В результате изучения учебной дисциплины «Химия» студенты должны:
Знать:
-теорию основных разделов химии в соответствии с данной программой;
- проявление теоретических закономерностей в растворах пищевых и непищевых
компонентов (в гомогенных и гетерогенных системах).
-основные законы химии и физики, общетеоретические основы строения
органических веществ и основные механизмы реакций.
-основные понятия и определения в области аналитической химии, химанализа,
химических методов, методик, инструментария для проведения исследований, а
также сведения о статистической обработке экспериментальных данных, основных положений по технике безопасности
Уметь:
-применять теоретические знания по химической связи и строению молекул к
компонентам пищевых и непищевых систем;
-рассчитывать важнейшие характеристики растворов (концентрацию, pH
растворов электролитов, константы диссоциации и гидролиза и др.);
-составлять уравнения ионных реакций и окислительно-восстановительных
реакций;
-использовать знания по свойствам веществ и растворов в экспертизе пищевых и
непищевых систем.
-решать практические задачи и применять полученные знания в процессе изучения специальных дисциплин.
-применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и
экспериментального исследования органических веществ при изучении сырья.
-использовать методы химической идентификации веществ, правила отбора
средней пробы, а также компьютерные программы обработки результатов
эксперимента
Владеть:
-основными методами технической безопасности.
-самостоятельной работы в химической лаборатории, проведения химанализа для
последующего его использования при контроле качества потребительских товаров.
Формы контроля:
1.Текущий контроль.
Выдается задание для самоподготовки. Этот материал студент должен проработать до выполнения лабораторных работ. Письменный ответ на вопросы для самоконтроля рассматривается как допуск к выполнению лабораторной работы. Интенсификация учебного процесса, сокращение времени на проверку усвоения студентами отдельных разделов практикума достигается применением контролирующим программ- тестов. Программы используются для проведения экспресс-контроля, а также для самостоятельной подготовки студентов к выполнению лабораторных работ.
Проверка отчета по выполненной лабораторной работе, защита работы, включающая усвоение учебного материала по отдельным разделам дисциплины осуществляется в форме собеседования, а также компьютерного тестирования.
2. Итоговый контроль.
Итоговым контролем по дисциплине является экзамен, проводимый в комбинированной форме (тестирование, в письменном виде).
Выполнение всех предусмотренных учебной программой лабораторных работ, их защита, а также правильные ответы на, вынесенные на зачет, вопросы служит основанием для получения зачета по дисциплине.
Формирование итоговой оценки по дисциплине с использованием бально-рейтинговой оценки работы студента в семестре.
Цифровое выражение
Словесное
выражение
Описание
5
Отлично
Выполнен полный объем работы, ответ студента полный и правильный. Студент способен обобщить материал, сделать собственные выводы, выразить свое мнение, привести иллюстрирующие примеры
4
Хорошо
Выполнено 75% работы, ответ студента правильный, но неполный. Не приведены иллюстрирующие примеры, обобщающее мнение студента недостаточно четко выражено
3
Удовлетворительно
Выполнено 50% работы, ответ правилен в основных моментах, нет иллюстрирующих примеров, нет собственного мнения студента, есть ошибки в деталях.
2
Неудовлетворительно
Выполнено менее 50% работы, в ответе существенные ошибки в основных аспектах темы.
4. Содержание программы учебной дисциплины «Химия»
4.1. Содержание разделов дисциплины “Химия”
№ п/п
Наименование разделов дисциплины
Содержание
Формируемые компетенции
Результаты освоения (знать, уметь, владеть)
Образовательные технологии
1
Основные законы химии. Периодическая система Д.И.Менделеева. Химическая связь.
Роль и значение химии в современном обществе. Значение химических знаний для подготовки студентов по специальностям 100800.
Простые и сложные вещества. Единицы количества вещества: моль, химический эквивалент. Основные законы химии. Закон эквивалентов. Расчет эквивалентных масс для различных классов неорганических соединений.
Строение электронных оболочек атомов. Квантово-механическое представление о строении электронных оболочек атомов. Периодический закон Д.И. Менделеева и периодическая система элементов. Причина периодичности изменения свойств элементов на основании данных о строении электронных оболочек атомов. Электронные аналоги. Изменения свойств химических элементов, периодические изменения важнейших характеристик химических элементов: эффективных радиусов атомов и ионов, энергии ионизации, сродства к электрону, электроотрицательности. Кислотно-основные и окислительно-восстановительные свойства элементов. Реакционная способность веществ.
Квантово-механические представления о возможности возникновения химической связи между атомами. Характеристики химической связи: длина связи, энергия связи, валентный угол.
Основные положения метода валентных связей (ВС). Ковалентная связь.
Насыщаемость ковалентной связи. Валентность. Гибридизация атомных орбиталей при образовании связи, , ; -связи. Полярные и неполярные молекулы.
Ионная связь как крайний случай полярной ковалентной связи.
ОК и ПК
знать: основные понятия и законы химии; классификацию и химические свойства основных классов неорганических соединений., основные положения теории строения атома и формулировку периодического закона, основные положения теории химических связей, виды и механизмы ее образования.
Уметь: решать задачи с применением законов химии, составлять графические формулы и описывать свойства неорганических веществ, описывать строение атомов элементов и объяснять периодичность изменения их свойств, описывать строение веществ и объяснять их пространственное строение.
Методы: словесный, наглядный методы обучения, работа с книгой.
2
Свойства растворов. Электролитическая диссоциация.
