ОТВЕТСТВЕННЫЙ РЕДАКТОР: заведующий кафедрой Андреев

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
«УТВЕРЖДАЮ»
Проректор по учебной работе
_____________________ /Волосникова Л.М./
«_____» _____________ 2013 г.
ФИЗИКО-ХИМИЯ ТВЕРДОГО ТЕЛА
Учебно-методический комплекс. Рабочая программа
для студентов направления 020100.68 «Химия», магистерская программа
«Физико-химический анализ природных и технических систем в макро- и
наносостояниях». Форма обучения очная
«ПОДГОТОВЛЕНО К ИЗДАНИЮ»:
Автор работы _____________________/Бурханова Т.М./
«_____» _____________________ 2013 г.
Рассмотрено на заседании кафедры неорганической и физической химии
«_____» ___________________2013 г. Протокол № ______
Соответствует требованиям к содержанию, структуре и оформлению.
«РЕКОМЕНДОВАНО К ЭЛЕКТРОННОМУ ИЗДАНИЮ»:
Объем 17 стр.
Зав. кафедрой_________________ /Андреев О.В./
«______» ___________________ 2013 г.
Рассмотрено на заседании УМК ИФиХ «____» ____________ 2013 г. Протокол № ___.
Соответствует ФГОС ВПО и учебному плану образовательной программы.
«СОГЛАСОВАНО»:
Председатель УМК ИФиХ _________________ /КрековС.А../
«____»___________ 2013 г.
«СОГЛАСОВАНО»:
И.о. директора ИБЦ _________________ /Ульянова Е.А../
«____»___________ 2013 г.
«СОГЛАСОВАНО»:
Зав. методическим отделом УМУ __________________ /Фарафонова И.Ю./
«_____»___________ 2013 г.
РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Институт физики и химии
Кафедра неорганической и физической химии
Т.М. Бурханова
ФИЗИКО-ХИМИЯ ТВЕРДОГО ТЕЛА
Учебно-методический комплекс. Рабочая программа
для студентов направления 020100.68 «Химия», магистерская программа
«Физико-химический анализ природных и технических систем в макро- и
наносостояниях». Форма обучения очная
Тюменский государственный университет
2013 г.
Т.М. Бурханова. Физико-химия твердого тела. Учебно-методический
комплекс. Рабочая программа для студентов направления 020100.68
«Химия», магистерская программа «Физико-химический анализ природных и
технических систем в макро- и наносостояниях». Форма обучения очная.
Тюмень, 2013, 17 стр.
Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС
ВПО с учетом рекомендаций и ПрООП ВПО по направлению и профилю
подготовки.
Рабочая программа дисциплины опубликована на сайте ТюмГУ:
Физико-химия твердого тела [электронный ресурс]/ Режим доступа:
http://www.umk3.utmn.ru., свободный.
Рекомендовано к изданию кафедрой неорганической и физической
химии. Утверждено проректором по учебной работе Тюменского
государственного университета.
ОТВЕТСТВЕННЫЙ РЕДАКТОР: заведующий кафедрой Андреев О.В.,
д.х.н., профессор
© Тюменский государственный университет, 2013.
© Бурханова Т.М., 2013.
1. Пояснительная записка:
Рабочая программа дисциплины «Физико-химия твердого тела»
составлена в соответствии с требованиями к результатам, условиям и
структуре
подготовки
Федерального
магистров
государственного
по
направлению
образовательного
020100
«Химия»
стандарта
высшего
профессионального образования.
Цели и задачи дисциплины
1.1.
Цель обучения: формирование у студентов представления о строении,
свойствах и взаимодействии твердых тел.
Задачи обучения: формирование у студентов
 представления
о
фазовых
равновесиях
и
структурных
превращениях в твердых телах;

умения
применять
теоретические
знания
к
решению
практических и исследовательских задач;
 представления о связи свойств твердого тела с его строением;
 практических навыков исследования твердых тел.
1.2. Место дисциплины в структуре ООП.
Курс «Физико-химия твердого тела» является составной частью
профессионального цикла дисциплин магистерской программы «Физикохимический анализ природных и технических систем в макро- и
наносостояниях» (курс по выбору магистранта).
Обучение дисциплине «Физико-химия твердого тела» предполагает
наличие у студентов знаний и умений, полученных при изучении курса
«Физическая химия», «Кристаллохимия».
1.3. Требования к результатам освоения дисциплины:
В соответствии с ФГОС ВПО данная дисциплина направлена на
формирование следующих компетенций:
Выпускник
должен
обладать
следующими
общекультурными
компетенциями (OK):
- пониманием принципов работы и умением работать на современной
научной аппаратуре при проведении научных исследований (ОК-6).
