свойства наносистем. |
Лабораторная работа: «Изучение свойств коллоидных дисперсных систем методом капиллярного электрофореза». |
4 |
3 |
|
Лабораторная работа: «Определение размеров частиц нанодисперсных систем» . |
2 |
2 |
|
|
Модуль 4. Цель: узнать методы получения наночастиц, экспериментально определять устойчивость наносистем. |
Лабораторная работа: «Изучение устойчивости гидрозоля гидроксида железа». |
4 |
3 |
|
Всего часов: |
16 |
12 |
Таблица 6.2.
Лабораторный практикум, его соответствие учебно-образовательным
модулям, рекомендуемая трудоемкость в академических часах для заочного и заочного сокращенного обучения
|
Учебно-образовательный модуль. Цели лабораторного практикума. |
Примерный перечень лабораторных занятий. |
часы |
|
|
заочное обучение |
заочное сокращенное обучение |
||
|
Модуль 1. Цель: изучить классификацию и поверхностные свойства наносистем. |
Лабораторная работа: «Анализ распределения наночастиц по размерам». |
1 |
‒‒ |
|
Модуль 2. Цель: изучить поверхностные явления: адсорбцию, адгезию, смачивание. |
Лабораторная работа: «Смачивание твердых поверхностей». |
1 |
‒‒ |
|
Модуль 3. Цель: исследовать электрокинетические, молекулярно-кинетические, оптические свойства наносистем. |
Лабораторная работа: «Изучение свойств коллоидных дисперсных систем методом капиллярного электрофореза». |
1 |
‒‒ |
|
Модуль 4. Цель: узнать методы получения наночастиц, экспериментально определять устойчивость наносистем. |
Лабораторная работа: «Изучение устойчивости гидрозоля гидроксида железа». |
1 |
‒‒ |
|
Всего часов: |
4 |
‒‒ |
Самостоятельная работа по курсу «Коллоидная химия наночастиц» включает: самостоятельное изучение отдельных тем модуля; самостоятельную подготовку к лабораторным работам; самостоятельную подготовку к текущему контролю по каждому модулю; самостоятельную подготовку и выполнение рубежного тестирования по каждому модулю. Виды самостоятельной работы по каждому модулю с учетом трудоемкости представлены в таблице 7.
Таблица 7.1.
Учебно-образовательные модули дисциплин и самостоятельная работа для очного и сокращенного очного обучения
|
Учебно-образовательные модули дисциплины |
Трудоемкость СРС, зач.ед./ академ. часы |
Виды самостоятельной работы студентов |
Зач.ед./ академ. часы |
||
|
очное |
сокращен. очное |
очное |
сокращенное очное |
||
|
Модуль 1. Классификация и поверхностные свойства наночастиц. |
0,33/12 |
0,33/12 |
1. Самостоятельное изучение тем модуля. |
0,11/4 |
0,11/4 |
|
2. Подготовка к лабораторной работе. |
0,11/4 |
0,11/4 |
|||
|
3. Подготовка к текущему и рубежному контролю. |
0,06/2 |
0,06/2 |
|||
|
4. Подготовка и выполнение промежуточной аттестации. |
0,06/2 |
0,06/2 |
|||
|
Модуль 2. Поверхностные явления. |
0,29/10 |
0,33/12 |
1. Самостоятельное изучение тем модуля. |
0,11/4 |
0,11/4 |
|
2. Подготовка к лабораторной работе. |
0,06/2 |
0,06/2 |
|||
|
3. Подготовка к текущему и рубежному контролю. |
0,06/2 |
0,11/4 |
|||
|
4. Подготовка и выполнение промежуточной аттестации. |
0,06/2 |
0,06/2 |
|||
|
Модуль 3. Свойства нанодисперсных систем. |
0,33/12 |
0,33/12 |
1. Самостоятельное изучение тем модуля. |
0,11/4 |
0,11/4 |
|
2. Подготовка к лабораторной работе. |
0,11/4 |
0,06/2 |
|||
|
3. Подготовка к текущему и рубежному контролю. |
0,06/2 |
0,11/4 |
|||
|
4. Подготовка и выполнение промежуточной аттестации. |
0,06/2 |
0,06/2 |
|||
|
Модуль 4. Получение наночастиц и их устойчивость. |
0,33/12 |
0,39/14 |
1. Самостоятельное изучение тем модуля. |
0,11/4 |
0,11/4 |
|
2. Подготовка к лабораторной работе. |
0,11/4 |
0,11/4 |
|||
|
3. Подготовка к текущему и рубежному контролю. |
0,06/2 |
0,11/4 |
|||
|
4. Подготовка и выполнение промежуточной аттестации. |
0,06/2 |
0,06/2 |
|||
|
Итого: |
1,28/46 |
1,39/50 |
1,28/46 |
1,39/50 |
Таблица 7.2.
