
- •Рабочая программа учебной дисциплины «Актуальные задачи современной химии»
- •1. Пояснительная записка
- •1.1. Цели и задачи освоения учебной дисциплины «Актуальные задачи современной химии»
- •1.2. Место дисциплины в структуре ооп впо по направлению подготовки 020100.68 Химия, профиль подготовки «Химия окружающей среды, химическая экспертиза и экологическая безопасность»
- •1.3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины
- •2. Краткие методические рекомендации для преподавателя
- •3. Структура и содержание учебной дисциплины «Актуальные задачи современной химии»
- •3.1. Объем учебной дисциплины и виды учебной работы
- •3.2. Матрица соотнесения разделов / тем учебной дисциплины и формируемых в них профессиональных и общекультурных компетенций
- •3.3. Содержание разделов / тем учебной дисциплины «Актуальные задачи современной химии»
- •Раздел 1. Химия перспективных неорганических веществ и материалов
- •Тема 1.1. Принципы и методы создания веществ и материалов с заданными свойствами
- •Тема 2.2. Методы получения наночастиц и наноматериалов
- •Тема 2.3. Методы исследования наночастиц, наноструктур и наноматериалов
- •Тема 2.4. Применение наноматериалов и нанотехнологий
- •Раздел 3. Промышленный катализ и химическая энергетика
- •Тема 3.1. Катализ в промышленности
- •Тема 3.2. Химическая энергетика
- •Раздел 4. Химия окружающей среды и жизненных процессов
- •Тема 4.1. Химия окружающей среды
- •Тема 4.2. Химия жизненных процессов
- •Раздел 5. Химия явлений и процессов в экстремальных условиях
- •Тема 5.1. Криохимия и плазмохимия
- •Тема 5.2. Фотохимия и сонохимия
- •3.4. Тематический план учебной дисциплины «Актуальные задачи современной химии» а) аудиторные занятия
- •4. Методические указания для студентов
- •Раздел 1. Химия перспективных неорганических веществ и материалов
- •Тема 1.1. Принципы и методы создания веществ и материалов с заданными свойствами
- •Самостоятельная аудиторная работа по теме «Принципы и методы создания веществ и материалов с заданными свойствами»:
- •Тема 1.2. Полупроводники
- •Самостоятельная аудиторная работа по теме «Полупроводники»:
- •Тема 1.3. Диэлектрические и магнитные материалы
- •Самостоятельная аудиторная работа по теме «Диэлектрические и магнитные материалы»:
- •Тема 1.4. Высокотемпературные сверхпроводники
- •Самостоятельная аудиторная работа по теме «Высокотемпературные сверхпроводники»:
- •Раздел 2. Нанохимия и нанотехнология
- •Тема 2.1. Основные классы наночастиц, наноструктур и наноматериалов. Физико-химические свойства наночастиц
- •Самостоятельная аудиторная работа по теме «Основные классы наночастиц, наноструктур и наноматериалов. Физико-химические свойства наночастиц»:
- •Тема 2.2. Методы получения наночастиц и наноматериалов
- •Тема 2.3. Методы исследования наночастиц, наноструктур и наноматериалов
- •Тема 2.4. Применение наноматериалов и нанотехнологий
- •Раздел 3. Промышленный катализ и химическая энергетика
- •Тема 3.1. Катализ в промышленности
- •Тема 3.2. Химическая энергетика
- •Самостоятельная аудиторная работа по теме «Химическая энергетика»:
- •Раздел 4. Промышленный катализ и химическая энергетика
- •Тема 4.1. Химия окружающей среды
- •Самостоятельная аудиторная работа по теме «Химия окружающей среды»:
- •Тема 4.2. Химия жизненных процессов
- •Раздел 5. Химия явлений и процессов в экстремальных условиях
- •Тема 5.1. Криохимия и плазмохимия
- •Тема 5.2. Фотохимия и сонохимия
- •Самостоятельная аудиторная работа по теме «Фотохимия и сонохимия»:
- •5. Перечень основной и дополнительной литературы Основная литература:
- •Дополнительная литература: (в том числе литература научно-исследовательской лаборатории нанохимии и нанотехнологии)
- •6. Система оценки качества освоения студентами учебной дисциплины «актуальные задачи современной химии» и формы текущего, промежуточного и итогового контроля
- •6.1. Шкала баллов по учебной дисциплине
- •Шкала баллов по учебной дисциплине
- •6.2. Фонды оценочных средств для проведения текущего контроля успеваемости и промежуточной аттестации
- •6.2.1. Входной контроль знаний студентов
- •6.2.2. Текущая аттестация
- •6.2.3. Межсессионная аттестация
- •6.2.4. Материалы для проведения промежуточной аттестации
- •6.3. Материалы, устанавливающие содержание и порядок проведения итоговой аттестации
3.3. Содержание разделов / тем учебной дисциплины «Актуальные задачи современной химии»
Раздел 1. Химия перспективных неорганических веществ и материалов
Тема 1.1. Принципы и методы создания веществ и материалов с заданными свойствами
Классификация функциональных неорганических материалов по составу, структуре, свойствам и областям применения. Важнейшие проблемы науки о материалах на ближайшее и более отдаленное будущее.
