МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Факультет Химический

Кафедра неорганической химии

УТВЕРЖДАЮ

Проректор по учебной работе

В.П. Гарькин «»_ 2011 г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

СТРОЕНИЕ ВНЩЕСТВА

образовательная программа направления 020100.62 Химия профессиональный цикл Б3, вариативная часть Профиль подготовки общий Квалификация выпускника Бакалавр химии Форма обучения Очная Курс 3 семестр Самара Рабочая программа составлена на основании Федерального Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования направления 020100.62 Химия, утвержденного 19 мая 2010 г. и типовой (примерной) программы дисциплины «Строение вещества», одобренной Советом по химии УМО Составитель рабочей программы: В.Н. Сережкин, профессор, д.х.н.

Рецензент: Д.В. Пушкин, доцент, к.х.н.

Рабочая программа утверждена на заседании кафедры неорганической химии (протокол № от «_» _ 2011 г.) (дата) Заведующий кафедрой _ 2011 г. _ В.Н. Сережкин

СОГЛАСОВАНО

Декан факультета 25 июня 2011 г. _ С.В. Курбатова

СОГЛАСОВАНО

Начальник методического отдела _ 2011 г. _ Н.В. Соловова

ОДОБРЕНО

Председатель методической комиссии факультета _ 2011 г. _ И.В. Лобачева 1. Цели и задачи дисциплины, ее место в учебном процессе, требования к уровню освоения содержания дисциплины 1.1. Цели и задачи изучения дисциплины Цель дисциплины – изучение фундаментальных понятий современной теории химического строения молекул, жидкостей, аморфных веществ, мезофаз и кристаллов.

Задачи дисциплины:

разъяснить суть фундаментальных понятий и представлений современной теории химического строения молекул, жидкостей, аморфных веществ, мезофаз и кристаллов.

раскрыть роль симметрии при анализе строения молекул и их важнейших свойств;

рассмотреть основные методы определения электронной и пространственной структуры молекул;

продемонстрировать возможности теории химического строения для выявления и прогнозирования взаимосвязей между химическим составом, строением и свойствами веществ на молекулярном, супрамолекулярном, жидком и кристаллическом уровнях организации их структуры.

1.2. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины (модуля) Студенты, завершившие изучение данной дисциплины, должны:

Иметь представление:

о фундаментальных понятиях и представлениях современной теории химического строения молекул, жидкостей, аморфных веществ, мезофаз и кристаллов.

Знать:

важнейшие теоретические модели и методы, используемые в химии для определения и анализа пространственной и электронной структуры молекул, жидкостей, аморфных веществ, мезофаз и кристаллов;

взаимосвязи между симметрией молекулярных систем, их электрическими и магнитными свойствами, а также основные составляющие межмолекулярных взаимодействий;

зависимости между строением и важнейшими физико-химическими свойствами жидкостей, аморфных веществ, мезофаз и кристаллов.

использовать сведения о симметрии молекул и кристаллов при анализе взаимосвязей между их строением и важнейшими физико-химическими свойствами;

применять фундаментальные понятия и модели современной теории строения вещества при физико-химическом исследовании химических веществ на разных уровнях организации их Быть способным:

использовать в познавательной и профессиональной деятельности базовые знания о строении вещества.

использовать полученные навыки работы для решения профессиональных и социальных Владеть компетенциями:

Использует основные законы естественнонаучных дисциплин, применяет методы экспериментального исследования Владеет основными методами, способами и средствами получения, хранения, ОК-9 переработки информации, имеет навыки работы с компьютером как средством ОК-10 Способен работать с информацией в глобальных компьютерных сетях Способность применять основные представления о строении вещества при обсуПК ждении полученных результатов, в том числе с привлечением информационных Владение методами регистрации и обработки результатов анализа строения вещеПК 1.3. Связь с предшествующими дисциплинами Для усвоения курса «Строение вещества» студентам требуется владение основами высшей математики, физики, кристаллохимии и квантовой химии.

