Міністерство освіти і науки України Національний університет водного господарства та природокористування

Навчально-науковий інститут агроекології та землеустрою Кафедра хімії та фізики

„ЗАТВЕРДЖУЮ” Проректор з науково-педагогічної, методичної та виховної роботи ________________О.А. Лагоднюк „____”__________2018 р.

05-06-38

РОБОЧА ПРОГРАМА НАВЧАЛЬНОЇ ДИСЦИПЛІНИ Program of the Discipline

Хімія (фізична та колоїдна)

Сhemistry (рhysical and colloidal)

спеціальність 201 "Агрономія"

specialty 201"Agronomy"

Рівне - 2018

2

Робоча програма навчальної дисципліни „Хімія (фізична та колоїдна)” для студентів, які навчаються за спеціальністю 201 „Агрономія”. Рівне: НУВГП, 2018, 16 с. Розробник: Мисіна О. І., ст. викладач кафедри хімії та фізики. Робочу програму схвалено на засіданні кафедри хімії та фізики Протокол від 26 червня 2018 року № 14 Завідувач кафедри хімії та фізики ________________(Гаращенко В.І.) Схвалено науково-методичною комісією вищого навчального закладу за спеціальністю 201 „Агрономія” Протокол від 27 червня 2018 року № 10 Голова науково-методичної комісії _____________(Веремеєнко С.І.)

Мисіна О.І., 2018 рік НУВГП, 2018 рік

3

ВСТУП

Програма нормативної навчальної дисципліни «Хімія (фізична та колоїдна)» складена відповідно до освітньо-професійної програми підготовки бакалавра спеціальності «Агрономія».

Предметом вивчення фізичної та колоїдної хімії є закономірності перебігу хімічних процесів та явищ на основі законів і методів фізики та дисперсні системи і поверхневі явища, що виникають на межі розділу фаз. Міждисциплінарні зв’язки: навчальна дисципліна є складовою частиною циклу фундаментальних дисциплін для підготовки студентів агрономічних спеціальностей, потребує попереднього вивчення загальної хімії, неорганічної хімії, математики, біології, фізики, екологічного моніторингу, методів вимірювань параметрів навколишнього природного середовища, аналітичної хімії тощо.

Вимоги до знань та умінь визначаються галузевими стандартами вищої освіти України.

Анотація

Дисципліна "Хімія (фізична та колоїдна)" грунтується на основних законах і поняттях загальної хімії і ставить за мету дати студентам сучасні знання про закономірності хімічних процесів, які відбуваються в гетерогенних дисперсних системах; оцінку і використання поверхневих явищ, колоїдно-хімічних процесів, дисперсних водних систем. Предметом вивчення фізичної та колоїдної хімії є закономірності перебігу хімічних процесів і явищ на основі законів та методів фізики та дисперсні системи і поверхневі явища, що виникають на межі поділу фаз.

Ключові слова: фізична хімія, хімічна термодинаміка, кінетика хімічних реакцій, термодинаміка розчинів, колоїдні системи, коагуляція, стійкість колоїдних розчинів.

Abstract

The discipline "Chemistry (physical and colloidal)" is based on the basic laws and concepts of general chemistry and aims to give students current knowledge about the laws of chemical processes occurring in heterogeneous disperse systems; assessment and use of surface phenomena, colloid-chemical processes, dispersed water systems. The subject of the

4

study of physical and colloidal chemistry is the laws of the course of chemical processes and phenomena on the basis of laws and methods of physics and disperse systems and surface phenomena that arise at the boundary of phase separation

Key words: physical chemistry, chemical thermodynamics, kinetics of chemical reactions, thermodynamics of solutions, colloidal systems, coagulation, stability of colloidal solutions.

1. Опис навчальної дисципліни „Хімія (фізична та колоїдна)”

Найменування показників

Галузь знань, спеціальність, спеціалізація,

рівень вищої освіти

Характеристика навчальної дисципліни

денна форма навчання

заочна форма

навчання

Кількість кредитів – 3

Галузь знань 20"Агрономічні

науки та продовольство" Спеціальність

201 "Агрономія"

Нормативна

Модулів – 2 Рік підготовки

Змістових модулів – 2

2-й 2-й

Загальна кількість годин – 90

Семестр

3-й 3-й

Тижневих годин для денної форми навчання: аудиторних – 2; самостійної роботи студента - 3

Рівень вищої освіти:

перший бакалаврський

Лекції 16 2

Лабораторні 14 6

Практичні, семінарські - -

Самостійна робота

60 82 Вид контролю:

залік залік

Примітка. Співвідношення кількості годин аудиторних занять до самостійної і індивідуальної роботи становить:

для денної форми навчання – 50,0% ; для заочної форми навчання – 9,8%.

