Учебные дисциплины в университете
Кафедра обеспечивает подготовку студентов университета по фундаментальной естественнонаучной дисциплине – общей химии, а также по отдельным разделам и специальным вопросам химии. Она ведет учебную работу на первом курсе бакалавриата и специалитета НИЯУ МИФИ, в отдельных группах старших курсов, магистратуры и аспирантуры. В текущем учебном году предусмотрены лекции и практические занятия, домашние задания и контрольные работы, зачеты и экзамены по химическим дисциплинам в соответствии с образовательными стандартами, принятыми в НИЯУ МИФИ.
Общая химия.
Курс общей химии реализуется для первокурсников, обучающихся по большинству направлений подготовки в университете. Помимо традиционных разделов (строение атома и химическая связь, энергетика, кинетика и равновесие, химия растворов и коллоидных систем, электрохимия), в нем изучают ряд тем, ориентированных на профиль университета (химия водорода, лантаноидов и актиноидов, радиохимия, методы разделения близких по свойствам элементов). Курс постоянно обновляется, обеспечивается современными образовательными технологиями, оборудованием, фондом оценочных средств. Курс также адаптирован для обучения иностранных студентов. Для наиболее «продвинутых» студентов ежегодно проводятся химическая олимпиада и отбор в студенческий научный кружок СХИБ-19.
Лабораторный практикум
Типы химических реакций.
Основы качественного анализа.
Основы количественного анализа. Титриметрия.
Основы количественного анализа. Фотоколориметрия. Потенциометрия.
Химическое равновесие в водных растворах электролитов.
Скорость химических реакций.
Окислительно-восстановительные реакции.
Свойства коллоидных растворов.
Комплексные соединения.
Церий, торий, уран.
ICP-спектрометрия для контроля качества воды.
Методы разделения химических элементов.
Другие дисциплины
Кафедрой поставлен ряд отдельных дисциплин: «Физическая химия», «Физическая химия и основы термодинамики», «Органическая химия», «Химия реакторных материалов», «Технология полупроводников», «Химические технологии», «Электрохимия», «Химия элементов и соединений», «Химические измерения», «Концепции современного естествознания: химия», «Экология». «РФП», «Химия. Радиохимия» Эти дисциплины предназначены для углубления знаний по тем или иным разделам химии, освоения специальных вопросов химии, развития межпредметных связей с другими науками. Накоплен положительный опыт ведения этих дисциплин в качестве базовых, элективных или факультативных. Некоторые из этих дисциплин включены в текущие учебные планы университета. Кроме того, сотрудниками кафедры предложен ряд новых дисциплин по актуальным проблемам химических наук и технологий. Ниже даны краткие планы курсов.
Читаемые дисциплины
Химические технологии (проф. Вальков А. В.)
В курсе изучаются основы химической технологии применительно к гидрометаллургическим методам получения металлов, применяемых в атомной технике. Рассматриваются физико-химические закономерности процессов выщелачивания металлов из руд и методы разделения: осаждение и кристаллизация, экстракция и сорбция. Излагаются современные методы получения чистых соединений металлов: урана, тория, циркония, гафния, тантала и ниобия, гадолиния, эрбия и европия.
Cодержание:
Введение. Процессы выщелачивания. Химические методы осаждения малорастворимых соединений и кристаллизация. Ионный обмен и жидкостная экстракция. Технология металлов атомной энергетики. Технология металлов атомной энергетики. Технология металлов атомной энергетики.
Лабораторные работы: Выделение гадолиния и эрбия методом экстракции. Извлечение циркония из концентрированных растворов методом экстракции. Разделение тантала и ниобия экстракцией октанолом. Извлечение урана из растворов подземного выщелачивания методом сорбции.
Химия. Электрохимические процессы (проф. Сергиевский и др.)
Типы электрохимических процессов. Классификация электродов. Гальванический элемент. Электролиз. Основные виды коррозии металлов.
Лабораторная работа «Электрохимические процессы»
Органическая химия (для материаловедов, доцент Месяц .Е. А)
Основные классы органических соединений. Роль органических соединений в создании композиционных материалов. Функциональные группы. Типы химических связей в органических соединениях. Химическое строение органических соединений. Гомология и изомерия, номенклатура органических соединений. Электронные эффекты заместителей. Алканы. Арены. Галогенпроизводные углеводородов, кислородсодержащие органические соединения. Амины. Химия высокомолекулярных соединений. Полимер, макромолекула. Мономер, сополимер, олигомер. Структурное звено, степень полимеризации. Химическое строение. Линейные, разветвленные, сетчатые (трехмерные) полимеры. Природные и искусственные полимеры. Композиты.
