МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Кубанский государственный аграрный университет

Факультет перерабатывающих технологий

Рабочая программа дисциплины (модуля)

Химия физическая и коллоидная

Направление подготовки

221700.62 Стандартизация и метрология Квалификация (степень) выпускника Бакалавр Форма обучения очная Краснодар 2011 г.

1. Цели освоения дисциплины Целями освоения дисциплины (модуля) «Физическая и коллоидная химия»_ являются базовые фундаментальные знания, с помощью которых студент может провести количественный анализ любого физико-химического процесса, изучаемого в последующих специальных курсах, понимать основные закономерности, которые образуют основу теории технологических процессов в агропромышленном секторе, приобрести опыт практических расчетов, необходимых для решения производственных задач в области технологий переработки сельскохозяйственного сырья растительного происхождения.

Основной целью освоения дисциплины «Физическая и коллоидная химия» является формирование профессиональных компетенций обучающегося, необходимых для обеспечения полноценной социальной и профессиональной деятельности после окончания учебного заведения.

2.Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата Дисциплина «Физическая и коллоидная химия» включена в обязательный перечень ФГОС ВПО, в цикл естественнонаучных дисциплин базовой части по химии.

Дисциплина «Физическая и коллоидная химия» базируется на следующих дисциплинах: неорганическая химия, органическая химия, аналитическая химия, математика, физика, биология, информатика.

Студенты должны знать строение и свойства неорганических и органических веществ, владеть способами их идентификации. Должны уметь использовать математические приемы анализа уравнений, построения графиков, решения систем уравнений, интегрирования, дифференцирования. Студенты должны уметь пользоваться компьютером, в достаточном для пользователя ПК объёме.

Успешное освоение дисциплины «Физическая и коллоидная химия» позволяет перейти к изучению дисциплин: биофизика, безопасность жизнедеятельности, биохимии растений, физиология растений, агрохимии, химии почв, средств защиты растений, химической экологии, прикладной экологии, технологии производственных процессов переработки сырья растительного и животного происхождения в цикле профессиональном ООП и вариативной части специальных дисциплин.

Особенностью дисциплины является общенаучный подход к самым различным явлениям и производственным процессам.

При изучении данной дисциплины предусматриваются следующие формы учебного процесса: лекции, лабораторные занятия, самостоятельная внеаудиторная работа. В качестве метода проверки знаний практикуется интерактивный опрос студентов, компьютерное тестирование, решение задач, написание рефератов по предложенным темам.

3 Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины (модуля) Процесс изучения дисциплины «Физическая и коллоидная химия» направлен на формирование следующих компетенций:

а) общекультурных:

выпускник должен обладать - (ОК-8) – осознанием социальной значимости своей будущей профессии, высокой мотивацией к выполнению профессиональной деятельности, - (ОК-11) – способностью представлять современную картину мира на основе естественнонаучных, математических знаний, ориентироваться в ценностях бытия, жизни, культуры.

б) профессиональных:

- (ПК – 1) – способностью использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования;

- (ПК - 25) - готовностью к анализу и критическому осмыслению отечественной и зарубежной научно-технической информации в области технологий переработки сельскохозяйственной продукции из растительного сырья;

- (ПК – 24) – способностью применять современные методы научных исследований в области создания технологий переработки продуктов питания согласно утвержденным программам;

- (ПК - 26) - способностью к лабораторному анализу почвенных и растительных образцов, оценке качества продукции растениеводства, продуктов питания;

- (ПК - 27) – способностью к обобщению и статистической обработке результатов исследований, формулированию выводов.

В результате освоения дисциплины обучающийся должен:

Знать - основные законы физической и коллоидной химии, а также способы их применения для решения теоретических и прикладных задач агропромышленного производства (ПК -1, ПК - 24, 25, 26, 27);

- основы химической термодинамики и ее законы;

- основные особенности термохимии;

- реакции, идущие с выделением и поглощением тепловой энергии (теплоты);

- основы кинетики химических реакций;

- закономерности смещения равновесия;

- основы фотохимических процессов.

