Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Fizykochemia ciała stałego
Tok studiów:
2018/2019
Kod:
CIM-1-402-s
Wydział:
Inżynierii Materiałowej i Ceramiki
Poziom studiów:
Studia I stopnia
Specjalność:
-
Kierunek:
Inżynieria Materiałowa
Semestr:
4
Profil kształcenia:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Polski
Forma i tryb studiów:
Stacjonarne
Osoba odpowiedzialna:
prof. dr hab. inż. Grzesik Zbigniew (grzesik@agh.edu.pl)
Osoby prowadzące:
prof. dr hab. inż. Grzesik Zbigniew (grzesik@agh.edu.pl)
dr inż. Kucza Witold (witek@agh.edu.pl)
Krótka charakterystyka modułu

W ramach modułu studenci poznają podstawy chemii defektów punktowych i dyfuzji w ciałach stałych. W szczególności, zaznajomieni są z badaniami struktury defektów i własności transportowych tlenków.

Opis efektów kształcenia dla modułu zajęć
Kod EKM Student, który zaliczył moduł zajęć wie/umie/potrafi Powiązania z EKK Sposób weryfikacji efektów kształcenia (forma zaliczeń)
Wiedza
M_W001 Student posiada wiedzę w zakresie chemii defektów: notacja, prawa zachowania, postulaty. IM1A_W04 Aktywność na zajęciach,
Egzamin,
Sprawozdanie,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
M_W002 Student posiada wiedzę nt. dyfuzji własnej i wzajemnej w ciałach stałych. IM1A_W06 Aktywność na zajęciach,
Egzamin,
Kolokwium,
Sprawozdanie,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
Umiejętności
M_U001 Student potrafi wykorzystać wiedzę do wyznaczania charakterystyk defektów w związkach stechiometrycznych i niestechiometrycznych. IM1A_U07 Aktywność na zajęciach,
Egzamin,
Kolokwium,
Sprawozdanie,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
M_U002 Student potrafi wykorzystać wiedzę do rozwiązywania zadań związanych z transportem ciepła oraz zagadnień dyfuzyjno-konwekcyjnych. IM1A_U09 Aktywność na zajęciach,
Egzamin,
Kolokwium,
Sprawozdanie,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
Kompetencje społeczne
M_K001 Student rozumie potrzebę dokształcania, wyszukiwania informacji w literaturze oraz krytycznej interpretacji eksperymentów. Student jest zaangażowany w pracę zespołową podczas zajęć laboratoryjnych. IM1A_K01 Aktywność na zajęciach,
Egzamin,
Sprawozdanie,
Zaangażowanie w pracę zespołu
Matryca efektów kształcenia w odniesieniu do form zajęć
Kod EKM Student, który zaliczył moduł zajęć wie/umie/potrafi Forma zajęć
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Inne
E-learning
Wiedza
M_W001 Student posiada wiedzę w zakresie chemii defektów: notacja, prawa zachowania, postulaty. + - + - - + - - - - -
M_W002 Student posiada wiedzę nt. dyfuzji własnej i wzajemnej w ciałach stałych. + - + - - + - - - - -
Umiejętności
M_U001 Student potrafi wykorzystać wiedzę do wyznaczania charakterystyk defektów w związkach stechiometrycznych i niestechiometrycznych. + - + - - + - - - - -
M_U002 Student potrafi wykorzystać wiedzę do rozwiązywania zadań związanych z transportem ciepła oraz zagadnień dyfuzyjno-konwekcyjnych. + - + - - + - - - - -
Kompetencje społeczne
M_K001 Student rozumie potrzebę dokształcania, wyszukiwania informacji w literaturze oraz krytycznej interpretacji eksperymentów. Student jest zaangażowany w pracę zespołową podczas zajęć laboratoryjnych. + - + - - + - - - - -
Treść modułu zajęć (program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład:

1. Stabilność związków nieorganicznych – rozważania termodynamiczne.
2. Niedoskonałości budowy ciała stałego – kryształy rzeczywiste.
3. Chemia defektów punktowych (I). Równowagi defektowe w związkach
o składzie stechiometrycznym.
4. Chemia defektów punktowych (II). Równowagi defektowe w związkach
o składzie niestechiometrycznym.
5. Chemia defektów punktowych (III). Równowagi defektowe w związkach
o złożonej strukturze defektów.
6. Chemia defektów punktowych (IV). Równowagi defektowe w związkach domieszkowanych.
7. Metodyka badań struktury defektów punktowych (I). Metoda markerów.
8. Metodyka badań struktury defektów punktowych (II). Wyznaczanie odstępstw od stechiometrii.
9. Podstawy dyfuzji.
10. Metodyka badań właściwości transportowych tlenków i siarczków metali przejściowych.
11. Rozwiązania równania ciągłości w stanie stacjonarnym dla układów izotropowych, anizotropowych oraz wielofazowych.
12. Rozwiązanie równania dyfuzji dla stanów przejściowych.
13. Dyfuzja C, N i O w metalach.
14. Reakcje kontrolowane dyfuzją, utlenianie, stała paraboliczna procesu.
15. Dyfuzja wzajemna w stopach, efekt Kirkendalla.
16. Dyfuzja wzajemna w stopach: opis Darkena oraz opis Onsagera.
17. Elektrodyfuzja, sensory elektrochemiczne.