Общая характеристика растворов и их классификация. Способы выражения количественного состава растворов. Массовая доля, молярная концентрация и малярная концентрация эквивалентов растворов. Коэффициент растворимости. Взаимные пересчеты концентрации растворов.
Растворы как многокомпонентные системы. Физические и химические процессы, сопровождающиеся образованием растворов электролитов и неэлектролитов. Гидратная теория Д. И. Менделеева.
Водные растворы электролитов. Электролитическая диссоциация. Роль растворителя. Зависимость направления диссоциации от характера химических связей в молекулах электролитов. Механизм диссоциации электролитов с ионными и полярными ковалентными связями.
Теория кислот и оснований. Сильные и слабые электролиты. Степень диссоциации. Диссоциация кислот, оснований, амфотерных электролитов и солей. Обратимость и ступенчатая диссоциация слабых электролитов. Зависимость степени диссоциации от природы растворителя, от концентрации и температуры раствора. Константа диссоциации слабых электролитов. Смещение равновесия диссоциации в растворах электролитов. Закон разбавления Освальда.
Электролитическая диссоциация воды. Ионное произведение воды. Концентрация ионов водорода в воде и в водных растворах кислот и оснований. Водородный показатель (рН).
Гидролиз солей. Различные случаи гидролиза солей. Степень гидролиза. Влияние температуры, концентрации раствора и природы соли на степень гидролиза. Смещение равновесия гидролиза. Необратимый гидролиз.
Труднорастворимые электролиты. Произведение растворимости. Условия образования и растворения осадков.
ОК и ПК
Знать: способы выражения состава растворов, положения теории электролитической диссоциации электролитов и гидролиз солей.
Уметь: вычислять состав и количества индивидуальных веществ в растворах, составлять молекулярные и ионные уравнения диссоциации и гидролиза, определять реакцию среды.
Методы: словесный, наглядный методы обучения, работа с книгой.
3
Окислительно-восстановительные реакции
Окислительно-восстановительные свойства веществ. Сущность окислительно-восстановительных реакций. Методы составления уравнений окислительно-восстановительных реакций: метод электронного баланса и электронно-ионный метод. Типы окислительно-восстановительных реакций. Влияние среды на протекание окислительно-восстановительных реакций. Колебательные реакции. Расчет эквивалентов окислителей и восстановителей.
ОК и ПК
Знать: методы составления окислительно-восстановительных реакций.
Уметь: уравнивать эти реакции и определять направление их протекания.
Методы: словесный, наглядный методы обучения, работа с книгой.
4
Общая характеристика металлов и неметаллов.
Положение металлов в периодической системе Д.И. Менделеева.
Взаимодействие различных металлов с простыми веществами, водой, щелочами, кислотами и солями. Токсичные металлы: медь, ртуть, цинк, кадмий, олово, свинец и железо.
Галогены. Степени окисления. Сравнительная окислительная активность галогенов. Галогеноводородные кислоты. Их восстановительная способность. Кислородсодержащие кислоты. Качественные реакции на хлорид, бромид и иодид- ионы.
ОК и ПК
Знать: электронное строение атомов металлов и их соединений, электронное строение атомов неметаллов и их химические свойства.
Уметь: составлять химические уравнения, описывающие свойства металлов, составлять химические уравнения, описывающие свойства неметаллов.
Методы: словесный, наглядный методы обучения, работа с книгой.
5
Теория химического строения. Основы стереохимии.
Химическое строение органических соединений как природа и последовательность связей атомов в молекуле (А.М. Бутлеров). Структурные понятия: углеродный скелет, радикал, функциональная группа. Изомерия.
Основы классификации органических соединений по углеродному скелету и функциональным группам. Гомология и гомологические ряды в органической химии. Принципы систематической номенклатуры ИЮПАК.
Молекулярные модели и стереохимические формулы.
Пространственная изомерия органических соединений (конформационная, геометрическая, оптическая). Асимметрический атом углерода. Понятие о стереохимической номенклатуре (D,L-, E,Z-, и R,S-номенклатура).
ОК и ПК
Знать: химическое строение органических соединений, порядок и последовательность связей атомов в молекуле.
Уметь: изображать структурную формулу органической молекулы и давать название в соответствии с ИЮПАК, строить изомеры.
Владеть: принципами систематической номенклатуры ИЮПАК и стереохимической номенклатуры (D,L-, E,Z-, и R,S-номенклатура).
Роль валентных электронов в образовании химической связи. Типы связей в органических молекулах (ковалентные, ионные, координационные, водородные). Электронно-точечные формулы (формулы Льюиса), правило октета, обобщенные и неподеленные электронные пары, формальные заряды атомов в молекуле.
Квантовая органическая химия
Квантово-механическое описание химической связи. Перекрывание атомных орбиталей как необходимое условие образования ковалентной связи: σ- и π-связи. Гибридизация атомных орбиталей (sp3, sp2, sp).
Описание органических молекул на основе метода валентных связей (ВС). Атомно-орбитальные схемы органических молекул. Открытые и замкнутые сопряженные системы.
ОК и ПК
Знать: качественную электронную теорию, квантовую теорию, типы химической связи и способы образования связей в молекуле.
Уметь: рассчитывать формальные заряды атомов в молекуле, строить атомно-орбитальные схемы.
Владеть: методом валентных связей.
7
Общие принципы реакционной способности
Электронное строение и реакционная способность
Перераспределение валентных электронов как сущность химических процессов. Способы разрыва ковалентной связи (гомолитический, гетеролитический). Промежуточные реакционноспособные частицы (радикалы, карбокатионы, карбанионы).
