Санкт-Петербургский государственный политехнический университет

УТВЕРЖДАЮ

Декан ФМФ

В.К. Иванов

«_» _ _ г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

Физическая химия полимеров Кафедра-разработчик Биофизика Направление (специальность) подготовки 011200 Физика Наименование ООП Квалификация (степень) выпускника Магистр Образовательный стандарт Федеральный ГОС Форма обучения очная Соответствует ФГОС ВПО.

Утверждена протоколом заседания кафедры Биофизика № 2 от 17.05. Программу в соответствии с ФГОС ВПО разработали:

д.ф-м.н. М.Г. Петухов 1. Цели и результаты изучения дисциплины 1.1. Цели изучения дисциплины Целью изучения дисциплины «Физическая химия полимеров» является ознакомление студентов с основами физической химии полимеров. Основу курса составляют разделы классической физической химии полимеров. Изучение дисциплины «Физическая химия полимеров» направлено на формирование профессионально значимых качеств у студентов, создание представлений и выработку практических навыков, необходимых для количественного описания различных природных процессов.

В курсе также рассматриваются особенности физико-химических свойств полимеров, основы статистической теории полимерных цепей, теории и особенности растворов высокомолекулярных соединений, некоторые методы исследования физико-химических свойств полимеров. Особое внимание уделяется вопросам применения высокомолекулярных соединений в биотехнологиях, микро- и наноэлектронике, а также современным теориям в физической химии полимеров. После освоения курса студенты должны уметь выбирать полимерные материалы в соответствии с поставленными задачами, понимать физико-химические основы управления свойствами высокомолекулярных соединений и основных методов их исследования.

Дисциплина направлена на увеличение научно-методического кругозора будущих исследователей, показывает общность многих экспериментальных и теоретических методов.

1.2. Результаты обучения (компетенции) выпускника, в формирование которых вносит вклад освоение дисциплины Код Результат обучения (компетенция) выпускника ООП ОК- способностью демонстрировать углубленные знания в области математики и естественных наук ОК- способностью самостоятельно приобретать с помощью информационных технологий и использовать в практической деятельности новые знания и умения, в том числе в новых областях знаний, непосредственно не связанных со сферой деятельности, расширять и углублять свое научное мировоззрение ПК- способностью использовать свободное владение профессиональнопрофилированными знаниями в области информационных технологий, современных компьютерных сетей, программных продуктов и ресурсов Интернет для решения задач профессиональной деятельности, в том числе находящихся за пределами профильной подготовки 1.3. Планируемые результаты освоения дисциплины – знание основных понятий, методов и примов физической биохимии;

– умение применять законы термодинамики и химической кинетики для решения типичных задач профессиональной области;

– умение интерпретировать информацию о биосистемах на основе законов физики, химии и математики;

– умение применят междисциплинарные подходы и методы для решения задач молекулярно-биологического профиля;

– учебные умения, позволяющие с высокой степенью самостоятельности осваивать новые методы и модели, используемые в профессиональной области.

2. Место дисциплины в ООП Согласно ФГОС ВПО направления 011200 «Физика» (квалификация «магистр») дисциплина «Физическая химия полимеров» относится к дисциплинам по выбору профессионального цикла М.2.

Дисциплину «Физическая химия полимеров» студенты изучают в 9-м семестре (пятый год обучения).

Изучение дисциплины «Физическая химия полимеров» опирается на знания в области физики, теоретической физики, физической биохимии, экспериментальных методов биофизики, освоенные студентами на предшествующих этапах обучения.

Результаты изучения дисциплины «Физическая химия полимеров» используются при изучении дисциплин профессионального цикла М.3, при выполнении НИРС и при подготовке магистерской диссертации.

Курс состоит из лекционного материала.

3. Распределение трудомкости освоения дисциплины по видам учебной работы 3.1. Виды учебной работы в том числе творческая проблемно-ориентированная самостоятельная – работа Общая трудоемкость освоения дисциплины в академических часах: 3.2. Формы контроля 4. Содержание и результаты обучения 4.1. Разделы дисциплины и виды учебной работы Введение в физическую химию полимеров 1.1.

Термодинамика растворов полимеров. Основы статистической физики цепных 2.1.

2.2.

Физико-химические свойства высокомолекулярных соединений 3.1.

Методы исследования полимеров и полимерных композиционных 8– 3.2.

4.2. Содержание разделов и результаты изучения дисциплины 1. Введение в физическую химию полимеров 1.1. Введение в физическую химию полимеров Физическая химия полимеров как междисциплинарная область научных знаний. Основные разделы курса. Краткий исторический экскурс.

