close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

Химия поверхностно-активных веществ. Рабочая программа

код для вставкиСкачать
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Тверской государственный университет»
Химико-технологический факультет
Кафедра органической химии
Утверждаю:
Декан химико-технологического ф-та
С.С. Рясенский
«___»____________ 2014 г.
Рабочая программа дисциплины
Химия поверхностно-активных веществ, 3 курс
(наименование дисциплины, курс)
020201.65 Фундаментальная и прикладная химия
Направление (специальность) подготовки
Органическая и биоорганическая химия
Профиль (специализация) подготовки
Квалификация (степень выпускника)
Специалист
Форма обучения:
Очная
Обсуждено на заседании кафедры
« »__
2013 г.
Составитель:
доцент кафедры органической химии
Н.В. Веролайнен
Протокол №
Зав. кафедрой: Л.И. Ворончихина
Тверь 2014
Аннотация
1. Цели и задачи дисциплины
Цель
изучения
дисциплины:
изучение
теоретических
и
экспериментальных основ химии поверхностно-активных веществ (ПАВ).
Задачи изучения дисциплины:
- формирование базовых знаний о механизмах действия поверхностноактивных веществ на межфазных границах;
- формирование представлений о методах синтеза и применении ПАВ;
- приобретение навыков владения экспериментальными методами
определения физико-химических характеристик ПАВ;
- формирование у студентов знаний и умений, позволяющих
планировать синтезы поверхностно-активных веществ.
2. Место дисциплины в структуре ООП специалитета
Дисциплина «Химия поверхностно-активных веществ» предусмотрена
ФГОС
ВПО
по
специальности
020201.65
в
вариативной
части
профессионального цикла (С3) и является необходимой для изучения таких
дисциплин, как «Коллоидная химия», «Современные проблемы химии
поверхностно-активных веществ».
Уровень
начальной
подготовки
обучающегося
для
успешного
освоения дисциплины: знание основ органической и физической химии;
владение приемами и методами эксперимента в органической химии.
3. Общая трудоемкость дисциплины составляет 5 зачетных единиц
(180 ч).
4. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения
дисциплины «Химия поверхностно-активных веществ»:
Учебная дисциплина «Химия поверхностно-активных веществ» направлена
на формирование и развитие у обучающихся следующих компетенций:
- понимание необходимости и способность приобретать новые знания с
использованием современных научных методов и владение ими на уровне,
необходимом для решения задач, имеющих естественнонаучное содержание
и возникающих при выполнении профессиональных функций (ПК-7);
- понимание принципов работы и умение работать на современной научной
аппаратуре при проведении научных исследований (ПК-9);
- владение навыками химического эксперимента, основными синтетическими
и аналитическими методами получения и исследования химических веществ
и реакций (ПК-13);
- способность на научной основе организовать свой труд, самостоятельно
оценить
результаты
своей
деятельности,
владение
навыками
самостоятельной работы, в том числе в сфере проведения научных
исследований (ПК-17).
- умение анализировать научную литературу с целью выбора направления и
методов, применяемых в исследовании по теме дипломной работы,
способность самостоятельно составлять план исследования (ПК-18).
- способность анализировать полученные результаты, делать необходимые
выводы и формулировать предложения (ПК-19).
Преподавание учебной дисциплины «Химия поверхностно-активных
веществ» строится на сочетании лекций и практических занятий с
различными формами самостоятельной работы студентов. Предусмотрены
подготовка рефератов и докладов.
В результате освоения дисциплины обучающийся должен:
Знать классификацию, особенности строения, свойства, основные методы
получения и анализа поверхностно-активных веществ.
Сформировать умения:
проведения анализа различных классов поверхностно-активных
веществ;
теоретически и экспериментально определять основные физикохимические характеристики поверхностно-активных веществ;
проведения синтеза различных классов поверхностно-активных
веществ;
подтверждать класс, строение и чистоту синтезируемого соединения.
5. Образовательные технологии
В
процессе
образовательные
освоения
дисциплины
технологии,
способы
используются
и
методы
следующие
формирования
компетенций:
Традиционная и проблемная лекция, семинарская деятельность в
составе малых групп, упражнения, составление графиков, схем,
подготовка письменных отчетов, проектная технология.