1.4. Связь с последующими дисциплинами Фундаментальные понятия и представления, рассмотренные в курсе «Строение вещества», будут использоваться в курсах «Физическая химия», «Органическая химия», а также во всех спецкурсах, в которых необходимо учитывать сведения об электронном и пространственном строении химических соединений.

2. Содержание дисциплины 2.1. Объем дисциплины и виды учебной работы (в часах) Очная форма обучения, 5 семестр, экзамен Лабораторные занятия Изучение тем, вынесенных на самостоятельную проработку 18/0. 2.2. Разделы дисциплины и виды занятий 2.2.1.Тематический план и содержание учебной дисциплины Наименование Содержание учебного материала, лабораторные работы и праксов/ технологии компетенции/ контроля молекулярных орбиталей молекул озона, этилена, этана. Решение задач исследовательского характера деление геометрической конфигурации молекул на основе данных о 6/0. симметрии нормальных колебаний и компонент тензора поляризуемости. Решение задач исследовательского характера ную проработку (указаны курсивом в пункте 2.2.2).

СТРОЕНИЕ КОМПЛЕКСОВ ПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВ

2.2. Электронные переходы в многоатомных молекулах, правила от- Эвристический ОК-6/1 электронной Теоретическая подготовка к каждому занятию в соответствии с про- преподавателя ПК 3/2 проверяются на Раздел 3. СТРОЕНИЕ ЖИДКОСТЕЙ, ЖИДКИХ КРИСТАЛЛОВ И Изучение тем, вынесенных на самостоятельную проработку (указаны преподавателя ПК 3/2 проверяются на 2.2.2. Содержание лекционного курса *

РАЗДЕЛ 1. СТРОЕНИЕ МНОГОАТОМНЫХ МОЛЕКУЛ

Основы современной теории химического строения химических частиц. Модель молекулы как единой динамической системы из ядер и электронов. Симметрия равновесных геометрических конфигураций молекулярных систем. Точечные группы симметрии молекул и их обозначения. Правила определения симметрии молекул и их ориентации в декартовой системе координат. Влияние симметрии молекул на их полярность и оптическую активность. Симметрия поступательного и вращательного движения молекул. Неприводимые представления, их обозначения. Таблицы характеров. Применение теории групп для анализа симметрии атомных и молекулярных орбиталей. Основные принципы построения и интерпретации диаграмм энергетических уровней молекулярных орбиталей многоатомных молекул типа АН2 (симметрии C2v или Dh), АН3 (C3v или D3h), AH4 (Td или D4h). Граничные молекулярные орбитали. Влияние электронного строения молекул на их электронодонорные и электроноакцепторные характеристики, магнитные и химические свойства. Теория ОВЭП. Диаграммы Уолша. Электронная структура молекул SF4, PF5 и гипотетических SH4 и PH5. Особенности построения диаграмм энергетических уровней молекулярных орбиталей молекул озона, этилена, этана. Основные экспериментальные методы определения электронной структуры молекул – фотоэлектронная, рентгеноэлектронная и рентгеновская спектроскопия. Теорема Купманса. Поверхности потенциальной энергии молекул. Колебания молекул. Симметрия нормальных колебаний многоатомных молекул, методы ее определения. Деформация молекул во внешнем электрическом поле. Индуцированный дипольный момент и поляризуемость молекул. Тензор поляризуемости.

Правила отбора для ИК- и КР-спектров. Определение геометрической конфигурации молекул на основе данных о симметрии нормальных колебаний и компонент тензора поляризуемости.

РАЗДЕЛ 2. СТРОЕНИЕ КОМПЛЕКСОВ ПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВ

Основные особенности строения координационных соединений. Электронное строение октаэдрических и тетраэдрических комплексов переходных металлов. Влияние природы и электронного строения лигандов на электронную структуру комплексов. Важнейшие особенности электронного строения -комплексов и кластерных соединений. Правило 18 электронов. “Магические” числа для простейших типов кластеров переходных металлов. Правило 14n+2. Основные различия строения хлоридных и карбонильных кластеров переходных металлов. Структурно нежесткие молекулы. Основные типы структурной нежесткости молекул – вращение вокруг -связей, политопные перегруппировки, таутомерные перегруппировки, изомеризация комплексов. Электронные переходы в многоатомных молекулах, правила отбора. Эффект ЯнаТеллера. Определение геометрической конфигурации молекул с помощью правила Пирсона.