2. Термодинамика растворов полимеров. Основы статистической физики цепных молекул 2.1. Термодинамика растворов полимеров Знания на уровне понятий, определений, Термодинамическое состояние системы, параметры состояния. Функции состояния системы, их свойства. Важность термодинамического подхода для описания энтропия, свободная энергия Гиббса).

различных химических явлений. Постулаты и Умения в решении задач Уметь вычислять законы химической термодинамики, термохимия, термодинамические функции и свободной энергии Гиббса в химической фундаментальные уравнения Гиббса;

термодинамическая теория растворов;

правило фаз Гиббса и его применение к гетерогенным равновесиям; химические и адсорбционные равновесия; основы линейной неравновесной термодинамики;

постулаты статистической термодинамики, по поведению при нагревании, по методу сумма по состояниям, вычисления термодинамических функций, статистическая получения полимеров из термодинамика реального газа и конденсированного состояния вещества;

химическая кинетика, кинетические уравнения различных типов реакций, теория полимеров.

кинетики. Реакции получения олигомеров и высокомолекулярных соединений.

Полимеризация и сополимеризация:

радикальная, катионная, анионная и ионнокоординационная, особенности указанных полимеризационных процессов.

Полимеризация в растворе, в массе, в суспензии, в эмульсии, в твердой фазе.

Термодинамика полимеризационных процессов.

2.2. Основы статистической физики цепных молекул Конформация макромолекул. Свободносочлененная цепь. Цепь с фиксированными возможностью их переработки. Структура и валентными углами и заторможенным вращением. Гибкость макромолекул.

Количественные характеристики гибкости макромолекул. Поворотно-изомерный и персистентный механизмы гибкости.

Кинетическая гибкость. Понятие о гауссовыххимического состава, степени клубках Функция распределения расстояний упорядоченности и регулярности строения между концами цепи. Персистентная длина. полимеров. Первичная структура Радиус инерции, форма клубка. Упругость макромолекул. Химический состав.

идеальной полимерной цепи. Физические Конфигурация макромолекул. Ближний и взаимодействия в полимерах. Энтальпийные дальний конфигурационный порядок.

и энтропийные составляющие свободной Конформация макромолекул. Ближний и 3. Физико-химические свойства высокомолекулярных соединений 3.1. Основные характеристики полимеров Знания на уровне понятий, определений, Молекулярная масса, молекулярно-массовое особенности высокомолекулярных систем.

распределение и основные методы их определения. Полимерные сетки. Упругость Молекулярно-массовое распределение.

идеального эластомера. Энтропийная и энергетическая составляющая упругой силы. Релаксация деформации. Ползучесть Упругость реального эластомера. Тепловые полимерных материалов. Релаксация явления при деформации эластомеров.

Явление стеклования: природа и кинетические эффекты. Понятие о свободном состояния веществ. Фазовые и об Уравнение Вильямса—Лендела - Ферри. релаксационные (физические) состояния Химическое строение полимеров и температура стеклования. Пластификация полимерных стекол. Явление кристаллизации переходов в полимерах. Факторы, полимеров. Кристаллическая и надмолекулярная структура полимеров.

Полимерные кристаллиты и сферолиты.

Кинетика кристаллизации. Особенности плавления полимеров. Понятие о рекристалливации и отжиге полимеров.

Жидкокристаллическое состояние полимеров. Ближний и дальний порядок.

Типы симметрии. Мезоморфные состояния. выше Тс. Термодинамика Вязкое течение и его характеристики.

Ньютоновские и неньютоновские жидкости. характер перехода из высокоэластического Зависимость вязкости от скорости и напряжения сдвига. Кривые течения.

Зависимость вязкости от температуры и молекулярной массы. Модуль упругости стеклообразных и кристаллических полимеров и его зависимость от температуры полимеров. Температура текучести и и скорости воздействия. Релаксационные и определяющие ее факторы. Реология гистерезисные явления в полимерах. полимеров. Виды реологических систем.

Вязкоупругость полимеров. Время Вязкость расплавов полимеров:начальная, релаксации. Принцип температурно— эффективная, наименьшая. Зависимость временной суперпозиции. Динамический вязкости от молекулярной массы, механический метод. Понятие о температуры; полидисперсности.

механических моделях вязкоупругого Высокоэластичность расплавов. Аномалии поведения полимеров. вязкости расплавов. Значение физических 3.2. Методы исследования полимеров и полимерных композиционных материалов.

