Правительство Российской Федерации

Санкт-Петербургский государственный университет

Геологический факультет

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

Коллоидная химия

Colloid Chemistry

Язык(и) обучения русский

Трудоёмкость зачётных единиц

2 Регистрационный номер рабочей программы:

код код факультета или иного порядковый номер / / года утверждения структурного подразделения или шифр Санкт-Петербург Раздел 1. Характеристики, структура и содержание учебных занятий 1.1. Цели и задачи учебных занятий Подготовка бакалавра геологии, владеющего теоретическими знаниями о коллоидном состоянии вещества, имеющего представления об основных законах коллоидной химии, а также методах исследования дисперсных систем. Данная дисциплина изучается студентами в 8 семестре и является дисциплиной по выбору.

Задачи программы:

Получение теоретических знаний о свойствах дисперсных систем, основных методах исследования, способах использования данных систем в различных областях промышленности, а также коллоидно-химических основах охраны окружающей среды.

1.2. Требования к подготовленности обучающегося к освоению содержания учебных занятий (пререквизиты) Для успешного освоения дисциплины студент должен иметь предварительную подготовку по математике, химии и физике в объеме программы высшего учебного заведения.

1.3. Перечень формируемых компетенций (результаты обучения) Освоение студентом на уровне понимания основных положений теории коллоидной химии и умение применять свои знания при изучении свойств дисперсных систем, а также процессов, происходящих в данных системах.

1.4. Знания, умения, навыки, осваиваемые обучающимся Изучение коллоидного состояния вещества, способов получения коллоидных систем, изучение их физических и химических свойств, получение знаний об основных законах коллоидной химии, применения подобных систем в промышленности, а также представления о коллоидно-химических основах охраны природной среды.

1.5. Перечень и объём активных и интерактивных форм учебных занятий Лекции - 12 часов, семинары - 11 часов, самостоятельные занятия - 36 часов.

1.6. Организация учебных занятий Трудоёмкость, объёмы учебной работы и наполняемость групп обучающихся Аудиторная учебная работа обучающихся Самостоятельная работа Объём активных и интерактивных Трудоёмкость в т.ч. с использованием Код модуля в составе форм учебных занятий текущий контроль текущий контроль под руководством дисциплины, промежуточная промежуточная преподавателя практики и студентовстудентовстудентовстудентовстудентовстудентовстудентовстудентовстудентовстудентовстудентовстудентовстудентовстудентов текущего контроля успеваемости и промежуточной аттестации Код модуля в составе дисциплины, практики и т.п.

1.7. Структура и содержание учебных занятий 1. Коллоидное состояние вещества. Получение и очистка дисперсных систем. Лекции - 1 час, семинары - часа.

Тема 1. Основные свойства коллоидных систем. Принципы классификации дисперсных систем.

Классификация по дисперсности, по агрегатному состоянию, по структуре, по межфазному взаимодействию; суспензоиды и молекулярные коллоиды.

Тема 2. Диспергационные методы. Лиофильные и лиофобные коллоидные системы. Механические способы приготовления. Ультразвуковой метод. Электрические методы (электрогидравлический эффект).

Конденсационные методы. Физическая конденсация и химическая конденсация.

Физические и химические методы получения дисперсных систем. Конденсация из паров и замена растворителя. Лиозоли. Понятие стабилизации системы.

Тема 3. Понятие о различных видах устойчивости дисперсных систем. Понятия коагуляции, коалесценции.

Седиментационная и агрегативная устойчивость. Обратимость коагуляции. Пептизация. Примеры коагуляции.

Тема 4. Очистка дисперсных систем. Основные методы очистки коллоидных систем. Диализ.

Электродиализ. Ультрафильтрация. Процесс гиперфильтрации (обратного осмоса).

2. Молекулярно-кинетические и оптические свойства дисперсных систем. Методы исследования дисперсных систем. Лекции - 3 часа, семинары - 3 часа.

Тема 1. Броуновское движение. Осмос. Диффузия. Подвижность, коэффициент диффузии. Закон Фика.

Закон Стокса. Уравнение Эйнштейна для диффузии. Седиментация суспензий и седиментационнодиффузионное равновесие коллоидных частиц. Устойчивость (седиментационная и агрегативная) лиофобных дисперсных систем. Седиментационный метод анализа. Понятия монодисперсных и полидисперсных систем. Кривые седиментации монодисперсной и полидисперсной систем. Некоторые методы и приемы в седиментационном анализе.

