Колоїдна хімія
Спеціальність: Хімічні технології та інженерія
Код дисципліни: 6.161.00.O.026
Кількість кредитів: 3.00
Кафедра: Фізична, аналітична та загальна хімія
Лектор: Професор, д.х.н. Дібрівний Володимир Миколайович
Семестр: 4 семестр
Форма навчання: денна
Завдання: В результаті вивчення дисципліни фахівець повинен знати: специфіку стану речовини на межі розділу фаз, основи міжмолекулярної взаємодії; застосування законів термодинаміки до дисперсних систем і процесів диспергування та агрегації, якими супроводжуються їх
утворення та руйнування; властивості різного роду дисперсних систем (як от золів, емульсій суспензій, пін, аерозолів і т.д.).
Підготовлений фахівець повинен вміти: використовувати методи і прилади фізичної хімії для дослідження параметрів різноманітних процесів, математично та графічно розв’язувати задачі на основі одержаних даних, узагальнювати їх та пов’язувати з практичним застосуванням за профілем фаху.
Вивчення навчальної дисципліни передбачає формування у здобувачів освіти певних компетентностей. До загальних компетентностей належать: здатність до абстрактного мислення, аналізу та синтезу; здатність застосовувати знання у практичних ситуаціях; знання та розуміння предметної області та розуміння професійної діяльності; здатність спілкуватися державною мовою усно та письмово; прагнення до збереження навколишнього середовища; здатність зберігати та примножувати моральні, культурні, наукові цінності і досягнення суспільства . До фахових компетентностей належать: здатність використовувати положення і методи фізичної та колоїдної хімії для вирішення професійних задач; здатність використовувати методи спостереження, опису, ідентифікації, класифікації об’єктів хімічної технології та промислової продукції; здатність використовувати сучасні матеріали, технології в хімічній інженерії; здатність обирати і використовувати відповідне обладнання, інструменти та методи для фізико-хімічних досліджень, контролю та керування технологічними процесами хімічних виробництв; здатність використовувати обчислювальну техніку та інформаційні технології для вирішення складних задач і практичних проблем в галузі хімічної інженерії.
Результати навчання: 1. Знання колоїдної хімії на рівні, необхідному для досягнення результатів освітньої програми (метод навчання: інформаційно-рецептивний, метод викладу: лекція, метод оцінювання: поточний контроль, тестовий контроль, екзаменаційний контроль).
2. Вміння коректно використовувати у професійній діяльності термінологію на основі понятть фізичної та колоїдної хімії (метод навчання: інформаційно- рецептивний, метод викладу: лекція, метод оцінювання: поточний контроль, тестовий контроль, екзаменаційний контроль).
3. Знання механізмів процесів та сутності явищ з позицій колоїдної хімії (метод навчання: інформаційно-рецептивний, метод викладу: лекція, метод оцінювання: поточний контроль, тестовий контроль, екзаменаційний контроль).
4. Вміння застосовувати термодинамічний метод до процесів, що протікають на межі розділу фаз (метод навчання: інформаційно-рецептивний, метод викладу: лекція, метод оцінювання: поточний контроль, тестовий контроль, екзаменаційний контроль).
5. Вміти працювати зі спеціальним обладнанням та вимірювальною технікою, визначати експериментально поверхневий натяг індивідуальних речовин та розчинів різними методами, розраховувати ізотерми адсорбції та опрацьовувати їх (метод навчання: дослідницький, метод викладу: лабораторна, метод оцінювання: усне опитування, захист лабораторних робіт, поточний контроль).
6. Встановлювати фракційний склад дисперсної системи методом седиментаційного аналізу (метод навчання: дослідницький, метод викладу: лабораторна, метод оцінювання: усне опитування, захист лабораторних робіт, тестовий контроль).
7. Вміти отримувати дисперсні системи та знати, як очистити їх від домішок (метод навчання: дослідницький, метод викладу: лабораторна, метод оцінювання: усне опитування, захист лабораторних робіт, поточний контроль).
8. Вміти застосовувати математичні рівняння для опису адсорбційних процесів, визначати їх константи графічно та аналітично, розраховувати характеристики адсорбентів (метод навчання: репродуктивний та самостійна робота, метод викладу: лекція та лабораторна, метод оцінювання: поточний та екзаменаційний контроль).
