Module also offered within study programmes:
General information:
Name:
Fizykochemia ciała stałego
Course of study:
2019/2020
Code:
CIMT-1-402-s
Faculty of:
Materials Science and Ceramics
Study level:
First-cycle studies
Specialty:
-
Field of study:
Materials Science
Semester:
4
Profile of education:
Academic (A)
Lecture language:
Polish
Form and type of study:
Full-time studies
Course homepage:
 
Responsible teacher:
prof. dr hab. inż. Grzesik Zbigniew (grzesik@agh.edu.pl)
Module summary

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.

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: is able to
M_K001 Student rozumie potrzebę dokształcania, wyszukiwania informacji w literaturze oraz krytycznej interpretacji eksperymentów. Student jest zaangażowany w pracę zespołową podczas zajęć laboratoryjnych. IMT1A_K01 Activity during classes,
Examination,
Report,
Involvement in teamwork
Skills: he can
M_U001 Student potrafi wykorzystać wiedzę do wyznaczania charakterystyk defektów w związkach stechiometrycznych i niestechiometrycznych. IMT1A_U02 Activity during classes,
Examination,
Test,
Report,
Execution of laboratory classes
M_U002 Student potrafi wykorzystać wiedzę do rozwiązywania zadań związanych z transportem ciepła oraz zagadnień dyfuzyjno-konwekcyjnych. IMT1A_U05 Activity during classes,
Examination,
Test,
Report,
Execution of laboratory classes
Knowledge: he knows and understands
M_W001 Student posiada wiedzę w zakresie chemii defektów: notacja, prawa zachowania, postulaty. IMT1A_W01 Activity during classes,
Examination,
Report,
Execution of laboratory classes
M_W002 Student posiada wiedzę nt. dyfuzji własnej i wzajemnej w ciałach stałych. IMT1A_W03 Activity during classes,
Examination,
Test,
Report,
Execution of laboratory classes
Number of hours for each form of classes:
Sum (hours)
Lecture
Audit. classes
Lab. classes
Project classes
Conv. seminar
Seminar classes
Pract. classes
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
75 30 0 15 0 0 30 0 0 0 0 0
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
Prace kontr. przejść.
Lektorat
Social competence
M_K001 Student rozumie potrzebę dokształcania, wyszukiwania informacji w literaturze oraz krytycznej interpretacji eksperymentów. Student jest zaangażowany w pracę zespołową podczas zajęć laboratoryjnych. + - + - - + - - - - -
Skills
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. + - + - - + - - - - -
Knowledge
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. + - + - - + - - - - -
Student workload (ECTS credits balance)
Student activity form Student workload
Summary student workload 150 h
Module ECTS credits 5 ECTS
Udział w zajęciach dydaktycznych/praktyka 75 h
Preparation for classes 32 h
przygotowanie projektu, prezentacji, pracy pisemnej, sprawozdania 10 h
Realization of independently performed tasks 31 h
Examination or Final test 2 h
Module content
Lectures (30h):

1. Ewolucja fizykochemii ciała stałego: Einstein, Frenkel, Wagner, Schottky, Darken.
2. Termodynamika ciała stałego: równania Gibbsa, Gibbsa-Duhema i stanu, ciśnienie dysocjacyjne, diagramy fazowe.
3. Chemia defektów punktowych: postulaty i prawa zachowania, notacja Krőgera-Vinka, defekty samoistne i domieszki, tlenki o złożonej strukturze defektów.
4. Przykłady zastosowań: efekt fotochromowy, elektronika, SOFC i sensory.
5. Mechanizmy dyfuzji, dyfuzja samoistna, prawa Ficka, strumień Nernsta-Plancka, relacja Nernsta-Einsteina.
6. Równanie dyfuzji, a prawo zachowania masy, drogi szybkiej dyfuzji, nanomateriały.
7. Dyfuzja wzajemna w roztworach stałych, efekt Kirkendalla, metoda Darkena i metody dla układów wieloskładnikowych, przykłady.
8. Reaktywność ciał stałych, modele reakcji heterogenicznych, parowanie, zastosowania.
9. Elektrochemia ciała stałego, problem Nernsta-Plancka-Poissona, sensory i inne zastosowania.
10. Mechano-chemia, prawa zachowania, równania ciągłości objętości i fale w ciele stałym.
11. Reakcje chemiczne w wielofazowych układach wieloskładnikowych.
12. Zachowanie energii, elektro-mechano-chemia i fale w ciele stałym.
13. Kompleksy defektów, procesy kolektywne i fale stojące.
14. Zagadnienie stabilności, nanocząstki i nanosfery.
15. Nanomateriały i ich zastosowania, przykłady nierozwiązanych problemów.