Учебно-образовательные модули дисциплин и самостоятельная работа для заочного и сокращенного заочного обучения
|
Учебно-образовательные модули дисциплины |
Трудоемкость СРС, зач.ед./ академ. часы |
Виды самостоятельной работы студентов |
Зач.ед./ академ. часы |
||
|
заочное |
сокращен. заочное |
заочное |
сокращенное заочное |
||
|
Модуль 1. Классификация и поверхностные свойства наночастиц. |
0,44/16 |
0,42/15 |
1. Самостоятельное изучение тем модуля. |
0,11/4 |
0,19/7 |
|
2. Подготовка к лабораторной работе. |
0,11/4 |
‒‒ |
|||
|
3. Подготовка к текущему и рубежному контролю. |
0,11/4 |
0,11/4 |
|||
|
4. Подготовка и выполнение промежуточной аттестации. |
0,11/4 |
0,11/4 |
|||
|
Модуль 2. Поверхностные явления. |
0,33/12 |
0,33/12 |
1. Самостоятельное изучение тем модуля. |
0,08/3 |
0,16/6 |
|
2. Подготовка к лабораторной работе. |
0,08/3 |
‒‒ |
|||
|
3. Подготовка к текущему и рубежному контролю. |
0,08/3 |
0,08/3 |
|||
|
4. Подготовка и выполнение промежуточной аттестации. |
0,08/3 |
0,08/3 |
|||
|
Модуль 3. Свойства нанодисперсных систем. |
0,61/22 |
0,72/26 |
1. Самостоятельное изучение тем модуля. |
0,11/4 |
0,19/7 |
|
2. Подготовка к лабораторной работе. |
0,11/4 |
‒‒ |
|||
|
3. Подготовка к текущему и рубежному контролю. |
0,11/4 |
0,11/4 |
|||
|
4. Подготовка контрольной работы. |
0,19/7 |
0,33/12 |
|||
|
5. Подготовка и выполнение промежуточной аттестации. |
0,08/3 |
0,08/3 |
|||
|
Модуль 4. Получение наночастиц и их устойчивость. |
0,44/16 |
0,42/15 |
1. Самостоятельное изучение тем модуля. |
0,11/4 |
0,19/7 |
|
2. Подготовка к лабораторной работе. |
0,11/4 |
‒‒ |
|||
|
3. Подготовка к текущему и рубежному контролю. |
0,11/4 |
0,11/4 |
|||
|
4. Подготовка и выполнение промежуточной аттестации. |
0,11/4 |
0,11/4 |
|||
|
Итого: |
1,83/66 |
1,89/68 |
1,83/66 |
1,89/68 |
а) основная литература:
б) дополнительная литература:
в) программное и коммуникативное обеспечение:
1. Операционные системы Windows, стандартные офисные программы.
2. Электронные версии учебников, пособий, методических разработок, указаний и рекомендаций по всем видам учебной работы, предусмотренных вузовской рабочей программой, находящихся в свободном доступе для студентов.
3. Информационная система «Единое окно доступа к образовательным ресурсам».
4. Презентации лекций по модулям дисциплины.
Для обеспечения освоения дисциплины «Коллоидная химия наночастиц» необходимы: лекционная аудитория, лаборатория физической и коллоидной химии, оборудованная для выполнения экспериментальных работ:
Учебная аудитория по курсу «Коллоидная химия наночастиц» должна быть оснащена компьютерной техникой, имеющей выход в глобальную сеть, необходимым программным обеспечением, электронными учебными пособиями, аудиовизуальной техникой для презентаций, плакатами и наглядными пособиями.
Контроль знаний студентов по дисциплине «Коллоидная химия наночастиц» включает в себя: входной контроль; текущий контроль; рубежный контроль.
Входной контроль проводится в самом начале учебного периода. Он должен выявить степень подготовки студентов к изучению дисциплины «Коллоидная химия наночастиц» по остаточным знаниям, ранее изученным родственным дисциплинам: математика; физика; неорганическая химия; органическая химия; аналитической химия и физико-химические методы анализа; физическая и коллоидная химия. Для этого составляются вопросы по наиболее важным темам предшествующих дисциплин. Если количество студентов в группе не превышает 25 человек при входном контроле знаний можно применить блиц-опрос на вводной лекции. Вопросы блиц-опроса должны быть нацелены на краткие ответы студентов. Полученные результаты дают возможность преподавателю определить наиболее слабых и наиболее подготовленных студентов, что облегчает проблемы индивидуализации обучения. Результаты входного контроля не должны влиять на итоговый рейтинг студента.