Факторы, влияющие на распределение электронной плотности в молекуле. Понятие об индуктивном и мезомерном эффектах, электронодонорных и электроноакцепторных заместителях.
Понятие о механизмах органических реакций
Механизм реакции как последовательность элементарных стадий. Понятие о субстрате и реагенте. Одно- и многостадийные реакции, понятие о переходном состоянии и интермедиате. Современная классификация органических реакций: по результату, способу разрыва ковалентной связи и типу атакующего реагента (радикальные, электрофильные, нуклеофильные).
Кислотность и основность органических соединений
Понятие о протонной и электронной теориях (теории Бренстеда и Льюиса). Основные типы органических кислот и оснований. Относительная сила кислот и оснований, единицы их количественной характеристики (рКА и рКВ). Значение понятий кислотности и основности для объяснения реакционной способности органических соединений.
ОК и ПК
Знать: факторы, влияющие на распределение электронной плотности в молекуле (индуктивный и мезомерный эффект), основные механизмы органических реакций, протонную и электронную теории, понятие относительной силы кислот и оснований (рКа, рКв).
Уметь: описывать механизм реакций, определять силу органических кислот и оснований.
Владеть: понятиями субстрат-реагент, радикал, электрофил, нуклеофил и др.
Лабораторные работы
8
Углеводороды всех гомологических рядов
Предельные углеводороды
Строение алканов, причины их пониженной реакционной способности, понятие о важнейших реакциях (галогенирование, окисление, крекинг), их промышленное значение. Механизм свободнорадикальных реакций, цепные реакции и их основные стадии (инициирование, рост цепи, обрыв цепи). Понятие об ингибиторах и инициаторах радикальных процессов. Относительная устойчивость углеводородных свободных радикалов. Понятие о циклоалканах, особенности строения и химические свойства.
Непредельные углеводороды
Классификация непредельных углеводородов (этиленовые, ацетиленовые, диеновые). Особенности строения и реакционная способность. Реакции электрофильного присоединения. Правило Марковникова. Относительная устойчивость карбокатионов. Реакции полимеризации непредельных углеводородов. Основные понятия химии полимеров (мономер, макромолекула, олигомер, полимер, сополимер).
Ароматические углеводороды
Классификация аренов. Особенности электронного строения аренов. Условия ароматичности, правило Хюккеля. Важнейшие реакции электрофильного замещения (галогенирование, нитрование, сульфирование,),их промышленное значение. Правила замещения, ориентанты I и II рода. Понятие о реакциях присоединения и окисления. Канцерогенность аренов.
ОК и ПК
Знать: гомологический ряд алканов, алкенов, алкинов, аренов, химические и физические свойства данных классов соединений, правило Марковникова, правило Хюккеля.
Уметь: записать механизмы свободнорадикального замещения, электрофильного присоединения и электрофильного замещения.
Владеть: понятиями ингибитор, катализатор, мономер, олигомер, полимер, сополимер, правилами замещения I и II рода.
Презентационные лекции с использованием мультимедийных средств; лабораторные работы.
9.
Галогенопроизводные углеводородов
Классификация, изомерия, номенклатура. Реакции нуклеофильного замещения. Кинетические и стереохимические критерии SN1 и SN2 реакций. Реакции отщепления (элиминирования). Фреоны, ядохимикаты. Галогенопроизводные и экология.
ОК и ПК
Знать: классификацию, изомерию и номенклатуру галогенопроизводных.
Уметь: записать механизм нуклеофильного замещения.
Владеть: понятиями SN1 и SN2 реакции.
Самостоятельная работа.
10
Кислородосодержащие соединения
Спирты и фенолы
Классификация, изомерия, номенклатура. Электронное строение гидроксильной группы. Водородные связи, кислотность и основность. Влияние на физические свойства. Реакции нуклеофильного замещения гидроксильной группы, роль кислотного катализа, понятие о реакциях элиминирования и окисления. Представители многоатомных спиртов и фенолов (этиленгликоль, глицерин, ксилит, сорбит, гидрохинон). Понятие о простых эфирах.
Альдегиды и кетоны
Классификация, изомерия, номенклатура. Электронное строение карбонильной группы. Реакции нуклеофильного присоединения (гидратация, образование полуацеталей и ацеталей, присоединение синильной кислоты и бисульфитов). Нуклеофильное присоединение с отщеплением, образование иминов (оснований Шиффа), оксимов, гидразонов. Окислительно-восстановительные реакции.
Карбоновые кислоты и их производные
Классификация, изомерия и номенклатура. Электронное строение карбоксильной группы. Кислотность и основность. Функциональные производные карбоновых кислот: ангидриды, галогенангидриды, амиды, сложные эфиры. Механизмы реакций этерификации, гидролиза и омыления. Промышленные полиэфиры ( лавсан ).
Гидроксикарбоновые кислоты как представители гетерополифункциональных производных. Гликолевая, молочная, винная, яблочная, лимонная, изолимонная кислоты. Стереохимия гидроксикислот.
ОК и ПК
Знать: классификацию, изомерия, номенклатуру и гомологические ряды спиртов(фенолов), альдегидов, кетонов и карбоновых (гидроксикарбоновых) кислот.
Уметь: записать механизм реакции нуклеофильного присоединения.
Владеть: понятиями полуацеталь (полукеталь), основания Шиффа, оксимы, гидразоны, простые и сложные эфиры, ангидриды, амиды.
Презентационные лекции с использованием мультимедийных средств; лабораторные работы, писменное домашнее задание
11
Азотосодержащие соединения
Важнейшие азотсодержащие функциональные группы: амино-, нитрозо-, нитро-, диазо- и азогруппа.
