Module also offered within study programmes:
General information:
Name:
Chemia ciała stałego
Course of study:
2017/2018
Code:
CTC-2-103-TS-s
Faculty of:
Materials Science and Ceramics
Study level:
Second-cycle studies
Specialty:
Technologia szkła i powłok amorficznych
Field of study:
Chemical Technology
Semester:
1
Profile of education:
Academic (A)
Lecture language:
Polish
Form and type of study:
Full-time studies
Course homepage:
 
Responsible teacher:
prof. dr hab. inż. Przybylski Kazimierz (kaz@agh.edu.pl)
Academic teachers:
dr hab. inż. Brylewski Tomasz (brylew@agh.edu.pl)
dr inż. Prażuch Janusz (prazuch@agh.edu.pl)
prof. dr hab. inż. Przybylski Kazimierz (kaz@agh.edu.pl)
Module summary

Description of learning outcomes for module
MLO code Student after module completion has the knowledge/ knows how to/is able to Connections with FLO Method of learning outcomes verification (form of completion)
Social competence
M_K001 Umie wspólnie z innymi studentami przygotować i zaprezentować opracowanie wybranego zagadnienia z zakresu fizykochemii ciała stałego w oparciu o literaturę polską i zagraniczną. TC2A_K06, TC2A_K08 Presentation
Skills
M_U002 1.Umie obliczyć energię sieciową kryształów jonowych oraz prężności rozkładowe.2.Umie zapisywać reakcje defektowe stosując symbolikę defektów punktowych Krögera-Vinka. Umie opisywać równowagi defektowe w stechiometrycznych i niestechiometrycznych kryształach jonowych. Umie obliczać stężenia defektów punktowych.3.Posiada znajomość mechanizmów wybranych reakcji z udziałem fazy stałej i obliczania stałych szybkości dla tych reakcji.4.Umie opisać jakościowo i ilościowo procesy dyfuzji w ciałach stałych. TC2A_U01, TC2A_U12 Test,
Oral answer,
Presentation,
Scientific paper
Knowledge
M_W001 Ma wiedzę w zakresie budowy i własności ciał stałych, a szczególnie ciał stałych o budowie jonowej. TC2A_W01 Test
M_W002 Ma wiedzę z podstaw reaktywności ciał stałych oraz typów reakcji z udziałem fazy stałej. TC2A_W01 Test
FLO matrix in relation to forms of classes
MLO code Student after module completion has the knowledge/ knows how to/is able to Form of classes
Lecture
Audit. classes
Lab. classes
Project classes
Conv. seminar
Seminar classes
Pract. classes
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Others
E-learning
Social competence
M_K001 Umie wspólnie z innymi studentami przygotować i zaprezentować opracowanie wybranego zagadnienia z zakresu fizykochemii ciała stałego w oparciu o literaturę polską i zagraniczną. - - - - - + - - - - -
Skills
M_U002 1.Umie obliczyć energię sieciową kryształów jonowych oraz prężności rozkładowe.2.Umie zapisywać reakcje defektowe stosując symbolikę defektów punktowych Krögera-Vinka. Umie opisywać równowagi defektowe w stechiometrycznych i niestechiometrycznych kryształach jonowych. Umie obliczać stężenia defektów punktowych.3.Posiada znajomość mechanizmów wybranych reakcji z udziałem fazy stałej i obliczania stałych szybkości dla tych reakcji.4.Umie opisać jakościowo i ilościowo procesy dyfuzji w ciałach stałych. - - - - - + - - - - -
Knowledge
M_W001 Ma wiedzę w zakresie budowy i własności ciał stałych, a szczególnie ciał stałych o budowie jonowej. + - - - - - - - - - -
M_W002 Ma wiedzę z podstaw reaktywności ciał stałych oraz typów reakcji z udziałem fazy stałej. + - - - - - - - - - -
Module content
Lectures:

I. BUDOWA CIAŁA STAŁEGO

1. Istota stanu stałego. (2 godz.)
Siły międzyatomowe; wiązania chemiczne; kryształy kowalencyje, jonowe, cząsteczkowe, metale; wpływ wiązania na właściwości fizykochemiczne ciał stałych; Energia sieciowa kryształów; ciała krystaliczne, półkrystaliczne i bezpostaciowe.

2. Teoria pola krystalicznego i struktura elektronowa ciała stałego. (2 godz.)
Wpływ pola krystalicznego na położenie poziomów energetycznych elektronów; model pasmowy ciała stałego, poziom Fermiego; izolatory, półprzewodniki, metale

3. Niedoskonałości budowy ciała stałego. Kryształy rzeczywiste. (4 godz.)
Defekty płaskie, liniowe i punktowe; defekty elektronowe; notacja Krögera i Vinka; zdefektowanie samoistne i domieszkowe; roztwory substytucyjne i międzywęzłowe; oddziaływania między defektami; związki o składzie niestechiometrycznym.

4. Powierzchnia ciała stałego. (2 godz.)
Strukturalny i chemiczny charakter powierzchni i warstw przypowierzchniowych w ciałach stałych; ruchliwość powierzchni w ciałach stałych; napięcie powierzchniowe i swobodna energia powierzchniowa kryształów rzeczywistych oraz metody ich wyznaczania; równowagowy kształt kryształu, równanie Kelvina.

5. Powierzchnie rozdziału faz stałych. (2 godz.)
Morfologia i struktura powierzchni międzyfazowych w ciałach stałych; zjawiska występujace na styku powierzchni dwu ciał stałych; typy granic międzyfazowych; termodynamiczny opis zjawiska adhezji i kohezji.