Текущий контроль, главная его цель – стимуляция и корректировка повседневной самостоятельной работы студента над учебным материалом по курсу «Коллоидная химия наночастиц». Результаты текущего контроля влияют на рейтинг студента.
Рубежный контроль призван выявить уровень знаний студентов по материалу изученного модуля. Результаты рубежного контроля влияют на рейтинг студента.
Результаты по всем видам учебной деятельности и рейтингового контроля фиксируются в рейтинг-листке каждого студента.
В таблице 8 представлена модульно-рейтинговая карта по дисциплине «Коллоидная химия наночастиц».
Таблица 8.
Примерная модульно-рейтинговая карта по дисциплине
|
Виды учебной работы |
Максимальный балл |
Зачетный балл |
|
Модуль 1. Классификация и поверхностные свойства наночастиц. в том числе: |
26 |
16 |
|
Посещение лекций |
2 |
2 |
|
Текущий контроль по Модулю 1 |
8 |
5 |
|
Подготовка, выполнение и защита Лабораторной работы: «Анализ распределения наночастиц по размерам». |
6 |
3 |
|
Рубежное тестирование по Модулю 1. |
10 |
6 |
|
Mодуль 2. Поверхностные явления. в том числе: |
31 |
18 |
|
Посещение лекций |
3 |
3 |
|
Текущий контроль по Модулю 2 |
8 |
5 |
|
Подготовка, выполнение и защита Лабораторной работы: «Смачивание твердых поверхностей» |
10 |
4 |
|
Рубежное тестирование по Модулю 2 |
10 |
6 |
|
Модуль 3. Свойства нанодисперсных систем. в том числе: |
25 |
15 |
|
Посещение лекций |
3 |
3 |
|
Подготовка, выполнение и защита Лабораторной работы: «Изучение свойств коллоидных дисперсных систем методом капиллярного электрофореза». |
10 |
4 |
|
Рубежное тестирование по Модулю 3 |
12 |
8 |
|
Модуль 4. Получение наночастиц и их устойчивость. в том числе: |
18 |
11 |
|
Посещение лекций |
2 |
2 |
|
Текущий контроль по Модулю 4 |
8 |
5 |
|
Подготовка, выполнение и защита Лабораторной работы: «Изучение устойчивости гидрозоля гидроксида железа». |
8 |
4 |
|
Итого по дисциплине: |
100 |
60 |
Баллы за посещение лекций рассчитывается исходя из аудиторных часов, баллы за другие виды учебной работы рассчитываются кафедрой индивидуально и расшифровываются в учебно-методической документации (практикумы, методические указания к выполнению самостоятельной работы и др.).
Суммарный балл при оценке степени освоения материала дисциплины «Коллоидная химия наночастиц» и уровня сформированных компетенций, знаний, умений, навыков определяется как сумма баллов по модулям с учетом значимости видов работ.
Рабочая учебная программа предусматривает возможность обучения в рамках традиционной поточно-групповой системы обучения. При этом последовательность изучения учебно-образовательных модулей определяется его номером. Обучение для бакалавров рекомендуется в течение одного – 6 семестра.
Вузам рекомендуется постепенно перейти на кредитно-модульную систему обучения. При введении кредитно-модульной системы обучения необходимо сформировать учебный план таким образом, чтобы он обеспечивал студентам возможность:
Учебным управлениям (отделам) вузов и кафедрам, ведущим образовательный процесс по дисциплине необходимо:
Студенты перед началом изучения дисциплины должны быть ознакомлены с системой кредитных единиц и балльно-рейтинговой оценки, которые должны быть опубликованы и размещены на сайте вуза или кафедры.
При переходе студента в другой вуз полученные им кредиты и баллы по отдельным модулям зачитываются. Для этого студенту выдается справка о набранных кредитах и баллах, а при официальном запросе – программа освоенного модуля и копии оценочных листов по нему. Оценочные листы балльно-рейтингового контроля подписываются студентом и преподавателем с указанием даты его проведения. Формы оценочных листов, их содержание вуз определяет самостоятельно в соответствии с принятой в нем системой контроля и образовательными технологиями.
Вакуум-термическое испарение ‒ испарение в вакууме твердого тела или расплавленного вещества с последующей конденсацией этого вещества на подложке.
Вектор Бюргерса ‒ определяет величину сдвига плоскости скольжения зернокристаллических НЧ.
Виккерса метод ‒ метод измерения твердости по размеру отпечатка, получаемого после снятия нагрузки.