Формы текущего контроля – выполнение заданий для самостоятельной
работы, выполнение тестовых заданий, оформление отчетов по
практическим работам.
Формы рубежного контроля – выполнение контрольных работ,
тестирование.
Форма итогового контроля – экзамен.
6. Формы контроля
- текущий контроль во время проведения лабораторных занятий;
- контрольные работы;
- индивидуальные задания с отчетностью на лабораторных занятиях;
- рейтинговый контроль знаний по отдельным темам;
- зачетное занятие (5 семестр);
- итоговая форма контроля – экзамен (6 семестр).
III. Учебная программа
Введение. Цель и задачи курса. Общие сведения о поверхностно-активных
веществах (ПАВ), их назначении и областях применения. Классификация
ПАВ.
Тема 1. Синтез ПАВ различных классов. Методы получения и свойства
анионных
ПАВ
(мыла,
алкилсульфонаты,
алкиларилсульфонаты,
алкилсульфаты, алкилфосфаты). Преимущества и недостатки АПАВ. Методы
получения катионных ПАВ (соли высших аминов, ЧАС, алкилимидазолины).
Общие свойства КПАВ. Амфолитные ПАВ, их свойства и методы получения
(кватернизация третичных аминов, из первичных аминов, на основе низших
аинокислот). Общие свойства АмПАВ (изоэлектрическая точка, бетаины,
цвиттер-ионные ПАВ). Способы получения неионогенных ПАВ (реакция
оксиэтилирования,
неполные
эфиры
многоатомных
спиртов,
окиси
третичных аминов, алканол-амиды высших кислот) и их специфические
свойства. Блок-сополимеры.
Тема 2. Сырьевая база. Методы получения высших спиртов (гидролиз
восков, восстановление сложных эфиров, оксосинтез, метод Циглера).
Получение высших кислот (гидролиз жиров, окисление по Башкирову,
гидрокарбоксилирование).
Способы
получения
высших
аминов
(аминирование, метод Гофмана, восстановление нитросоединений). Методы
получения глицерина, окисей этилена и пропилена.
Тема 3. Особенности строения ПАВ и физико-химические свойства их
растворов. Строение молекул поверхностно-активных веществ (ПАВ).
Поверхностная активность. Поверхностное натяжение. Эффект понижения
механической прочности твердых тел в растворах ПАВ (эффект Ребиндера).
Мицеллообразование.
Критическая
концентрация
мицеллообразования
(ККМ). Строение мицелл (мицеллы Хартли, МакБейна и др.), виды мицелл
(прямые
и
обратные).
Точка
Крафта.
Механизм
солюбилизации.
Смачивающая способность. Краевой угол смачивания. Уравнения Юнга и
Лапласа. Работа смачивания. Смачивание тканей и волокон. Эмульгирующая
способность ПАВ. Прямые и обратные эмульсии. Разрушение эмульсий.
Суспендирующее
действие
ПАВ.
Факторы
устойчивости
суспензий.
Суспензионный эффект. Механизм антистатического действия растворов
ПАВ. Пенообразующая способность. Виды пен. Механизм образования пен.
Устойчивость пен. Механизм моющего действия. Три стадии процесса
отмывания поверхности.
IV. Рабочая учебная программа
Рабочая учебная программа
Лекции
Аудиторные занятия
Практические
занятия
Самост.
работа
Наименование разделов и тем
Всего
Введение
Введение. Цель и задачи курса. Общие
сведения о поверхностно-активных
веществах (ПАВ), их назначении и
областях применения. Классификация
ПАВ
Тема 1. Синтез ПАВ различных
классов
Методы получения и
свойства
анионных
ПАВ
(мыла,
алкилсульфонаты,
алкиларилсульфонаты,
алкилсульфаты,
алкилфосфаты).
Преимущества и недостатки АПАВ
Методы получения катионных ПАВ
(соли
высших
аминов,
ЧАС,
алкилимидазолины). Общие свойства
КПАВ
Амфолитные ПАВ, их свойства и
методы получения (кватернизация
третичных аминов, из первичных
аминов,
на
основе
низших
аинокислот). Общие свойства АмПАВ
(изоэлектрическая точка, бетаины,
цвиттер-ионные ПАВ)
Способы получения неионогенных
ПАВ (реакция оксиэтилирования,
неполные
эфиры
многоатомных
спиртов, окиси третичных аминов,
алканол-амиды высших кислот) и их
специфические
свойства.