Практикум. Методы разделения и очистки органических веществ. Функциональный анализ органических соединений. Природные, искусственные и синтетические полимеры. Получение и свойства. Определение молекулярной массы эпоксидной смолы и волокон из различных прекурсоров. Стадии получения полиакрилнитрилового и углеродного волокна. Композиты на основе углеродных волокон. Ключевые операции производства наполненных композитов.
Органическая химия (для биомедицины, ст. преподаватель Наговицына О. А)
Предмет органической химии. Теория Бутлерова. Изомеры и гомологи. Основные классы органических соединений. Алканы. Непредельные углеводороды. Арены. Галогенпроизводные углеводородов, кислородсодержащие органические соединения. Спирты и фенолы. Альдегиды и кетоны. Органические кислоты и основания: карбоновые кислоты амины. Аминокислоты и белки. Углеводы, липиды. Нуклеотиды. Нуклеозиды. Нуклеиновые кислоты. Нуклеопротеиды. Витамины. Гормоны. Супрамолекулярная химия.
Лабораторные работы. Функциональный анализ кислородсодержащих органических соединений. Белки и аминокислоты. Количественный анализ белков. Углеводы и липиды.
Физическая химия (доцент Глаголева М. А.)
Введение. Химическая термодинамика. Законы термодинамики. Химический потенциал. Гомогенные и гетерогенные системы. Энантиотропия и монотропия. Уравнения изотермы химической реакции (изотермы Вант-Гоффа) для равновесных систем и систем, не находящихся в равновесии, при условии постоянства температуры и давления или температуры и объема. Реальные газы. Метод Льюиса и метод Ван-дер-Ваальса. Растворы. Идеальный раствор. Неидеальные растворы. Предельно-разбавленный раствор. Уравнение Дюгема-Маргулеса. Коллигативные свойства растворов. Регулярные и атермальные растворы. Растворы электролитов. Термодинамические свойства растворов электролитов. Равновесие в растворах электролитов. Перенос заряда в растворах электролитов. Электродные процессы. Мембранное равновесие и мембранная разность потенциалов. Кинетика химических реакций. Простые и сложные реакции (параллельные, сопряженные, обратимые, последовательные). Цепные реакции. Фотохимические реакции. Источники излучений. Радиолиз воды. Зависимость скорости реакции от температуры. Кинетика гетерогенных реакций. Гетерогенный и гомогенный катализ. Кинетика реакций, катализируемых ферментами. Уравнение Михаэлиса-Ментен. Поверхностные явления. Растворы макромолекулярных соединений и коллоидные системы. Методы определения молярной массы высокомолекулярных соединений. Оптические свойства растворов.
Лабораторные работы
Правила техники безопасности. Ознакомление с устройством кондуктометра, рН-метра, спектрофотометра и методиками градуировки и измерения.
Потенциометрическое титрование: реакции нейтрализации и окислительно-восстановительные реакции.
Кондуктометрическое титрование.
ICP-спектрометрия. Построение градуировочной кривой.
ICP-спектрометрия. Карбонатная очистка.
Построение изотермы адсорбции поверхностно-активных веществ.
Адсорбция уксусной кислоты на активированном угле.
Адсорбция фенола на активированном угле. Флюорометрический анализ полученных проб.
Адсорбция катионов металлов на катионите. Вольтамперометрический анализ полученных проб.
Анализ природной воды на содержание катионов металлов вольтамперометрическим методом.
Определение константы диссоциации слабого электролита кондуктометрическим методом.
Определение константы диссоциации слабого электролита потенциометрическим методом.
Определение константы диссоциации одноцветного индикатора фотоколориметрическим методом.
Определение физико-химических характеристик веществ при растворении кондуктометрическим методом.
Изучение кинетики реакции омыления сложного эфира кондуктометрическим методом.
Изучение кинетики разложения мурексида фотоколориметрическим методом.
Изучение кинетики каталитического разложения пероксида водорода газометрическим методом.
Буферные растворы.
Определение водородного показателя воды и водных растворов.
Химия. Радиохимия (проф. Вальков А. В.)