Выпускник
должен
обладать
следующими
профессиональными
компетенциями (ПК):

в научно-исследовательской деятельности:
- наличием представления о наиболее актуальных направлениях
исследований в современной теоретической и экспериментальной химии
(синтез
и
применение
веществ
в
наноструктурных
технологиях,
исследования в экстремальных условиях, химия жизненных процессов,
химия и экология и другие) (ПК-1);
- владением теорией и навыками практической работы в избранной
области химии (в соответствии с темой магистерской диссертации) (ПК-3);
- умением анализировать научную литературу с целью выбора
направления исследования по предлагаемой научным руководителем теме и
самостоятельно составлять план исследования (ПК-4);
-
способностью
анализировать
полученные
результаты,
делать
необходимые выводы и формулировать предложения (ПК-5);
- наличием опыта профессионального участия в научных дискуссиях
(ПК-6);
- умением представлять полученные в исследованиях результаты в виде
отчетов и научных публикаций (стендовые доклады, рефераты и статьи в
периодической научной печати) (ПК-7);

в организационно-управленческой деятельности:
-способностью определять и анализировать проблемы, планировать
стратегию их решения (ПК-10).
В результате освоения дисциплины обучающийся должен:
Знать о взаимосвязи состава, структуры, свойств и реакционной
способности твердых веществ.
Уметь: пользоваться научной и справочной литературой по химии
твердого тела.
Владеть:
методами
исследования
твердых
тел,
современными
представлениями о физико-химии твердого тела.
2. Трудоемкость дисциплины.
Семестр 1. Контрольных работ 3. Форма промежуточной аттестации
зачет.
Общая трудоемкость дисциплины составляет 4 зачетных единицы 144 часов.
3. Тематический план.
Таблица 1.
Тематический план
виды учебной работы и
1
2
1
Введение
2
Общее описание твердых
5
6
7
1
2
1-8
30
28
работа*
самостоятельная
занятия*
занятия*
лабораторные
4
(практические)
3
семинарские
лекции*
Тема
недели семестра
работа, в час.
контроля
форме, в час.
самостоятельная
Формы
из них в интерактивной
№
8
10
тел и фазовых равновесий.
контр.
раб. №
1, тест
3
Дефектная структура
9-
26
24
9
контр.
твердых тел.
раб. №
15
2, тест
4
Химические реакции и
15-
структурные превращения в
18
14
20
контр.
5
раб. №
твердых телах.
3, тест
Итого часов:
из
них
72
часов
в
72
24
24
интерактивной форме
Таблица 2.
Планирование самостоятельной работы студентов
№
Темы
Виды СРС
обязательные
1
2
3
дополнительные
Общее описание
Лабораторные Подготовка к
твердых тел и
отчеты,
контрольной
фазовых равновесий.
домашние
работе и
задания
тесту
Дефектная структура
Лабораторные Подготовка к
твердых тел.
отчеты,
контрольной
домашние
работе и
задания
тесту
Химические реакции
Лабораторные Подготовка к
и структурные
отчеты,
контрольной
превращения в
домашние
работе, тесту
твердых телах.
задания
ИТОГО:
Неделя
Объем часов
семестра
1-8
28
9-15
24
15-18 20
72
4.
Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми
(последующими) дисциплинами
№
Наименование обеспечиваемых
Темы дисциплины необходимых для изучения
п/п
(последующих) дисциплин
обеспечиваемых (последующих) дисциплин
1.
Методы физико-
1
2
3
+
+
+
+
+
+
химического анализа
2.
Физико-химический анализ
природных и технических
многофазных систем
3.
Физикохимия поверхности
+
+
+
4.
Подготовка магистерской
+
+
+
диссертации
5.
Содержание дисциплины.
Введение
Цели и задачи курса. Твердое состояние вещества.
Тема 1. Общее описание твердых тел и фазовых равновесий.
Кристаллы. Зависимость свойств кристаллических тел от типа
кристаллической решетки. Энергия кристаллической решетки.
Металлическая связь. Доля ковалентной составляющей связи в
металлах. Химическая связь в твердых неорганических веществах.
Зонная теория кристаллов. Энергия Ферми. Проводники и изоляторы.
Зонная структура металлов, диэлектриков, полупроводников. Собственные и
примесные полупроводники. Зонная структура твердых тел AIIBVI, AIBVII.
Система. Фаза. Система гомогенная и гетерогенная. Компонент.
Правило фаз Гиббса. Изображение состава 2-х компонентной системы.
Фигуративная точка. Коннода. Типы диаграмм состояния: с расслоением, с
неограниченными твердыми растворами, с эвтектикой, с ограниченными
твердыми
растворами
(эвтектический
и
перитектический
типы),
с
конгруэнтно и инконгруэнтно плавящимся соединением.
Твердые растворы. Условия образования. Типы твердых растворов:
замещения, внедрения, вычитания. Соединения постоянного и переменного
состава. Дальтониды и бертоллиды.
Интерметаллические соединения, природа химической связи в них.
Типы
химического
образования
взаимодействия
соединений.
в
Образование
металлических
системах
соединений
металлических
в
без
системах: соединения Курнакова, фазы Лавеса, фазы внедрения, соединения
Юм-Розери, их свойства и применение.
Кристаллические решетки твердых веществ. Типы Бравэ. Структуры с
кубической и гексагональной плотнейшими упаковками. Материалы,
обладающие структурой с плотнейшей упаковкой: металлы, сплавы, ионные
и ковалентные соединения, молекулярные, структуры.
Тема 2. Дефектная структура твердых тел.