Дефекты кристаллической структуры НЧ (точечные, линейные, поверхностные) ‒ нарушение упорядоченного расположения частиц (ионов, атомов, молекул) в кристалле.
Дисклинация ‒ векторное, т.е. направленное, упорядочение кристаллической структуры НЧ.
Дислокация ‒ смещение кристаллической решетки НЧ, искажающее правильное расположение атомных кристаллографических плоскостей.
Дисперсные системы – гетерогенные системы, которые состоят по крайне мере из двух фаз, одна из которых – дисперсная фаза НЧ – является раздробленной (прерывной), а другая – дисперсионная среда – представляет собой непрерывную, нераздробленную часть системы.
Дисперсность (от лат. dispersus — рассеянный, рассыпанный) ‒ характеристика размеров частиц в дисперсных системах. Дисперсность обратно пропорциональна среднему диаметру частиц и определяется удельной поверхностью, т. е. отношением общей поверхности частиц к единице объёма (или иногда массы) дисперсной фазы.
Диспергирование ‒ получение НЧ методом «сверху вниз», т.е. дроблением крупного тела до НЧ.
Квантово-размерные эффекты ‒ проявляются в дискретности энергетических уровней поверхностных атомов и ограничены длинной свободного пробега электронов.
Квантовые точки ‒ способность электрона переходить на более высокий энергетический уровень и образовывать своеобразные пирамиды из множества атомов (электронов), что позволяет управлять движением небольшого числа электронов вплоть до одиночных.
Кластеры ‒ система связанных между собой атомов и молекул, взаимодействия между которыми превышает межмолекулярное (ван-дер-ваальсовое) взаимодействие.
Ленгмюра-Блоджета пленки – перенос конденсированных пленок с поверхности жидкости на твёрдую поверхность.
Микро(нано) эмульсии – дисперсные системы типа Ж/Ж с наноразмерными каплями.
Наноиндустрия – вид деятельности по созданию продукции на осно ве нанотехнологий, наноматериалов и наносистемной техники.
Наносистемная техника – созданные полностью или частично на основе наноматериалов и нанотехнологий функционально законченные системы и устройства, характеристики которых кардинальным образом от личаются от показателей систем и устройств аналогичного назначения, созданных по традиционным технологиям;
Нанотехнология – совокупность методов и приемов, обеспечивающих возможность контролируемым образом создавать и модифицировать объекты, включающие компоненты с размерами менее 100 нм, хотя бы в одном измерении.
Наночастицы (НЧ) размером 2 – 100 нм, формируют дисперсную фазу систем и поверхность раздела фаз с окружающей их средой.
Катализаторы – активные вещества в виде НЧ, наносимые на нейтральную поверхность, либо сами активные вещества являющиеся наноразмерными.
Сверхпластичность – способность НС при растяжении увеличивать размеры в десятки раз без разрушения образца.
Порядок – это упорядоченность в расположении структурных частиц-ионов, атомов молекул в кристалле их определенная ориентация; упорядоченность на расстояниях, сравнимых с межатомными, называют ближнем порядком, а повторяющаяся на более значительных расстояниях – дальним порядком.
Радиолиз – распад вещества за счёт высокоэнергетического излучения с образованием продуктов в пересыщенном состоянии.
Размерный эффект – доля частиц ( атомов, молекул, ионов) на поверхности по сравнению с их содержащем в объеме НЧ.
Степень пересыщения при конденсации – отношение парциального давления в пересыщенном состоянии к равновесному давлению насыщенного пара.
Степень пересыщения при кристаллизации – отношение концентрации в пересыщенном состоянии к равновесной концентрации в растворе.
Самоорганизация (самосборка) – формирование устойчивых упорядоченных НЧ за счёт неравновесного процесса.
Туннельно-зондовый перенос атомов при помощи сканирующего туннельного микроскопа позволяет формировать вещества путем самосборки на атомном уровне.
Туннельный эффект – преодоление микрочастицей (электроном) потенциального барьера, когда ее полная энергия меньше высоты барьера; явление, свойственное квантовой природе вещества
Углеродные нанотрубки – цилиндры или цилиндрические образования диаметром от 0.5 до 10 нм и длиной примерно в 1 мкм, новая кристаллическая форма углерода.
Фуллерены – аллотропные молекулярные формы углерода, сферические НЧ, состоящие из молекул углерода. Наиболее распространённым является фуллерен С60, состоящий из 20 шестиугольников и 12 пятиугольников и имеющий форму мяча.
Эпитаксия – процесс роста одного кристалла на поверхности другого, за счёт ориентации атомов относительно подложки.