9. Вміти будувати міцели, вибирати коагулятори (метод навчання: репродуктивний та самостійна робота, метод викладу: лекція та лабораторна, метод оцінювання: тестовий, поточний та екзаменаційний контроль).
10. Оволодіти методами розрахунку кінетичних параметрів процесу коагуляції (метод навчання: репродуктивний та самостійна робота, метод викладу: лекція та лабораторна, метод оцінювання: поточний та екзаменаційний контроль).
11. Знання сучасних досягнень, інноваційних технологій в галузі колоїдної хімії (метод навчання: інформаційно-рецептивний, метод викладу: лекція, метод оцінювання: поточний контроль, тестовий контроль, екзаменаційний контроль).
12. Забезпечення безпеки персоналу та навколишнього середовища під час професійної діяльності у сфері хімічної інженерії.
Необхідні обов'язкові попередні та супутні навчальні дисципліни: Попередні навчальні дисципліни: математика, неорганічна хімія, органічна хімія, фізика.
Супутні і наступні навчальні дисципліни: фізична хімія, аналітична хімія, загальна хімічна технологія, основи біохімії.
Короткий зміст навчальної програми: Специфіка стану речовини на межі розділу фаз. Поверхневий натяг як базова характеристика гетерогенності. Поверхневі явища, їх класифікація та термодинамічний опис. Вплив дисперсності на властивості тіл. Адсорбція. Електричні явища на поверхні. Дисперсні системи: одержання та очистка, властивості, стійкість, представники. Властивості розчинів ПАР. Мікрогетерогенні системи.
Опис: Вступ у фізико-хімію реальних систем. Стан речовини на межі поділу фаз. Поверхнева енергія. Високодисперсний стан - особлива форма існування речовини. Класифікація дисперсних систем. Роль нанотехнологій в сучасному світі.
Поверхневі явища та їх класифікація. Поверхневий натяг та повна поверхнева енергія. Означення та фізичний зміст, основні експериментальні методи визначення. Рівняння Гіббса-Гельмгольца для поверхневого шару, залежність енергетичних параметрів поверхні від температури. Принципи формування поверхневого шару.
Адгезія, когезія, змочування та розтікання. Основні поняття та визначення. Рівняння Допре. Крайовий кут змочування, закон Юнга,
рівняння Допре-Юнга. Ефект Марангоні та правило Антонова. Змочування реальних тіл.
Дисперсність і властивості тіл. Дисперсність та нанотехнології: від стародавнього світу до сьогодення. Внутрішній тиск рідини, рівняння Лапласа. Капілярні явища. Вплив дисперсності на реакційну здатність, перехід речовини з конденсованого стану в газоподібний, на розчинність, рівновагу хімічної реакції та температуру фазового
переходу.
Адсорбційні рівноваги. Адсорбція: основні поняття та визначення, кількісні характеристики. Природа адсорбційних сил, рівняння Леннарда-Джонса. Фундаментальне рівняння адсорбції Гіббса. Теплота адсорбції. Швидкість фізичної адсорбції. Адсорбція на однорідній поверхні: закон Генрі, теорія Ленгмюра, теорія БЕТ.
Адсорбція на пористих адсорбентах. Теорія капілярної конденсації. Теорія об’ємного заповнення мікропор. Практичне застосування адсорбції газів та парів. Молекулярна адсорбція, правило Ребіндера. Закономірності іонної адсорбції. Застосування іонітів у промисловості. Адсорбція ПАР з розчинів.
Електричні явища на міжфазній поверхні. Механізми виникнення ПЕШ. Основні термодинамічні співвідношення між поверхневим натягом та електричним потенціалом. Теорії будови ПЕШ: теорія Гельмгольца- Перрена, теорія Гуї-Чепмена, теорія Штерна. Міцела.
Вплив електролітів на ПЕШ. Електрокінетичні явища. Явище перезарядки. Електрофорез, електроосмос. Експериментальні методи визначення електрокінетичного потенціалу.
Методи одержання та очистки дисперсних систем. Диспергування та агрегація. Особливості одержання ліофільних систем. Діаліз, електродіаліз та ультрафільтрація, їх застосування в хімічній промисловості.
Агрегативна стійкість дисперсних систем. Фактори агрегативної стійкості. Ізотермічна перегонка. Коагуляція: загальні положення, основні закономірності.
Теорія стійкості ліофобних дисперсних систем ДЛФО. Основні рівняння та співвідношення. Аналіз потенційних кривих взаємодії частинок. Два види коагуляції: нейтралізаційна та концентраційна. Кінетика швидкої коагуляції. Теорія Смолуховського.