5

2. Мета та завдання навчальної дисципліни

„Хімія (фізична та колоїдна)”

Мета вивчення навчальної дисципліни – засвоєння студентами теоретичних основ фізичної та колоїдної хімії, вивчення закономірностей хімічних процесів, які відбуваються в гетерогенних дисперсних системах, оцінка і використання поверхневих явищ, колоїдно-хімічних процесів, дисперсних водних систем, які зустрічаються в різноманітних технологічних процесах та формування на цій основі наукового світогляду фахівців вищої кваліфікації агрономічного профілю.

Завдання курсу – підготовка студентів до ефективного засвоєння спеціальних дисциплін згідно з навчальним планом, показати значення хімічної науки і зокрема фізичної та колоїдної хімії в розв’язанні практичних завдань.

У результаті вивчення навчальної дисципліни студент повинен: знати: основні поняття, закони фізичної і колоїдної хімії;

властивості колоїдних систем та методи їх дослідження; значення фізичної і колоїдної хімії у розв’язанні практичних завдань; фізичні і хімічні процеси і явища технологічних виробництв, основні інструментальні методи аналізу природної та питної води, грунту, повітря.

вміти: досліджувати методи одержання та властивості колоїдних систем; користуватись основними хімічними, фізико-хімічними приладами та обладнанням, лабораторною технікою та хімічним посудом; фіксувати та пояснювати спостереження і результати експериментальних досліджень, виконувати розрахунки на їх основі, узагальнювати результати дослідів у вигляді висновків; проводити інструментальний якісний та кількісний аналіз природних об’єктів (води, грунту); робити висновки щодо екологічної небезпеки досліджуваних об’єктів, придатності їх для с/г потреб.

6

3. Програма навчальної дисципліни „Хімія (фізична та колоїдна)”

Модуль 1. Фізична хімія

Змістовий модуль 1. Основи фізичної хімії

Тема 1. Основи хімічної термодинаміки та практичне

застосування її положень в хіміко-технологічних розрахунках Предмет фізичної хімії, її роль у вирішенні проблем навколишнього природного середовища. Основні поняття хімічної термодинаміки. Внутрішня енергія системи. Ентальпія. Перший закон термодинаміки. Теплові ефекти хімічних реакцій. Закон Гесса. Залежність теплових ефектів хімічних реакцій від температури. Другий закон термодинаміки. Ентропія. Енергія Гіббса. Енергія Гельмгольца. Напрямок хімічної реакції. Самочинні та несамочинні процеси. Практичне застосування термодинамічних розрахунків. Тема 2. Кінетика хімічних реакцій Швидкість хімічних реакцій. Фактори, що впливають на швидкість реакції. Закон діючих мас. Закон Вант-Гоффа. Каталіз та каталізатори. Тема 3. Хімічна рівновага

Хімічна рівновага. Константа хімічної рівноваги. Принцип Ле Шательє. Обчислення рівноваг. Молекулярність та порядок реакції. Тема 4. Розчини. Термодинаміка розчинів Основні поняття. Розчинність речовин у воді. Кінетика розчинення твердих речовин. Теплота розчинення. Насичені і пересичені розчини. Залежність розчинності електролітів від йонної сили розчину. Йонно-молекулярні рівноваги в розчинах електролітів. Модуль 2. Колоїдна хімія

Змістовий модуль 2. Основи колоїдної хімії

Тема 1. Фізико-хімія поверхневих явищ. Адсорбція

Поверхневі явища і їх значення. Дисперсність. Питома поверхня і вільна поверхнева енергія. Адсорбція. Адсорбція на межі поділу рідина-газ. Рівняння адсорбції Гіббса. Рівняння Шишковського. Адсорбція на межі поділу тверде тіло-газ. Теорія мономолекулярної адсорбції Ленгмюра. Ізотерми адсорбції Фрейдліха і Ленгмюра.