Laboratory classes (15h):

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.

Seminar classes (30h):

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.

Additional information
Teaching methods and techniques:
  • Lectures: Treści prezentowane na wykładzie są przekazywane w formie prezentacji multimedialnej w połączeniu z klasycznym wykładem tablicowym wzbogaconymi o pokazy odnoszące się do prezentowanych zagadnień.
  • Laboratory classes: W trakcie zajęć laboratoryjnych studenci samodzielnie rozwiązują zadany problem praktyczny, dobierając odpowiednie narzędzia. Prowadzący stymuluje grupę do refleksji nad problemem, tak by otrzymane wyniki miały wysoką wartość merytoryczną.
  • Seminar classes: Na zajęciach seminaryjnych podstawą jest prezentacja multimedialna oraz ustna prowadzona przez studentów. Kolejnym ważnym elementem kształcenia są odpowiedzi na powstałe pytania, a także dyskusja studentów nad prezentowanymi treściami.
Warunki i sposób zaliczenia poszczególnych form zajęć, w tym zasady zaliczeń poprawkowych, a także warunki dopuszczenia do egzaminu:

Seminarium jest zaliczone w przypadku uzyskania pozytywnej oceny końcowej (3,0 lub wyższej). Na ocenę tę (S) składa się ocena z kartkówek i ocena z kolokwiów: S=0.45*K1(średnia ocena z kartkówek) + 0.55*K2 (średnia ocena z kolokwiów). Zaliczenie seminarium w terminie poprawkowym można uzyskać pisząc kolokwium z niezaliczonego wcześniej materiału. Laboratorium jest zaliczone jeśli student wykona wszystkie ćwiczenia, dostarczy poprawnie sporządzone sprawozdania z wszystkich ćwiczeń i uzyska pozytywną ocenę ze sprawdzianu końcowego. Zaliczenie laboratorium w terminie poprawkowym możliwe jest po uzupełnieniu braków i uzyskaniu pozytywnej oceny ze sprawdzianu poprawkowego. Warunkiem dopuszczenia do egzaminu jest uzyskanie pozytywnej oceny z seminarium i laboratorium.

Participation rules in classes:
  • Lectures:
    – Attendance is mandatory: No
    – Participation rules in classes: Studenci uczestniczą w zajęciach poznając kolejne treści nauczania zgodnie z syllabusem przedmiotu. Studenci winni na bieżąco zadawać pytania i wyjaśniać wątpliwości. Rejestracja audiowizualna wykładu wymaga zgody prowadzącego.
  • Laboratory classes:
    – Attendance is mandatory: Yes
    – Participation rules in classes: Studenci wykonują ćwiczenia laboratoryjne zgodnie z materiałami udostępnionymi przez prowadzącego. Student jest zobowiązany do przygotowania się w przedmiocie wykonywanego ćwiczenia, co może zostać zweryfikowane kolokwium w formie ustnej lub pisemnej. Zaliczenie zajęć odbywa się na podstawie zaprezentowania rozwiązania postawionego problemu. Zaliczenie modułu jest możliwe po zaliczeniu wszystkich zajęć laboratoryjnych.
  • Seminar classes:
    – Attendance is mandatory: Yes
    – Participation rules in classes: Studenci prezentują na forum grupy temat wskazany przez prowadzącego oraz uczestniczą w dyskusji nad tym tematem. Ocenie podlega zarówno wartość merytoryczna prezentacji, jak i tzw. kompetencje miękkie.
Method of calculating the final grade:

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.

Sposób i tryb wyrównywania zaległości powstałych wskutek nieobecności studenta na zajęciach:

W przypadku nieobecności studenta podczas kolokwium na seminarium jest on zobowiązany do jego zaliczenia w terminie podanym przez prowadzącego. W przypadku nieobecności studenta na zajęciach laboratoryjnych, jest on zobowiązany do odrobienia zajęć w terminie ustalonym z prowadzącym.

Prerequisites and additional requirements:

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

Recommended literature and teaching resources:

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.

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

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).

Additional information:

Brak