- основные законы и свойства растворов;

- основные законы электрохимии;

- поверхностные явления и явления на границе раздела фаз;

- сорбционные процессы: адсорбцию, абсорбцию и десорбцию;

- дисперсные системы и коллоидные растворы;

- физико-химические методы исследования качества растительного сырья и пищевых продуктов из него;

- взаимосвязь основных законов физической и коллоидной химии с природными и социальными явлениями (ОК-8, ОК- 11).

- об управлении агроэкологическими рисками на основе фундаментальных законов физической и коллоидной химии (ОК-8, ОК-11).

Уметь - производить термохимические расчеты;

- определять термодинамические характеристики, - использовать основные понятия, законы и модели химической термодинамики, химической кинетики, фотохимии, - анализировать равновесия в растворах;

- исследовать различные свойства многокомпонентных систем;

- определять физические, физико-химических и химические характеристики растворов, - готовить дисперсные системы и коллоидные растворы;

- определять свойства дисперсных систем и коллоидных растворов;

- определять устойчивость и разрушение дисперсных систем и коллоидных растворов;

- проводить коагуляцию коллоидных растворов;

- прогнозировать природные и социальные явления, проводя аналогию с основными закономерностями физической и коллоидной химии (ОК-8, ОК-11).

Владеть - основными химическими и физико-химическими расчетами термохимических процессов; процессов кинетики химических реакций;

- методами математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования, - основными расчетами процессов кинетики химических реакций - методами математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования, - способностью выявить естественнонаучную сущность проблем, возникающую в ходе профессиональной деятельности;

- методами моделирования физических, химических, физико-химических процессов;

- способами получения и исследования свойств дисперсных систем и коллоидных растворов, существующих в различных технологических смесях.

Иметь представление:

о роли основ физической и коллоидной химии в научно – исследовательской и производственной деятельности, в социальной жизни выпускников ВУЗа - бакалавров по данному направлению для принятия научно – обоснованных решений.

4. Структура и содержание дисциплины (модуля) «Физическая и коллоидная химия»

Общая трудоемкость дисциплины составляет 4 зачетных единиц 144 часов.

мические процессы 5. Образовательные технологии 1. Мультимедийные лекции.

2. Самостоятельная работа с использованием электронного учебника и учебной литературы на электронных и бумажных носителях.

3.Решение задач.

4. Реферативная работа.

5. Подготовка докладов на кафедральные конференции.

6. Участие в кафедральных олимпиадах 7. Тестирование с опросом и обсуждением, тестирование компьютерное.

8. Участие студентов в НИР кафедры.

6. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины.

№ темы лекции Самостоятельное изучение отдельных тем Модуль (вопросов)(1, с.6-60), (2, с.10-78) Решение задач (3, с.4-18) Самостоятельное изучение отдельных тем Модуль (вопросов)(1, с.61-122), (2, с.79-158) Решение задач (3, 19-62) Самостоятельное изучение отдельных тем Подготовка рефератов по индивидуальным Модуль Подготовка докладов на семинары и конференции (1, с.123-231), (2, с.160-288) Самостоятельное изучение отдельных тем Подготовка рефератов по индивидуальным 12- Модуль Подготовка докладов на семинары и Выступление на конференции Выполнение студенческой научной работы (по тематике изучаемой дисциплины) (1, с.234темы Лекции 1- 2. Шкала радуги. Оптические явления в атмосфере 3. Биологические катализаторы. Применение в биотехнологии.

4. Биокатализаторы для химии и для живого 5. Буферность почв и её значение 6. Коллоидно-химические свойства протоплазмы.

7. Почвенные коллоиды. Их особенности и свойства 8. Растворы белков - живые коллоидные системы. ИЭТ и её определение 9.Высокомолекулярные соединения. Особенности строения и свойства 10. Высокомолекулярные соединения. Применение в сельском хозяйстве.

11.Аэрозоли в быту и технике.

12.Тяжелые металлы, антагонизм с макро- и микроэлементами.

13. Влияние температуры на скорость биологических процессов.