Экспериментальные методы исследования структуры макромолекул в растворе (вискозиметрия, светорассеяние, седиментация, двойное лучепреломление).

Спектроскопия полимеров: ИК, МНПВО, КР.

Теплофизические методы. Дилатометрия.

Дифференциальный термический анализ.

Калориметрические методы.

Рентгеноструктурный анализ полимеров.

Изучение размеров и ориентации упорядоченных областей кристаллических полимеров. Специфика исследования смесей полимеров. Оптическая и электронная микроскопия. Туннельная микроскопия.

5. Образовательные технологии В преподавании дисциплины «Физическая химия полимеров» используются преимущественно традиционные образовательные технологии - лекции.

Семинары по дисциплине «Физическая химия полимеров» осуществляются в рамках общей программы дисциплины «Иностранный язык в сфере профессиональной коммуникации» (9-й семестр).

Объм лекционных занятий составляет 100% общего объма аудиторных занятий. Превышение предельного норматива, установленного ФГОС ВПО для ООП, компенсируется уменьшенной долей лекционных занятий по другим дисциплинам в рамках ООП и в целом по ООП норматив выполнен.

Занятия в активной и интерактивной формах 6. Лабораторный практикум Не предусмотрен.

7. Практические занятия Семинары по дисциплине «Физическая химия полимеров» осуществляются в рамках общей программы дисциплины «Иностранный язык в сфере профессиональной коммуникации» (9-й, 10-й и 11-й семестр).

8. Организация и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов Самостоятельная работа студентов направлена на закрепление и углубление освоения учебного материала, развитие практических умений. Самостоятельная работа студентов в рамках дисциплины «Физическая химия полимеров» включает следующие виды самостоятельной работы:

- работу с лекционным материалом и с рекомендованной учебной литературой;

- подготовку к зачету;

Творческая проблемно-ориентированная самостоятельная работа в рамках дисциплины «Физическая химия полимеров» включает в себя:

- поиск, обработку и презентацию информации по печатным изданиям и электронным источникам информации по заданной проблеме в рамках общей программы дисциплины «Иностранный язык в сфере профессиональной коммуникации» (10-й семестр);

- выступление на указанном выше семинаре.

Примерное распределение времени самостоятельной работы студентов поиск, изучение и презентация информации по заданной проблеме, анализ научных публикаций по заданной теме 9. Учебно-методическое обеспечение дисциплины 9.1. Адрес сайта курса РПД размещается по адресу http://biophysics.spbstu.ru/399_01w.html.

9.2. Рекомендуемая литература Основная литература Автор, название, место издания, издательство, год (годы) Год К-во Место 2. Физическая химия. учебник для вузов по хим. 2006 36 Библиотека специальностям. / А. Г. Стромберг, Д. П. Семченко — М.

Высшая школа, по направлению 140400 "Техн. физика". / Е. Ф. Панарин — СПб. Изд-во Политехн. ун-та, Дополнительная литература 1. Физическая химия. учеб. пособие. / Б. В. Патров, И. Б. Сладков — СПб. Изд-во 9.3. Технические средства обеспечения дисциплины http://univertv.ru/, раздел Химия;

http://www.bio.fizteh.ru/student/files/biology/biolections/ Интернет-портал «Легендарный Физтех».htm 10. Материально-техническое обеспечение дисциплины Аудиторный класс, наличие проектора для демонстрации наглядных пособий и экрана.

Компьютерный класс, лицензионное программное обеспечение, Internet.

11. Критерии оценивания и оценочные средства 11.1. Критерии оценивания Качество освоения дисциплины "Физическая химия полимеров" оценивается при проведении зачета, при этом принимается во внимание активность студента на на занятиях, проводимых в интерактивной форме.

11.2. Оценочные средства Примерные варианты вопросов, выносимых на зачет:

1. Конфигурация и конформация макромолекул.

2.Конформационная статистика полимерных цепей.

3. Физические и фазовые состояния полимеров: стеклообразное, высокоэластическое и вязкотекучее.

4. Аморфные и кристаллические полимеры.

5. Фазовые переходы, механизм кристаллизации и плавления кристаллов. Влияние структуры и внешних воздействий на фазовые переходы.

6. Реакции получения высокомолекулярных соединений. Полимеризация и сополимеризация. Термодинамика полимеризационных процессов.

7. Экспериментальные методы исследования полимеров. Теплофизические методы.

8. Дилатометрия.

9. Дифференциальный термический анализ.

10. Гидродинамические свойства макромолекул в растворе. Диффузия макромолекул в растворе.

12. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины Дополнительных рекомендаций не приводится.