Физическая и коллоидная химия
.pdf
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТЕХНОЛОГИЙ И УПРАВЛЕНИЯ ИМ. К.Г. РАЗУМОВСКОГО
кафедра Органической, физической и коллоидной химии_
Рассмотрено на заседании Совета института «Технологический менеджмент» протокол №6 от
03.07. 2013 г
«УТВЕРЖДАЮ» Директор института __
_
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДИСЦИПЛИНЫ
___ Физическая и коллоидная химия ____
Направление подготовки бакалавров 260100 «Продукты
питания из растительного сырья»_
профили: все профили
формы обучения: для всех форм обучения
курс: ___2_____
Москва 2013 год
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
Кафедра Органической, физической и коллоидной химии
Рабочая учебная программа дисциплины
Физическая и коллоидная химия
Направление подготовки бакалавров
260100 Продукты питания из растительного сырья
профили: все профили
Москва – 2013
1
УДК 577.12:664
Обсуждена и одобрена на заседании кафедры «Органической, физической и коллоидной химии » Московского государственного университета технологий и управления (протокол № ________ 201_г.).
Утверждена на заседании Совета института «Технологий пищевых продуктов» Московского государственного университета технологий и
управления (протокол № от |
2011г.). |
|
|
Составители: |
|
|
|
Бондарев Ю.М.– кандидат |
химических наук, |
профессор кафедры |
|
Органической, физической |
и коллоидной химии |
Московского |
|
государственного университета технологий и управления
Козлова Л.В.– кандидат химических наук, доцент кафедры Органической, физической и коллоидной химии Московского государственного университета технологий и управления
Рецензенты:
Буянов В.Н.- доктор химических наук, профессор кафедры Органической химии Российского химико-технологического университета им. Д.И. Менделеева
Хохлов П.С.– доктор химических наук, профессор кафедры Органической, физической и коллоидной химии Московского государственного университета технологий и управления
Бондарев Ю.М., Козлова Л.В.
Физическая и коллоидная химия: рабочая учебная программа. – М.: МГУТУ, 2011. –
с.29
Рабочая учебная программа дисциплины «Физическая и коллоидная химия» базовой части математического и естественно-научного цикла учебного плана составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по направлению подготовки бакалавров 260100 Продукты питания из растительного сырья , профили: «Технология жиров, эфирных масел и парфюмерно-косметических продуктов», «Технология хлеба, кондитерских и макаронных изделий»,«Технология сахаристых продуктов»,«Технология консервов и пищеконцентратов»,«Технология бродильных производств и виноделия»,«Технология хранения и переработки зерна».
Рабочая программа предназначена для студентов всех форм обучения.
©Московский государственный университет технологий и управления, 2011.
109004, Москва, Земляной вал, 73
©Бондарев Ю.М., Козлова Л.В.
2
СОДЕРЖАНИЕ
1.Цели и задачи дисциплины «Физическая и коллоидная химия»...………….……………………………………………………………4
2.Общие требования к содержанию и уровню освоения дисциплины (знания, умения, владения и компетенции обучающихся, сформированных в результате освоения дисциплины
(модуля)……………………………………………...………………….…….4
3.Трудоѐмкость дисциплины «Физическая и коллоидная химия» и виды учебной работы……………..………………………………………………..4
4.Содержание дисциплины «Физическая и коллоидная химия»………………………………………………….…………...…………5
4.1Учебно-образовательные модули дисциплины «Физическая и коллоидная химия», их трудоѐмкость и виды учебной работы………………………........22
4.2Дидактический минимум учебно-образовательных модулей дисциплины «Физическая и коллоидная химия» ………………………….………………..
4.3Содержание учебно-образовательных модулей ………………………….
4.4Соответствие содержания дисциплины «Физическая и коллоидная химия» требуемым результатам обучения……………………………………………….
4.5.Лабораторные работы или практические занятия…………………………
5.Самостоятельная работа……………………………………………………23
6.Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины «Физическая и коллоидная химия» ……………………………………….25
7.Материально-техническое обеспечение дисциплины «Физическая и коллоидная химия» …………………………………………….………........25
8.Контроль и оценка результатов обучений…...……………………...……..28 8.1 Контроль знаний по дисциплине «Физическая и коллоидная химия»
……………………………………………………………………………………
8.2 Рейтинговая оценка по дисциплине «Физическая и коллоидная химия»……………………………………………………………………………
9.Методические рекомендации по организации изучения дисциплины «Физическая и коллоидная химия»………………………………………….