14.Термодинамика живого: взгляд нашего современника.

15. Второе начала термодинамики и биологические системы.

16. Блуждание по термодинамике или откуда живой организм черпает энергию?

17. Ионное равновесие в биологических системах.

18. Минеральное питание растений. Синергизм, антагонизм и аддитивность 19. Ионы Са2 + и полупроницаемые мембраны.

20. Фотохимические смоги, их влияние на процессы в атмосфере.

21. Природные гео- и биорастворы и морозоустойчивость живого.

22. Роль концентрации водородных ионов в биологических процессах.

23. Буферные системы в почвах и их значение.

24. Окислительно-восстановительные реакции и потенциалы в почвах.

25. Физиологическое действие ионов, ионный антагонизм.

26. Диффузионный и мембранный потенциалы, их биологическое значение.

27. Ионоселективные электроды и их применение для исследования биологических объектов.

28. ВМС, особенности их строения и свойства.

29. Изоэлектрическое фокусирование белков.

30. Шоковые белки, их состав и функции в биологических системах.

1.Атмосфера Земли как коллоидно-дисперсная система.

2. Природные гели, их образование, строение и свойства.

3. Оптические свойства природных коллоидных систем.

4. Органические и минеральные почвенные коллоиды, их значение в почве.

5. Процессы набухания и ВМС и их значение.

6.Свободная и связанная вода в коллоидах. Устойчивость биологических 7. Адсорбция и биологические процессы.

8. Хроматография, виды и область применения.

1- 9. Кондуктометрическое титрование, область применения.

10. Электрохимические явления. Коррозия металлов и методы борьбы с ней.

11.Полярографический анализ, сущность и область применения.

12. Биологическое значение буферных систем.

13. Синерезис обратимый и необратимый. Его проявление в технологических 14. Применение адсорбции для очистки смесей.

15. Индикаторы и их применение.

16. Активная и общая кислотность растворов, их значение.

17. Ферменты как катализаторы.

18. Применение методов измерения электрической проводимости в технологических процессах и в агрономии.

19. Методы криоскопии и эбуллиоскопии для изучения свойств растворов.

20. Природные растворы, их характеристики и способы изучения.

Перечень теоретических вопросов по самостоятельной работе студентов:

Понятие о законе сохранения энергии.

Значение закона Гесса для лабораторной практики 3. Применение понятий термодинамики в биологии и агрономии 1.Скорости почвенных химических реакций 2.Определение скорости реакций.

3.Уравнение Аррениуса и его анализ Химические равновесия в почвенных растворах Фотометрические методы анализа в исследовании почв.

1.Роль ионов в процессах, протекающих в почве.

2. Применение методов измерения электропроводности в агрономии;

3. Буферные свойства почвенных растворов 1- 1. ОВ цепи биологических процессов.

2. Типы электродов и гальванических элементов. ОВ потенциалы почв.

1. Виды адсорбции. Понятие о ПАВ и ПИАВ 2. Адсорбционные процессы и явления в почве, растениях, организмах 3. Зависимость величины адсорбции от структуры поверхности 1. Методы получения коллоидных систем, природные коллоиды 2. Коагуляция,физические, молекулярно-кинетические, оптические и электрические свойства коллоидных систем.

1. Изоэлектрическая точка белков и ее определение.

2. Образование растворов белков, набухание Вопросы к экзамену 1. Опишите основные методы получения коллоидных растворов. Что такое пептизация? Какие вещества являются пептизаторами почвенных систем?

Составьте схему строения мицеллы для минеральной части почвы на примере гидроокиси железа.

2. Криоскопия. Возможности применения для изучения свойств растворов не электролитов и электролитов. Определите осмотическое давление при 25 0С для 0,1н растворов КCl и С 6 Н 12 О6, если степень диссоциации КСl равна 0,95.

3. Рассчитайте значение ЭДС, если внутри клетки млекопитающего рН = 7,0, а в окружающей жидкости рН = 7,4.

4. Адсорбция на границе раздела твердое тело – жидкость. Явление смачивания.

