[ Учреждение образования
«Белорусский государственный университет
информатики и радиоэлектроники»
УТВЕРЖДАЮ
Декан факультета радиотехники
и электроники
А.В. Короткевич
" 2008 г.
Регистрационный № УД- /р.
Физическая химия Рабочая учебная программа для специальностей 1 – 41 01 02 Микро – наноэлектронные технологии и системы 1– 41 01 03 Квантовые информационные системы Факультет радиотехники и электроники Кафедра химии Курс Семестр Лекции 34 часа Экзамен 3 семестр Практические 16 часов занятия Лабораторные занятия 18 часов Всего аудиторных часов по дисциплине 68 часов Всего часов по дисциплине 150 часов Форма получения высшего образования _дневная Рабочая программа составлена на основе типовой учебной программы «Физическая химия», утвержденной Министерством образования Республики Беларусь 03 06 2008г, регистрационный № -ТД- I.050\ тип.
Составитель Молочко А.П.
Рассмотрена и рекомендована к утверждению на заседании кафедры протокол № от Зав.кафедрой химии, д.х.н., профессор Боднарь И.В.
Одобрена и рекомендована к утверждению Советом факультета радиотехники и электроники Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники»
протокол №от_2008 г Председатель Короткевич А. В.
Согласовано Начальник ОМОУП Шикова Ц. С.
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Цель преподавания дисциплины.Дисциплина Физическая химия представляет собой самостоятельную фундаментальную дисциплину, обладающую специфическими методами исследования. Она устанавливает взаимосвязь физических и химических явлений, возросшая роль которых неоспорима в разработке новейшей технологии производства приборов и систем электронной техники, микро– и наноэлектроники и объясняет эти явления на основе фундаментальных положений и законов, стремится к их количественному описанию.
Цель преподавания дисциплины состоит в формировании у студентов теоретических знаний и практических навыков в области физической химии в связи с задачами и современными требованиями полупроводникового материаловедения и микроэлектроники. Целью изучения дисциплины является формирование у студентов научного мировоззрения, приобретения фундаментальных знаний и практических навыков в области не только физической химии, но и смежных с ней наук, с которыми студент встретится при изучении специальных дисциплин и в последующей практической деятельности.
Главное внимание при изучении дисциплины уделено кинетике и термодинамике химических и электрохимических процессов, протекающих в гетерогенПолученные при изучении дисциплины фундаментальные знания обеспечат грамотное понимание новых научных фактов и помогут выработать правильный взгляд в новой еще мало исследованной области знаний.
Курс «Физическая химия» рассчитан на второй год обучения после изучения студентами программных вопросов курса «Химия» и должен послужить базой для изучения специальных дисциплин, таких как «Материалы и компоненты ЭТ», «Наноэлектроника», «Микроэлектроника» и др.
Важнейшей составной частью учебного процесса при изучении дисциплины «Физическая химия» является лабораторный практикум и практические занятия. Основная цель их состоит в закреплении теоретического материала, приобретении навыков экспериментирования, обработки экспериментальных данных и их анализа, доведения решения задачи до конечного числового результата, воспитания ответственности за результат расчета.
Задачи изучения дисциплины. В результате изучения дисциплины студент должен:
иметь представление:
о роли физической химии в различных областях науки и техники, в том числе, оптоэлектроники, радиотехники, микро– и наноэлектроники, информатики;
о новейших достижениях в области химии и физической химии и возможности их практического использования;
знать:
основные теоретические положения и законы химической термодинамики и кинетики применительно к электрохимическим процессам и фазовым превращениям;
суть физико-химических процессов и явлений, отражающих взаимосвязь между составом, структурой, условиями синтеза и свойствами материалов для микро – и наноэлектроники;
тенденции развития основных направлений и методов физической химии в связи с современными требованиями микро – и наноэлектроники;
уметь:
использовать теоретические положения курса при изучении специальных дисциплин, основ технологии получения и использования новых материалов;
использовать методы термодинамического и комплексного физикохимического анализов для определения термодинамической совместимости материалов в приборах и твердотельных системах;
использовать основные законы химической термодинамики и кинетики в оценке критериев и скорости протекания желательных и нежелательных процессов.
в связи с современными требованиями микроэлектроники.
Перечень дисциплин, усвоение которых необходимо
СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Курс «Физическая химия « включает в себя лекции, лабораторные и практические занятия, индивидуальную работу со студентами.1. Наименование тем лекционных занятий, их содержание, объем в часах Введение Физическая химия как теоретическая база развития современных технологических методов получения материалов, приборов и элементов микро- и наноустройств.