Блоксополимеры
Анионные, катионные, амфолитные и
неионогенные ПАВ, их характерные
6
4
4
58
18
32
8
2
4
2
4
6
2
4
6
2
4
4
4
2
2
2
свойства, отличительные особенности
их получения, условия их применения
в различных средах
Синтез додецилсульфата натрия
6
6
Синтез бензилтриэтиламмония
хлорида
Тема 2. Сырьевая база ПАВ
24
Методы получения высших спиртов
(гидролиз восков, восстановление
сложных эфиров, оксосинтез, метод
Циглера). Получение высших кислот
(гидролиз жиров, окисление по
Башкирову, гидрокарбоксилирование)
Способы получения высших аминов
(аминирование,
метод
Гофмана,
восстановление
нитросоединений).
Методы получения глицерина, окисей
этилена и пропилена
Получение соединений, служащих
сырьевой базой для синтеза ПАВ.
Реакции и их механизмы
Тема 3. Особенности строения ПАВ
и физико-химические свойства их
растворов
Строение молекул поверхностноактивных
веществ
(ПАВ).
Поверхностная
активность.
Поверхностное натяжение. Эффект
понижения механической прочности
твердых тел в растворах ПАВ (эффект
Ребиндера)
Мицеллообразование.
Критическая
концентрация
мицеллообразования
(ККМ). Строение мицелл (мицеллы
Хартли, МакБейна и др.), виды
мицелл (прямые и обратные). Точка
Крафта. Механизм солюбилизации
Смачивающая способность. Краевой
угол смачивания. Уравнения Юнга и
Лапласа.
Работа
смачивания.
Смачивание тканей и волокон
Эмульгирующая способность ПАВ.
Прямые и обратные эмульсии.
92
8
4
12
2
4
2
4
4
4
4
24
36
32
4
8
4
8
4
4
4
2
4
2
Разрушение эмульсий
2
Суспендирующее действие ПАВ.
Факторы устойчивости суспензий.
Суспензионный эффект. Механизм
антистатического действия растворов
ПАВ
Пенообразующая способность. Виды
пен. Механизм образования пен.
Устойчивость пен
Механизм моющего действия.
Три стадии процесса отмывания
поверхности
2
4
2
4
2
4
2
2
8
2
1
4
1
4
54
72
Определение
температуры
помутнения неионогенного ПАВ
Определение
поверхностного
натяжения растворов ПАВ на границе
с воздухом. Метод Ребиндера
Определение
краевого
угла
смачивания растворами ПАВ твердых
поверхностей
Определение
пенообразующей
способности
ПАВ
взбиванием
растворов перфорированным диском
Итого
180
4
54
В том числе в интерактивной форме 72 ч., что составляет 57% от
аудиторных.
V. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости,
промежуточной аттестации но итогам освоения дисциплины и учебнометодическое обеспечение самостоятельной работы студентов
Оценка уровня сформированности компетенций
осуществляется в процессе следующих форм контроля:
следящего (проводится оценка выполнения студентами заданий в ходе
аудиторных занятий: самостоятельное решение задач в тетрадях и у доски,
владение
теоретическим
материалом;
самостоятельное
выполнение
практической работы с решением экспериментальных задач);
текущего (оценивается работа студентов вне аудиторных занятий:
выполнение домашних контрольных работ, подготовка докладов, рефератов,
построение графиков);
промежуточного (рейтинговые точки – контрольная точка, зачет);
итогового (экзамен).
Формы и способы контроля соответствуют цели обучения и избранным
образовательным технологиям, методам формирования компетенций.
Рейтинг–контроль
по дисциплине «Химия поверхностно-активных веществ»
5 семестр зачет (100 баллов)
1 модуль
Включает темы: 1. 2.
Текущий контроль:
Посещение лекционных занятий (6 занятий по 3 балла) – 18 баллов.
Участие в семинарских занятиях (2 занятия по 7 баллов) – 14 баллов.