Методы исследования структурно нежестких молекул. Электронная природа структурной нежесткости молекул. Сохранение орбитальной симметрии в химических реакциях. Использование данных о симметрии граничных МО для определения механизма согласованных химических реакций на примере превращения этилена в циклобутан, циклобутена в бутадиен. Корреляционные диаграммы.

РАЗДЕЛ 3. СТРОЕНИЕ ЖИДКОСТЕЙ, ЖИДКИХ КРИСТАЛЛОВ

И КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ

Основные особенности строения жидкостей и аморфных веществ. Функция радиального распределения. Основные типы сил межмолекулярного взаимодействия. Мезоморфные фазовые состояния вещества. Строение жидких кристаллов. Нематические, холестерические, смектические и дискотические жидкие кристаллы. Газокристаллы, основные особенности их структуры. Основные понятия и представления супрамолекулярной химии. Электронное строение кристаллических веществ. Основные понятия зонной теории. Волновой вектор, зоны Бриллюэна, сфера Ферми, уровень Ферми, функция плотности состояний. Важнейшие особенности зонной структуры металлов, ионных и ковалентных кристаллов на примере Na, Cu, Fe, NaCl, MgO, TiO, NiO, Al2 O3, WO3 и ReO3. Влияние примесей на зонную структуру, электрофизические и спектроскопические свойства полупроводников и диэлектриков. Твердотельные лазеры. Сверхпроводимость. Высокотемпературные сверхпроводники. Физические свойства кристаллов. Принцип симметрии Кюри, правило Неймана. Предельные группы симметрии. Взаимосвязь между симметрией кристаллов и их векторными свойствами на примере пироэлектричества. Взаимосвязь между симметрией кристаллов и их тензорными свойствами на примере теплового расширения и магнитной восприимчивости. Особенности электронного строения диа-, пара-, ферро- и антиферромагнитных кристаллов. Сегнетоэлектрики. Пьезоэлектрики. Особенности взаимосвязи строения, магнитных и электрофизических свойств перовскитов (на примере BaTiO3, LaMnO3, LaFeO3, CaMnO3, CaFeO3 и SrFeO3) – эффекты кооперативного ян-теллеровского искажения, зарядового диспропорционирования, орбитального и спинового упорядочения.

* Курсивом и подчеркиванием отмечены темы, вынесенные на самостоятельную проработку студентом.

3.Организация входного, текущего и промежуточного контроля обучения 3.1. Организация контроля:

Входное тестирование - не используется;

Текущий контроль – использована балльно-рейтинговая система;

Промежуточная и итоговая аттестация выставляется на основании балльно-рейтинговой системы.

3.2. Бально-рейтинговая система опирается на результаты индивидуальных контрольных работ которые проводятся на всех практических занятиях, а также на результаты итоговой письменной контрольной работы, которая проводится на заключительном занятии. Максимальная возможная сумма баллов, набираемая студентом по дисциплине «Строение вещества», закрываемой семестровой (итоговой) аттестацией, равна 100. На основе набранных баллов, успеваемость студентов в семестре определяется следующими оценками: «отлично», «хорошо», «удовлетворительно» и «неудовлетворительно»:

«отлично» – от 85 до 100 баллов – теоретическое содержание курса освоено без пробелов, необходимые практические навыки работы с освоенным материалом сформированы, все предусмотренные программой обучения учебные задания выполнены.

«хорошо» – от 65 до 84 баллов – теоретическое содержание курса освоено полностью, практические навыки работы с освоенным материалом сформированы, все предусмотренные программой обучения учебные задания выполнены, имеется непринципиальные ошибки в нескольких ответах.

«удовлетворительно» – от 50 до 64 баллов – теоретическое содержание курса освоено не полностью, практические навыки работы с освоенным материалом в целом сформированы, все предусмотренные программой обучения практические задания выполнены, имеются ошибки в нескольких ответах, которые удается исправить после наводящих вопросов.

