2022/2023
Химия твердого тела
Лучший по критерию «Полезность курса для расширения кругозора и разностороннего развития»
Лучший по критерию «Новизна полученных знаний»
Статус:
Дисциплина общефакультетского пула
Кто читает:
Факультет химии
Когда читается:
3, 4 модуль
Охват аудитории:
для своего кампуса
Язык:
русский
Кредиты:
3
Контактные часы:
60
Программа 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
Промежуточная аттестация
- 2022/2023 учебный год 4 модуль0.15 * Коллоквиум + 0.55 * Экзамен + 0.15 * Доклад
Список литературы
Рекомендуемая основная литература
- Епифанов Г.И. - Физика твердого тела - Издательство "Лань" - 2011 - 288с. - ISBN: 978-5-8114-1001-9 - Текст электронный // ЭБС ЛАНЬ - URL: https://e.lanbook.com/book/2023
- Матухин В.Л., Ермаков В.Л. - Физика твердого тела - Издательство "Лань" - 2010 - 224с. - ISBN: 978-5-8114-0923-5 - Текст электронный // ЭБС ЛАНЬ - URL: https://e.lanbook.com/book/262
- Функциональные наноматериалы : учеб. пособие для вузов, Елисеев, А. А., 2010
Рекомендуемая дополнительная литература
- Ray, B. C., Das, S., & Mukherjee, J. (2018). General and Inorganic Chemistry. [N.p.]: New Central Book Agency. Retrieved from http://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&site=eds-live&db=edsebk&AN=2239989
- Курс общей физики. Кн.5: Квантовая оптика. Атомная физика. Физика твердого тела. Физика атомного ядра и элементарных частиц, Савельев, И. В., 2001
- Физика твердого тела : учеб. пособие для вузов, Епифанов, Г. И., 1977
- Физическая химия, Ярославцев, А. Б., 2018
- Химия твердого тела, Ярославцев, А. Б., 2009