Выполнение лабораторных работ (2 работы по 4 балла) – 8 баллов.
Рубежный контроль:
Письменное тестирование – 10 баллов.
I контрольная точка –50 баллов.
2 модуль
Включает тему 3.
Текущий контроль:
Посещение лекционных занятий (9 занятий по 3 балла) – 27 баллов.
Участие в семинарских занятиях (1 занятие по 7 баллов) –7 баллов.
Рубежный контроль: Письменное зачетное занятие (1 занятие) – 16 баллов.
II контрольная точка – 50 баллов.
Рейтинг–контроль
по дисциплине «Химия поверхностно-активных веществ»
6 семестр – экзамен (60 баллов + 40 баллов) 100 баллов
1 модуль
Включает тему "Особенности строения ПАВ".
Текущий контроль:
Посещение лекционных занятий (4 занятия по 2 балла) – 8 баллов.
Рубежный контроль:
Защита реферата – 12 баллов.
I контрольная точка – 20 баллов.
2 модуль
Включает тему "Физико-химические свойства растворов ПАВ".
Текущий контроль:
Посещение лекционных занятий (4 занятия по 2 балла) – 8 баллов.
Выполнение лабораторных работ (4 работы по 6 баллов) – 24 балла.
Рубежный контроль:
Письменное тестирование – 8 баллов.
II контрольная точка – 40 баллов.
Экзамен – 40 баллов.
Пример контрольной точки
«Классификация поверхностно-активных веществ»
1. Заполнить таблицы отражающие классификацию ПАВ по молекулярному
строению:
Соли алкилтриметиламмония, мыла на основе жирных кислот,
алкилсульфонаты, 2 – (N – метилалканоиламино) – 1 – этансульфонаты,
алкилсульфаты, алкилфосфаты, N – алкилтриглицерины, N – алкилбетаины,
эфиры
одноосновных
жирных
кислот
и
этиленгликоля,
соли
алкилпиридиния,
эфиры
одноосновных
жирных
кислот,
соли
длинноцепочечных первичных аминов, эфиры жирных кислот и сахарозы,
соли алкилсульфония, 1,2 – бис – (алкилоксикарбонил) –1 – этансульфонаты,
алкиловые эфиры полиоксиэтилена, алкиловые эфиры полиоксиэтилена,
эфиры
одноосновных
жирных
кислот
и
полиоксиэтилена,
полиоксиэтиленполиоксипропиленгликоли, алкилбензолсульфонаты.
(1) Катионные ПАВ
Пример
Структурная формула
(2) Анионные ПАВ
Пример
Структурная формула
(3) Амфиионные ПАВ
Пример
Структурная формула
Неионогенные ПАВ
(1) Производные многоатомных спиртов
Пример
Структурная формула
(2) Производные полиоксиэтилена
Пример
Структурная формула
2. Каждому названию ПАВ подберите структурную формулу:
C12H21O10(OOCR),
RO(C2H4O) nH, RN +(CH3) 3∙Br-, RCOO-Na+ , RSO -3Na+
RCOOCH2CH2OH, ROPO2-3Na2+2, ROSO-3Na+, RCON(CH3)C2H4 SO-3Na+, RS+(CH3)2∙BrCH 2 COOH
+
+ RN
CH 2 COOH
N
R
Br
SO 3 Na
R
CH 2 COO
,
ROCOCH
ROCOCH
,
+
2
RN
SO 3 Na
+
,
CH 3
CH 3
CH 2 COO
HOCH
-
H2C
,
CHOH
O
CHCHOHCH2OCOR
RCOO(C2H 4O) nH, HO(C2 H4O)a(C3H6O) b(C2H4O)cH, RN+H 3∙Сl-
Тестовые задания
по дисциплине «Химия поверхностно-активных веществ»
Выберите правильный ответ
1. При каких концентрациях ПАВ обладают более высокой эффективностью?
а) при концентрациях ниже 1%;
б) при концентрациях выше 1%.
2. Что является носителем поверхностной активности у молекул ПАВ?
а) противоион;
б) углеводородный радикал.