10.Глоссарий основных терминов и определений дисциплин «Физическая и коллоидная химия.»……….…………………………………………………...28
3
1. Цели и задачи дисциплины
Учебная дисциплина «физическая и коллоидная химия» -
обязательная дисциплина профессионального цикла базовой (общепрофессиональной) части государственного образовательного стандарта по направлению подготовки 260100 «Продукты питания из растительного сырья», квалификация (степень) - бакалавр.
Основными целями учебной дисциплины «физическая и коллоидная химия » являются:
приобретение студентами комплекса знаний о взаимосвязи физикохимических теорий химических процессов для решения в последующем широкого круга научных и технических проблем в пищевой промышленности;
раскрыть смысл основных законов, научить студента видеть области применения этих законов, четко понимать их принципиальные возможности при решении конкретных задач.
Задачами дисциплины являются:
-знать фундаментальные законы и основополагающие понятия физической и коллоидной химии;
-иметь теоретические основы для глубокого понимания чрезвычайно сложных физико-химических процессов, используемых в технологиях пищевых производств при получении продуктов питания;
-овладеть методами исследования и приобрести экспериментальные навыки работы с оборудованием лаборатории физической и коллоидной химии.
2. Общие требования к содержанию и уровню освоения дисциплины (знания, умения, владения и компетенция обучающихся, сформированных в результате освоения дисциплины (модуля)
Дисциплина относится к профессиональному циклу Б.2( математический и естественнонаучный цикл), базовой (общепрофессиональной части). Для изучения дисциплины необходимы знания вопросов предшествующих изучаемых дисциплин - физики, высшей математики, неорганической химии.
Дисциплина является предшествующей для изучения следующих дисциплин –аналитическая химия и физико-химические методы анализа, физико-химические основы и общие принципы переработки растительного сырья, коллоидная химия наночастиц, теплохладотехника.
В результате освоения дисциплины студент должен приобрести знания, умения, владения и профессиональные компетенции.
Профессиональные компетенции:
Обучающийся по направлению подготовки 260100 «Продукты питания из растительного сырья» в соответствии с задачами профессиональной
4
деятельности и целями основной образовательной программы после изучения дисциплины «Физическая химия» студент приобретает следующие компетенции:
использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования( ОК-10);
владеть основными методами, способами и средствами получения, хранения и переработки информации, уметь работать с компьютером как средством управления информацией(ОК-12);
использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования ( ПК 1)
способностью использовать в практической деятельности специализированные знания фундаментальных разделов физики, химии, биохимии, математики для освоения физических, химических, биохимических, биотехнологических, микробиологических, теплофизических процессов, происходящих при производстве продуктов питания из растительного сырья( в соответствии с профилем подготовки) (
ПК-8)
способностью изучать и анализировать научнотехническую информацию, отечественный и зарубежный опыт по тематики исследования (
ПК-13)
готовностью проводить измерения и наблюдения, составлять описания проводимых исследований, анализировать результаты исследований и использовать их при написании отчетов и научных публикаций (ПК-14)
Знать:
основы современных теорий в области физической и коллоидной химии и способы их применения для решения теоретических и практических задач в любых областях химии.
Уметь:
самостоятельно ставить задачу физико-химического исследования в химических системах, выбирать оптимальные пути и методы решения подобных задач как экспериментальных, так и теоретических; обсуждать результаты физико-химических исследований, ориентироваться в современной литературе по физической химии, вести научную дискуссию по вопросам физической химии.
Владеть:
способностью и готовностью проводить физико-химические расчеты с помощью известных формул и уравнений, в том числе с помощью
5
компьютерных программ, проводить стандартные физико-химические измерения, пользоваться справочной литературой по физической химии.
3. Трудоѐмкость дисциплины «Физическая и коллоидная химия» и
виды учебной работы.