Амины, классификация и номенклатура. Основность аминов. Взаимодействие аминов с азотистой кислотой. Реакции диазотирования и азосочетания, их техническое значение. Канцерогенность азотсодержащих соединений.
ОК и ПК
Знать: классификацию и номенклатуру аминов
Уметь: записать механизм взаимодействия аминов с азотистой кислотой, механизм реакции азосочестания.
Классификация и номенклатура углеводов. Моносахариды. Пентозы и гексозы, альдозы и кетозы. Стереоизомерия моносахаридов, D- и L-ряды. Циклические формы: пиранозы и фуранозы, α- и β-аномеры.
Гликозидный гидроксил, явление мутаротации. Характеристика важнейших химических свойств моносахаридов (окислительно-восстановительные реакции, образование гликозидов, простых и сложных эфиров). Понятие о природных гликозидах.
Олиго- и полисахариды. Строение и химические свойства восстанавливающих и невосстанавливающих дисахаридов (мальтоза, сахароза). Инверсия сахарозы.
Полисахариды (крахмал, целлюлоза). Строение и важнейшие химические свойства (реакция гидролиза, образование простых и сложных эфиров). Пищевое и техническое значение полисахаридов. Понятие об искусственных и синтетических подслащивающих веществах.
ОК и ПК
Знать: классификацию, строение, стереоизомерия, номенклатуру и основные химические свойства углеводов.
Уметь: строить формулы Фишера и циклические формулы Хеуорса для некоторых представителей моно-, ди- и полисахаридов.
Владеть: понятиями восстанавливающий/невосстанавливающий сахар, методами определения сахаров в различных органических системах.
Презентационные лекции с использованием мультимедийных средств; лабораторные работы. Самостоятельная работа в виде писменных домашних работ.
13
Аминокислоты, пептиды и белки
Строение, классификация и стереохимия аминокислот. Образование пептидов. Полипептиды и белки. Понятие о первичной, вторичной, третичной и четвертичной структуре белковой молекулы. Роль водородных, ионных, дисульфидных, сложноэфирных связей и гидрофобных взаимодействий в формировании пространственного строения молекулы белка. Кислотно-основные свойства аминокислот
пептидов и белков (амфотерность, изоэлектрическая точка). Реакции денатурации и гидролиза. Пищевое и техническое значение белков. Понятие о синтетических полиамидах (капрон, нейлон).
Владеть: понятиями амфотерность, изоэлектрическая точка, методами определения и качественными реакциями на белки.
Презентационные лекции с использованием мультимедийных средств; лабораторные работы. Самостоятельная работа в виде письменных домашних работ.
14
Основные законы термодинамики
Введение. Основные понятия (система, фаза, термодинамические параметры, функции состояния, самопроизвольные и несамопроизвольные процессы).
Первый закон термодинамики, его различные формулировки, математическое выражение закона. Применение к изотермическому, изохорному и изобарному процессам. Мировоззренческое значение закона.
Термохимия. Тепловые эффекты экзотермических и эндотермических реакций. Закон Гесса и его следствия. Расчет тепловых эффектов реакции по стандартным теплотам образования и сгорания.
Второй закон термодинамики, его различные формулировки. Математическое выражение закона. Энтропия и термодинамическая вероятность системы, уравнение Больцмана.
Энтропия как мера неупорядоченности в системе.
Термодинамические потенциалы системы. Энергия Гельмгольца (изохорно-изотермический потенциал) и энергия Гиббса (изобарно-изотермический потенциал). Изменение потенциалов как характеристика работоспособности системы. Критерии направления процессов в изолированных системах - изменение энтропии, и в неизолированных (закрытых) системах - изменение потенциалов Гельмгольца и Гиббса.
ОК и ПК
Знать: основные понятия термодинамики, законы термодинамики и их формулировки, закон термохимии (закон Гесса), потенциалы Гиббса и Гельмгольца, условия протекания самопроизвольных процессов в изолированных и неизолированных системах; условия химического равновесия, константа равновесия, сущность и условия фазового равновесия, правила фаз Гиббса, диаграммы состояния однокомпонентных и двухкомпонентных систем, фазовое равновесие в жидких растворах нелетучих компонентов, закон Рауля и его следствия.
Уметь: решать задачи по термодинамике, термохимии и химическому равновесию, используя стандартные термодинамические величины; анализировать диаграммы состояния гетерогенных систем и рассчитывать число степеней свободы с привлечением правила фаз Гиббса, решать задачи по криоскопическому и эбуллиоскопическому эффекту.
Владеть: методами расчета термодинамических параметров для прогнозирования устойчивости и энергетической характеристики реальных систем.
15
Химическая кинетика и катализ
Скорость химической реакции и методы ее регулирования. Средняя и истинная скорость реакции. Закон действующих масс. Константа скорости, ее физический смысл, независимость от концентрации или давления реагирующих веществ. Понятие о молекулярности и порядке реакции. Реакции первого и второго порядка. Период полупревращения, взаимосвязь с исходной концентрацией реагентов.
Влияние температуры на константу скорости химической реакции. Эмпирическое правило Вант-Гоффа. Уравнение Аррениуса для константы скорости реакции. Энергия активации, ее физический смысл. Изменение энергии системы в ходе экзотермической и эндотермической реакции.
Катализ. Гомогенный и ферментативный катализ; автокатализ. Адсорбция и гетерогенный катализ. Механизм действия катализаторов. Специфичность катализаторов.
