Хімія 4 (фізична та колоїдна хімія)

Спеціальність: Біотехнології та біоінженерія
Код дисципліни: 6.162.00.O.021
Кількість кредитів: 5.00
Кафедра: Фізична, аналітична та загальна хімія
Лектор: доц. Герасимчук С.І.
Семестр: 3 семестр
Форма навчання: денна
Мета вивчення дисципліни: Вивчення термодинамічного та кінетичного аспекту аналізу процесів та явищ у гомо- та гетеро системах, впливу дисперсності на перебіг процесів у високодисперсних системах, які складають фундамент сучасних знань під час проведення біотехнологічних процесів та наукових досліджень в цій галузі.
Завдання: 1. Визначати теплові ефекти фізико-хімічних процесів. 2. Розраховувати константи хімічної рівноваги та визначати термодинамічну імовірність протікання процесу за допомогою таблиць термодинамічних величин. 3. Будувати і аналізувати діаграми стану одно- і двохкомпонентних систем. 4. Визначати молекулярну масу, ізотонічний коефіцієнт, ступінь дисоціації, осмотичний тиск, підвищення температури кипіння та пониження температури замерзання розчинів фізико-хімічними методами. 5. Визначати константу швидкості, енергію активації, порядок реакції та застосовувати ці дані для аналізу перебігу процесів у біотехнологічних системах. 6. Визначати стабільність колоїдних систем. 7.Визначати електрокінетичний потенціал золю та знак заряду колоїдних частинок. 8. Визначати критичну концентрацію міцело утворення (ККМ) колоїдних пар. 9. Визначати полідисперсність порошків методом седиментації. 10. Вміти використовувати сучасні методи фізичної та колоїдної хімії для дослідження різноманітних фізико-хімічних процесів, що мають місце у біотехнології. 11. На основі експериментальних даних вміти математично та графічно розв’язувати задачі ,узагальнювати їх та пов’язувати з практичним застосуванням за профілем фаху.
Результати навчання: Знати термодинамічний метод оцінювання рівноваги різноманітних процесів, в тому числі біотехнологічних - хімічних реакцій, в однокомпонентних системах, розчинах, двокомпонентних гетерогенних системах, трикомпонентних гетерогенних системах. Знати кінетичний метод оцінювання швидкостей хімічних реакцій, визначати їх кінетичні параметри. Знати основні закони колоїдної хімії, оволодіти методами розрахунків колоїдно-хімічних параметрів хімічних та біотехнологічних процесів - ознайомити з основними методами колоїдно-хімічних експериментів
Необхідні обов'язкові попередні та супутні навчальні дисципліни: Вища математика, загальна та неорганічна хімія, фізика
Короткий зміст навчальної програми: Хімічна термодинаміка, поняття про системи, аналіз рівноваги хімічних реакцій, рівновага в однокомпонентних системах, розчини неелектролітів,розчини електролітів, діаграми стану двокомпонентних гетерогенних систем. Кінетика простих реакцій, поняття каталізу, особливості високодисперсних систем їхня класифікація, адсорбція, змочування, електрокінетичні явища, оптичні та молекулярно-кінетичні властивості високодисперсних систем.