Равновесные и неравновесные дефекты. Точечные дефекты. Вакансии:
термические, структурные, стехиометрические. Междоузельные атомы.
Механизм образования вакансий и междоузельных атомов по Френкелю, по
Шоттки. Нейтральные и заряженные дефекты. Электронейтральность.
Комплексы
точечных
дефектов:
дивакансия,
комплекс
атома
замещения с вакансией, F-центры. Разупорядоченность в стехиометрических
кристаллах химических соединений. Энергетические уровни точечных
дефектов.
Разупорядоченность
в
нестехиометрических
кристаллах
химических
соединений:
недостаток
металла,
избыток
металла.
Неравновесные
дефекты.
Односторонние, двусторонние фазы.
Термодинамика
точечных
дефектов.
Линейные дефекты.
Дислокация: краевые, винтовые. Энергия дислокаций. Взаимодействие
дислокаций с точечными дефектами. Атмосферы Котрелла и Снука. Методы
наблюдения дислокаций: электронной микроскопии, химического травления,
декоррирования.
Двумерные дефекты. Дефекты упаковки: вычитания, внедрения. Зерна,
субзеренные границы.
Тема 3. Химические реакции и структурные превращения в
твердых телах.
Диффузия. Механизм диффузии в твердых телах: междоузельный,
вакансионный, бездефектный. Поверхностная диффузия. Законы Фика.
Эффект Киркендаля.
Типы реакций между твердыми веществами. Механизмы переноса.
Кинетика твердофазных реакций. Методы изучения твердофазных реакций.
Фазовые переходы I и II рода. Классификация твердофазных
превращений. Механизмы превращений бездиффузного типа: нормальное,
мартенситное, массивное. Превращения диффузионного типа: непрерывные,
ячеистые. Кинетика фазового превращения.
Однофазные
превращения.
Упорядочение.
Кинетика
процесса
упорядочения. Полиморфные превращения. Механизм превращения, влияние
примесей на температуру полиморфного превращения.
Двухфазные превращения: расслоение твердого раствора, старение
сплавов, эвтектоидный распад.
6.
Темы лабораторных работ.
1. Построение диаграммы состояния бинарного раствора.
2. Микроструктурный анализ бинарной системы эвтектического типа.
3. Термодинамические расчеты на основе данных дифференциальнотермического анализа.
4. Изучение распада пересыщенных твердых растворов.
5. Изучение полиморфных превращений.
6. Исследование центров окраски в щелочно-галоидных кристаллах.
7. Исследование нестехиометрических кристаллов окиси цинка.
7.
Учебно - методическое обеспечение самостоятельной работы
студентов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости,
промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины (модуля).
Рабочей программой дисциплины «Физико-химия твердого тела»
предусмотрена самостоятельная работа студентов в объеме 72 часов.
Студентам предлагаются следующие формы самостоятельной работы:
работа с вопросами для самопроверки; подготовка к написанию контрольных
работ, тестированию; зачету; составление конспектов отдельных тем с
привлечением научной литературы.
Вопросы для самопроверки и
подготовки к написанию контрольных работ
1. В чем суть зонной модели твердого тела?
2. Что такое электронная концентрация?
3. Постройте фазовую диаграмму бинарной системы по следующим данным:
в системе образуются три соединения А2В, АВ, АВ2; А2В и АВ2 плавятся
конгруэнтно, а АВ – инконгруэнтно, образуя А2В и жидкость; АВ имеет
также нижний температурный предел стабильного существования.
4. Охарактеризуйте соединения постоянного и переменного состава.
5. Охарактеризуйте интерметаллические соединения, природу химической
связи в них.
6. Охарактеризуйте термические, структурные, стехиометрические вакансии.
7.
Охарактеризуйте
нейтральные
и
заряженные
дефекты,
электронейтральность.
8. Охарактеризуйте разупорядоченность в стехиометрических кристаллах
химических соединений.
9. Приведите примеры взаимодействия дефектов.
10. Охарактеризуйте двумерные дефекты.
11. Охарактеризуйте методы наблюдения дислокаций.
12. Предельные эмпирические электронные концентрации для β-, γ- и ε-фаз
латуни соответственно равны:
1) 21/13, 3/2, 7/4,
2) 3/2, 21/13, 7/4,
3) 3/2, 25/13, 9/4.
13. По уравнению Капустинского можно рассчитать
1) энергию атомизации,
2) энергию сублимации,
3) энергию решетки ионных соединений.
14. К точечным дефектам относятся:
1) вакансии,
2) дислокации,
3) дефекты упаковки.
15. Равновесная концентрация дефектов в кристаллах при увеличении
температуры:
1) увеличивается,
2) уменьшается,
3) проходит через максимум при определенной температуре,
4) проходит через минимум при определенной температуре.
Вопросы для подготовки к зачету
1. Предмет и задачи химии и физики твердого тела. Химия и физика
твердого тела - основа современного материаловедения.
2. Химическая связь в твердых телах. Межатомное взаимодействие.
Основные типы связей в твердых телах. Силы Ван-дер-Ваальса,
дисперсионное
взаимодействие,
ориентационное
взаимодействие,
индукционное взаимодействие. Ионная связь.