Радиоактивность и ядерные реакции. Химия радиоактивных элементов. Методы разделения изотопов. Ядерные реакторы и радиоактивные отходы, изотопный обмен.
Применение радиофармпрепаратов в ядерной медицине и другие области применения радиохимии. Метод радиоактивных индикаторов и его применение. Дефектоскопия.
Подготовленные дисциплины
Современные методы аналитической химии (доцент Ананьева Е. А.)
Объем курса: лекции 32-48 ч, семинары -16 ч, лабораторные работы - 32 ч
Введение. Предмет аналитической химии, ее структура; место в системе наук. Аналитическая химия. Метрологические основы химического анализа. Основные стадии химического анализа. Типы химических реакций и процессов в аналитической химии. Основные типы химических реакций в аналитической химии: кислотно-основные, комплексообразования, окисления-восстановления. Используемые процессы: осаждение-растворение, экстракция, сорбция. Пробоотбор и пробоподготовка. Основные объекты анализа. Объекты окружающей среды: биологические и медицинские; геологические; продукты металлургической промышленности; атомные материалы; природные и синтетические органические вещества и элементоорганические соединения, полимеры; специальные (токсичные и радиоактивные вещества, токсины в пищевых продуктах, наркотики, взрывчатые и легковоспламеняющиеся вещества, газы, космические объекты). Методы обнаружения и идентификации. Идентификация атомов, ионов и веществ. Дробный и систематический анализ. Качественые реакции. Методы выделения, разделения и концентрирования. Экстракция. Осаждение и соосаждение. Хроматография. Гравиметрия. Титриметрия. Электрохимические методы. Спектроскопия. Атомно-эмисионная. атомно-абсорбционная, молекулярно-оптическая спектроскопия
Лабораторные работы
Дробный и систематический анализ. Качественные реакции в химической идентификации неорганических веществ.
Химическая идентификация органических веществ по функциональным группам
Объемный анализ. Комплексонометрическое определение жесткости воды (Содержания меди, никеля).
Методы окислительно-восстановительного титрования. Перманганатометрия. Определение железа(II), марганца(II), оксалатов, пероксида водорода, нитритов. Иодометрия. Бихроматометрия. Определение железа(II), урана.
Спектрофотометрическое определение содержания в питьевой воде марганца с использованием формальдоксима меди с купризоном; железа с ортофенантралином.
Потенциометрическое титрование. Сильная одноосновная кислота + сильное основание; Слабая одноосновная кислота + сильное основание; Слабая многоосновная кислота + сильное основание; Перманганатометрия;.Бихроматометрия; Цериметрия.
Ионометрия. Ионоселективные электроды. Определение содержания в воде фторид-, нитрат ионов.
Высокоэффективная жидкостная хроматография. Определение содержания в воде и водных растворах анионов (фторид-, хлорид-, нитрат-, фосфат-, сульфат-ионов) и катионов (калия, натрия, аммония, магния) в водных растворах
Вольтамперометрическое определение содержания тяжелых металлов (кадмия, цинка, меди, свинца)
Кондуктометрическое титрование: Сильная кислота +сильное основание; Слабая кислота+ сильное основание; Соль слабой кислоты и сильного основания+сильная кислота; Растворимая соль другой солью с образованием осадка (NaCl+AgNO3)
Атомно-эмиссионная спектроскопия. Определение содержания химических элементов в том числе тяжелых металлов.
Флуориметрический метод определения содержания нефтепродуктов, фенолов, анионных поверхностно-активных веществ.
Химия координационных соединений (проф. Кузнецов В. В.)
1. Строение координационных соединений и физические методы его установления
Систематика и номенклатура координационных соединений. Основные понятия координационной химии. Применение теории кристаллического поля для описания химической связи в координационных соединениях. Метод молекулярных орбиталей в координационной химии. Описание типов координационных соединений и их реакционной способности с использованием метода молекулярных орбиталей. Современные методы установления пространственного и электронного строения координационных соединений
2. Термодинамика и кинетика реакций комплексообразования в растворах
Общие проблемы сольватации атомно-молекулярных частиц и комплексообразования в растворах. Прямые и косвенные методы определения констант устойчивости. Кинетика и механизмы реакций замещения лигандов. Кинетика и механизмы окислительно-восстановительных реакций и реакций комбинирования. Металлокомплексный катализ. Темплатный синтез. Супрамолекулярные координационные соединения и методы их синтеза. Реакции внедрения и миграции лиганда. Кинетика и механизм реакций внедрения. Катализ комплексами переходных металлов. Каталитические циклы.