7

Полімолекулярна адсорбція. Поверхневі явища на межі поділу тверде тіло-рідина. Тема 2. Фізико-хімія дисперсних систем та їх властивості Предмет колоїдної хімії, її роль у вирішенні проблем навколишнього природного середовища. Класифікація дисперсних систем. Добування і властивості дисперсних систем. Очищення колоїдних розчинів. Оптичні та молекулярно-кінетичні властивості колоїдних розчинів. Світлопоглинання і світлорозсіювання в дисперсних системах. Ефект Тіндаля. Дифузія. Закон дифузії Ейнштейна. Осмотичний тиск золів. Рівняння Вант-Гоффа. Седиментаційно-дифузна рівновага. Седиментація та криві осадження і розподілу частинок за їх розмірами. Використання кінетичних властивостей дисперсних систем при вирішенні різних екологічних питань. Тема 3. Електрокінетичні властивості колоїдних систем Міцелярна теорія будови ліофобних золей. Будова подвійного електричного шару на межі поділу. Електрокінетичні явища. Електрофорез і електроосмос. Вплив електролітів на подвійний електричний шар і електрокінетичний потенціал. Ізоелектричний стан колоїдних систем. Ізоелектричні властивості забруднювачів промислових стічних вод. Тема 4. Стійкість і коагуляція колоїдних систем

Агрегативна і седиментаційна стійкість колоїдних систем. Теорія стійкості і коагуляції дисперсних систем. Коагуляція під дією електролітів. Поріг коагуляції. Правило Шульца-Гарді. Коагуляційні методи знешкодження забруднювачів промислових і стічних вод. Тема 5. Мікрогетерогенні дисперсні системи. Розчини

високомолекулярних сполук Аерозолі, порошки, суспензії, емульсії, піни. Способи одержання, фізико-хімічні властивості, практичне застосування. Високомолекулярні сполуки та їх властивості. Синтетичні і природні ВМС. Будова ВМС. Добування і властивості розчинів ВМС. Оптичні властивості розчинів ВМС. Стійкість розчинів ВМС.

8

4. Структура навчальної дисципліни „Хімія (фізична та

колоїдна)”

Назви змістових модулів і тем

Кількість годин денна форма Заочна форма

усьо

го

у тому числі у тому числі

л.

п.

лаб.

інд.

с.р.

усьо

го

л.

п.

лаб.

інд.

с.р.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Модуль 1. Фізична хімія

Змістовий модуль 1. Основи фізичної хімії Тема 1. Основи хімічної термодинаміки та практичне застосування її положень в хіміко-технологічних розрахунках

10 2 8 11 1 10

Тема 2. Кінетика хімічних реакцій

9 1 8 10 10

Тема 3. Хімічна рівновага

11 1 2 8 12 2 10

Тема 4. Розчини. Термодинаміка розчинів

10 2 8 10 10

Разом за змістовим модулем 1

40 6 2 32 43 1 2 40

Разом за

модулем 1 40 6 2 32 43 1 2 40

Модуль 2. Колоїдна хімія

Змістовий модуль 2. Основи колоїдної хімії

Тема 1 Фізико-хімія поверхневих явищ. Адсорбція

10 2 2 6 9 1 8

Тема 2. Фізико-хімія дисперсних систем та їх властивості

10 2 2 6 12 2 10

9

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Тема 3. Електро-кінетичні влас-тивості колоїд-них систем

8 2 - 6 8 8

Тема 4. Стійкість і коагуляція ко-лоїдних систем

11 2 4 5 10 2 8

Тема 5. Мікро-гетерогенні дис-персні системи. Розчини високо-молекулярних сполук

11 2 4 5 8 8

Разом за змістовим модулем 2

50 10 12 28 47 1 4 42

Разом за

модулем 2 50 10 12 28 47 1 4 42

Усього годин 90 16 14 60 90 2 6 82

5. Теми семінарських занять

Не передбачені робочим планом.

6. Теми практичних занять

Не передбачені робочим планом.

7. Теми лабораторних занять

№

з./п. Назва теми Кількість годин

денна форма

заочна форма

1 2 3 4 1 Вивчення хімічної рівноваги гомогенної

реакції 2 2

2 Вивчення адсорбції ацетатної кислоти активованим вугіллям

2 -

3 Добування і вивчення властивостей колоїдних розчинів

2 2

10

1 2 3 4 4 Визначення порогу електролітичної

коагуляції золю ферум(ІІІ) гідроксиду. Стійкість і коагуляція колоїдних систем

2 2

5 Одержання емульсій та визначення їх типу. Добування пін та їх стабілізація

2 -

6 Визначення ізоелектричної точки розчину желатини

2 -

7 Визначення оптимальних доз коагулянтів і вплив на процес коагуляції вапнування води

2 -

Разом 14 6

8. Самостійна робота

Розподіл годин самостійної роботи для студентів денної форми навчання:

Підготовка до аудиторних занять – 0,5 год./1 год. занять (А1 = 30 . 0,5 =15).

Підготовка до контрольних заходів – 6 год. на 1 кредит ЄКТС (К1 = 6 . 3 = 18).

