Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Chemia ciała stałego
Tok studiów:
2018/2019
Kod:
CTC-2-208-AK-s
Wydział:
Inżynierii Materiałowej i Ceramiki
Poziom studiów:
Studia II stopnia
Specjalność:
Analityka i kontrola jakości
Kierunek:
Technologia Chemiczna
Semestr:
2
Profil kształcenia:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Polski
Forma i tryb studiów:
Stacjonarne
Strona www:
 
Osoba odpowiedzialna:
prof. dr hab. inż. Przybylski Kazimierz (kaz@agh.edu.pl)
Osoby prowadzące:
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)
Krótka charakterystyka modułu

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 Ma wiedzę w zakresie budowy i własności ciał stałych, a szczególnie ciał stałych o budowie jonowej. TC2A_W01 Kolokwium
M_W002 Ma wiedzę z podstaw reaktywności ciał stałych oraz typów reakcji z udziałem fazy stałej. TC2A_W01 Kolokwium
Umiejętności
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_U12 Kolokwium,
Odpowiedź ustna,
Prezentacja,
Referat
Kompetencje społeczne
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 Prezentacja
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 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. + - - - - - - - - - -
Umiejętności
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. - - - - - + - - - - -
Kompetencje społeczne
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. - - - - - + - - - - -
Treść modułu zajęć (program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład:

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.)

Zajęcia seminaryjne:

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.

Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 104 godz
Punkty ECTS za moduł 4 ECTS
Udział w wykładach 30 godz
Udział w zajęciach seminaryjnych 30 godz
Przygotowanie sprawozdania, pracy pisemnej, prezentacji, itp. 20 godz
Egzamin lub kolokwium zaliczeniowe 4 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 20 godz
Pozostałe informacje
Sposób obliczania oceny końcowej:

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

Wymagania wstępne i dodatkowe:

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).

Zalecana literatura i pomoce naukowe:

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

Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu:

Nie podano dodatkowych publikacji

Informacje dodatkowe:

Brak