II. DYFUZJA W STANIE STAŁYM

1. Zarys teorii dyfuzji w stanie stałym. (2 godz.)
Fenomenologiczny opis dyfuzji; mechanizmy dyfuzji; dyfuzja sieciowa, powierzchniowa i po granicach ziaren; dyfuzja reakcyjna; reakcje kontrolowane przez dyfuzję.

III. REAKCJE W STANIE STAŁYM

1. Równowagi fazowe w ciałach stałych. (4 godz.)
Równowagi między fazami skondensowanymi; termodynamika równowag fazowych; diagramy fazowe; równowagi fazowe układów jednoskładnikowych; przemiany fazowe I i II rzędu; przemiany pod wysokimi ciśnieniami; układy dwóch substancji wykazujących nieograniczoną lub ograniczoną rozpuszczalność w stanie stałym – roztwory stałe.

2. Reakcje w fazie stałej – kryształy jonowe. (3 godz.)
Reakcje w układach jedno- i wielofazowych; równowagi defektowe; reakcje tworzenia się spineli i krzemianów; reakcje zachodzące na granicach faz; reakcje między monokryształami; reakcje w układach polikrystalicznych; reakcje podwójnej wymiany.

3. Reakcje w stanie stałym – metale. (3 godz.)
Reakcje w układach jednofazowych – równowagi defektowe; dyfuzja wzajemna w dwuskładnikowych stopach metali; efekt Kirkendalla, tworzenie się zwiazków międzymetalicznych; wydzielanie się faz z przesyconych roztworów stałych; termodynamiczny i strukturalny model wydzielania się faz.

4. Reakcje ciał stałych z gazami. (4 godz.)
Utlenianie metali i stopów; reakcje topochemiczne; termiczny rozkład ciał stałych.
kinetyka rozkładu faz.

5. Wybrane reakcje w stanie stałym ważne dla technologii (m. in. szkła, cementu, materiałów ogniotrwałych) – przykłady. (2 godz.)

Seminar classes:

1/ Budowa i własności kryształów jonowych. Promienie jonowe. Energia sieci krystalicznej. Cykl Borna-Habera. Roztwory stałe.
2/ Budowa rzeczywistych ciał stałych. Makrodefekty. Powierzchnia i granice międzyziarnowe. Dyslokacje.
3/ Reakcje rozkładu ciał stałych. Prężność rozkładowa. Diagramy Ellinghama-Richardsona.
4/ Teoria pasmowa ciał stałych. Przewodnictwo elektryczne ciał stałych. Domieszkowanie.
5/ Defekty punktowe w kryształach jonowych i symbolika Krögera-Vinka. Termodynamika defektów punktowych. Reakcje defektowe. Defekty punktowe w kryształach stechiometrycznych.
6/. Niestechiometryczność w kryształach jonowych. Równowagi defektowe w kryształach niestechiometrycznych.
7/ Dyfuzja w ciele stałym. Prawa Ficka. Dyfuzja powierzchniowa, po granicach ziaren i objętościowa. Dyfuzja chemiczna.
8/ Przemiany i równowagi fazowe w ciałach stałych.
9/ Reakcje w stanie stałym i ich kinetyka i mechanizm: reakcje topochemiczne, reakcje podwójnej wymiany, reakcje między proszkami.

Student workload (ECTS credits balance)
Student activity form Student workload
Summary student workload 104 h
Module ECTS credits 4 ECTS
Participation in lectures 30 h
Participation in seminar classes 30 h
Preparation of a report, presentation, written work, etc. 20 h
Examination or Final test 4 h
Realization of independently performed tasks 20 h
Additional information
Method of calculating the final grade:

Ok = 0,5W + 0,5S
W – ocena z wykładu
S – ocena z seminarium

Prerequisites and additional requirements:

Podstawowa wiedza z zakresu krystalografii i krystalochemii, termodynamiki chemicznej oraz matematyki, chemii i fizyki. Znajomość programu Word i Powerpoint. Umiejętność korzystania z literatury obcojęzycznej (język angielski).

Recommended literature and teaching resources:

1. J. Dereń, J. Haber, R. Pampuch, Chemia Ciała Stałego, Warszawa, 1975
2. N.B. Hannay, Chemia Ciała Stałego, Warszawa, 1972
3. L.V. Azároff, Struktura i własności ciał stałych, Warszawa,1960
4. S. Mrowec, Defekty struktury i dyfuzja atomów w kryształach jonowych, Warszawa,1974
5. S. Mrowiec, Teoria dyfuzji w stanie stałym. Wybrane zagadnienia. PWN, W-wa 1989
6. C. Kittel, Wstęp do fizyki ciała stałego, Warszawa, 1976
7. H. Schmalzried, Reakcje w stanie stałym, Warszawa, 1978
8. L.E. Smart, E.A. Moore, Solid State Chemistry, Taylor & Francis Group, USA 2012
9. A.R. West, Basic Solid State Chemistry, John Wiley & Sons, UK 1999

Dodatkowa zalecana literatura z zakresu chemii ogólnej i chemii fizycznej:

1. L. Pajdowski, Chemia ogólna
2. A. Bielański, Chemia ogólna i nieorganiczna
3. L. Sobczyk, A. Kisza, Chemia fizyczna dla przyrodników

Scientific publications of module course instructors related to the topic of the module:

Additional scientific publications not specified

Additional information:

None