Опрацювання окремих тем програми або їх частин, які не викладаються на лекціях - 60 год. (Т1 = 60 - 15 - 18 = 27).

8.1. Завдання для самостійної роботи

№

з./п. Назва теми Кількість

годин денна форма

заочна форма

1 2 3 4 1 Теплота утворення хімічної сполуки 3 4 2 Теплоємності рідин і твердих речовин 3 4 3 Зміна ентропії у фізичних процесах 3 4 4 Йонно-молекулярні рівноваги в розчинах

електролітів 3 4

5 Кінетика ферментативних реакцій 3 4

11

1 2 3 4 6 Коагуляційні методи знешкодження

забруднювачів промислових і стічних вод 3 4

7 Правило фаз 3 4 8 Осмотичний тиск у колоїдних системах 3 4 9 Седиментація. Седиментаційно-дифузна

рівновага 3 4

10 Порошки. Застосування 3 4 11 Мила та їх властивості 3 4 12 Білки як поліелектроліти 3 4 13 Колоїдний захист 3 4 14 Високомолекулярні сполуки та їх

властивості 3 4

15 Молекулярність та порядок реакції 3 4 16 Полімолекулярна адсорбція. 3 4 17. Очищення колоїдних розчинів. 3 4 18. Седиментація та криві осадження і

розподілу частинок за їх розмірами. 3 4

19. Використання кінетичних властивостей дисперсних систем при вирішенні різних екологічних питань

3 5

20. Електрофорез і електроосмос. 3 5 РАЗОМ 60 82

З метою кращого засвоєння тем, які виносяться на самостійне опрацювання всім студентам рекомендується написати професійно-орієнтовану наукову доповідь або реферат. З цією метою студентам надається професійно-орієнтований „Перелік тем наукових доповідей, рефератів”:

1. Теплові ефекти при розчиненні речовин, сольватація (гідратація), аквакомплекси і кристалогідрати.

2. Колоїдні розчини. Пептизація. Дисолюційна пептизація. 3. Дисперсні системи. Класифікація дисперсних систем. 4. Колоїдні розчини. Методи добування. Будова міцел. 5. Емульсії. Піни. 6. Полімери. Будова високомолекулярних сполук.

12

7. Білки. Ізоелектричний стан білків. Властивості розчинів білків в ізоелектричній точці.

8. Коагуляційні методи знешкодження забруднювачів промислових і стічних вод.

9. Використання кінетичних властивостей дисперсних систем при вирішенні різних екологічних питань.

10. Методи очищення колоїдних розчинів 11. Коагуляція. Поріг коагуляції. Закон Дерягіна. 12. Типи емульсій і пін, їх будова. 13. Полімолекулярна адсорбція. 14. Закони Гесса. 15. Перший і другий закони термодинаміки. Закон Кірхгофа. 16. Поверхнево-активні речовини та їх застосування. 17. Оптичні та молекулярно-кінетичні властивості золів.

9. Індивідуальне навчально-дослідне завдання

Не передбачене робочим планом.

10. Методи навчання

1. Лекційний курс з використанням експериментальних демонстрацій, технічних засобів навчання, графічних опорних конспектів, тематичного наочнення в спеціалізованій лекційній аудиторії для викладання хімічних навчальних дисциплін.

2. Виконання лабораторного практикуму в спеціалізованій хімічній лабораторії, обладнаній відповідними приладами та пристроями, хімічними реактивами, посудом, довідково-інформаційним наочненням, витяжною системою, обладнанням для електро-, газо-, водопостачання.

3. Тематичні консультації. 4. Самостійна робота студентів. 5. Оформлення та захист студентами звітів про виконання

лабораторних робіт.

13

6. Підготовка студентами професійно-орієнтованих наукових доповідей та рефератів.

7. Участь студентів в університетському турі предметної олімпіади з хімії.

8. Участь студентів в науково-дослідній роботі кафедри. 9. Проведення для невстигаючих студентів додаткових занять за

програмою середньої школи з хімії.

11. Методи контролю

1. Поточний контроль знань студентів проводиться шляхом оцінювання звітів про виконання лабораторних робіт, якості конспектів лекцій, двох письмових модульних контрольних завдань.

2. Контроль самостійної роботи студентів проводиться за результатами захисту відповідного звіту про самостійну роботу.

3. Усі форми контролю охоплені 100-бальною шкалою оцінювання знань студентів за ECTS.

4. Залік.