Краевой угол и теплота смачивания. Опишите методы определения теплоты смачивания. Гидрофильные и гидрофобные поверхности.

5. Закон светопоглощения (Бугера-Ламберта-Бера). Применение фотометрических методов анализа в агрономии для идентификации веществ и их количественного определения.

6. Диспергационные методы получения коллоидных систем. Чем можно пептизировать свежеосажденный Fе (ОН) 3. Покажите схему строения полученной в этом случае частицы.

7. Защита коллоидных систем от коагуляции, ее количественное выражение.

Механизм и значение коллоидной защиты в природных явлениях.

8. Электродные потенциалы и ЭДС гальванических элементов. Нормальный (стандартный) потенциал. Водородный электрод и его электродный потенциал.

Вычислите потенциал водородного электрода, погруженного в раствор с рН = 2.

9. Через колонку катионита в н+- форме пропустили раствор СuSO4. Составьте стехиометрическое уравнение процесса сорбции и схему образовавшегося двойного электрического слоя.

10. Первый закон термодинамики. Процессы при Р,V= const. Энтальпия. Тепловой эффект реакции. Закон Г.И.Гесса. Вычислите теплоту гидролиза мальтозы при постоянном давлении, если известны теплоты сгорания мальтозы и глюкозы: Н сгор.(мальтозы) = -5610 кДж/моль; Н0 сгор.(глюкозы) = -2801 кДж/моль.

11. Ионный обмен. Правила ионообменной адсорбции. Уравнение Никольского.

Адсорбционные процессы в почвах и растениях. Расположите перечисленные ниже катионы по возрастанию их адсорбционной активности на кислых почвах (Ca2+, Zn 12. Как определить значение РН и буферной емкости почвенных систем.?

13. Фотохимические процессы и факторы, на них влияющие. Законы фотохимии.

Закон фотохимической эквивалентности Эйнштейна.

14. Электрические свойства коллоидных систем. Покажите на примере золя CaCO3, электрокинетического потенциала, от каких факторов он зависит и как определяется.

15. Дайте понятие молекулярности и порядка реакции, опишите методы их определения.

16. Понятие о скорости движения ионов. Закон независимости движения ионов Кольрауша, закон разбавления Оствальда. Электрофоретический и релаксационный эффекты торможения ионов.

17. Молекулярно-кинетические, оптические и электрические свойства коллоидных систем. Законы и уравнения их характеризующие.

18. Буферные растворы. Механизм их действия при добавлении кислот и щелочей.

19. Синтез органического вещества растениями под воздействием хлорофилла, как сенсибилизатора. Значение фотосинтеза и влияние его на жизнедеятельность растений. Объясните, чем определяется зеленый цвет листьев? Какое монохроматическое излучение наиболее интенсивно вызывает фотосинтез?

20. Растворы высокомолекулярных соединений (ВМС), особенность их строения, термодинамическая и кинетическая устойчивость растворов ВМС и ее нарушения.

Изоэлектрическая точка белков.

21. Экспериментальное определения осмотического давления 22. Что такое полупериод реакции? Напишите его выражение для реакции 1 и порядков, чем они отличаются. Рассчитайте остаточное количество (в %) фосфороорганического пестицида («Дибром») через30 дней, если период полураспада равен 62 дня.

23. Природные буферные системы почв и растений, их роль. Что такое буферность почв, чем она обусловлена (покажите на примере угольной кислоты механизм буферного действия).

24. Характеристики процесса смачивания, его экспериментальное определение и математическое выражение 25. Классификация химических реакций (по молекулярности и порядку). Скорость гомогенных химических реакций, их кинетические уравнения.

26. Вычислите константу скорости реакции 1 порядка, если за 4,9 мин. концентрация уменьшается на 30%.

27. Растворы высокомолекулярных соединений. Строение макромолекул. Влияние рН среды на свойства растворов белков. Изоэлектрическая точка белков. Виды кислотности почв, методы и условия их определения.

28. Оптические свойства коллоидных систем. Явление светорассеивания.