Общая трудоемкость дисциплины составляет 216 часа, зачетных единиц 6
Таблица 1.1 Распределение трудоемкости дисциплины по видам учебной работы
Вид учебной работы |
Академические |
|
Часы |
Общая трудоемкость |
216 |
дисциплины |
|
Аудиторные занятия |
104 |
(всего) |
|
В том числе: |
|
|
|
Лекции |
34 |
Лабораторные работы (ЛР) |
70 |
или практические занятия |
|
(ПР) или семинарские |
|
занятия |
|
Самостоятельная работа |
85 |
(всего) |
|
В том числе: |
|
|
|
Самостоятельное изучение |
17 |
отдельных тем модулей |
|
Подготовка к |
17 |
лабораторным работам |
|
Изучение тем лекций |
17 |
|
|
Подготовка к рубежному |
17 |
контролю |
|
Подготовка к |
17 |
промежуточной аттестации |
|
(экзамену) |
|
Контроль (всего) |
27 |
|
|
В том числе |
|
|
|
Входной, текущий, |
9 |
рубежный |
|
Промежуточная аттестация |
18 |
(экзамен)** |
|
6
4. Содержание дисциплины «Физическая и коллоидная химия»
4.1. Учебно-образовательные модули дисциплины «Физическая и коллоидная химия», их трудоѐмкость и виды учебной работы
Таблица 2.
Базовые модули дисциплины, рекомендуемая трудоемкость и виды учебной работы
№ |
НАИМЕНОВАНИЕ МОДУЛЯ |
Зачетные единицы/ академические часы |
||||||
п/п |
И ТЕМЫ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Всего |
Лекции |
|
Лабора- |
Самосто |
Кон- |
|
|
|
|
|
|
|
торые |
я - |
троль |
|
|
|
|
|
|
работы |
тельная |
|
|
|
|
|
|
|
(входной |
||
|
|
|
|
|
|
|
работа |
текущий |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
рубежн |
|
|
|
|
|
|
|
|
ый) |
|
Модуль 1. |
27 |
|
5 |
|
9 |
11 |
2 |
|
Тема 1. I закон термодинамики |
9 |
2 |
3 |
4 |
- |
||
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Термохимия |
|
|
|
|
|
|
|
|
Тема 2. II закон термодинамики |
9 |
2 |
3 |
4 |
- |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Тема 3. Химическое равновесие |
9 |
1 |
3 |
3 |
2 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Модуль 2. |
27 |
|
5 |
|
9 |
11 |
2 |
|
Тема 4. Фазовые равновесия. |
13 |
3 |
5 |
5 |
- |
||
|
Правило фаз Гиббса |
|
|
|
|
|
|
|
|
Тема 5. Растворы |
14 |
2 |
4 |
6 |
2 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Модуль 3. |
27 |
|
4 |
|
9 |
11 |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Тема 6. Электропроводность |
13 |
2 |
5 |
5 |
1 |
||
|
растворов электролитов |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Тема 7. ЭДС гальванического |
14 |
2 |
4 |
6 |
2 |
||
|
элемента |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Модуль 4. |
27 |
|
4 |
|
9 |
11 |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Тема 8.Формальная кинетика |
9 |
2 |
3 |
4 |
- |
||
|
односторонних реакций |
|
|
|
|
|
|
|
|
Тема 9. Кинетика сложных |
9 |
1 |
3 |
4 |
1 |
||
|
реакций |
|
|
|
|
|
|
|
|
Тема 10. Катализ |
9 |
1 |
3 |
3 |
2 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
|
Модуль 5. |
27 |
4 |
9 |
11 |
3 |
|
Тема 1.Термодинамика |
9 |
2 |
3 |
4 |
- |
|
поверхностных явлений |
|
|
|
|
|
|
Тема 2. Адсобция на границе |
9 |
1 |
3 |
4 |
1 |
|
жидкость-газ |
|
|
|
|
|
|
Тема 3. Адсорбия на поверхности |
9 |
1 |
3 |
3 |
2 |
|
твердых тел |
|
|
|
|
|
|
Модуль 6. |
27 |
4 |
9 |
10 |
4 |
|
Тема 4. Электрические свойства |
9 |
2 |
3 |
3 |
1 |
|
дисперсных систем |
|
|
|
|
|
|
Тема 5. Оптические свойства |
9 |
1 |
3 |
3 |
2 |
|
дисперсных систем |
|
|
|
|
|
|
Тема 6. Устойчивость |
9 |
1 |
3 |
4 |
1 |
|
дисперсных систем |
|
|
|
|
|
|
Модуль 7. |
27 |
4 |
8 |
10 |
5 |
|
Тема 7. Методы получения |
13 |
2 |
4 |
5 |
2 |
|
дисперсных систем |