1. Основы хими- Основные понятия и определения химической термоческой термо- динамики. Внутренняя энергия, теплота, работа. Пердинамики вый закон термодинамики и его применение к физико-химическим процессам. Тепловые эффекты физико-химических процессов. Законы Гесса и Лавуазье- Лапласа. Теплоемкость, зависимость тепловых эффектов от температуры. Закон Кирхгофа. Работа термодинамических процессов.
различных термодинамических процессах. Термодинамический изохорный и изобарный потенциалы как критерии направленности процессов. Термодинамическая совместимость материалов. Характеристические термодинамические функции. Уравнение Гиббса-Гельмгольца. Открытые системы. Химический потенциал – критерий протекания процессов и фазового равновесия.
Термодинамика химического равновесия. Термодинамический вывод константы равновесия, зависимость ее от температуры. Уравнения изотермы ВантГоффа, изобары и изохоры химической реакции. Тепловая теорема Нернста. Энтропия кристаллических веществ вблизи абсолютного нуля. Постулат 2. Фазовые рав- Термодинамические условия фазового равновесия.
новесия. Осно- Фазовые переходы 1-го и 2-го рода. Уравнение Клаувы физико- зиуса-Клапейрона и применение его к фазовым перехимического ходам 1-го рода. Закон распределения Нернста- анализа. Шилова. Коэффициент распределения, коэффициент Комплексный физико-химический анализ и его основные принципы. Правило фаз Гиббса. Р-Т диаграммы однокомпонентных систем. Термоанализ. Построение Т-х диаграмм состояния бинарных систем.
Диаграммы с дистектикой, перитектикой. Эвтектические и перитектические диаграммы с областями твердых растворов. Диаграммы с неограниченной раство- 3. Кинетика и Предмет и содержание электрохимии. Условия протермодинамика текания электрохимических процессов. Электродные электрохими- потенциалы. Уравнение Нернста. Измерение величин ческих процес- стандартных электродных потенциалов. Классификасов. ция электродов. Основные типы гальванических элементов. Явление поляризации и деполяризации в Факторы, определяющие последовательность разряда перенапряжения, потенциал разложения электролита.
Применение электрохимических процессов в технике.
Химические источники тока, хемотронные устройства. Получение электрической энергии и экологические проблемы. Топливные элементы.
4. Кинетика и Коррозия металлов и термодинамические условия ее термодинамика протекания. Влияние окружающей среды на коррокоррозионных- зию металлов. Скорость коррозионных процессов.
Классификация коррозионных процессов по условиям Химическая и электрохимическая коррозия, причины возникновения. Методы защиты от коррозии. Металлические и неметаллические покрытия. Катодная и Заключение Тенденции развития основных направлений и методов физической химии.
Целью практических занятий является закрепление теоретического курса, приобретение навыков решения зада, активизация самостоятельной работы студентов.
1. Первый закон термодинамики. Энталь- Расчет тепловых эффекпия. Тепловые эффекты физико- тов физико-химических 2. Второй закон термодинамики. Энтропия. Определение изменения Определение направления протекания энтропии и свободной 3. Предел и глубина протекания процессов. Расчет константы равУравнение изотермы, изобары, изохоры. новесия КР и КС 4. Фазовые равновесия. Построение диа- Правило фаз Гиббса.
грамм состояния двухкомпонентных Анализ диаграмм плав- 5. Определение составов фаз и количеств Расчет соотношений фаз 6. Электродные потенциалы. Гальваниче- Уравнение Нернста.
7. Электролиз водных растворов и распла- Расчет количества вевов. Законы Фарадея. ществ по массе и обье- 8. Коррозия металлов и методы защиты. Определение термодинамической возможно- Основная цель проведения лабораторных занятия состоит в закреплении теоретического материала курса, приобретении навыков выполнения эксперимента, обработки экспериментальных данных, анализа результатов, грамотного оформления отчетов.
1. Определение тепловых эффектов физико- Определение интехимических процессов растворения со- гральной теплоты раслей. творения соли методом 2. Фазовые равновесия. Построение диа- Термоанализ, построеграмм плавкости бинарных систем. Закон ние диаграммы плавкораспределения Нернста-Шилова. Опреде- сти. Расчет коэффициление коэффициента распределения. ента распределения 3. Химическое травление полупроводников. Полирующее и селекОпределение плотности дислокаций. тивное травление германия. Определение 4. Электрохимические процессы и явления. Исследовать процессы Электрохимическая коррозия металлов и в гальванических элеметоды защиты от коррозии. ментах, при электролизе и коррозии 4.1.1. Краткий курс физической химии /Под ред. С.Н. Кондратьева. – М.: В.Ш., 1978.
