Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата. Необходимо отметить, что темпы развития современной науки, и химии в том числе, исключительно высоки: каждые десять лет общий объем научной информации
Необходимо отметить, что темпы развития современной науки, и химии в том числе, исключительно высоки: каждые десять лет общий объем научной информации возрастает в три – четыре раза. При этом основы любой науки в целом сохраняются. Именно понимание этих основ, а также внутренней логики конкретной науки необходимо в первую очередь бакалавру, получающему базовое образование.
Теоретический и фактический материал курса излагается на основе общехимической логики – периодического закона, электронной теории строения вещества, общих принципов химической термодинамики и кинетики. Все это должно обеспечить универсальность химического образования в рамках любых направлений и дать возможность успешно решать конкретные производственные задачи.
Начальные требования к освоению дисциплины
Дисциплина «Химия» изучается на базе курса химии средней школы. В связи с этим для освоения курса студент должен знать:
1. Символику химических элементов и устройство периодической системы элементов;
2. Строение атомов первых трех периодов;
3. Основные типы химических связей;
4. Основные химические понятия и законы;
5. Основные положения атомно-молекулярной теории;
6. Классификацию химических соединений и их общих свойств;
7. Основные типы химических реакций;
8. Простейшие стехиометрические расчеты по уравнениям реакций.
А. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины
На основе модели матрицы обученности предлагается типология знаний и умений по уровням усвоения дисциплины:
Фактический уровень
В результате теоретического изучения дисциплины студент должен знать:
1. Химическую терминологию при описании химических систем;
2. Классификацию элементов, простых и сложных веществ;
3. Стехиометрические законы химии, АМУ (атомно-молекулярное учение);
4. Различные уровни организации материи, их основные характеристики и свойства;
5. Строение атома на основе квантово-механической модели;
6. Основные типы химической связи, их важнейшие характеристики;
7. Виды межмолекулярного взаимодействия. Координационные соединения;
8. Химические системы. Основные понятия и определения. Гомогенные и гетерогенные системы. Условия существования систем. Фазовые равновесия систем;
9. Газовые системы. Газовые законы. Отличия идеальных и реальных газов. Химические реакции в газовой фазе;
10. Конденсированное состояние вещества. Кристаллическое состояние вещества. Химические связи в кристаллах;
11. Жидкие системы. Область жидкого состояния. Жидкие растворы и их классификация. Растворение и растворимость. Общие свойства растворов. Особенности химических реакций в жидких системах;
12. Дисперсные системы. Коллоидное состояние вещества. Поверхностные явления. Устойчивость и коагуляция дисперсных систем;
13. Энергетика химических процессов, возможность, направление и условия протекания химических и физико-химических процессов и явлений в природных и технологических системах;
14. Зависимость между составами, структурой, механическими, физическими и физико-химическими свойствами веществ в химических системах;
15. Химическая кинетика, методы регулирования скорости химической реакции. Каталитические реакции;
16. Химическое равновесие. Кинетический и термодинамический подход. Смещение химического равновесия;
17. Растворы электролитов. Общие свойства растворов электролитов;
18. Кислоты и основания. Теории кислот и оснований (Аррениуса, Бренстеда, Льюиса). Ионное произведение воды. Реакции нейтрализации и гидролиза;
19. Обменные реакции в растворах, количественные характеристики труднорастворимых соединений;
20. Окислительно-восстановительные реакции. Направление реакций. Стандартные окислительно-восстановительные потенциалы;
21. Электрохимические процессы. Гальванические элементы. Электролиз. Коррозия металлов и сплавов. Защиту от коррозии;
22. Основы качественного и количественного анализа. Химические методы анализа. Физико-химические методы исследования веществ.