Опис: 1.Вступ. Предмет i змiст курсу фiзичної хiмiї. Закони хімічної термодинаміки. I-й закон термодинаміки. Внутрiшня енергiя, теплота, робота, ентальпiя. II-й закон термодинамiки. Оборотнi i необоротнi процеси. Ентропiя, як критерiй рiвноваги i спрямованностi процесiв в iзольованих системах. Визначення ентропiї в фiзичних i хiмiчних процесах. Постулат Планка. Термодинамічні потенціали.2. Хiмiчна рiвновага. Умови рiвноваги в багатокомпонентних гетерогенних системах. Правило фаз Гiббса. Парцiальномолярнi величини. Рiвняння iзотерми хiмiчної реакцiї. Способи вираження константи рiвноваги в ідеальних та реальних системах. 3. Фазова рiвновага в однокомпонентних системах. Правило фаз Гiббса. Однокомпонентнi системи. Рiвняння КлапейронаКлаузiуса. Аналiз дiаграм стану однокомпонентних систем. 4. Розчини. Колігативні властивості розчинів. Рівновага в системі асифікація з обмеженою розчинністю в рідкому стані. Критична температура розшарування. Розчини електролітів. Ступінь дисоціації, ізотонічний коефіцієнт. 5. Фазова рiвновага в двохкомпонентних системах. Рівновага в системі кристали-рідина. Криві охолодження, термічний аналіз. Аналіз систем з обмеженою та необмеженою розчинністю в твердому стані, з простою евтектикою та утворенням стійких та нестійких хімічних сполук. Рівновага в системі пара-розчин летких рідин. Закономірності загального тиску пари над розчином. Закони Коновалова-Вревського. Діаграми склад-тиск пари та складтемпература кипіння. Перегонка та ректифікація. 6. Хiмiчна кiнетика. Основнi поняття хiмiчної кiнетики. Кiнетична класифiкацiя гомогенних процесiв. Кiнетичнi рiвняння реакцiй першого, другого, "п-го" порядку. Експериментальнi методи визначення порядку реакцiї. Залежнiсть швидкостi реакції вiд температури. Рiвняння Арренiуса. Кiнетика гетерогенних процесiв. 7. Предмет колоїдної хімії. Поняття про колоїдні системи. Класифікація дисперсних систем за різними ознаками. Одержання та очистка дисперсних систем. Диспергація та агрегація. Діаліз , електродіаліз та ультрафільтрація. 8. Поверхневі явища та адсорбція. Змочування твердого тіла рідиною. Адгезія та когезія, їх роль в хімічній технології. Флотаційні методи розділення речовин. Адсорбція з розчинів на поверхні рідина – газ. Поверхнева активність та поверхневоактивні речовини (ПАР). Молекулярна адсорбція на твердій поверхні. Теорії адсорбції. Правило полярності Ребіндера. Іонна адсорбція. Правила адсорбції іонів. Ліотропні ряди.Іоннообмінна адсорбція та її роль в природі та біотехнології. 9. Властивості дисперсних систем. Оптичні властивості дисперсних систем. Молекулярно-кінетичні властивості: дифузія, броунівський 2 рух та седиментація. Сидементаційна стійкість дисперсних систем та седиментаційний аналіз. Електричні властивості дисперсних систем. Причина виникнення подвійного електричного шару (ПЕШ). Будова ПЕШ. Електрокінетичні явища, електрокінетичний потенціал. Вплив електролітів на електрокінетичний потенціал. 10. Агрегативна стійкість колоїдних систем та коагуляція. Вплив різних факторів на агрегативну стійкість. Кінетика коагуляції. Стабілізація колоїдних систем.
Методи та критерії оцінювання: Письмові роботи з лабораторних робіт, РГР, усне опитування (45 %) Підсумковий контроль (55 % екзамен); письмово-усна форма
Критерії оцінювання результатів навчання: Розрахунково-графічна робота (21б.) Виконання та захист лабораторних робіт (12*2=24б.) Екзаменаційний контроль (55б.)
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. Ковальчук Є. П. Фізична хімія : підручник / Є. П. Ковальчук, О. В. Решетняк. – Л. : Видавництво ЛНУ ім. І. Франка, 2007. – 800 с. 2. Мороз А.С., Ковальова А.Г. Фізична та колоїдна хімія. – Львів: "Світ". 1994. – 247 с. 3. Тиноко И, Зауэр К., Вэнг Дж., Паглиси Дж. Физическая химия. Принципы и применение в биологических науках:Пер. с англ. – М.: Техносфера, 2005.– 743 с. 4. Нижник В.В., Волошинець В.А., Усков І.О. Фізична хімія дисперсних систем та полімерів. Навчальний підручник для студентів базового напряму 0929 “Біотехнологія“.– Київ: Фітосоціоцентр, 2009. – 248 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).