Кристаллохимический дизайн веществ и материалов. Влияние структуры на свойства соединений. Иерархия структуры материала: кристаллическая структура, доменная структура, текстура, дефектная структура. Факторы, определяющие структуру неорганических соединений: стехиометрия, природа химических связей, размеры атомов (ионов). Кристаллохимический дизайн соединений со структурой хлорида натрия, перовскита и шпинели.
Влияние дефектов на свойства соединений и материалов. Точечные, линейные, двухмерные дефекты и их влияние на свойства полупроводников. Нестехиометрия и ее влияние на электрические и магнитные свойства соединений.
Тема 1.2. Полупроводники
Зонная теория полупроводников. Электрические свойства полупроводников. Собственные и примесные полупроводники. Получение, физические и химические свойства наиболее широко используемых полупроводников: кремния, германия, арсенида галлия, нитрида галлия, сульфида кадмия.
Тема 1.3. Диэлектрические и магнитные материалы
Диэлектрики и их свойства. Сегнето-, пьезо- и пироэлектрики на основе солей, сложных оксидов и оксигалогенидов. Магнитные материалы и их виды. Ферро- и ферримагнетики, магнитомягкие и магнитожесткие материалы. Перовскиты с колоссальным магнитосопротивлением.
Тема 1.4. Высокотемпературные сверхпроводники
Основные виды высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) и области их применения. Особенности кристаллической структуры ВТСП. Механизм сверхпроводимости. Критические параметры ВТСП и требования к ним. Методы получения объемных и длинномерных ВТСП материалов. Пути повышения критических характеристик ВТСП.
Раздел 2. Нанохимия и нанотехнология
Тема 2.1. Основные классы наночастиц, наноструктур и наноматериалов. Физико-химические свойства наночастиц
Наночастицы и наноматериалы, их классификация по размерам и размерности, химическому составу и другим факторам. Квантовые точки, квантовые нити, нанотрубки. Размерный эффект. Особенности поведения материи на наноуровне. История развития представлений о наночастицах и их свойствах.
Нанокластеры металлов и неметаллов. Безлигандные металлические кластеры. Кластеры щелочных металлов, серебра, золота. Кластеры алюминия, ртути, переходных металлов. Молекулярные лигандные кластеры на основе комплексов кобальта, никеля, меди, осмия, родия, палладия. Кластеры на основе оксидов металлов. Кластеры инертных газов. Молекулярные кластеры. Коллоидные кластеры. Углеродные нанотрубки. Фуллерены. Графен.
Нанокластеры сложных химических соединений. Самоорганизация на наноуровне. Полупроводниковые нанокластеры (квантовые точки). Твердотельные нанокластеры и наноструктуры. Тонкие пленки. Макромолекулярные и супрамолекулярные наноструктуры. Организация и самоорганизация коллоидных структур.
Физико-химические свойства наночастиц. Размерный эффект. Высокая химическая и каталитическая активность наночастиц, высокие адсорбционные и адгезионные свойства наноматериалов. Термодинамическая неустойчивость наночастиц. Агрегация наночастиц и способы защиты от нее. Оптические, магнитные и механические свойства наноматериалов. Химические реакции наночастиц и нанокластеров. Влияние числа атомов в кластере на реакционную способность наночастиц. Получение и стабилизация квантовых точек. Химические реакции наночастиц щелочных и щелочноземельных металлов, переходных металлов, углеродных наночастиц.