Fizykochemia granic faz

Znajomość podstaw chemii ogólnej, nieorganicznej, fizycznej, analitycznej, krystalografii.

Godzinowe ekwiwalenty punktów ECTS od roku akademickiego 2022/2023

Godziny kontaktowe (z udziałem nauczyciela akademickiego)

Wykład 30 h

Konwersatorium 15 h

Laboratorium 30 h

Łączna liczba godzin z udziałem nauczyciela akademickiego 75 h

Liczba punktów ECTS z udziałem nauczyciela akademickiego 3

Godziny niekontaktowe (praca własna studenta)

Przygotowanie się do konwersatorium 20 h

Przygotowanie się do laboratorium 20 h

Studiowanie literatury 5 h

Wykonanie sprawozdań z wykonanych ćwiczeń 20 h

Przygotowanie do zaliczenia i udział w zaliczeniu ćwiczeń 10 h

Przygotowanie się do egzaminu 25 h

Łączna liczba godzin nie kontaktowych 100 h

Liczba punktów ECTS za godziny nie kontaktowe 4

Sumaryczna liczba punktów ECTS dla modułu 7

Godzinowe ekwiwalenty punktów ECTS od roku akademickiego 2018/2019 do roku akademickiego 2021/2022:

Godziny kontaktowe (z udziałem nauczyciela akademickiego)

Wykład 30 h

Konwersatorium 15 h

Laboratorium 30 h

Łączna liczba godzin z udziałem nauczyciela akademickiego: 75 h

Liczba punktów ECTS z udziałem nauczyciela akademickiego 2,5

Godziny niekontaktowe (praca własna studenta)

Przygotowanie się do konwersatorium 10 h

Przygotowanie się do laboratorium 10 h

Studiowanie literatury 5 h

Wykonanie sprawozdań z wykonanych ćwiczeń 15 h

Przygotowanie do zaliczenia i udział w zaliczeniu ćwiczeń 10 h

Przygotowanie się do egzaminu 25 h

Łączna liczba godzin nie kontaktowych 75 h

Liczba punktów ECTS za godziny nie kontaktowe 2,5

Sumaryczna liczba punktów ECTS dla modułu 5

Sposób weryfikacji efektów kształcenia na studiach drugiego stopnia zatwierdzonych na podstawie Uchwały Senatu UMCS Nr XXIV-28.28/19 z dnia 26 czerwca 2019 r. tj. od cyklu kształcenia 2019/2020.

W1, W2, W4: wykład (egzamin pisemny) konwersatorium (odpowiedzi ustne, kolokwium końcowe, rozwiązywania zadań w grupie i indywidualnie), laboratorium (odpowiedzi ustne, sprawozdania z ćwiczeń).

W3-W5: konwersatorium (odpowiedzi ustne, kolokwium końcowe), laboratorium (kolokwia ustne, sprawozdania z ćwiczeń, odpowiedzi ustne ze znajomości procedur, instrukcji i zasad BHP)

U1, U3, U6: wykład (egzamin pisemny); konwersatorium (odpowiedzi ustne, kolokwium końcowe).

U2, U4, U5: konwersatorium (odpowiedzi ustne, Kolokwium końcowe); laboratorium (odpowiedzi ustne, sprawozdania pisemne).

K1, K2: wykład (egzamin pisemny) konwersatorium (odpowiedzi ustne, kolokwium końcowe, rozwiązywania zadań w grupie i indywidualnie), laboratorium (odpowiedzi ustne, sprawozdania z ćwiczeń).

Na podstawie Uchwały Senatu UMCS Nr XXIV-18.23/18 z dnia 27 czerwca 2018 r. tj. od cyklu kształcenia 2018/2019.

Wykład

W1-W5; U1; K1: egzamin pisemny

Konwersatorium

W1-W5; U1,U2; K1: dyskusja, kolokwia pisemne

Laboratorium

W1-W5: odpytywanie ustne, kolokwia; U1-U3: wykonanie ćwiczeń w grupie, odpytywanie ustne, opracowania pisemne, kolokwia; K1, K2: odpytywanie ustne, opracowania pisemne i kolokwia.

Wykład obejmuje następujące zagadnienia:

Charakterystyka zjawisk międzyfazowych i ich znaczenie praktyczne.

Oddziaływania międzycząsteczkowe i ich rola w zjawiskach międzyfazowych.

Powierzchnia cieczy: napięcie powierzchniowe i metody jego pomiaru; wpływ różnych parametrów na zmiany napięcia powierzchniowego cieczy.

Powierzchnia ciała stałego: swobodna energia powierzchniowa ciał stałych i metody jej wyznaczania; procesy zwilżania: rozpływanie, immersja, adhezja.

Materiały i ich charakterystyka: podział materiałów ze względu na skład chemiczny, strukturę, zastosowanie oraz proces wytwarzania.

Szkło i jego właściwości.

Surowce i proces technologiczny produkcji szkła; metody produkcji szkła płaskiego.

