МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ГОУ ВПО «Уральский государственный экономический университет»

УТВЕРЖДАЮ

Проректор по учебной работе

М.С. Марамыгин

«_»2010 г.

ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ И ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ

Программа учебной дисциплины Наименование специальности (направления подготовки) 27.15.00 «Пищевая биотехнология»

Екатеринбург 2010

1. ЦЕЛИ ОСВОЕНИЯ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

Целью изучения дисциплины «Поверхностные явления и дисперсные системы» является знакомство студентов с поверхностными явлениями и дисперсными системами; получение навыков исследования поверхностных явлений и дисперсных систем; создание научно-практической основы для дальнейшего изучения специальных дисциплин.

Изучение дисциплины обеспечивает реализацию требований Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования в области поверхностных явлений и дисперсных систем по вопросам:

термодинамики поверхностных явлений, адсорбции, смачивании, и капиллярным явлениям;

механизма образования и строения двойного электрического слоя;

классификации и устойчивости дисперсных систем, электрокинетическим и оптическим явлениям, мицеллообразования.

В результате изучения дисциплины студенты должны:

а) знать:

терминологию дисциплины;

содержание основных ее понятий;

методы исследования поверхностных явлений и дисперсных систем;

типы дисперсных систем, их свойства и представителей;

б) уметь:

формулировать содержание основных понятий химии поверхностных явлений и дисперсных систем;

проводить простые эксперименты и грамотно обрабатывать их результаты;

объяснять наблюдаемые в окружающем мире специфические явления, рассматриваемые в дисциплине;

представлять себе масштаб распространенности таких явлений в природе и их значение для человеческой практики;

представлять себе пути использования упомянутых явлений для решения технологических и исследовательских задач, связанных с получением, стабилизацией и разрушением дисперсных систем, с применением поверхностноактивных веществ и поверхностной обработкой материалов, с адсорбционными методами разделения компонентов и очистки веществ.

[Указывается цель освоения учебной дисциплины (или модуля), соотнесенная с общими целями ООП ВПО, а также знания, умения, навыки, полученные после изучения дисциплины].

2. МЕСТО УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП ВПО

Учебная дисциплина «Поверхностные явления и дисперсные системы»

является дисциплиной федерального компонента ЕН.Ф.08 учебного плана подготовки инженеров по специальности 27.15.00 «Пищевая биотехнология» и изучается в 5 семестре при очной форме обучения.

Данной дисциплине должно предшествовать изучение дисциплин «Неорганическая химия», «Органическая химия», «Аналитическая химия и физикохимические методы анализа», «Физическая химия».

Знания, умения, навыки, полученные в процессе изучения дисциплины «Поверхностные явления и дисперсные системы» используются при прохождении производственной практики, написании дипломных работ.

[Указать дисциплины и виды учебной деятельности, которые изучаются до и после данной дисциплины]

3. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

3.1. Структура учебной дисциплины Общая трудоемкость дисциплины составляет 136 часов, в том числе:

по дневной форме обучения – аудиторных – 72 (лекций – 36 ч, практических занятий – 36 ч), самостоятельная работа –64 ч.

Форма промежуточной аттестации – экзамен.

[Указать трудоемкость дисциплины в соответствии с учебным планом, при изучении дисциплины по дневной и заочной формах обучения трудоемкость отразить обособленно, при отсутствии заочной формы обучения из таблицы 1 исключить соответствующие графы].

Структура и трудоемкость дисциплины представлена в таблице 1.

Таблица 1 – Структура и трудоемкость дисциплины Дневная форма обучения № Наименование разделов, тем Аудиторные занятия Самост Формы текучас) работа щего контроля (час) Лекции Лабораторнопрактические заня- тия Введение Самоконтроль, 1 4 2 контрольная работа, индивидуальный опрос Поверхностные явления Самоконтроль, 2 4 4 Термодинамическое описание Тестирование гетерогенных систем с учетом естественных границ раздела фаз График изучения дисциплины в течение семестра приведен в календарнотематическом плане и размещен на Портале электронных образовательных ресурсов в разделе «Ресурсы».

3.2. Содержание учебной дисциплины Раздел I. Введение Тема 1. Понятие о поверхностных явлениях и дисперсных системах Понятие о поверхностных явлениях и дисперсных системах. Примеры поверхностных явлений, их роль в природе и технике. Классификация дисперсных систем. Дисперсные системы как особый класс гетерогенных систем. Возрастание вклада естественных границ раздела в свойства гетерогенной системы по мере увеличения степени раздробленности одной или нескольких ее фаз.