12. Розподіл балів, які отримують студенти

Поточний контроль знань (залік)

Поточне тестування та самостійна робота

Сум

а Змістовий модуль №1 50

Змістовий модуль №2 50

Т1 Т2 Т3 Т4 Модуль1 Т1 Т2 Т3 Т4 Т5 Модуль 2 9 9 8 9 15 7 7 7 7 8 15 100

14

Шкала оцінювання

Сума балів за всі види навчальної діяльності

Оцінка за національною шкалою

для заліку

90-100

зараховано

82-89 74-81 64-73 60-63

35-59 не зараховано з можливістю повторного

складання

0-34 не зараховано з обов’язковим повторним

вивченням дисципліни

13. Методичне забезпечення

1. Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт з навчальної дисципліни „Хімія (фізична та колоїдна)” для студентів за напрямом підготовки 6.090101 „Агрономія” денної та заочної форм навчання (№ 077-146). – Рівне: НУВГП, 2012.

2. Методичні вказівки до виконання контрольних робіт з дисципліни „Хімія (фізична та колоїдна)” для студентів напряму підготовки 6.090101 „Агрономія” денної та заочної форм навчання (№ 05-06-02). – Рівне: НУВГП, 2013.

3. Методичні вказівки до виконання контрольних робіт з дисципліни „Фізична та колоїдна хімія” для студентів напрямів підготовки 6.040106 „Екологія, охорона навколишнього середовища та збалансоване природокористування” і 6.090201 „Водні біоресурси та аквакультура” денної та заочної форм навчання (05-06-01 ). [Методичне забезпечення] / Буденкова, Н. М. and Назарук, Г. І. and Мисіна, О. І. (2013) / [Електронний ресурс]. – Режим доступу: http://ep3.nuwm.edu.ua/id/eprint/2581.

15

14. Рекомендована література

Базова

1. Яцков М. В. Фізична та колоїдна хімія : навч. посіб. / М. В. Яцков, Н. М. Буденкова, О. І. Мисіна. – Рівне : НУВГП, 2016. – 164 с. /[Електронний ресурс]. – Режим доступу: http://ep3.nuwm.edu.ua/id/eprint/5047.

2. Турчин П. Ф. Фізична та колоїдна хімія : інтерактивний комплекс навчально-методичного забезпечення / П. Ф. Турчин. – Рівне : НУВГП, 2008. – 269 с. / [Електронний ресурс]. – Режим доступу: http://ep3.nuwm.edu.ua/id/eprint/2280

3. Фізична та колоїдна хімія : навч. посібник / А. І. Костржицький, О. Ю. Калінков, В. М. Тіщенко, О. М. Берегова. ― К. : Центр навчальної літератури, 2008. ― 496 с.

4. Мороз А. С. Фізична та колоїдна хімія / А. С. Мороз, А. Г. Ковальова. ― Львів : Світ, 1994. ― 280 с.

5. Гомонай В. І. Фізична та колоїдна хімія : підручник /В. І. Гомонай. ― Вінниця : Нова книга, 2007. ― 494 с.

6. Яцков М. В. Фізична хімія та хімія силікатів : навч. посібник / М. В. Яцков, П. Ф. Турчин, М. М. Поліщук. ― Рівне : РДТУ, 2000. ― 115 с.

7. Буденкова Н. М. Фізична хімія та хімія силікатів : навч. посібник / Н. М. Буденкова, М. В. Яцков. ― Рівне : НУВГП, 2015. ― 188 с.

Допоміжна 1. Біофізична та колоїдна хімія : посібник / [А. С. Мороз, Л. П.

Яворська, Д. Д. Луцевич та ін.] ; під ред. А. С. Мороза. ― Вінниця : Нова книга, 2007. ― 600 с.

2. Цветкова Л. Б. Фізична хімія: теорія і задачі : навч. посібник / Л. Б. Цвєткова. ― Львів : Магнолія, 2008. ― 415 с.

3. Цветкова Л. Б. Колоїдна хімія: теорія і задачі : навч. посібник / Л. Б. Цвєткова. ― Львів : Магнолія, 2009. ― 292 с.

4. Чумак В. Л. Фізична хімія / В. Л. Чумак, С. В. Іванов. ― Київ : Книжкове вид-во Національного авіаційного університету, 2007. ― 646 с.

5. Колоїдна хімія / [М. О. Мчедлов-Петросян, В. І. Лебідь, О. М. Глазкова та ін.]. ― Харків : Фоліо, 2005. ― 302 с.

16

15. Інформаційні ресурси

1. Наукова бібліотека НУВГП (м. Рівне, вул. О.Новака, 75) / [Електронний ресурс]. – Режим доступу: http://nuwm.edu.ua/naukova-biblioteka/(http://nuwm.edu.ua/MySql/page_lib.php)