Гидрирование и изомеризация алкенов. Катализатор Уилкинсона. Реакции сочетания. Гидроформилирование. Оксосинтез и вакер-процесс. Карбонилирование. Монсанто-процесс. Реакции метатезиса алкенов и их катализ. Возникновение карбенов Шрока в условиях гомогенного катализа. Ионная полимеризация алкенов на катализаторах Циглера-Натта. Радикальный механизм реакций с участием координационных соединений и экспериментальные методы его изучения. Координационная химия поверхности. Поверхностные функциональные группы. Понятие о гетерогенном катализе с использованием координационных соединений.
Теоретическая электрохимия (для магистров, проф. Кузнецов В. В.)
1. Строение заряженных межфазных границ
Адсорбция на межфазной границе "металл-раствор" с полным и частичным переносом заряда. Подпотенциальное осаждение. Совершенный поляризуемый электрод. Потенциалы полного и свободного нулевого заряда. Электрокапиллярные кривые и кривые заряжения первого и второго рода. Изотермы адсорбции адатомов. Особенности строения межфазной границы на оксидных электродах.
2. Массоперенос в электрохимических системах
Теория конвективной диффузии. Учет миграции в случае участия в электродных реакциях комплексов металлов, влияние их заряда на миграционных перенос. Способы увеличения предельного тока в разбавленных растворах электролитов. Решение в случае плоского электрода и полусферического микроэлектрода.
3. Электрохимическая кинетика и электрокатализ
Кинетика сложных электрохимических реакций. Химическое перенапряжение в случае замедленной гетерогенной химической стадии и в случае замедленной гомогенной электрохимической стадии. Теоретические основы создания низкотемпературных топливных элементов. Фазовое осаждение металлов. Термодинамическая и атомистическая теории нуклеации. Двумерное и трехмерное зародышеобразование. Факторы, влияющие на скорость нуклеационных процессов. Мгновенная и прогрессирующая нуклеация. Рост кристаллов. Морфологические типы электродных осадков. Физические свойства продуктов электроосаждения.
4. Современные представления о переносе заряда в конденсированных средах
Перенос заряда. Теория Маркуса. Коэффициенты переноса. Квантовая электрохимия. Ближний и дальний перенос электрона. Квантово-химические представления в электрохимической кинетике.
Электрохимические процессы в нанотехнологиях (для магистров, проф. Кузнецов В. В.)
1.Электрохимические процессы, применяемые в нанотехнологиях
Электрохимические процессы, потенциально пригодные для использования в электрохимических нанотехнологиях. Электроосаждение металлов. Механизмы электрокристаллизации.. Особенности процесса на монокристаллических электродах. Электроосаждение оксидов и проводящих полимеров.
2. Нелокальные и локальные методы создания наносистем электрохимическими методами
Темплатное и квазитемплатное осаждение в оксидные и полимерные матрицы. Получение нанопроволок. Электрохимическое осаждение двумерных наносистем. Иммобилизация коллоидных систем. Самоорганизующиеся адсорбционные слои на поверхности электродов. Сорбция тиолов на поверхности Au(111). Локальные нанотехнологии, связанные с применением метода сканирующей туннельной микроскопии. Нанолитография. Электрохимические процессы в технологии микропроцессоров и микроплат, в сочетании с нанолитографией.
3. Каталитические приложения наносистем, созданных электрохимическими методами
Электрокатализ адатомами. Принципы бифункционального катализа и эффекта «третьего тела». Применение установленных закономерностей для управления реакциями электроокисления монооксида углерода, метанола и муравьиной кислоты. Восстановление нитрат-ионов как перспективная реакция для электрохимических сенсоров.
4. Современные физические методы исследования наносистем
Кривая распределения частиц по размерам как важнейшая характеристика наносистем. Экспериментальные методы получения таких зависимостей. Микроскопические и дифракционные методы.
Учебные пособия и методические комплексы, созданные на кафедре
Общая химия (теория, сборники тестов и задач, практикум, электронный учебник)
Неорганическая химия (сборник упражнений)
Органическая химия (практикум)
Аналитическая химия (отдельные разделы практикума)
Физическая химия (теория, практикум)
Химические технологии (теория, отдельные разделы практикума)
Методическое пособие для дополнительного образования школьников.