Значение кинетических исследований в пищевых и непищевых системах для оценки качества продуктов и установления срока их хранения.
ОК и ПК
Знать: понятия скорости химической реакции, закон действующих масс, физический смысл константы скорости реакции, понятие о молекулярности и порядке реакций, реакции первого и второго порядка, влияние температуры на скорость реакции, правила Вант-Гоффа, уравнение Аррениуса, энергия активации, изменение энергии системы в ходе реакции, общие понятия о катализе (гомогенный, гетерогенный, ферментативный, автокатализ), общий механизм действия катализатора.
Уметь: решать задачи по химической кинетике, анализировать влияние различных факторов на скорость реакции в пищевых и непищевых системах с целью прогнозирования изменения свойств и качества продовольственных и непродовольственных товаров.
Владеть: методами и способами эффективного воздействия на скорость процессов, происходящих в реальных системах.
16
Электрохимия
Электропроводность растворов электролитов. Удельная и эквивалентная электропроводность, их изменение в зависимости от концентрации слабых и сильных электролитов. Абсолютная скорость и подвижность ионов. Закон Кольрауша. Закон разбавления Освальда для слабых электролитов. Определение степени и константы диссоциации слабых электролитов методом измерения электропроводности. Кондуктометрическое титрование.
Электрод. Возникновение потенциала на границе двух фаз. Строение двойного электрического слоя на поверхности раздела металл-раствор в зависимости от природы металла и состава электролита. Обратимые и необратимые электроды. Электроды первого и второго рода, окислительно-восстановительные, ионселективные электроды. Реакции на электродах. Уравнение Нернста-Тюрина. Стандартные электродные потенциалы. Водородный электрод. Ряд напряжений. Гальванический элемент и его электродвижущая сила (ЭДС). ЭДС как разность потенциалов электродов в обратимом процессе. Метод прямой потенциометрии и потенциометрического титрования.
ОК и ПК
Знать: изменение удельной и эквивалентной электропроводности от концентрации электролита, основы кондуктометрического титрования, понятия об электродах, гальваническом элементе и его электродвижущей силе (ЭДС), основы потенциометрического титрования.
Уметь: определять содержание электролитов (сильных и слабых) методом кондуктометрического титрования и потенциометрического титрования.
Владеть:электрохимическими методами при определении содержания компонентов в продовольственных и непродовольственных товарах.
17
Коллоидные системы, получение, оптические и молекулярно кинетические свойства
Гетерогенные дисперсные системы, их широкое распространение в природе и технике. Значение этих систем в производстве продовольственных и непродовольственных товаров. Особенности коллоидного состояния - высокая дисперсность, гетерогенность и необходимость стабилизатора. Основные понятия дисперсных систем: дисперсная фаза, дисперсионная среда, степень дисперсности и удельная поверхность. Классификация гетерогенных дисперсных систем по размеру частиц, агрегатному состоянию фазы и среды, взаимодействию между фазой и жидкой дисперсионной средой, по взаимодействию между частицами системы. Системы с жидкой и газообразной дисперсионной средой: золи, суспензии, эмульсии, пены, пасты.
Методы получения коллоидных систем: диспергирование, пептизация и конденсация. Строение мицеллы. Зависимость состава мицеллы от условий получения коллоидного раствора.
Оптические свойства в дисперсных системах. Веторассеяние (опалесценция), флуоресценция. Уравнение Рэлея для светорассеяния, границы применимости и анализ уравнения. Приборы, основанные на светорассеянии - нефелометр и ультрамикроскоп. Поглощение света. Закон Ламберта-Бугера-Бэра и его применение в оптических методах анализа (фотоколориметрия и спектрофотометрия)
Молекулярно-кинетические свойства коллоидных систем. Диффузия. Первый закон Фика. Коэффициент диффузии и его зависимость от размера частиц (уравнение Эйнштейна). Особенности диффузии в коллоидных системах. Связь коэффициента диффузии со среднеквадратичным смещением частицы. Уравнение Эйнштейна-Смолуховского. Диализ и осмос. Проявления в природе и применение в технике. Особенности осмотического давления коллоидных систем.
ОК и ПК
Знать: классификацию гетерогенных дисперсных систем по различным признакам, особенности коллоидного состояния, методы получения коллоидных систем, принципы строения мицеллы, оптические и молекулярно-кинетические свойства коллоидных систем.
Уметь: анализировать свойства коллоидных систем в зависимости от внутренних и внешних параметров, анализировать реальные гетерогенные дисперсные системы среди продовольственных и непродовольственных товаров, решать задачи по изменению свойств коллоидных систем.
Владеть: способами эффективного изменения свойств гетерогенных пищевых и непищевых систем (на основании теоретических закономерностей) для обеспечения качества и безопасности товаров.
18
Поверхностные явления и адсорбция. Коллоидные ПАВ.
Термодинамика поверхностных 'явлений. Поверхность раздела фаз. Молекулярное взаимодействие на поверхности раздела. Свободная поверхностная энергия. Избыток свободной поверхностной энергии в коллоидных системах и пути его снижения. Классификация поверхностных явлений (адсорбция, адгезия, смачивание и капиллярные явления).
Физическая и химическая адсорбция. Кинетика адсорбции. Адсорбционное равновесие. Изотермы адсорбции. Молекулярная адсорбция на границе твердое тело - газ. Теория мономолекулярной адсорбции. Уравнение Ленгмюра. Адсорбция на гладких поверхностях и пористых адсорбентах, капиллярная конденсация.