Тема 2. Особенности оптических свойств дисперсных систем и оптические методы анализа поверхностных слоев и дисперсности. Гетерогенность и дисперсность коллоидных систем. Определение состава и структуры поверхностных слоев и дисперсных систем. Классификация методов анализа поверхности.

Световая и электронная микроскопия.

Тема 3. Рассеяние света ультрамикрогетерогенными системами и методы исследования, основанные на рассеянии света. Эффект Тиндаля. Теория Рэлея. Основные методы исследования дисперсных систем, использующие явление рассеяния света (ультрамикроскопия, турбидиметрия, нефелометрия). Методы, основанные на дифракции рентгеновских лучей и электронов. Интерференционное рассеяние.

Дифракционное рассеяние. Электронография.

Тема 4. Окраска и оптическая анизотропия дисперсных систем.

Поглощение света и окраска золей. Закон Бугера-Ламберта-Бера. Форма частиц и двойное лучепреломление в потоке. Влияние формы частиц на оптические свойства дисперсных систем.

3. Термодинамика и строение поверхностного слоя. Лекции - 4 часа, семинары - 3 часа.

Тема 1. Основные термодинамические параметры поверхностного слоя. Геометрические параметры поверхности. Поверхностное натяжение. Когезионные и поверхностные силы. Внутренняя (полная) удельная поверхностная энергия. Адсорбция и поверхностное натяжение. Виды абсорбции, ее количественные характеристики и их связь с параметрами системы. Фундаментальное адсорбционное уравнение Гиббса и примеры его применения. Поверхностная активность. Поверхностно-активные и инактивные вещества.

Тема 2. Адгезия, смачивание и растекание жидкостей. Адгезия и работа адгезии. Смачивание и краевой угол. Смачивание реальных твердых тел. Теплота смачивания. Растекание жидкости. Эффект Марангони.

Флотация. Дисперсность и термодинамические свойства тел. Правило фаз Гиббса для дисперсных систем.

Поверхностная энергия и равновесные формы тел. Капиллярные явления. Влияние дисперсности на температуру фазового перехода.

Тема 3. Образование и строение двойного электрического слоя (ДЭС). Механизм образования двойного электрического слоя. Уравнение электрокапиллярной кривой. Толщина и емкость двойного электрического слоя. Соотношение между поверхностной и объемной плотностями заряда. Учет специфической адсорбции ионов в теории двойного электрического слоя. Примеры образование двойного электрического слоя.

Теории двойного электрического слоя. Классическая теория Гуи-Чэпмена. Модифицированная теория Гуи.

Теория специфической адсорбции Штерна. Представления Грэма.

Тема 4. Электрокинетические явления. Электроосмос. Основные уравнения, описывающие электроосмос.

Изменение потенциала и скорости течения жидкости с расстоянием от поверхности капилляра.

Электроосмотическая подвижность. Электрофорез. Уравнение Гельмгольца-Смолуховского для описания электрофореза (электроосмоса). Потенциалы течения и седиментации, как явления обратные электроосмосу и электрофорезу соответственно.

4. Адсорбционные равновесия. Лекции - 2 часа, семинары - 1 час.

Тема 1. Адсорбция газов и паров на однородной поверхности. Адсорбционные взаимодействия при физической адсорбции. Закон Генри. Мономолекулярная адсорбция. Изотерма адсорбции Ленгмюра.

Влияние на адсорбцию природы адсорбента и адсорбата. Хемосорбция. Активированная и неактивированная адсорбция.

Тема 2. Адсорбция газов и паров на пористых телах. Общие сведения о пористых телах и методы их получения. Классификация пористой структуры. Количественные характеристики пористых тел и порошков. Влияние структуры пористого тела на адсорбцию. Практическое использование адсорбции газов и паров.

Тема 3. Обменная молекулярная адсорбция из растворов. Гиббсовская адсорбция из бинарных растворов.

Селективность адсорбции из растворов. Ионообменная адсорбция. Классификация ионитов и методы их получения. Основные физико-химические характеристики ионитов. Равновесие ионного обмена. Адсорбция сильных электролитов.

Тема 4. Адсорбция поверхностно-активных веществ и полимеров. Состояние поверхностных (адсорбционных) пленок. Изотермы адсорбции и поверхностного натяжения растворов ПАВ. Типы поверхностных пленок и определение их характеристик. Адсорбция полимеров.

