2023/2024

Химия твердого тела

Лучший по критерию «Полезность курса для Вашей будущей карьеры»

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

Преподаватели: Стенина Ирина Александровна, Ярославцев Андрей Борисович

Язык: русский

Кредиты: 3

Контактные часы: 52

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

Элементы контроля

• Письменная работа
  Решение задач
• Доклад
  Доклад по заданной теме.
• Экзамен

Промежуточная аттестация

• 2023/2024 учебный год 4 модуль
  0.2 * Доклад + 0.2 * Письменная работа + 0.6 * Экзамен

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

Авторы

• Ярославцев Андрей Борисович
• Стенина Ирина Александровна
• Постриганова Анастасия Владимировна
• Еремейкина Елена Алексеевна