Адсорбция электролитов на границе твердое тело - раствор. Избирательная адсорбция ионов. Обменная адсорбция ионов. Адсорбция на границе раствор - газ. Поверхностное натяжение жидкости, взаимосвязь с внутренним давлением. Методы измерения поверхностного натяжения растворов. Изотермы поверхностного натяжения на границе водный раствор-газ. Поверхностно-активные вещества (ПАВ) и инактивные вещества. Свойства ПАВ. Строение молекул ПАВ и их адсорбционных слоев. Уравнение адсорбции Гиббса. Поверхностная активность. Правило Траубе.
Коллоидные ПАВ. Мицеллярный ПАВ. Строение молекул коллоидных ПАВ. Состояние коллоидных ПАВ в растворе: молекулы, ионы, мицеллы. Мицеллообразование и его причины Критическая концентрация мицеллообразования (ККМ). Изменение физико-химических свойств растворов при ККМ. Влияние различных факторов на величину ККМ. Классификация и практическое значение коллоидных ПАВ. Коллоидные ПАВ как стабилизаторы (эмульгаторы) гетерогенных пищевых и непищевых систем.
ОК и ПК
Знать: классификацию поверхностных явлений, особенности энергетического состояния молекул на поверхности раздела фаз, причины избытка свободной поверхностной энергии в коллоидных системах и пути его снижения, особенности физической и химической адсорбции, адсорбционное равновесие, молекулярная адсорбция, теория и уравнение Ленгмюра, адсорбция электролитов, адсорбция на границе раствор-газ, поверхностное натяжение водных растворов, ПАВ и поверхностно-инактивные вещества, коллоидные ПАВ, их особенности и области применения.
Уметь: применять теоретические закономерности по поверхностным явлениям к пищевым и непищевым гетерогенным дисперсным системам с целью обеспечения качества продукта и определения оптимальных условий хранения.
Владеть: способами воздействия на поверхностные явления в гетерогенных системах для поддержания качества и безопасности товаров, а так же для организации торгово - экономических процессов.
19
Электрические свойства, устойчивость и коагуляция коллоидных систем
Двойной электрический слой (ДЭС) на границе раздела фаз. Механизм образования и строение ДЭС. Термодинамический и электрокинетический потенциалы, граница скольжения, толщина ДЭС. Влияние индифферентных и неиндифферентных электролитов на параметры ДЭС. Электрокинетические явления (электрофорез и электроосмос) и их практическое применение.
Устойчивость дисперсных систем. Агрегативная и кинетическая (седиментационная) устойчивость. Седиментация в дисперсных системах. Термодинамические и кинетические факторы агрегативной устойчивости. Физическая теория устойчивости и коагуляции - теория ДЛФО. Потенциальные кривые взаимодействия коллоидных частиц. Энергетический барьер и его значение для устойчивости. Взаимосвязь необратимой и обратимой агрегации частиц с параметрами потенциальных кривых взаимодействия. Структурообразование в пищевых и непищевых гетерогенных системах. Явление тиксотропии. Коагуляция коллоидных систем. Быстрая и медленная коагуляция. Влияние электролитов на величину энергетического барьера и коагуляцию. Правила коагуляции электролитами, порог коагуляции. Электростатический и неэлектростатические факторы устойчивости коллоидных систем.
ОК и ПК
Знать: строение ДЭС, происхождение ДЭС, влияние электролитов и других факторов на параметры ДЭС, виды устойчивости гетерогенных дисперсных систем, причины принципиальной термодинамической неустойчивости коллоидных систем, факторы агрегативной устойчивости (термодинамические и кинетические), теория ДЛФО, потенциальные кривые взаимодействия частиц, влияние электролитов на энергию взаимодействия частиц, коагуляция коллоидных систем, правила коагуляции.
Уметь: характеризовать строение ДЭС и строение мицеллы в зависимости от условий получения коллоидного раствора, решать задачи по влиянию электролитов на порог коагуляции, прогнозировать изменения ДЭС и изменения и изменение агрегативной устойчивости системы под влиянием различных факторов.
Владеть: способами повышения устойчивости гетерогенных пищевых и непищевых систем для обеспечения качества и срока хранения товара.
20
Растворы высоко молекулярных соединений (ВМС).Реологические свойства растворов ВМС и коллоидных систем
Классификация ВМС. Физическое состояние ВМС. Растворы ВМС как истинные, термодинамически устойчивые системы. Общие свойства растворов ВМС и коллоидных систем. Термодинамика растворения ВМС. Набухание ВМС. Ограниченное и неограниченное набухание. Степень набухания, кинетика набухания. Роль процесса набухания при обработке и хранении пищевых и непищевых материалов. Растворы полиэлектролитов. Зависимость оптических и реологических свойств растворов полиэлектролитов от рН среды.
Вязкость свободнодисперсных систем. Уравнение Ньютона. Динамическая и кинематическая вязкость. Ньютоновские (нормальные) и неньютоновские (аномальные) жидкости. Кривые течения для ньютоновских и неньютоновских жидкостей. Причины неньютоновского течения коллоидных систем и растворов ВМС.
Уравнение Пуазейля и его применение для капиллярной вискозиметрии. Вязкость растворов относительная, удельная, приведенная, характеристическая. Определение молекулярной массы полимера по характеристической вязкости.
Зависимость вязкости от объемной концентрации частиц. Уравнение Эйнштейна. Влияние сольватации и взаимодействия частиц на вязкость системы. Реологические кривые для структурированных жидкостей.