Ćwiczenia laboratoryjne:

1. Diagramy Brouwera (wpływ ciśnienia parcjalnego utleniacza na aktywności defektów w krysztale niestechiometrycznym).
2. Efekt elektrochromowy (domieszkowanie, przejście izolator-metal).
3. Efekt Kirkendalla (metoda Darkena zastosowana do roztworów dwu i wieloskładnikowych).
4. Przewodzenie ciepła (dyfuzja jednoskładnikowa dla różnych warunków brzegowych).
5. Spektroskopia impedancyjna, opis układów przy pomocy obwodów zastępczych.

Zajęcia seminaryjne:

1. Diagramy Richardsona-Ellinghama i obliczanie ciśnień rozkładowych.
2. Defekty punktowe, wybrane równowagi defektowe w tlenkach i siarczkach.
3. Wpływ domieszek na równowagi defektowe i wpływ defektów i domieszek na właściwości ciał stałych.
4. Dyfuzja własna, opis podstawowy.
5. Dyfuzja wzajemna, metoda Darkena.
6. Elektrodyfuzja, rozwiązania w stanie stacjonarnym.

Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 150 godz
Punkty ECTS za moduł 5 ECTS
Udział w wykładach 30 godz
Udział w zajęciach seminaryjnych 30 godz
Udział w ćwiczeniach laboratoryjnych 15 godz
Egzamin lub kolokwium zaliczeniowe 2 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 33 godz
Przygotowanie do zajęć 30 godz
Przygotowanie sprawozdania, pracy pisemnej, prezentacji, itp. 10 godz
Pozostałe informacje
Sposób obliczania oceny końcowej:

Ocena z egzaminu: E; ocena z seminariów: S=0.45*K1(średnia ocena z kartkówek)0.55*K2(średnia ocena z kolokwiów); ocena z laboratoriów: L. Ocena końcowa: OK=0.4*(ES)+0.2*L.

Wymagania wstępne i dodatkowe:

Opanowany materiał z matematyki i chemii na poziomie I roku studiów. Obsługa komputera w stopniu podstawowym.

Zalecana literatura i pomoce naukowe:

1. S. Mrowec, Teoria Dyfuzji w Stanie Stałym, (PWN, Warszawa 1989).
2. H. Schmalzried, Reakcje w stanie stałym (PWN, Warszawa 1978) lub późniejsze w j. angielskim.

Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu:

1.Z. Jurasz, K. Adamaszek, R. Janik, Z. Grzesik, S. Mrowec, „Doping effect in nickel oxide”, Defect and
Diffusion Forum, 289-292, 775-782 (2009).
2.Z. Grzesik, ”Defect structure and transport properties of nonstoichiometric metal sulphides”, Polish
Journal of Chemistry, 83, 1423-1436 (2009).
3.Z. Grzesik, Termodynamika i kinetyka defektów w kryształach jonowych, Wydawnictwo Naukowe
AKAPIT, Kraków, 2011.
4.A. Kaczmarska, Z. Grzesik, S. Mrowec, „On the defect structure and transport properties of Co3O4
cobalt oxide”, High Temperature Materials and Processes, 31, 371-379 (2012).
5.A. Poczekajlo, Z. Grzesik, S. Mrowec, „Defect structure of NiS2 disulphide” High Temperature Materials
and Processes, 33, 245-251 (2014).
6.Z. Grzesik, „Theory of doping in studies of defect concentration and transport properties of transition
metal oxides and sulphides”, High Temperature Materials and Processes, 34, 461-468 (2015).
7.Z. Grzesik, A. Poczekajlo, G. Smola, S. Mrowec, „Marker method in studying the defect structure in
products of the oxidation of highly disordered substrates”, High Temperature Materials and Processes,
35, 21-28 (2016).
8.Z. Grzesik, „Theory of doping in indirect determination of concentration and mobility of native point
defects in metal oxides”, Chiang Mai J. Sci. 43(2), 365-374 (2016).
9.Z. Grzesik, A. Kaczmarska, „Defect structure of Co3O4 cobalt oxide”, Ann. Chim. Sci. Mat. 40 (1-2),
103-109 (2016).
10.M. Żyła, G. Smoła, A. Knapik, J. Rysz, M. Sitarz, Z. Grzesik, „The formation of the Co3O4 cobalt oxide
within CoO substrate”, Corrosion Science, 112, 536-541 (2016).

Informacje dodatkowe:

Brak