«Неудовлетворительно» – менее 50 баллов - теоретическое содержание ряда основных разделов курса не освоено или большинство необходимых практических навыков работы и компетенций не сформированы, учебные задания выполнены не полностью.

Студентам, получившим оценку «Неудовлетворительно» предлагается провести дополнительную самостоятельную работу над материалом лекционного курса и практических занятий по темам, по которым выявлены грубые ошибки, после чего с ними проводится дополнительная 100-балльная контрольная с использованием новых комплектов тестовых заданий, для получения оценки студенту необходимо набрать не менее 50 из 100 возможных баллов.

3.3. Комплекты тестовых заданий По данному курсу разработано 16 комплектов тестовых заданий (каждый имеет не менее 4 вариантов) для семинарских контрольных работ и 8 комплектов тестовых заданий для итоговых контрольных работ.

3.4. Самостоятельная работа 3.4.1. Организация самостоятельной работы Для проведения самостоятельной работы студенты обеспечены необходимой учебной и учебно-методической литературой. При необходимости студенты имеют возможность получить ндивидуальную консультацию преподавателя.

3.4.2. Тематика рефератов, проектов, творческих заданий, эссе Не предусмотрено 3.5. Курсовая работа, её характеристика; примерная тематика Не предусмотрена 3.6. Итоговый контроль проводится в виде письменной контрольной работы, продолжительностью 30 мин., которая проходит на заключительном занятии и позволяет студенту получить максимум 100 баллов, которые позволяют получить оценку (критерии оценки указаны в разделе 3.2.

4. Сведения о материально-техническом обеспечении дисциплины № Наименование оборудованных учеб- Перечень оборудования и технических средств 1 Лекционная аудитория Мультимедийное оборудование, кодоскоп 5. Литература 5.1. Основная 1. Минкин В.И., Симкин Б.Я., Миняев Р.М. Теория строения молекул. Ростов-на-Дону.: Феникс, 1997. (гриф Мин-ва общего и проф. образования РФ.).

2. Сережкин В.Н., Пушкин Д.В., Сережкина Л.Б. Точечные группы симметрии. Гриф УМО.

Самара: Самарский университет, 2007. 51 с.

3. Сережкин В.Н., Пушкин Д.В. Кристаллохимические радиусы и координационные числа атомов. Гриф УМО. Учебное пособие. Самара: Универс-групп. 2005. 63 с.

4. Колебательная спектроскопия неорганических соединений. Под общ. ред. Л.Б. Сережкиной.

Гриф УМО. Самара : Самарский университет, 2009. 132 с.

5.2. Дополнительная 1. Молекулярные структуры. Прецизионные методы исследования. Под ред. Доменикано А., Харгиттаи И. М.:Мир, 1997.

2. Фларри Р. Группы симметрии. Теория и химические приложения. М.:Мир, 1983.

3. Лен Ж.М. Супрамолекулярная химия. Новосибирск.:Наука, 1998.

5. Порай-Кошиц М.А. Основы структурного анализа химических соединений. М.: Высш. шк., 1989. 152 с. (гриф Мин-ва высш. и среднего спец. образования СССР) 5.3. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины для организации самостоятельной работы студентов 1. Сережкин В.Н., Пушкин Д.В., Сережкина Л.Б. Точечные группы симметрии. Гриф УМО.

Самара: Самарский университет, 2007. 51 с.

2. Сережкин В.Н., Пушкин Д.В. Кристаллохимические радиусы и координационные числа атомов. Гриф УМО. Учебное пособие. Самара: Универс-групп. 2005. 63 с.

3. Колебательная спектроскопия неорганических соединений. Под общ. ред. Л.Б. Сережкиной.

Гриф УМО. Самара : Самарский университет, 2009. 132 с.

4. www.springerlink.com - электронные ресурсы издательства Springer 5. www.sciencedirect.com - электронные ресурсы издательства Elsevier 6. www.chem.msu.ru - обучающие ресурсы Химического факультета МГУ