3. Химическая связь в твердых телах. Ковалентная связь. Металлическая
связь. Водородная связь. Энергия связи.
4. Эффективные радиусы ионов, ковалентные и металлические радиусы
атомов. Классификация твердых тел по характеру расположения
атомов: идеальные монокристаллы; монокристаллы с дефектами
решетки; поликристаллы; аморфные твердые тел.
5. Методы изучения механических свойств твердых тел. Микротвердость.
Измерение твердости. Твердость по Бринеллю, Виккерсу и др.
6. Зонная теория твердого тела. Заполнение энергетических зон в
диэлектриках, металлах и полупроводниках. Зона проводимости и
валентная зона. Дырки - квазичастицы в твердых телах. Запрещенная
зона.
7. Классификация твердых тел по электропроводности. Температурная
зависимость удельной электропроводности для металлов, диэлектриков
и полупроводников.
8. Магнитные
свойства
твердых
фаз. Классификация
магнетиков:
диамагнетики, парамагнетики, ферромагнетики и антиферромагнетики.
Природа парамагнетизма и диамагнетизма. Закон Кюри. Обменное
взаимодействие и его роль в возникновении ферромагнетизма.
Температура Кюри и температура Нееля.
9. Полупроводниковые
материалы.
Собственные
полупроводники.
Примесные полупроводники.
10.Диэлектрики. Общие закономерности прохождения электрического
тока. Ионная проводимость неорганических диэлектриков.
11.Реальная структура твердых тел. Классификация дефектов по их
размерности. Точечные (нульмерные) дефекты - вакансии, атомы в
междоузлиях, химические примеси и изотопы, ди- и тривакансии и др.
12.Линейные (одномерные) дефекты -дислокации и микротрещины.
13.Поверхностные (двухмерные) дефекты - границы зерен и двойников,
дефекты упаковки, стенки доменов, межфазные границы, поверхность
кристалла. Объемные (трехмерные) дефекты - микропустоты и
включения другой фазы.
14.Тепловые точечные дефекты. Дефекты по Френкелю. Дефекты по
Шоттке. Равновесная концентрация точечных дефектов по Френкелю и
Шоттке.
15.Тепловые дефекты в бинарных сплавах. Заряженные и незаряженные
дефекты. Центры окраски (F, М, R - центры).
16. Растворы внедрения и растворы замещения.
17.Антиструктурная разупорядоченность. Нестехиометричность.
18.Краевые,
винтовые
и
смешанные
дислокации.
Декорирование
дислокации. Контур и вектор Бюгерса. Движение дислокации.
Источники дислокации.
19.Примеси в полупроводниках. Энергия ионизации примеси или дефекта.
Акцепторные и донорные примеси.
20.Основные типы взаимодействия точечных дефектов. Взаимодействие
дислокации с точечными дефектами.
21.Непосредственное
электронная
наблюдение
спектроскопия;
дефектов
решетки:
рентгеновские
ионная
методы;
и
метод
избирательного травления; исследование поверхности кристалла.
22.Различные
типы
химических
реакций
твердых
тел:
реакции
присоединения (А+В = АВ); реакции двойного обмена (АВ+СД=
АД+СВ); реакции разложения Атв.= Втв.+Сгаз).
23.Факторы, влияющие на реакционную способность твердых тел:
примеси, структурные дефекты, облучение.
8.
Образовательные технологии.
Преподавание данной дисциплины предусматривает применение
активных и интерактивных форм обучения в объеме 30% от общего
количества часов. В соответствии с требованиями ФГОС при реализации
различных видов учебной работы в процессе изучения дисциплины «Физикохимия твердого тела» используются следующие активные и интерактивные
формы проведения занятий:
 лекции;
 лабораторные занятия;
 дополнительные консультации.
Также используются дополнительные формы обучения по отдельным
темам:
 текущая проверка знаний (коллоквиумы, контрольные работы, тесты);
 отработка пройденного материала на практических задачах группой (24 человека) студентов.
 обмен знаниями между студентами в малых группах.
9.
Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
Основная литература:
1. Андреев, О. В. Материаловедение: учеб. пособие/ О. В. Андреев, А. А.
Вакулин. - Тюмень: Изд-во ТюмГУ, 2011. – 456с.
2. Андреев, О. В. Материаловедение: учебное пособие / О. В. Андреев, А.
А. Вакулин, К. В. Киселева; Тюм. гос. ун-т. - Тюмень: Изд-во ТюмГУ,
2013. - 632 с. Режим доступа: http://tmnlib.ru/ebook/book/55/ (дата
обращения 02.09.2013).
3. . Рамбиди, Н.Г. Структура и свойства наноразмерных образований:
реалии сегодняшней нанотехнологии. / Н.Г.Рамбиди. – Долгопрудный:
Интеллект», 2011. – 376 с.
4. Фахльман, Б.Д. Химия новых материалов и нанотехнологии. / Б.Д
Фахльман. – Долгопрудный: Интеллект, 2011. – 464с.
Дополнительная литература:
1. Ярославцев, А. Б.. Химия твердого тела / А. Б. Ярославцев. - Москва:
Научный мир, 2009. - 328 с.