3. Определите, в соответствии с правилом Дюкле-Траубе, во сколько раз
возрастает
поверхностная
активность
при
увеличении
длины
углеводородного радикала на 2 метиленовые группы?
а) в 3–3,5 раза;
б) в 6–7 раз;
в) в 1,5–2 раза;
г) в 9–10,5 раз;
д) ни один ответ не является правильным.
4. При концентрации ПАВ вблизи ККМ в растворе образуются:
а) слоистые (пластинчатые) мицеллы;
б) эллипсоидные мицеллы;
в) сферические мицеллы;
г) цилиндрические мицеллы;
д) истинные растворы, мицеллы не образуются вообще.
5. Какие процессы играют решающую роль при удалении жидкого
загрязнителя с поверхности?
1) эмульгирование;
2) суспендирование;
3) солюбилизация;
4) пенообразование.
а): 1 и 3; б): 2 и 4; в) только 3; г) 1–4; д) все неправильно.
6. От каких факторов зависит процесс отмывания?
1) природа и концентрация загрязнений;
2) химический состав и морфология поверхности;
3) природа и концентрация ПАВ;
4) присутствие антиресорбентов и комплексообразователей.
а): 1 и 4; б): 2, 3, 4; в) 1, 2, 4; г) 1–4; д) все неправильно.
7. Какие процессы приводят к разрушению эмульсии?
1) коалесценция;
2) коагуляция;
3) всплывание капелек;
4) оседание капелек.
а): только 1; б): только 2; в) 2–4; г) 1 и 2; д) 1–4.
8. Какие физико-химические процессы являются самопроизвольными?
1) солюбилизация;
2) мицеллобразование;
3) адсорбция;
4) эмульгирование.
а): только 1; б): 1, 2, 4; в) 2–4; г) 1–3; д) все неправильно.
9. Укажите температурные(ую) характеристики(у) поверхностно-активных
веществ?
1) изоэлектрическая точка;
2) точка помутнения;
3) точка Крафта;
4) поверхностная активность.
а): только 3; б): 2 и 3; в) 1 и 4; г) 1–4; д) все неправильно.
Темы рефератов
к дисциплине «Химия поверхностно-активных веществ»
1. Применение ПАВ в производстве синтетических моющих средств.
2. Механизм моющего действия поверхностно-активных веществ.
3. Поверхностно-активные вещества как модификаторы поверхности.
4. Солюбилизирующая способность поверхностно-активных веществ.
5. Поверхностно-активные вещества как активные бактерициды.
6. Поверхностно-активные вещества как пенообразователи.
7. Свойства смесей поверхностно-активных веществ.
8. ПАВ, как ингибиторы коррозии.
9. Использование ПАВ в бумажной промышленности.
10. Поведение поверхностно-активных веществ в растворах.
Вопросы к зачету
по дисциплине «Химия поверхностно-активных веществ»
1. Классификация поверхностно-активных веществ (ПАВ) по различным
свойствам. Характерные свойства ПАВ. Области применения ПАВ.
2. Методы получения и свойства АПАВ: мыла, повышение их стойкости
к солям жесткости; алкилсульфонаты; алкиларенсульфонаты.
3. Методы получения и свойства АПАВ: алкилсульфаты (по 2 любых
способа получения для первичных и вторичных); алкилфосфаты;
общие свойства АПАВ.
4. Методы
получения
КПАВ:
соли
высших
аминов,
ЧАС,
алкилимидазолины. Общие свойства КПАВ.
5. АмПАВ, их свойства и методы получения (кватернизация третичных
аминов, на основе первичных аминов, на основе низших аминокислот).
6. Методы получения и свойства НПАВ: неполные эфиры многоатомных
спиртов, окиси третичных аминов, алканол-амиды высших кислот.
7. Особенности получения НПАВ реакцией оксиэтилирования. Свойства
НПАВ.
15
8. Методы получения высших спиртов: гидролиз восков, восстановление
сложных эфиров, оксосинтез, метод Циглера.
9. Получение высших кислот: гидролиз жиров, окисление по Башкирову,
гидрокарбоксилирование.
10.Методы получения высших аминов: аминирование, метод Гофмана
(лабораторный и промышленный), восстановление нитросоединений.