Меры раздробленности.

Раздел II. Поверхностные явления Тема 2.Термодинамическое описание гетерогенных систем с учетом естественных границ раздела фаз.

Методы термодинамического описания гетерогенных систем, учитывающие естественные границы раздела фаз: метод избыточных величин Гиббса и метод слоя конечной толщины. Их возможности, достоинства и недостатки.

Описание гетерогенных систем по методу Гиббса. Разделяющая поверхность и поверхностные избытки экстенсивных свойств. Поверхностное натяжение и площадь поверхности как сопряженные свойства. Уравнения Гиббса для межфазной поверхности(поверхностного слоя). Характеристические функции разделяющей поверхности. Экспериментальные методы определения поверхностного натяжения.

Фундаментальное адсорбционное уравнение Гиббса и примеры его применения. Поверхностно-активные, поверхностно-инактивные и поверхностноиндифферентные вещества.

Смещение равновесия двухфазной системы при наличии искривленной границы раздела между фазами. Закон Лапласа. Уравнение Кельвина (Томсона). Зависимость термодинамической реакционной способности от дисперсности. Энергетика диспергирования и конденсации.

Тема 3. Адсорбционные равновесия.

Адсорбционно-десорбционное равновесие на границе жидкость-газ: его анализ с помощью уравнения Гиббса. Зависимость поверхностного натяжения от концентрации растворенного в жидкой фазе вещества. Мера поверхностной активности. Правило Дюкло-Траубе. Изотерма адсорбции. Расчет размеров молекул поверхностно-активных веществ по значению их предельной адсорбции.

Адсорбционно-десорбционное равновесие на границе твердое тело-газ: его особенности. Количественные меры для равновесной адсорбции компонента газовой фазы, связь между ними. Физическая и химическая адсорбция. Теория мономолекулярной адсорбции Лэнгмюра, области прменения теории Лэнгмюра.

Уравнение адсорбции Лэнгмюра, его анализ. Полимолекулярная адсорбция. Теория Брунауэра, Эммета и Теллера (теория БЭТ), изотерма адсорбции БЭТ. Определение удельной межфазной поверхности пористых тел.

Адсорбция на границе твердое тело-жидкость, его особенности Экспериментальное определение значения адсорбции. Кинетика адсорбции. Влияние природы растворителя и адсорбента на адсорбцию растворенного вещества.

Ионная адсорбция. Избирательная адсорбция ионов. Обменная адсорбция. Ионообменники и их применение. Образование двойного ионного электрического слоя (ДЭС) на границе фаз в результате избирательной адсорбции ионов.

Тема 4. Адгезия и смачивание.

Понятие о явлениях когезии и адгезии. Работа когезии и адгезии. Уравнение Дюпре. Растекание жидкостей на поверхности твердых тел и жидкостей.

Краевой угол смачивания. Уравнение Юнга и Лапласа. Гидрофильные и гидрофобные поверхности. Влияние добавки поверхностно-активных веществ к жидкой фазе и предварительной обработки поверхности твердого тела на смачиваемость. Применение явлений смачивания и несмачивания в технике.

Адсорбция ПАВ и полимеров. Состояние поверхностных (адсорбционных) пленок. Мономолекулярные пленки нерастворимых веществ на границе жидкость-газ. Изотермы сжатия пленок. Поверхностные пленки как двумерные поверхностные растворы. Применение метода поверхностных пленок для исследования строения молекул, образующих пленку. Тонкие пленки смазок на границе двух твердых тел.

Раздел III. Дисперсные системы Тема 5. Дисперсные системы и ВМС.

Сходство и различие дисперсных систем и растворов высокомолекулярных соединений.

Тема 6. Молекулярно-кинетические свойства дисперсных систем.

Понятие о броуновском движении частиц дисперсной фазы и кинетических свойствах дисперсных систем. Толкование дисперсных систем как растворов, где «растворителем» служит дисперсионная среда, а в качестве «растворенного вещества» выступает дисперсная фаза. Способы выражения концентрации частиц дисперсной фазы.

Уравнение, устанавливающее связь между смещением частицы и коэффициентом диффузии. Диффузия в коллоидных системах. Законы диффузии Фика. Уравнение Эйнштейна для коэффициента диффузии частиц.