2. Епифанов, Г. И. Физика твердого тела: учеб. пособие / Г. И. Епифанов.
- Санкт-Петербург: Лань, 2010. - 288 с.
10.
Технические средства и материально-техническое обеспечение
дисциплины
Лекционная
аудитория
химическая лаборатория.
с
мультимедийным
оборудованием
и
Приложение 1
КАРТА КОМПЕТЕНЦИЙ ПО ДИСЦИПЛИНЕ
«ФИЗИКО-ХИМИЯ ТВЕРДОГО ТЕЛА»
(НАПРАВЛЕНИЕ 020100.68 – ХИМИЯ)
Общекультурные компетенции
 ОК-6
Понимание принципов работы и умение работать на современной научной
аппаратуре при проведении научных исследований.
В результате освоения дисциплины по данной компетенции обучающийся должен:
Минимальный уровень:
Знать: оборудование для проведения синтеза и исследования твердых тел.
Уметь: проводить обработку экспериментальных данных с применением
стандартного набора Microsoft Word (например, Excel) без использования
специализированных компьютерных программ.
Владеть: основами пробоподготовки для проведения анализа твердых тел.
Базовый уровень (дополнительно к минимальному уровню):
Знать: принципы работы научного оборудования, которое применяется при синтезе
и исследовании твердых тел: установки для термического анализа, дифрактометр,
микротвердомер, микроскоп, ИК-спектрометр, дилатометр, рентгенофлуоресцентный
анализатор.
Уметь: проводить обработку результатов исследования, используя специальное
программное обеспечение: Setsoft 2000, Thermogram Analyser – программы для обработки
результатов термического анализа, PDWin 4.0 – для обработки данных рентгенофазового
анализа, PDF – картотека рентгенометрических данных, Powder 2 – для уточнения
параметров кристаллической решетки.
Владеть: методиками проведения анализа твердых тел: микроструктурного,
дюрометрического, рентгенофазового, термического, отжига и закалки проб образцов,
определения пикнометрической плотности порошков, определения электропроводности
сплавов.
Повышенный уровень (дополнительно к минимальному и базовому уровням):
Знать: причины и возможные методы устранения возникающих неисправностей
при работе на научном оборудовании.
Уметь: самостоятельно оценить возможность применения методик анализа и
использования оборудования для достижения необходимой цели при изучении твердых
тел. Самостоятельно, с помощью специализированных компьютерных программ,
проводить анализ полученных результатов.
Владеть: навыками проведения самостоятельных исследований на высокоточном
научном оборудовании: дифрактометрах, рентгенофлуоресцентном анализаторе,
высокотемпературных установках термического анализа и др.
Освоение данной компетенции осуществляется на следующих видах занятий:
- лабораторные занятия;
- самостоятельная работа;
- подготовка устных сообщений.
Оценка сформированности компетенции по уровням осуществляется оценочными
средствами:
- подготовка отчета по лабораторной работе;
- устные опросы на лабораторных занятиях;
- выступление с устными сообщениями.
Профессиональные компетенции в научно-исследовательской деятельности:
 ПК-1
Наличие представлений о наиболее актуальных направлениях исследований в
современной теоретической и экспериментальной химии (синтез и применение
веществ в наноструктурных технологиях, исследования в экстремальных условиях,
химия жизненных процессов, химия и экология и другие).
В результате освоения дисциплины по данной компетенции обучающийся должен:
Минимальный уровень:
Знать: основные (классические) методы синтеза и исследования, применяемые в
физике и химии твердого тела.
Уметь: формулировать основные цели и задачи исследования твердых тел.
Владеть: навыками работы с литературными источниками, Интернет-ресурсами
при изучении вопроса о современном состоянии исследований в области физики и химии
твердого тела.
Базовый уровень (дополнительно к минимальному уровню):
Знать: современные методы синтеза, исследования и применения твердых тел, их
возможности, преимущества и недостатки.
Уметь: разделять все многообразие методов исследования твердофазных объектов
на классические и современные, на теоретические и экспериментальные.
Владеть: навыками выбора метода исследования применительно к изучаемым
объектам.
Повышенный уровень (дополнительно к минимальному и базовому уровням):
Знать: актуальные направления развития исследований твердофазных объектов.
Уметь: применять актуальные направления исследования твердых тел к изучаемым
объектам при выполнении магистерской диссертации.
Владеть: методиками синтеза, проводящимися в области химии твердого тела
(методы прямого и косвенного синтеза), методиками получения сплавов в заданном
состоянии; методиками проведения физико-химического анализа при высоких
температурах, при работе с вакуумом, при работе на установках индукционного нагрева.
Освоение данной компетенции осуществляется на следующих видах занятий:
- лабораторные занятия;
- самостоятельная работа;
- индивидуальные консультации.
Оценка сформированности компетенции по уровням осуществляется оценочными
средствами:
- устные опросы на лабораторных занятиях;
- контрольные работы.
 ПК-3
Владение теорией и навыками практической работы в избранной области
химии (в соответствии с темой магистерской диссертации).
В результате освоения дисциплины по данной компетенции обучающийся должен:
Минимальный уровень:
Знать: научную новизну и важность практического использования данных,
полученных при выполнении магистерской диссертации.