ОК и ПК
Знать: общая характеристика ВМС (классификация, физическое состояние), общие свойства растворов ВМС и коллоидных систем, набухание ВМС, реологические свойства растворов, уравнения Пуазейля, Эйнштейна и их анализ.
Уметь: применять реологические параметры растворов ВМС и коллоидных систем для характеристики состояния структурированных систем, для определения молекулярной массы полимера.
Владеть: реологическими методами исследования пищевых и непищевых систем.
21
Химический анализ.
Аналитическая химия, как наука о методах химического анализа, определения состава и структуры химических систем. Качественный, количественный, структурный, системный анализы. Химическая идентификация.
Прикладные виды химического анализа (технический, пищевой, санитарно-химический, токсикологический и др.).
Основные принципы аналитического определения. Требования к аналитическому свойству, аналитические параметры (pH, электродный потенциал, наличие полос поглощения и др.).
Аналитические химические реакции. Аналитический сигнал. Требования к аналитическим реакциям.
Классификация химических реактивов по химической чистоте (химически чистые, чистые для анализа, особо чистые и др.).
Методы химического анализа: химические, физические, физико-химические, биологические.
Определение веществ по физическим свойствам (электропроводность, плотность, вязкость, показатель преломления и др.). Интенсивность физических свойств.
Классификация инструментальных методов, их использование в прикладных видах химического анализа. Инструментальное титрование.
Методы разделения смесей веществ (газов, жидкостей, твердых веществ, ионов) путем фракционного ожижения, испарения, вымораживания, плавления, избирательной абсорбции и адсорбции и электролиза расплавов и растворов электролитов.
ОК и ПК
Знать:
основные понятия и определения, принципы идентификации,
классификации методов химического анализа, а также способы разделения смесей веществ
Уметь:
формулировать требования к аналитическим реакциям, свойствам, параметрам
Владеть:
основными понятиями, терминами и определениями, принципами идентификации в области химического анализа
Метрологические аспекты химического анализа. Анализ как основное средство определения соответствия веществ и материалов, требованиям нормативно-технической документации, показателям качества выпускаемой продукции.
Нормирование качественных и количественных характеристик веществ и система стандартизации (ГОСТ, СТП, ТУ).
Правильность и воспроизводимость. Метрологические параметры химических реакций, аналитических приборов и измерителей. Госпроверка аналитических приборов. Настройка и калибровка приборов и измерителей.
Задачи химической метрологии. Определение и расчет правильности и воспроизводимости химического анализа. Оценка правильности аналитических приборов и измерителей и их калибровка. Разработка метрологических документов, нормирующих качественные и количественные химические показатели веществ и материалов. Метрологическая оценка применимости химических реакций для целей анализа.
Отбор проб для анализа. Генеральная, лабораторная, аналитическая пробы. Представительность пробы. Методы отбора пробы в зависимости от характера материала
Аналитические измерительные приборы. Чувствительность, точность, разрешающая способность, возможность автоматизации.
Лабораторные технические и аналитические весы. Принцип работы. Погрешность, чувствительность весов.
Приборы для инструментальных измерений: фотоколриметры, спектрофотометры, потенциометры, полярографы и т.д. Способы проверки приборов с помощью специальных химических стандартов, а также прецизионных аналитических приборов.
Математическая обработка результатов эксперимента. Воспроизводимость, правильность, ошибки (случайные, систематические, грубые промахи). Результат анализа, уровень вероятности (надежность), доверительный интервал. Компьютерное обеспечение: применение ПЭВМ для обработки результатов измерений, расчет параметров, характеризующих их достоверность.
По данной теме студенты выполняют лабораторную работу N 1. Аналитические весы и взвешивание. Математическая обработка результатов анализа.
ОК и ПК
Знать:
основные понятия, определения и задачи химической метрологии
Уметь:
взвешивать на аналитических весах, работать с мерной посудой, проводить расчеты погрешностей, результатов анализа с учетом уровня вероятности, числа определений
Владеть:
правилами
расчетов при математической обработке результатов эксперимента, приемами работы с компьютерными программами расчета параметров, характеризующих достоверность результатов анализа
Титриметрический анализ, основные понятия и определения. Стандартный раствор (титрант), первичный и вторичный стандартные растворы, стандартизация, титрование, точка эквивалентности.
Методы титриметрического анализа: кислотно-основной, осаждения, окисления-восстановления, комплексообразования.
Требования к реакциям титриметрического определения. Ограничения по скорости, константам равновесия.
Титрование, его виды: прямое-реверсивное, обратное, заместительное. Особенности применения.
Кислотно-основное титрование. Ацидиметрическое, алкалиметрическое титрование. Способы выражения концентрации титранта: титр, титр титранта по анализируемому веществу. Схемы расчета в титриметрическом анализе. Объем и масса титруемой пробы и всей пробы.
По данной теме для кислотно-основного титрования студенты выполняют лабораторную работу N 2. Приготовление стандартных растворов Химические методы анализа. Их характеристика, определение вещества по продукту реакции или реагенту. Эквивалент, молярная масса эквивалента, молярная концентрация эквивалента, закон эквивалентов. Определение содержания хлороводорода в растворе.
ОК и ПК
Знать:
Основные понятия, определения, классификацию методов, схем расчета в титриметрическом анализе
Уметь:
рассчитывать молярную массу эквивалента, молярную массу эквивалента, титр раствора, титр соответствия, определять содержание анализируемого вещества по закону эквивалентов
Теоретические основы кислотно-основного титрования. Точка эквивалентности. Область значений pH (нейтральная, щелочная, кислая) в зависимости от типа пары кислота-основание (сильная кислота-слабое основание, слабая кислота-сильное основание и т.д.).