Властивості дисперсних систем. Оптичні властивості: відбивання, заломлення, розсіювання та поглинання світла. Оптичні методи дослідження дисперсних систем. Молекулярно-кінетичні властивості дисперсних систем: броунівський рух, дифузія, осмос. Седиментація.
Розчини колоїдних ПАР. Класифікація ПАР та основні властивості. Характеристики міцелоутворення. Солюбілізація. Розчини високомолекулярних сполук, їх властивості та відмінність від істиних колоїдів. Високомолекулярні сполуки у хімічній технології.
Основні представники мікрогетерогенних систем. Порошки, суспензії,
емульсії, піни та аерозолі. Їх значення в хімічній технології
Методи та критерії оцінювання: Форма семестрового контролю – екзамен, поточний контроль – захист лабораторних робіт, письмовий та усний контроль, тестовий контроль.
Критерії оцінювання результатів навчання: Поточний контроль: виконання та захист лабораторних робіт (18 балів) та індивідуальної розрахунково-графічної роботи (22 бали).
Екзаменаційний контроль: письмова компонента (55 балів) та усна компонента (5 балів)
Порядок та критерії виставляння балів та оцінок: 100–88 балів – («відмінно») виставляється за високий рівень знань (допускаються деякі неточності) навчального матеріалу компонента, що міститься в основних і додаткових рекомендованих літературних джерелах, вміння аналізувати явища, які вивчаються, у їхньому взаємозв’язку і роз витку, чітко, лаконічно, логічно, послідовно відповідати на поставлені запитання, вміння застосовувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 87–71 бал – («добре») виставляється за загалом правильне розуміння навчального матеріалу компонента, включаючи розрахунки , аргументовані відповіді на поставлені запитання, які, однак, містять певні (неістотні) недоліки, за вміння застосовувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 70 – 50 балів – («задовільно») виставляється за слабкі знання навчального матеріалу компонента, неточні або мало аргументовані відповіді, з порушенням послідовності викладення, за слабке застосування теоретичних положень під час розв’язання практичних задач; 49–26 балів – («не атестований» з можливістю повторного складання семестрового контролю) виставляється за незнання значної частини навчального матеріалу компонента, істотні помилки у відповідях на запитання, невміння застосувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 25–00 балів – («незадовільно» з обов’язковим повторним вивченням) виставляється за незнання значної частини навчального матеріалу компонента, істотні помилки у відповідях на запитання, невміння орієнтуватися під час розв’язання практичних задач, незнання основних фундаментальних положень.
Рекомендована література: 1. В.В.Сергеєв, В.М.Дібрівний, Г.В.Мельник Колоїдна хімія. Навчальний посібник. – Львів: Видавництво Тараса Сороки, 2022. – 168с.
2. Дібрівний В.М., Сергеєв В.В., Ван-Чин-Сян Ю.Я. Курс колоїдної хімії (Поверхневі явища та дисперсні системи) – Львів: “Інтелект-Захід”, 2008. – 160с.
3. Мороз А.С., Ковальова А.Г. Фізична та колоїдна хімія. Львів: “Світ ”, 1994. – 280 с.
Уніфікований додаток: Національний університет «Львівська політехніка» забезпечує реалізацію права осіб з інвалідністю на здобуття вищої освіти. Інклюзивні освітні послуги надає Служба доступності до можливостей навчання «Без обмежень», метою діяльності якої є забезпечення постійного індивідуального супроводу навчального процесу студентів з інвалідністю та хронічними захворюваннями. Важливим інструментом імплементації інклюзивної освітньої політики в Університеті є Програма підвищення кваліфікації науково-педагогічних працівників та навчально-допоміжного персоналу у сфері соціальної інклюзії та інклюзивної освіти. Звертатися за адресою:
вул. Карпінського, 2/4, І-й н.к., кімн. 112
E-mail: nolimits@lpnu.ua
Websites: https://lpnu.ua/nolimits https://lpnu.ua/integration
Академічна доброчесність: Політика щодо академічної доброчесності учасників освітнього процесу формується на основі дотримання принципів академічної доброчесності з урахуванням норм «Положення про академічну доброчесність у Національному університеті «Львівська політехніка» (затверджене вченою радою університету від 20.06.2017 р., протокол № 35).