Уметь: выделять, используя литературные источники, теоретическую основу
применяемых при выполнении экспериментальной части магистерской диссертации
методов синтеза, анализа, которая может служить для объяснения полученных
результатов.
Владеть: навыками экспериментальной работы в области химии твердого тела,
например, твердофазный синтез, работа с газами, находящимися под давлением,
пробоподготовка образцов к методам физико-химического анализа, которые
используются при выполнении магистерской диссертации.
Базовый уровень (дополнительно к минимальному уровню):
Знать: возможности, ограничения и теоретические основы методов при
исследовании выбранных объектов.
Уметь: сформулировать цель и задачи магистерской диссертации в свете
теоретического и экспериментального развития изучаемого направления. Уметь
представлять данные эксперимента.
Владеть: методикой проведения микроструктурного, дюрометрического,
рентгенофазового, термического и др. методов физико-химического анализа, которые
использовались при выполнении магистерской диссертации.
Повышенный уровень (дополнительно к минимальному и базовому уровням):
Знать: порядок и правила работы на лабораторных/научных установках, на которых
проводятся исследования в области химии твердого тела (оборудование для термического,
микроструктурного, дюрометрического, рентгенофазового, рентгенофлуоресцентного
анализа.
Уметь: теоретически обосновать полученные результаты, проводить их
критическую оценку, выявлять недостатки используемых методик (реактивов,
пробоподготовки) и формулировать способы их устранения применительно к изучаемым
объектам при выполнении магистерской диссертации.
Владеть: навыками самостоятельной работы на оборудовании, которое
используется при выполнении магистерской диссертации. Владение навыками
самостоятельного подбора условий съемки термограмм, дифрактограмм и др.
экспериментальных зависимостей.
Освоение данной компетенции осуществляется на следующих видах занятий:
- лабораторные занятия;
- самостоятельная работа;
- мастер-класс с целью обучения работе на высокотехнологичном оборудовании;
- подготовка устных сообщений и рефератов по теме магистерских исследований.
Оценка сформированности компетенции по уровням осуществляется оценочными
средствами:
- подготовка отчетов по лабораторным работам;
- устные опросы, тесты на лабораторных занятиях;
- выступление с докладами по тематике магистерского исследования.
 ПК-4
Умение анализировать научную литературу с целью выбора направления
исследования по предлагаемой научным руководителем теме и самостоятельно
составлять план исследования.
В результате освоения дисциплины по данной компетенции обучающийся должен:
Минимальный уровень:
Знать: основные литературные источники (книги, статьи, Интернет-ресурсы) по
физике и химии твердого тела.
Уметь: работать с базами научных данных (электронные каталоги авторефератов,
диссертаций, базы е-library, Scopus, Elsevier и др.), с библиотечными ресурсами (например
информационно-библиотечным центром ТюмГУ).
Владеть: начальными навыками в формулировке тематики научного исследования
по результатам первичного анализа литературных данных в области синтеза и
исследования твердофазных систем.
Базовый уровень (дополнительно к минимальному уровню):
Знать: современную литературу по исследованию твердых тел. Знать актуальные
исследования в области будущей специализации (диссертационные исследования
последних лет, научные публикации в российских и иностранных журналах).
Уметь: выделять из широкой области исследований твердофазных объекты,
которые представляют интерес, как с практической, так и с фундаментальной стороны
развития науки, но не достаточно изученные или с неизвестными физико-химическими
характеристиками (температуры и характер плавления, области гомогенности,
полиморфные переходы, плотность порошков, параметры структуры и т.д.).
Владеть: приемами сопоставления литературных данных в области исследования
твердых тел с выбранными (совместно с научным руководителем) объектами по тематике
диссертационного исследования.
Повышенный уровень (дополнительно к минимальному и базовому уровням):
Знать: основные научные школы (российские и иностранные), занимающиеся
исследованием в области физики и химии твердого тела, ведущие научноисследовательские институты, работающие в данной области исследований.
Уметь: самостоятельно выбирать траекторию исследования выбранных объектов.
Владеть: навыками самостоятельного анализа иностранной научной литературы по
вопросам твердофазного синтеза, исследованию твердофазных систем методами физикохимического анализа; по поиску возможностей практического применения результатов
исследования.
Освоение данной компетенции осуществляется на следующих видах занятий:
- самостоятельная работа;
- индивидуальные консультации;
- подготовка устных сообщений и рефератов по теме магистерских исследований.
Оценка сформированности компетенции по уровням осуществляется оценочными
средствами:
- подготовка критического анализа литературных данных по тематике
магистерского исследования;
- устные опросы на лабораторных занятиях;
- выступление с докладами по тематике магистерского исследования.
 ПК-5
Способность анализировать полученные результаты, делать необходимые
выводы и формулировать предложения.
В результате освоения дисциплины по данной компетенции обучающийся должен:
Минимальный уровень:
Знать: преимущества и недостатки методов синтеза и исследования твердых тел.
Уметь: выделять особенности синтеза и исследования твердофазных обьектов.
Владеть: начальными навыками анализа результатов при использовании на
практике
методов
термического,
микроструктурного,
дюрометрического,
рентгенофазового анализа при изучении твердых тел.