Седиментация частиц дисперсной фазы в гравитационном поле Земли и в центробежном поле. Седиментационно-диффузионное равновесие в дисперсных системах. Закон Стокса. Седиментационный анализ.

Тема 7. Оптические свойства дисперсных систем.

Оптически однородные и неоднородные среды. Особенности их взаимодействия с излучением. Ультрамикроскопический метод исследования дисперсных систем. Явления, наблюдаемые при прохождении луча света через дисперсные системы. Явление Тиндаля. Формула Релея и границы ее применимости.

Системы с более крупными частицами. Особенности в оптических свойствах систем с частицами дисперсной фазы, поглощающими излучение. Определение концентрации, размеров и формы частиц нефелометрическим и фотометрическим методами.

Тема 8. Электрические свойства в дисперсных системах.

Общее представление об электрокинетических явлениях. Их виды. Практическое использование электрокинетических явлений. Электрокинетические явления и двойной электрический слой. Строение двойного электрического слоя. Строение мицеллы золя. Правило Фаянса-Пескова. Электрофорез. Электроосмос. Понятие о поверхности скольжения и электрокинетическом потенциале. Влияние природы и концентрации электролитов на скорость относительного движения фаз и электрокинетический потенциал.

Тема 9. Устойчивость дисперсных систем.

Агрегативная и седиментационная устойчивость. Термодинамическое обоснование агрегативной неустойчивости. Коагуляция и стабилизация дисперсных систем. Коагуляция частиц дисперсной фазы в гидрозолях под действием электролитов. Порог коагуляции. Правило Шульце-Гарди. Изоэлектрическое состояние и перезарядка поверхности. Коагуляция под действием перемешивания, ультразвука, нагревания, замораживания и других факторов.

Кинетика коагуляции. Скорость коагуляции, ее выражение через число эффективных двойных столкновений частиц дисперсной фазы. Теория быстрой коагуляции Смолуховского. Кинетика медленной коагуляции.

Методы получения коллоидных систем: диспергирование, конденсация, пептизация. Очистка золей: диализ, электродиализ, ультрафильтрация.

Тема 10. Структурообразование в дисперсных системах.

Понятие о структуре тел. Структурообразование в дисперсных системах.

Его связь с потерей агрегативной устойчивости дисперсной фазы. Основные понятия реологии-науки о деформации и течении реальных тел. Реологические модели. Классификация дисперсных систем по их структурно-механическим свойствам. Реологические свойства дисперсных систем (свободно- и связнодисперсных). Способы управления структурно-механическими свойствами дисперсных систем.

Тема.11. Дисперсные системы с жидкой и газообразной дисперсионной средой.

Суспензии и лиозоли. Аэрозоли. Эмульсии и пены. Пасты.

4. ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ

УСПЕВАЕМОСТИ, ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ ПО ИТОГАМ

ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ И ИХ УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ

ОБЕСПЕЧЕНИЕ

4.1. Текущий контроль Результаты освоения учебной дисциплины (модуля) оцениваются следующими средствами текущего контроля успеваемости:

1. Индивидуальный опрос.

2. Контрольная работа.

3. Самоконтроль.

4. Тестирование.

5. Собеседование.

Методическое обеспечение текущего контроля:

1. Индивидуальный опрос и собеседование проводится на лабораторных занятиях по вопросам к каждой теме. Перечень вопросов приведен в методических указаниях к практическим занятиям.

2. Задания к контрольным работам включают решение задач по темам из задачника для очной формы обучения.

3. Самоконтроль осуществляется по вопросам, перечисленным в разрезе тем в методических указаниях и заданиях по самостоятельной работе и путем решения тестовых заданий для самоконтроля.

[Характеристика метод. обеспечение должна приводится по каждой форме текущего контроля ] Тестовые задания для самоконтроля и текущего контроля размещены на Портале электронных образовательных ресурсов по дисциплине «Поверхностные явления и дисперсные системы» в разделе «Тесты и экзамены».

[ Методическое обеспечение должно быть доступно студентам, с этой целью следует указать в каких разделах Портала электронных образовательных ресурсов размещены методические материалы ] 4.2. Промежуточная аттестация Промежуточная аттестация по итогам освоения дисциплины проводится в форме экзамена.