Кислотно-основные индикаторы. Индикаторы кислотного и основного типа. Хромофорые группы. Интервал перехода цвета индикатора, показатель титрования pT.
Трифенилметановые индикаторы. Фенолфталеин, структурные превращения, изменение цвета под действием рН, интервал перехода окраски.
Индикаторы группы азосоединений. Метиловый оранжевый. Изменение окраски в зависимости от характера среды, интервал перехода цвета.
Зависимость интервала перехода окраски от констант диссоциации индикатора. Значения интервалов перехода важнейших кислотно-основных индикаторов.
Определение значений рН в точке эквивалентности потенциометрически или путем построения кривых кислотно-основного титрования.
Кривые титрования. Построение кривых титрования для различных пар кислоты и основания. Вычисление рН в начальной точке (до начала титрования), до точки эквивалентности, в точке эквивалентности и после точки эквивалентности. Анализ кривых титрования. Скачок титрования, область его расположения и величина в зависимости от типа пары кислота-основание и концентрации титранта и анализируемого вещества.
Выбор индикатора с использованием кривых титрования. Соответствие скачка титрования и интервала перехода цвета индикатора. Индикаторные ошибки.
ОК и ПК
Знать:
Основные типы кислотно-основных индикаторов, расчета рН на различных стадиях титрования
Уметь:
рассчитывать рН в зависимости от типа пары кислота-основание, рН растворов кислот, оснований, солей, буферных растворов
Владеть:
методами расчета рН в ходе титрования, выбора индикатора с использованием кривых титрования
Методы окислительно-восстановительного титрования.
Теоретические основы метода. Реакции окисления-восстановления. Эквивалент, молярная масса эквивалента в реакциях редоксиметрии.
Требования к реакциям окисления–восстановления. Количественная характеристика окилительно-восстановительной активности веществ. Стандартные электродные потенциалы. Движущая сила окислительно-восстановительой реакции (ЭДС). Разность потенциалов реагирующих редокс-пар, ее зависимость от рН, температуры, соотношения концентраций окисленной и восстановленной форм вещества. Уравнение Нернста.
Расчеты в редоксиметрии. Определение точки эквивалентности. Окислительно-восстановительные индикаторы, специфические индикаторы. Фиксирование точки эквивалентности на различии в окраске окисленной и восстановленной форм титранта.
Методы редоксиметрии: перманганатометрия, хроматометрия, йодиметрия и др.
Перманганатометрическое титрование. Особенности проведения реакций. Индикация точки эквивалентности. Стандартизация раствора перманганата калия.
Йодиметрическое титрование. Реакции окисления йодид-ионов с использованием перманганатов, дихроматов. Реакции восстановления свободного йода тиосульфатом или сульфитом натрия. Применение йодометрии при анализе йода в настойке.
Определение “активного” хлора в хлорамине методом заместительного титрования. Хлорный распад хлорамина. Массовая доля “активного” хлора, ее соответствие требованиям действующего ТУ.
По данной теме студенты выполняют лабораторную работу N 3. Йодиметрия. Определение “активного” хлора в хлорамине марки Б.
ОК и ПК
Знать:
основные понятия, определения, теоретические основы метода, схемы расчета в редоксиметрии, формулы расчета ЭДС реакции
Уметь:
рассчитывать ЭДС, используя уравнение Нернста, эквивалент окислителей и восстановителей, молярные массы эквивалентов
Владеть:
приемами расчетов, применяемых в методах окислительно-восстановительного титрования
2.Т. И. Дробышева «Общая химия», Ростов-на-Дону.: 2004
3.К. Хаускрофт, Э. Констебл «Современный курс общей химии», том 1 и 2.-М.: 2002
4.З. Е. Гольдбрайх, Е. И. Маслов «Сборник задач и упражнений по химии» .-М.:2007.
5.Н. Н. Павлов «Общая неорганическая химия» .-М.: 2002
6.Сагалович В.П. Номенклатура органических соединений. Методические указания и задания. М.: РИО МИНХ, 1990.
7.Сагалович В.П., Иванова Н.Н. Введение в теорию строения органических соединений. Задания для самостоятельной работы по
органической химии. М.: Изд-во Рос. экон. акад., 2005г.
8.Сахаров И.Ю. Высокомолекулярные соединения. Лекция. М.: РЭА, 2003.
9.Силаева Т.Д. Аминокислоты и пептиды. Методические указания. М.: РИО МИНХ, 1990.
10.Силаева Т.Д., Иванова Н.Н. Природные гетероциклические соединения. Методические указания и задания. М.: РИО МИНХ, 1990.
11.Силаева Т.Д., Крисюк Б.Э. Практические работы по дисциплине "Физико-химические методы исследования". Тема "Хроматография".
М.: РЭА, 2002
12. Белик В. В., Киенская К. И., Физическая и коллоидная химия. М.: Академия, 2006.
13. Зимон А. Д, Лещенко Н. Ф., Коллоидная химия, М.: Агар,2001
14.Методические указания по теме: “Аналитические весы и взвешивание. Математическая обработка результатов анализа”, Сост.: В.С. Литвишко.-М., 2008г.
15.Методические указания по теме: “Приготовление стандартных растворов для кислотно-основного титрования. Определение содержания хлороводорода в растворе”, Сост.: В.С. Литвишко.-М., 2008г.
16.Методические указания по теме: “Окислительно-восстановительное титрование. Йодиметрия. Определение содержания ”активного”хлора”,Сост.:В.С.Литвишко.-М.,2008