Базовый уровень (дополнительно к минимальному уровню):
Знать: какие результаты можно получить при проведении синтеза и физикохимического анализа твердофазных образцов. Знать специфику комплексного подхода
при изучении твердых тел.
Уметь: формулировать основные выводы по результатам синтеза и анализа
Владеть: основными навыками самостоятельной обработки результатов,
полученных при исследовании твердофазных обьектов методами физико-химического
анализа; основными навыками построения зависимостей «состав-свойство».
Повышенный уровень (дополнительно к минимальному и базовому уровням):
Знать: способы возможного усовершенствования методической части
используемых стандартных методик анализа (пробоподготовка образцов для анализа,
режим съёмки термограмм и дифрактограмм, критерии их экспериментальной обработки
при использовании специализированных компьютерных программ)
Уметь: применять теоретические знания к решению практических и
исследовательских задач, сопоставлять результаты различных методов исследования
твердых тел, формулировать дополнительные выводы по результатам анализов.
Владеть: представлениями о связи свойств твердого тела с его строением,
устойчивыми навыками анализа полученных результатов исследования при описании
характера фазовых равновесий и структурных превращений в твердых телах, процессах
протекающих при твердофазных синтезах, при изучении кристаллических объектов, при
получении сложных соединений. Владеть навыками по формулировке дальнейшей
траектории экспериментального изучения твердофазных систем.
Освоение данной компетенции осуществляется на следующих видах занятий:
- лабораторные занятия;
- подготовка устных сообщений (в том числе по теме магистерского исследования).
Оценка сформированности компетенции по уровням осуществляется оценочными
средствами:
- подготовка отчетов по лабораторным работам;
- устные опросы на лабораторных занятиях;
- выступление с докладами (в том числе по тематике магистерского исследования).
 ПК-6
Наличие опыта профессионального участия в научных дискуссиях.
В результате освоения дисциплины по данной компетенции обучающийся должен:
Минимальный уровень:
Знать: основные понятия физики и химии твердого тела.
Уметь: работать в малой группе (2-3 человека), высказывать свою точку зрения и
участвовать в диалоге (студент-студент, студент-преподаватель), посвященном синтезу и
исследованию твердых тел.
Владеть: начальными навыками применения профессионального химического
языка, используя в устной речи терминологию физики и химии твердого тела, физикохимического анализа.
Базовый уровень (дополнительно к минимальному уровню):
Знать: основные правила ведения научной дискуссии. Главные моменты, которые
могут быть интересны слушателям и участникам беседы.
Уметь: работать в коллективе; уметь грамотно и четко предлагать траекторию
исследования твердофазных объектов.
Владеть: навыками участия в многосторонней научной беседе, используя в устной
речи терминологию физики и химии твердого тела, физико-химического анализа.
Повышенный уровень (дополнительно к минимальному и базовому уровням):
Знать: научную новизну, актуальность, практическую и теоретическую значимость
проведенного исследования.
Уметь: аргументировано доказать свою точку зрения по выбранной траектории
исследования твердофазных объектов, используя терминологию физики и химии твердого
тела, физико-химического анализа.
Владеть: устойчивыми навыками профессионального химического языка и опытом
участия в научных дискуссиях разного уровня профессиональной компетенции.
Освоение данной компетенции осуществляется на следующих видах занятий:
- самостоятельная работа;
- круглые столы со специалистами в области физики и химии твердого тела,
(выпускники прошлых лет, преподаватели и сотрудники кафедры, специализирующиеся в
области химии твердого тела);
- подготовка устных сообщений;
- посещение научных семинаров кафедры неорганической и физической химии и
Института физики и химии, защит кандидатских диссертаций.
Оценка сформированности компетенций по уровням осуществляется оценочными
средствами:
- выступление с докладами;
- участие в дискуссиях, ответы на вопросы, вопросы к докладчикам;
- подготовка краткого анализа/отчета по выступлениям докладчиков.
 ПК-7
Умение представлять полученные в исследованиях результаты в виде отчетов
и научных публикаций (стендовые доклады, рефераты и статьи в периодической
научной печати).
В результате освоения дисциплины по данной компетенции обучающийся должен:
Минимальный уровень:
Знать: основные требования к стендовым/устным докладам при представлении
полученных научных результатов при исследовании в области физики и химии твердого
тела.
Уметь: в краткой форме стендового доклада выделить главные результаты и
акцентировать научную/практическую новизну исследования.
Владеть: начальными навыками профессионального химического языка,
специфической терминологии физики и химии твердого тела при подготовке устного
доклада.
Базовый уровень (дополнительно к минимальному уровню):
Знать: основные конференции по тематике исследований твердофазных систем,
требования к тезисам конференций.
Уметь: формулировать цель, задачи исследования, основные выводы по
результатам исследования твердофазных систем при подготовке отчета/доклада.
Владеть: навыками самостоятельной подготовки устного/стендового доклада, а
также тезисов по результатам проведения синтеза, анализа изучаемых твердофазных
систем.
Повышенный уровень (дополнительно к минимальному и базовому уровням):
Знать: основные зарубежные журналы, в которых публикуются статьи, связанные с
тематикой изучения твердых тел, двух-, трех-, многокомпонентных твердофазных систем,.