Опалесценция и эффект Фарадея-Тиндаля. Укажите закон и опишите метод исследования коллоидных систем по светорассеванию.

29. Разбавленные растворы неэлектролитов, их свойства. Законы Рауля и Вант-Гоффа.

Рассчитать осмотическое давление водного раствора неэлектролита при 200С, температура замерзания которого (- 0,1860С).

30. Спектрофотометрия и её применение при исследовании растворов и биологических систем.

31. Первый закон термодинамики. Процессы при постоянном объеме и давлении.

Энтальпия, тепловой эффект реакции. Закон Г.И.Гесса. Вычислите теплоту гидролиза мальтозы при постоянном давлении, если известны теплоты сгорания мальтозы и глюкозы: Н сгор.(мальтозы) = -5610 кДж/моль;

32. Н сгор.(глюкозы) = -2801 кДж/моль.

33. Ионный обмен. Правила ионообменной адсорбции. Адсорбционные процессы в почвах и растениях. Расположите нижеперечисленные катионы по возрастанию их адсорбционной активности на кислых почвах (Ca2+, Zn 2+, Fe 3+, Na+, Mg 2+, Mn2+, 34. Опишите методы определения РН и буферной емкости буферных систем.

35. Равновесие и равновесные процессы в природе. Принцип Ле-Шателье. Укажите, как необходимо изменить основные параметры процесса, чтобы при синтезе аммиака увеличить его выход. Напишите уравнение константы равновесия для этого процесса.

36. Виды и факторы устойчивости коллоидных систем. Коагуляция и седиментация, их характеристики.

37. Что такое поверхностное натяжение? Опишите методы его определения и регулирования.

38. Что такое осмос и осмотическое давление? Закон Вант-Гоффа. Осмотические явления и процессы в агрономии.

39. Дайте классификацию дисперсных систем по размерам частиц дисперсной фазы, по отношению дисперсной фазы к дисперсионной среде, по агрегатному состоянию. Приведите примеры.

40. Опишите методы определения тепловых эффектов реакции (экспериментальный и расчетный). Укажите возможности их применения.

41. Понятие катализа. Гомогенный и гетерогенный катализ. Основы механизма действия катализаторов.

42. Электропроводность растворов – удельная и эквивалентная. Понятие подвижности ионов. Закон независимости движения ионов Кольрауша. Закон разбавления Оствальда.

43. Процессы структурообразования в дисперсных системах и растворах ВМС:

классификация и физико-химические свойства. Составьте схему перехода геля в золь для обратимых коллоидов, гелей и студней.

44. Равновесие и равновесные процессы в природе. Принцип Ле-Шателье. Укажите, как необходимо изменить основные параметры процесса, чтобы при синтезе аммиака увеличить его выход. Напишите уравнение константы равновесия для этого процесса.

45. Виды и факторы устойчивости коллоидных систем. Коагуляция и седиментация, их характеристики. Опишите явления синергизма, антагонизма и аддитивности ионов при коагуляции.

46. Составьте схему и выведите ЭДС концентрационной гальванической цепи.

47. Что такое энтропия? Как может меняться энтропия изолированной, закрытой, открытой системы? Укажите, увеличится или уменьшится энтропия в следующих процессах: плавление льда; растворение NaCl в воде (Н2О).

48. Дайте понятие таким явлениям, как электрофорез и электроосмос? Как связана величина - потенциала со скоростью электрофореза и электроосмоса?

49. Дайте понятие о порядке реакции и методах его определения. Рассчитайте константу скорости реакции гидролиза водного раствора тростникового сахара, если в течение 20 минут прореагирует 40% сахара.

50. Степень и константа электролитической диссоциации слабых электролитов и методы их определения. Чему равна константа диссоциации бензойной кислоты, если степень диссоциации в 0,01н растворе 5%?

51. Условия образования коллоидов. Схема коллоидной части (мицеллы) на примере BaSO4, стабилизированного BaCl2. Укажите составные части полученного золя.

Приведите примеры коллоидов в природе.

52. Вычислите количество теплоты, которое выделяется при образовании 106 кг аммиака в сутки, если Н р-ции = -92,0 Дж.