5. Эмульсии. Пены. Аэрозоли. Мицеллярные системы. Лекции - 2 часа, семинары - 2 часа.

Тема 1. Разбавленные и концентрированные эмульсии. Высококонцентрированные эмульсии, пены и свободные пленки. Прямые и обратные эмульсии. Свойства разбавленных и концентрированных эмульсий.

Эмульгаторы. Гидрофильно-липофильный баланс. Явление обращения фаз эмульсии. Различие высококонцентрированных эмульсий и пен. Кратность пены. Основные характеристики пен.

Пенообразователи. Аэрозоли, их характеристика, свойства, практическое значение. Электрические свойства. Классификация аэрозолей. Практическое значение явлений, связанных с электрическими свойствами.

Тема 2. Мицеллообразование. Особенности образования мицелл. Число агрегации. Мицеллярная масса.

Критическая концентрация мицеллообразования (ККМ). Явление самоадсорбции. Коллоидные электролиты. Строение мицелл. Мицеллы ПАВ в водных растворах. Ионные мицеллы. Мезоморфные фазы.

Понятие жидкие кристаллы. Мицеллообразование в неводных средах. Обратные мицеллы. Современные аспекты использования мицелл. Процесс солюбилизации. Применение ПАВ в качестве стабилизаторов и коагулянтов дисперсных систем. Биологические мембраны. Мицеллярный катализ. Детергенты.

Тема 3. Методы разрушения дисперсных систем. Спонтанное и принудительное разрушение дисперсий.

Микрофлотация и фильтрование. Разрушение аэрозолей. Очистка сточных вод от поверхностно-активных веществ, от токсичных веществ; использование процессов адсорбции, ионного обмена, коагуляции для этой цели. Спонтанное и принудительное разрушение дисперсий.

2.1. Методическое обеспечение 2.1.1. Методическое обеспечение аудиторной работы 2.1.2. Методическое обеспечение самостоятельной работы 2.1.3. Методика проведения текущего контроля успеваемости и промежуточной аттестации и критерии оценивания Коллоквиум. Правильные ответы на вопросы - зачет, отдельные ошибки зачет, менее 50% - не зачет.

2.1.4. Методические материалы для проведения текущего контроля успеваемости и промежуточной аттестации (контрольно-измерительные 2.2. Кадровое обеспечение 2.2.1. Требования к образованию и (или) квалификации штатных преподавателей и иных лиц, допущенных к преподаванию дисциплины Преподаватели с высшим специальным образованием (специальность химия) 2.2.2. Требования к обеспеченности учебно-вспомогательным и (или) иным 2.2.3. Методические материалы для оценки обучающимися содержания и 2.3. Материально-техническое обеспечение 2.3.1. Требования к аудиториям (помещениям, местам) для проведения занятий 2.3.2. Требования к аудиторному оборудованию, в том числе к неспециализированному компьютерному оборудованию и программному обеспечению общего пользования 2.3.3. Требования к специализированному оборудованию 2.3.4. Требования к специализированному программному обеспечению 2.3.5. Требования к перечню и объёму расходных материалов 2.4. Информационное обеспечение 2.4.1. Список обязательной литературы 1. Фролов Ю.Г. Курс коллоидной химии. Поверхностные явления и дисперсные системы. М.: Химия, 1989 г.

2. Фридрихсберг Д.А. Курс коллоидной химии. Л.: Химия, 1984 г.

3. Воюцкий С.С. Курс коллоидной химии. М.: Химия, 1975.

2.4.2. Список дополнительной литературы 1. Захарченко В.Н. Коллоидная химия. М.: "Высшая школа", 1989 г.

2. Равич-Щербо М.И., Новиков В.В. Физическая и коллоидная химия. М.:

"Высшая школа", 1975 г.

3. Shaw Duncan J. Introduction to Colloid and Surface Chemistry. Elsevier Science Ltd., 1992.

2.4.3. Перечень иных информационных источников Раздел 3. Процедура разработки и утверждения рабочей программы Дарья Валерьевна мин.наук В соответствии с порядком организации внутренней и внешней экспертизы образовательных программ проведена двухуровневая экспертиза:

содержания рабочей программы и применяемых педагогических технологий) (соответствие целям подготовки и учебному плану образовательной программы) Экспертиза второго уровня выполнена в порядке, установленном приказом Уполномоченный орган Иные документы об оценке качества рабочей программы Уполномоченный орган Уполномоченный орган