4.1.2. Стромберг А.Г., Семченко Д.П. Физическая химия /Под ред. А.Г. Стромберга.
– М.: В.Ш., 1988.
4.1.3. Коровин Н.В. Общая химия – М.: В.Ш., 2000.
4.1.4. Харин А.Н., Катаева Н.А., Харина Л.Т. Курс химии. – М.: В.Ш., 1975, 1983.
4.1.5. Даниэльс С.Ф., Олберти Р. Физическая химия /Перевод с анг. – М.: Мир, 4.1.6. Глинка Н.Л. Задачи и упражнения по общей химии. – Л.: Химия, 1983.
4.1.7. Сборник вопросов и задач по физической химии для самоконтроля / Под ред.
С.Ф. Белевского. – М.: В.Ш., 1979.
4.2.1. Физическая химия. Строение вещества. Термодинамика, ч.1. Электрохимия.
Химическая кинетика и катализ, ч. 2. /Под ред. К.С. Краснова. – М.: В.Ш, 1995.
4.2.2. Глазов В.М. Основы физической химии. – М.: В.Ш, 1981.
4.3.3. Краткий справочник физико-химических величин / Под ред А.А. Равделя и А.М. Пономаревой. – Л.: Химия, 1983.
5. ПЕРЕЧЕНЬ КОМПЬЮТЕРНЫХ ПРОГРАММ, НАГЛЯДНЫХ
И ДРУГИХ ПОСОБИЙ, МЕТОДИЧЕСКИХ УКАЗАНИЙ И МАТЕРИАЛОВ,
ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ОБУЧЕНИЯ
5.1. Боднарь И.В., Молочко А.П., Соловей Н.П. Лабораторный практикум по курсу "Физическая химия" для студентов специальностей МНТиС, КИС, ЭОСиТ – Мн.: БГУИР, 2008.5.2. Методические указания и индивидуальные задания для самостоятельной работы студентов по курсу "Общая и физическая химия". Раздел "Фазовые равновесия. Диаграммы плавкости". – Мн.: МРТИ, 1989.
5.3. Боднарь И.В., Молочко А.П., Соловей Н.П. Методическое пособие по курсу "Общая и физическая химия". Раздел "Физико-химический анализ. Диаграммы состояния бинарных систем". – Мн.: МРТИ, 1992.
5.4. Методические указания и индивидуальные задания для практических занятий по курсу "Физическая химия". Раздел "Растворы электролитов. Электрохимические процессы и явления", – Мн.: БГУИР, 1995.
5.5. Химия. Учебно-методическое пособие для студентов ФЗВиДО всех спец.
БГУИР, в 2-х частях. Часть 2. / И.В. Боднарь, А.П. Молочко, Н.П. Соловей, А.А. Позняк – Мн.: БГУИР, 2005.
5.6. Боднарь И.В., Молочко А.П., Соловей Н.П. Методическое пособие к решению задач по курсу "Химия". Разделы "Растворы электролитов", "Электрохимические процессы и явления", – Мн.: БГУИР, 2001.
Рекомендуется использовать электронный учебно-методический комплекс по дисциплине "Физическая химия".
В качестве наглядных пособий используются таблицы и плакаты по соответствующим разделам тем.
6. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКАЯ КАРТА ДИСЦИПЛИН
Внутренняя энергия, теплота, работа. 1-ый закон термодинамики. Тепловые эф- 4.1.1, 4.1.2, 1 1 фекты физико-химических процессов. Законы Гесса и Лавуазье-Лапласа. Зависи- 2.1 3.1 4.1.6,4.2.4, 5. 2-ой закон термодинамики. Энтропия, физический смысл и ее определение в раз- 4.1.1, 4.1.2, Направление протекания физико-химических процессов. Уравнение ГиббсаКонтр.Открытые системы. Химический потенциал – критерий направления протекания 4.1.2,4.1.6, Термодинамика химического равновесия. Предел и глубина протекания процессов. 4.1.1,4.1.2, Фазовые равновесия. Уравнение Клаузиуса-Клапейрона и его применение к фазо- 4.1.1, 4.1.2, Диаграммы состояния с дистектикой и перитектикой, с областями твердых растворов ограниченной растворимости.
Диаграммы состояния с образованием твердых растворов неограниченной растворимости. Диаграммы состояния полупроводниковых систем, особенности их по- 4.1.2, 4.1. Применение электрохимических процессов в технике. Химические источники то- 4.1.1, 4.1.2, 1 4 Электрохимическая коррозия. Методы защиты металлов от коррозии. 2.8 3.4 4.1.3, 4.1.4, 5.1, 5.
«