Modyfikacja szkła w fazie objętościowej i w warstwie powierzchniowej.

Metody modyfikacji właściwości powierzchniowych szkła.

Powłoki na powierzchni szkła.

Adsorpcja na powierzchni roztworów: nadmiar powierzchniowy i adsorpcja Gibbsa, równanie i izoterma adsorpcji Gibbsa, filmy adsorpcyjne na powierzchni roztworów, monowarstwa Gibbsa; film dwuwymiarowy, równanie stanu filmu dwuwymiarowego.

Warstewki substancji amfifilowych na powierzchni cieczy i ciał stałych: filmy Langmuira i Langmuira-Blodgett.

Adsorpcja na granicy faz ciało stałe/gaz: charakterystyka zjawiska, adsorpcja fizyczna i chemiczna, równanie Henryego, izoterma Freundlicha, teoria i izoterma adsorpcji Langmuira, teoria i równanie izotermy adsorpcji BET, typy izoterm adsorpcji, kondensacja kapilarna, otrzymywanie i struktura adsorbentów, klasyfikacja adsorbentów.

Adsorpcja na granicy faz ciało stałe/roztwór: charakterystyka zjawiska, równanie izotermy adsorpcji, nadmiar powierzchniowy i rzeczywista adsorpcja, typy izoterm adsorpcji, wymiana jonowa, jonity i ich rodzaje.

Układy koloidalne: charakterystyka układów koloidalnych i ich występowanie, metody otrzymywania, właściwości układów koloidalnych i ich stabilność, ładunek elektryczny cząstek koloidalnych, teoria DLVO.

Konwersatorium obejmuje następujące zagadnienia:

Charakterystyka zjawisk międzyfazowych i ich znaczenie praktyczne.

Oddziaływania międzycząsteczkowe i ich rola w zjawiskach międzyfazowych

Napięcie powierzchniowe cieczy; zależność od temperatury i gęstości; metody pomiaru. Równanie równanie Younga-Laplace'a, równanie Kelvina.

Parachora.

Napięcie powierzchniowe roztworów, równanie Szyszkowskiego, reguła Traubego.

Swobodna energia powierzchniowa ciał stałych. Przyrost energii związany z rozdrabnianiem ciał stałych. Kąt zwilżania i równanie Younga. Procesy zwilżania.

Budowa surfaktantów. CMC i metody jego pomiaru.

Adsorpcja na powierzchni roztworów: nadmiar powierzchniowy i adsorpcja Gibbsa, równanie i izoterma adsorpcji Gibbsa, filmy adsorpcyjne na powierzchni roztworów, monowarstwa Gibbsa; film dwuwymiarowy, równanie stanu filmu dwuwymiarowego.

Adsorpcja na granicy faz ciało stałe/gaz: charakterystyka zjawiska, adsorpcja fizyczna i chemiczna, równanie Henryego, izoterma Freundlicha, teoria i izoterma adsorpcji Langmuira, potencjałowa teoria adsorpcji Polanyiego, teoria i równanie izotermy adsorpcji BET, typy izoterm adsorpcji, kondensacja kapilarna, otrzymywanie i struktura adsorbentów, klasyfikacja adsorbentów.

Adsorpcja na granicy faz ciało stałe/roztwór: charakterystyka zjawiska, równanie izotermy adsorpcji, nadmiar powierzchniowy i rzeczywista adsorpcja.

Układy koloidalne: charakterystyka układów koloidalnych i ich występowanie, metody otrzymywania, właściwości układów koloidalnych i ich stabilność, zjawiska elektryczne na granicy faz: punkt ładunku zerowego.

Ćwiczenia laboratoryjne obejmują następujące zagadnienia:

Napięcie powierzchniowe cieczy i roztworów: sprawdzenie reguły Traubego, równanie Szyszkowskiego, parachora, wyznaczanie krytycznego stężenia micelizacji.

Adsorpcja: granica faz ciecz/gaz (izoterma adsorpcji Gibbsa), ciało stałe/roztwór: izoterma Langmuira, izoterma adsorpcji Freundlicha, izoplana.

Układy koloidalne: zjawiska elektryczne na granicy faz: punkt ładunku zerowego.

Otrzymanie i właściwości liposomów.

Literatura podstawowa:

1. J. Ościk, Adsorpcja, PWN Warszawa 1979.

2. E.T. Dutkiewicz, Fizykochemia Powierzchni, WNT Warszawa 1998.

3. R. Zieliński, Surfaktanty. Budowa, właściwości, zastosowania. Wydawnictwo UEP, Poznań, 2021.

4. Opracowania do ćwiczeń laboratoryjnych – strona internetowa: https://www.umcs.pl/pl/opisy-cwiczen,30100.htm

5. Ćwiczenia laboratoryjne z fizykochemii granic faz pod redakcją L. Hołysz, skrypt, Wyd. UMCS, Lublin 2000.