Правила представления результатов исследования при публикации в иностранных
журналах.
Уметь: использовать полученные знания при выступлении с устным
докладом/сообщением на конференциях различного уровня; грамотно и четко, с
использованием профессионального химического языка и специальной терминологии,
выделять главные результаты исследования, фундаментальную и практическую важность,
отвечать на вопросы.
Владеть: навыками делового письма при общении (например, посредством
электронной почты) с редакциями химических журналов (в т.ч. и с иностранными).
Освоение данной компетенции осуществляется на следующих видах занятий:
- самостоятельная работа;
- лабораторные занятия;
- подготовка устных сообщений, рефератов, стендовых докладов, тезисов, статей.
Оценка сформированности компетенций по уровням осуществляется оценочными
средствами:
- выступление с устными/стендовыми докладами (в том числе на апрельской
студенческой конференции);
- подготовленные тезисы/статьи;
- защита лабораторных работ, подготовка отчета.
Профессиональные компетенции в организационно-управленческой
деятельности:
 ПК-10
Способность определять и анализировать проблемы, планировать стратегию
их решения.
В результате освоения дисциплины по данной компетенции обучающийся должен:
Минимальный уровень:
Знать: достоинства и недостатки методов синтеза и физико-химического анализа
твердых тел.
Уметь: работать в коллективе, определять общие и частные задачи для участников
проекта, планировать этапы решения задач.
Владеть: начальными навыками по формулировке основных проблем, которые
могут возникнуть перед исследователем при проведении синтеза и анализа твердых тел.
Базовый уровень (дополнительно к минимальному уровню):
Знать: возможные затруднения и пути решения возникающих проблем при работе
на оборудовании для проведения синтеза и анализа твердых тел.
Уметь: работать в коллективе (группе 2-3 человек), разрешая вопросы, связанные с
проблемой недостаточности теоретических и экспериментальных данных для
формулировки выводов. Уметь выбирать исполнителей и ответственных за выполнение
поставленной цели исследования.
Владеть: навыками сотрудничества, взаимопомощи, совместного решения
поставленных задач при исследовании твердофазных объектов.
Повышенный уровень (дополнительно к минимальному и базовому уровням):
Знать: порядок анализа проблемной ситуации, возникшей при обсуждении
полученных результатов, знать какими дополнительными методами анализа может быть
решена возникшая проблема при исследовании.
Уметь: выделять проблемные вопросы исследования, проводить самостоятельный
анализ выявленной проблемы и самостоятельно разрабатывать стратегию решения
проблемы; привлекать дополнительные методы анализа (или другие методики) для
устранения недостатков исследования.
Владеть: устойчивыми организационными, профессиональными навыками при
решении вопросов, связанных с возникшими проблемами при работе оборудования для
проведения синтеза и физико-химического анализа. Владеть навыками несложного
ремонта лабораторного оборудования, которое не требует специальной подготовки и
квалификации.
данной компетенции осуществляется на следующих видах занятий:
- лабораторные занятия;
- творческие коллективные и индивидуальные задания;
- самостоятельная работа.
Оценка сформированности компетенций по уровням осуществляется оценочными
средствами:
- устные опросы на лабораторных занятиях;
-выступление с сообщениями.
Освоение
Подготовлено:
к.х.н., доцент
Бурханова Т.М.
Рассмотрено и утверждено на заседании кафедры
неорганической и физической химии
(протокол № ___ от __
___________ 2013 г.)
Андреев О.В.
____________________
____________________
Дополнения и изменения к рабочей программе на 2014/ 2015 учебный год
В рабочую программу вносятся следующие изменения:
пересмотрена рекомендуемая литература
Основная:
1. Андреев, О. В. Материаловедение: учеб. пособие/ О. В. Андреев, А. А. Вакулин. Тюмень:
Изд-во
ТюмГУ,
2011.
456
с.
2. Андреев, О. В. Материаловедение: учебное пособие / О. В. Андреев, А. А. Вакулин, К.
В. Киселева; Тюм. гос. ун-т. - Тюмень: Изд-во ТюмГУ, 2013. - 632 с. Режим доступа:
http://tmnlib.ru/ebook/book/55/.
Дополнительная:
1. Ярославцев, А. Б.. Химия твердого тела / А. Б. Ярославцев. - Москва : Научный мир,
2009.
328
с.
2. Епифанов, Г. И. Физика твердого тела: учеб. пособие / Г. И. Епифанов. - СанктПетербург
:
Лань,
2010.
288
с.
3. Рамбиди, Н.Г. Структура и свойства наноразмерных образований. Реалии
сегодняшней нанотехнологии. //Уч. пособие. Издательский Дом «Интеллект», 2011. –
376
с.
4. Фахльман, Б. Химия новых материалов и нанотехнологии. //Уч. пособие.
Издательский Дом «Интеллект», 2011. – 464 с.
Рабочая программа пересмотрена и одобрена на заседании кафедры неорганической и
физической химии протокол № 1 от «26» августа 2014 г.
Заведующий кафедрой ___________________/Андреев О.В./