[ Форму выбрать в соответствии с учебным планом] Вопросы к экзамену размещены на Портале электронных образовательных ресурсов по дисциплине «Поверхностные явления и дисперсные системы»

в разделе «Ресурсы».

[ Вопросы (задания) к экзамену (зачету) должны быть доступны студентам, с этой целью следует указать, в каких разделах Портала электронных образовательных ресурсов они размещены] 4.3. Использование балльно-рейтинговой системы для текущего контроля и промежуточной аттестации [ Раздел 4.3 включить в программу в обязательном порядке].

Для текущего контроля успеваемости и промежуточной аттестации используется балльно-рейтинговая система в соответствии с «Положением об академическом рейтинге».

Текущий рейтинг по дисциплине «Поверхностные явления и дисперсные системы» определяется с учетом посещаемости, участия студентов в аудиторной и самостоятельной работе, выполнении контрольных точек, а также внеаудиторной работе (участие в конференциях, олимпиадах, конкурсах и др.) Требования, критерии оценки для расчета текущего рейтинга по дисциплине размещены на Портале электронных образовательных ресурсов в разделе «Ресурсы».

[ Требования, критерии оценки для расчета текущего рейтинга должны быть доступны студентам, с этой целью следует указать, в каких разделах Портала электронных образовательных ресурсов они размещены]

5. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ (МОДУЛЯ)

Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины «Поверхностные явления и дисперсные системы» включает конспект лекций, презентационные материалы для чтения лекций и проведения практических занятий.

Электронная версия конспекта лекций, презентации представлены на Портале электронных образовательных ресурсов по дисциплине «Поверхностные явления и дисперсные системы» в разделе «Ресурсы».

Для изучения дисциплины «Поверхностные явления и дисперсные системы» следует использовать основную литературу, дополнительную литературу, Интернет-ресурсы:

[Указать в соответствии с необходимость, обусловленную особенностями дисциплины] а) основная литература:

1.Фридрихсберг Д.А. Курс коллоидной химии. – СПб: Химия, С.Петербургское отделение,1995.

2. Фролов Ю.Г. Курс коллоидной химии: Поверхностные явления и дисперсные системы. – М.: Химия, 1989.

3. Щукин Е.Д.Перцов А.В. Амелина Е.А. Коллоидная химия. – М.: Высшая школа, 1992.

4. Зимон А.Д., Лещенко Н.Ф. Коллоидная химия. М.: Агар, 2001.

5. Гельфман М.И., Ковалевич И.В., Юстратов В.П. Коллоидная химия. СПб.:

Изд-во «Лань», 2003.

6.Назаров В.В. Практикум и задачник по коллоидной химии. Поверхностные явления и дисперсные системы: уч. Пос. для вузов. - М:ИКЦ «Академкнига», 2007.

б) дополнительная литература:

1.Захарченко В.Н. Коллоидная химия. – М.: Высшая школа, 1989.

2.Воюцкий В.и. и др. Курс коллоидной химии. – М.: Химия, 3.Баранова В.И. и др. Расчеты и задачи по коллоидной химии – М.: Высшая школа, 1989.

г) Интернет-ресурсы.

6. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ УЧЕБНОЙ

ДИСЦИПЛИНЫ

Реализация данной учебной дисциплины осуществляется с использованием материально-технической базы, обеспечивающей проведение всех видов учебных занятий и научно-исследовательской работы обучающихся, предусмотренных программой учебной дисциплины и соответствующей действующим санитарным и противопожарным правилам и нормам:

лекционные аудитории, учебно-исследовательская лаборатория (к.304), - оборудование: химическая посуда, аналитические весы, электрическая плитка, вискозиметр, установка для измерения поверхностного натя жения растворов методом Ребиндера, ячейка для кондуктометрических измерений, перемешивающее устройство ПЭ-6500, измеритель RLC марки ELC-131D.

аудитории, оборудованные мультимедийными средствами обучения.

[Выбрать из имеющегося перечня и дополнить при необходимости] Программа составлена в соответствии с требованиями ГОС ВПО по специальности 27.15.00 «Пищевая биотехнология», квалификация – инженер.

Программа размещена на Портале электронных образовательных ресурсов в разделе «Ресурсы».

Автор(ы) Белышева Г.М. Рецензент(ы) Программа одобрена на заседании Совета по учебно-методическим вопросам и качеству образования (протокол № от _ года).