Химия твердого тела

Бакалавриат 2021/2022

Лучший по критерию «Полезность курса для Вашей будущей карьеры»

Лучший по критерию «Новизна полученных знаний»

Статус: Курс по выбору (Химия)

Направление: 04.03.01. Химия

Кто читает: Факультет химии

Где читается: Факультет химии

Когда читается: 3-й курс, 1, 2 модуль

Формат изучения: без онлайн-курса

Охват аудитории: для своего кампуса

Преподаватели: Стенина Ирина Александровна, Ярославцев Андрей Борисович

Язык: русский

Кредиты: 4

Контактные часы: 62

Полная версия программы учебной дисциплины

Аннотация

Одной из наиболее привлекательных задач для любого химика является направленный синтез веществ или материалов с заданными свойствами. По большому счету это то, для чего существует химия вообще. Все материалы, с которыми приходится работать современным исследователям (металлы, керамика, полимеры, композиционные материалы и др.) являются твердыми. Их свойства определяются совокупностью образующих их атомов, химической связью между ними и морфологией. Но не меньшую роль играет и так называемая реальная структура твердого тела, включающая все множество образующихся в нем различного типа дефектов (точечные и протяженные дефекты, границы раздела и пр.). Последние определяют реакционную способность, многие электрофизические свойства соединения, его механические свойства и многое другое. Часто именно они способны кардинально изменить свойства вещества. Изменение совокупности этих параметров приводит к разнообразию получаемых материалов, а самое главное – их свойств. В конечном итоге знание этих закономерностей позволяет синтезировать материалы с совершенно различными свойствами, включая материалы с высокой прочностью или пластичностью, диэлектрики, материалы с высокой электронной или ионной проводимостью, магнитными или каталитическими свойствами и многие другие. Целями освоения дисциплины Химия твердого тела являются формирование у обучающихся основ знаний по природе химической связи, точечных и протяженных дефектах, процессах диффузии в твердых телах, их взаимодействии с электромагнитным полем, поверхности и реакционной способности твердых тел, установлению взаимосвязи структуры и природы химической связи в твердых телах с их физическими и химическими свойствами, играющими ключевую роль при их использовании в практических приложениях. Данный курс будет включать следующие основные разделы: 1. Строение твердых тел. Энергия кристаллов. 2. Точечные дефекты, протяженные дефекты и механические свойства. 3. Диффузия в твердых телах. 4. Электромагнитные свойства, 5. Электронная проводимость. 6. Ионная проводимость. Поверхность твердых веществ. 7. Твердофазные реакции

Цель освоения дисциплины

Целями освоения дисциплины Химия твердого тела являются формирование у обучающихся основ знаний по природе химической связи, точечных и протяженных дефектах, процессах диффузии в твердых телах, их взаимодействии с электромагнитным полем, поверхности и реакционной способности твердых тел, установлению взаимосвязи структуры и природы химической связи в твердых телах с их физическими и химическими свойствами, играющими ключевую роль при их использовании в практических приложениях. Одной из наиболее привлекательных задач для любого химика является направленный синтез веществ или материалов с заданными свойствами. По большому счету это то, для чего существует химия вообще. Все материалы, с которыми приходится работать современным исследователям (металлы, керамика, полимеры, композиционные материалы и др.) являются твердыми. Их свойства определяются совокупностью образующих их атомов, химической связью между ними и морфологией. Но не меньшую роль играет и так называемая реальная структура твердого тела, включающая все множество образующихся в нем различного типа дефектов (точечные и протяженные дефекты, границы раздела и пр.). Последние определяют реакционную способность, многие электрофизические свойства соединения, его механические свойства и многое другое. Часто именно они способны кардинально изменить свойства вещества. Изменение совокупности этих параметров приводит к разнообразию получаемых материалов, а самое главное – их свойств. В конечном итоге знание этих закономерностей позволяет синтезировать материалы с совершенно различными свойствами, включая материалы с высокой прочностью или пластичностью, диэлектрики, материалы с высокой электронной или ионной проводимостью, магнитными или каталитическими свойствами и многие другие. Настоящая дисциплина относится к вариативной часть профессионального цикла дисциплин. Изучение данной дисциплины базируется на следующих дисциплинах: • Физика • Физическая химия • Органическая химия • Кристаллохимия

Планируемые результаты обучения

Демонстрирует знание о кинетике твердофазных процессов, методах ее ускорения и возможности практического использования твердофазных реакций
Демонстрирует знание о процессах диффузии в твердых телах, их электромагнитных свойствах и электронной проводимости. Имеет представление о взаимосвязи процессов диффузии атомов и ионов и концентрации точечных дефектов. Понимает какие типы структур могут обеспечить проявление электромагнитных свойств и проводимости.
Демонстрирует знание о строении твердых тел, энергии разных типов кристаллов, точечные и протяженных дефектах. Имеет представление о взаимосвязи протяженных дефектов и механических свойствах твердых тел.
Демонстрирует знание об ионной проводимости, структуре и энергии поверхности твердых веществ. Имеет представление о процессах поверхностной диффузии, свойствах наноматериалов и композиционных материалов.
Может осуществлять обработку и анализ научно-технической информации из специальной литературы по установлению взаимосвязи структуры и природы химической связи в твердых телах с их физическими и химическими свойствами.

Содержание учебной дисциплины

Строение твердых тел. Энергия кристаллов. Точечные дефекты, протяженные дефекты и механические свойства.
Диффузия в твердых телах. Электромагнитные свойства, электронная проводимость
Ионная проводимость. Поверхность твердых веществ.
Твердофазные реакции

Элементы контроля

Контрольная работа 1
Письменная работа 80 минут
Контрольная работа 2
Письменная работа 80 минут
Контрольная работа 3
Письменная работа 80 минут
Контрольная работа 4
Письменная работа 80 минут
Экзамен

Промежуточная аттестация

2021/2022 учебный год 2 модуль
0.1 * Контрольная работа 3 + 0.1 * Контрольная работа 2 + 0.1 * Контрольная работа 1 + 0.1 * Контрольная работа 4 + 0.6 * Экзамен

Список литературы

Авторы

Ярославцев Андрей Борисович

Программа дисциплины