53. Молекулярная и ионная адсорбция из растворов на твердых адсорбентах, особенности и характеристики этих процессов. Рассчитайте адсорбированное количество уксусной кислоты в мг-экв/г, если при адсорбции СН3СООН почвой равновесная концентрация (Ср) равнялась 33,5 ммоль/л, константы уравнения Фрейндлиха К и I/n соответственно равны 9,5 и 0,22.

54. Буферные системы, их состав и механизм буферного действия на примере ацетатной буферной системы, состоящей из 10 мл, 0,1м СН3СООН и 10 мл 0,1м СН3СООNa.

55. Электрометрические методы при исследовании агрономических объектов.

56. Влияние температуры на скорость реакции. Правило Вант-Гоффа, уравнение Аррениуса, понятие об энергии активации системы.

57. Почвенные коллоиды. Приведите примеры строения минеральной почвенной коллоидной частицы на примере оксида кремния. Дайте понятие базоидов и ацедоидов, покажите на их примере процесс взаимной коагуляции коллоидов.

58. Опишите методы определения осмотического давления (расчетный и с помощью осмометра).

59. Второе начало термодинамики, его математическое выражение. Понятие об энтропии, свободной энергии и максимальной работе.

60. Что такое ионный обмен? Опишите закономерности ионного обмена, обменную кислотность и поглотительную способность почв. Какова роль этих процессов в агрономии?. Составьте схему ионного обмена между катионитом КУ-2 в Н+форме и катионами Na+ из раствора Na Сl.

61. Дайте характеристику оптических методов при исследовании биологических систем и укажите возможности их применения.

7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины (модуля) а) основная литература:

1. Заплишный В.Н. Физическая и коллоидная химия. Учебник для с/хоз вузов, Печатный двор Кубани, 2001 г., гриф Мин. с/хоз РФ.

2. Губанова.Н.Я. Третьякова О.И., Доценко С.П. Учебное пособие к лабораторным работам по физической и коллоидной химии. Краснодар, КГАУ, 2010 г.,346 с., гриф Мин. с/хоз РФ.

3. Губанова Н.Я., Третьякова О.И. Сборник задач по физической и коллоидной химии.

Краснодар, КГАУ, 2004 г., гриф Мин. с/хоз РФ.

4. Губанова Н.Я., Третьякова О.И.(под ред. Доценко С.П.). Тесты-задания для контроля самостоятельной работы студентов по курсу физической и коллоидной химии. Краснодар, КГАУ, 2006 г.

б) дополнительная литература:

5. Болдырев А.И. Физическая и коллоидная химия. М.: Высш. шк. 1983.- 408 с.

6. Белик В.В., Киенская К.И«Физическая и коллоидная химия». М: Академия.-2007.-286 с.

7. Кругляков П.М., Хаскова Т.Н. «Физическая и коллоидная химия». М.: Высш. Школа.с.

8. Орлов Д.С. Химия почв: Учебник/Д.С.Орлов, Л.К.Садовникова, Н.И.Суханова.- М.:

Высш. Шк., 2005.-508 с.

в) программное обеспечение и Интернет-ресурсы:

9. Мультимедийный курс лекций по физической и коллоидной химии, 10. Электронный учебник по физической и коллоидной химии.

8. Материально-техническое обеспечение дисциплины (модуля) Учебные лаборатории по физической и коллоидной химии - 2 лаб.

17. Набор для определения обменных ионов водорода - 19. Оборудование для получения и изучения свойств 20. Ионселективные электроды для (Указывается материально-техническое обеспечение данной дисциплины (модуля).

Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с учетом рекомендаций и ПрООП ВПО по направлению и профилю подготовки 260100.62, «Продукты питания из Автор (ы) Третьякова О.И.

Рецензент (ы) _ Программа одобрена на заседании учёного совета факультетов агрохимии и почвоведения, защиты растений (Наименование уполномоченного органа вуза (УМК, НМС, Ученый совет) от _25.06.2011_ года, протокол № _10_.