|
|
|
|
|
|
Тема 8. Суспензии, золи, |
14 |
2 |
4 |
5 |
3 |
|
эмульсии, их свойства |
|
|
|
|
|
|
Модуль 8. |
27 |
4 |
8 |
10 |
5 |
|
Тема 9. Мицеллообразование в |
13 |
2 |
4 |
5 |
2 |
|
растворах ПАВ |
|
|
|
|
|
|
Тема 10. Растворы ВМС |
14 |
2 |
4 |
5 |
3 |
|
Всего |
216 |
34 |
70 |
85 |
27 |
4.2. Дидактический минимум учебно-образовательных модулей дисциплины «Физическая и коллоидная химия»
Таблица 3. Обязательный дидактический минимум содержания учебно-
образовательных модулей и тем дисциплины
№ |
НАИМЕНОВАНИЕ |
ДИДАКТИЧЕСКИЙ МИНИМУМ |
|
МОДУЛЯ И ТЕМЫ |
|||
п/п |
|
||
|
|
||
|
|
|
|
|
Модуль 1. |
Основы химической термодинамики |
|
|
|
|
|
|
Тема 1. I закон |
Изолированные, закрытые и открытые |
|
|
термодинамики |
системы. Компонент. Фаза. Внутренняя энергия, |
|
|
Термохимия |
энтальпия, теплота и работа. Функции состояния |
|
|
|
и процесса. |
|
|
|
Первый закон термодинамики. Тепловой |
|
|
|
эффект реакции и закон Гесса. Применение |
|
|
|
закона Гесса для расчета тепловых эффектов |
|
|
|
химических реакций. Теплоемкость. Законы |
|
|
|
Кирхгоффа в дифференциальной и интегральной |
|
|
|
форме. |
|
|
|
|
|
|
|
8 |
|
Тема 2. II закон |
Энтропия |
|
и |
термодинамическая |
|
|
термодинамики |
вероятность. Уравнение Больцмана. Работа и |
||||
|
|
теплота обратимого процесса. Изменение |
||||
|
|
энтропии в обратимых и необратимых процессах. |
||||
|
|
Второй закон термодинамики, его формулировки. |
||||
|
|
Объединенное выражение первого и второго |
||||
|
|
закона термодинамики. Постулат Планка. |
||||
|
|
Тепловая теорема Нернста. Изменение энтропии |
||||
|
|
в процессах нагревания веществ, смешения |
||||
|
|
идеальных газов, при фазовых переходах. |
||||
|
|
Термодинамические |
|
потенциалы. |
||
|
|
Максимальная |
|
работа. |
Характеристические |
|
|
|
функции. Энергия Гиббса и энергия Гельмгольца. |
||||
|
|
Расчет изменения энергии Гиббса и энергии |
||||
|
|
Гельмгольца в различных процессах.. Уравнения |
||||
|
|
Гиббса-Гельмгольца. |
|
|
||
|
|
|
|
|||
|
Тема 3. Химическое |
Химическое равновесие. Химическая |
|
|||
|
равновесие |
переменная. Изменение характеристических |
||||
|
|
функций в химической реакции. Уравнения |
||||
|
|
изотермы химической реакции. Константа |
||||
|
|
равновесия. Способы выражения |
|
|||
|
|
термодинамических констант гомогенных |
||||
|
|
химических реакций. Зависимость константы |
||||
|
|
равновесия от температуры. Уравнения |
||||
|
|
изобары и изохоры химической реакции. |
||||
|
|
Термодинамика реакций врастворах. |
|
|||
|
Модуль 2. |
Фазовое равновесие и свойства растворов |
||||
|
|
|
||||
|
Тема 4. Фазовые |
Фазовые равновесия в однокомпонентной |
||||
|
равновесия. Правило |
системе. Основные понятия: число независимых |
||||
|
фаз Гиббса |
компонентов, фаза, степень свободы. Фазовые |
||||
|
|
переходы. Изменение химического потенциала |
||||
|
|
при фазовом переходе. Правило фаз Гиббса. |
||||
|
|
Диаграмма состояния воды. Критическая точка. |
||||
|
|
Уравнение Клаузиуса - Клапейрона. |
Равновесие |
|||
|
|
в двухкомпонентных гетерогенных системах. |
||||
|
|
Равновесие пар - раствор в системах, |
||||
|
|
образованных летучими жидкостями. Законы |
||||
|
|
Коновалова |
и |
их |
термодинамическое |
|
|
|
обоснование. |
Азеотропные смеси. Взаимная |
|||
|
|
растворимость |
|
жидкостей. |
Зависимость |
|
|
|
растворимости от температуры. Диаграммы |
||||
|
|
растворимости |
двухкомпонентных |
систем (с |
||
|
|
|
|
|
|
9 |