Literatura uzupełniająca

1. P.W. Atkins, Chemia Fizyczna, PWN Warszawa 2001.

2. P.W. Atkins, Podstawy Chemii Fizycznej, PWN Warszawa 1999.

3. P.W. Atkins, Chemia, Przewodnik po chemii fizycznej, PWN Warszawa 1997.

Na podstawie Uchwały Senatu UMCS Nr XXIV-28.28/19 z dnia 26 czerwca 2019 r. tj. od cyklu kształcenia 2019/2020.

WIEDZA

W1. Absolwent zna i rozumie wybrane teorie, zjawiska i metody z zakresu chemii ze szczególnym uwzględnieniem zjawisk międzyfazowych w powiązaniu z innymi dziedzinami (K_W01).

W2. Absolwent ma uporządkowaną wiedzę dotyczącą fizykochemii zjawisk powierzchniowych oraz zna i rozumie wybrane zagadnienia z zakresu wiedzy szczegółowej (K_W02).

W3. Absolwent zna i rozumie specyfikę chemii oraz jej najnowsze osiągnięcia w zakresie zjawisk międzyfazowych (K_W03).

W4. Absolwent zna i rozumie aktualne kierunki rozwoju i najnowsze odkrycia w chemii (K_W04).

W5. Absolwent zna i rozumie znaczenie chemii we współczesnej gospodarce oraz widzi możliwość zastosowania różnorodnych rozwiązań z zakresu fizykochemii granic faz w tworzeniu nowych technologii (K_W06).

UMIEJĘTNOŚCI

U1. Absolwent potrafi formułować i rozwiązywać problemy z zakresu fizykochemii powierzchni przez właściwy dobór odpowiednich metod metod badawczych i narzędzi, w tym zaawansowanych technik informacyjnych (K_U02).

U2. Absolwent potrafi planować i przeprowadzać eksperymenty, obliczenia, interpretować uzyskane wyniki, wyciągać i formułować wnioski, a także wykorzystywać uzyskane wyniki do argumentowania swoich tez i weryfikacji hipotez naukowych z zakresu chemii materiałowej (K_ U02).

U3. Absolwent potrafi zastosować zdobytą wiedzę z zakresu studiowanej specjalności chemicznej (K_U04).

U4. Absolwent potrafi podejmować samodzielne działania służące pogłębianiu własnej wiedzy w celu przystosowania istniejących narzędzi lub opracowania nowych metod wykorzystywanych w działalności zawodowej (K_U05).

U5. Absolwent potrafi współdziałać z innymi osobami w pracach zespołowych i pełnić w tych zespołach wiodącą rolę (K_U10).

U6. Absolwent potrafi planować własne uczenie się oraz rozwijać wiedzę i pogłębiać umiejętności praktyczne związane z chemią (K_U011).

KOMPETENCJE SPOŁECZNE

K1. Absolwent jest gotów do krytycznej oceny posiadanej wiedzy z zakresu chemii i nauk pokrewnych (K_K01)

K2. Absolwent jest gotów do krytycznej oceny odbieranych treści i uznawania znaczenia wiedzy chemicznej w rozwiązywaniu problemów poznawczych i praktycznych (K_K02).

Na podstawie Uchwały Senatu UMCS Nr XXIV-18.23/18 z dnia 27 czerwca 2018 r. tj. od cyklu kształcenia 2018/2019.

WIEDZA

W1. Absolwent zna i rozumie wybrane teorie, zjawiska i metody z zakresu chemii ze szczególnym uwzględnieniem zjawisk międzyfazowych w powiązaniu z innymi dziedzinami (K_W01).

W2. Absolwent ma uporządkowaną wiedzę dotyczącą fizykochemii zjawisk powierzchniowych oraz zna i rozumie wybrane zagadnienia z zakresu wiedzy szczegółowej (K_W02).

W3. Absolwent zna i rozumie specyfikę chemii oraz jej najnowsze osiągnięcia (K_W03).

W4. Absolwent zna i rozumie aktualne kierunki rozwoju i najnowsze odkrycia w chemii (K_W04).

W5. Absolwent zna i rozumie znaczenie chemii dla postępu nauk ścisłych i przyrodniczych oraz rozwoju cywilizacji (K_W07).

UMIEJĘTNOŚCI

U1. Absolwent potrafi zastosować zdobytą wiedzę z fizykochemii powierzchni do pokrewnych dziedzin i dyscyplin naukowych (K_U01).

U2. Absolwent potrafi formułować i rozwiązywać problemy badawcze z fizykochemii poprzez dobór odpowiednich metod i narzędzi (K_U02).

U3. Absolwent posiada umiejętności pracy samodzielnej i w grupie oraz realizować różne zadania z zakresu fizykochemii (K_U05).

KOMPETENCJE SPOŁECZNE

K1. Absolwent jest gotów do krytycznej oceny odbieranych treści i uznawania znaczenia wiedzy chemicznej w rozwiązywaniu problemów poznawczych i praktycznych (K_K03).

K2. Absolwent jest gotów do rozwijania dorobku i etosu zawodu chemika (K_K07).