Операционный уровень
В результате практического изучения дисциплины студент должен уметь:
1. Логически верно, аргументировано и ясно строить устную и письменную речь (ОК-2);
2. Уметь записывать уравнения и схемы процессов;
3. Проводить расчеты на основании стехиометричеких законов;
4. Определять состав атома, его строение, уметь записывать электронные формулы;
5. Определять строение, устойчивость и свойства комплексных соединений;
6. Описывать различные типы химических систем, рассчитывать важнейшие количественные характеристики;
7. Рассчитывать термодинамические параметры системы при протекании в них различных процессов;
8. Делать расчеты на основании закона действующих масс;
9. Устанавливать зависимость между составом, структурой, механическими, физическими и физико-химическими свойствами веществ в химических системах;
10. Рассчитывать количественные характеристики растворов и процессов (гидратация, диссоциация, гидролиз, осаждение, комплексообразование, коллоидообразование; проводить расчет растворимости вещества, определять состав раствора, его кислотность;
11. Рассчитывать количественные характеристики окислительно-восстановительных, процессов, направление реакции окисления-восстановления;
12. Описывать электрохимическую схему гальванического элемента и аккумулятора;
13. Делать расчеты на основании закона Фарадея;
14. Уметь записать процессы, протекающие при электрохимической коррозии.
Аналитический уровень
1. Выделять и формулировать химическую проблему или ее аспекты в процессе решения конкретной научно-технической задачи (ОК-10);
2. Интерпретировать полученные результаты термодинамических расчетов: оценивать термодинамическую устойчивость материала, делать вывод о возможности и условиях протекания химических и физико-химических процессов;
3. Делать вывод о направленности химического равновесия под действием различных факторов;
4. Выводить следствия из расчетов количественных характеристик гомогенных и гетерогенных окислительно-восстановительных процессов.
Структура и содержание дисциплины
Общая трудоемкость дисциплины 3 зачетных единицы 108 часов.
Таблица 1
| № п/п | Модуль и раздел дисциплины | семестр | Неделя семестра | Виды учебной работы и трудоемкость (в часах) | Формы текущего контроля Форма промежуточной аттестации | |||
| Лекц. | Лаб. занятия | СРС | Трудоемкость | |||||
| Строение вещества, уровни его организации. 1.1 Атомно-молекулярная теория 1.2 Строение атома. Периодический закон и система элементов Д.И. Менделеева.. Общая характеристика s-, p-, d-, f- элементов и их соединений. 1.3 Химическая связь. Виды связи, энергия связи, пространственное строение молекул, комплексные соединения, их строение и диссоциация. Межмолекулярное взаимодействие. Агрегатное состояние вещества. | 1-5 | контрольный опрос; экспресс контрольная работа | ||||||
| Химическая термодинамика, энергетика процесса. 2.1 Термодинамические системы, их классификация и параметры. 2.2 Термохимические законы. 2.3 Термодинамический подход к химическим реакциям, возможность протекания и направленность. Учение о кинетике химического процесса 2.4 Кинетика процесса и факторы регулирующие скорость процесса. 2.5 Химическое равновесие. | 5-11 | контрольный опрос; контрольная работа “Закономерности протекания химических процессов” | ||||||
| Жидкие системы – растворы. 3.1 Общие свойства растворов неэлектролитов. 3.2 Количественные характеристики растворов слабых и сильных электролитов. 3.3 Обменные реакции в растворах. 3.4 Коллоидное состояние вещества. Поверхностные явления и сорбционные процессы. Классификация систем по степени дисперсности распределяемой фазы. | 11-14 | контрольный опрос; контрольная работа | ||||||
| Окислительно-восстановительные процессы. 4.1. Классификация окислительно-восстановительных процессов. 4.2. Электрохимические процессы, протекающие самопроизвольно и принудительно. 4.3 Коррозия металлов | 14-17 | Контрольная работа | ||||||
| 5.1 Специальная часть. Конструкционные материалы |
Краткое содержание лекционного курса
Строение вещества
Атомно-молекулярная теория. Основные определения. Моль. Законы стехиометрии. Язык химии.
Строение атома. Ядро и электроны. Атомный номер элемента. Изотопы. Волновые свойства электрона. Квантово-механическая модель атома. Квантовые числа. Электронная конфигурация атомов. Электроотрицательность. Общая характеристика элементов четырех электронных семейств периодической системы.
Химическая связь. Характеристики связи. Природа связи. Типы химических связей. Способы образования ковалентной связи. Методы ВС и МО. Химическая связь в многоатомных молекулах. Металлическая связь. Зонная теория кристаллических тел. Влияние типа химической связи между частицами в кристалле на физико-механические свойства кристаллических тел. Комплексообразование, типы химической связи в комплексных соединениях. Газообразное и конденсированное состояние вещества.