11.Получение полиэтиленгликолевых (ПЭГ) эфиров высших спиртов,
аминов, алкилфенолов, кислот, алканол-амидов. Блок-сополимеры.
12.Сульфосукцинаты и алкенсульфонаты, их получение и свойства.
Вопросы к экзамену
по дисциплине «Химия поверхностно-активных веществ»
1.
Классификация поверхностно-активных веществ (ПАВ) по различным
свойствам. Характерные свойства ПАВ. Области применения ПАВ.
2.
Адсорбция. Десорбция. Поверхностная энергия. Работа адсорбции.
3.
Поверхностная
активность.
Адсорбция
на
жидких
и
твердых
поверхностях. Уравнение Гиббса. Поверхностное натяжение. Правило
Дюкло-Траубе. Понятие о гидрофильно-липофильном балансе (ГЛБ).
Эффект адсорбционного понижения прочности Ребиндера.
4.
Мицеллообразование. Критическая концентрация мицеллообразования
(ККМ). Точка Крафта. Температура помутнения НПАВ. Строение
мицелл. Виды мицелл.
5.
Механизм солюбилизации. Влияние явления солюбилизации на
моющее действие.
6.
Смачивающая способность. Краевой угол смачивания. Уравнение
Юнга. Уравнение Лапласа. Работа смачивания. Смачивание волокон и
тканей.
7.
Эмульгирующая
способность.
Типы
эмульсий.
Факторы
стабилизирующего действия ПАВ. Влияние природы ПАВ на процесс
эмульгирования.
16
8.
Суспендирующее действие ПАВ. Факторы устойчивости суспензий.
Оценка суспендирующей способности. Суспензионный эффект.
9.
Механизм антистатического действия. ПАВ как антистатики.
10.
Пенообразующая способность. Виды пен. ПАВ как пенообразователи.
11.
Механизм моющего действия (МД). Три стадии МД. Факторы,
влияющие на процесс МД.
VI. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
ЛИТЕРАТУРА
Основная:
1. Поверхностно-активные
применение/
К.Р.Ланге;
вещества:
под
науч.
синтез,
свойства,
ред.
Л.П.Зайченко.
анализ,
СПб.:
Профессия, 2005. 240 с.
2. Поверхностно-активные вещества и полимеры в водных растворах.
/К. Холмберг, Б. Йенссон, Б. Кронберг, Б. Линдман. М.: Мир;
БИНОМ. Лаборатория знаний, 2010. 528 с.
Дополнительная:
1. Абрамзон А.А. Поверхностно-активные вещества. Л.: Химия, 1988.
2. Вережников В.Н. Организованные среды на основе коллоидных
поверхностно-активных веществ. Воронеж: ВГУ. 2008. 74 с.
3. Ролдугин
В.И.
Физико-химия
поверхности.
Долгопрудный:
Интеллект, 2008. 565 с.
4. Джейкок М., Парфит Л. Химия поверхностей раздела фаз. М.: Мир,
1984.
5. Саввин С.Б., Чернова Р.К., Штыков С.Н. Поверхностно-активные
вещества. Аналитические реагенты. М.: Наука, 1991.
Программное обеспечение и Интернет-ресурсы
Программное обеспечение:
− Windows XP
17
− Chem Office 7.0 2002
− ISISTM/Draw 2/4 2001
Интернет-ресурсы
− Российский образовательный портал
− Электронная научная библиотека ТвГУ
− http://www.academiaXXI.ru− электронная научная библиотека ТвГУ;
− http://www.soft.intbel.ru – обзор программных средств;
– http://www.akelpad.net.ru – текстовые редакторы;
– http://www.babylon.com – словарь;
– http://www.ice-graphies.com – программа для чтения электронных книг.
VII. Материально-техническое обеспечение дисциплины:
Для повышения эффективности и качества обучения по дисциплине
используются следующие материально-технические средства:
Учебная лаборатория;
Лекционная аудитория;
Аудитория с мультимедийной установкой;
Научная литература библиотеки ТвГУ;
Компьютерный класс;
Ресурсы сети Интернет.
Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с
учетом рекомендаций и ПрООП ВПО по специальности 020201.65
Фундаментальная и прикладная химия, специализация «Органическая и
биоорганическая химия».
18
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа