Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Fizykochemia ciała stałego
Tok studiów:
2019/2020
Kod:
CIMT-1-402-s
Wydział:
Inżynierii Materiałowej i Ceramiki
Poziom studiów:
Studia I stopnia
Specjalność:
-
Kierunek:
Inżynieria Materiałowa
Semestr:
4
Profil:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Polski
Forma studiów:
Stacjonarne
Strona www:
 
Prowadzący moduł:
prof. dr hab. inż. Grzesik Zbigniew (grzesik@agh.edu.pl)
Treści programowe zapewniające uzyskanie efektów uczenia się dla modułu zajęć

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 uczenia się dla modułu zajęć
Kod MEU Student, który zaliczył moduł zajęć zna i rozumie/potrafi/jest gotów do Powiązania z KEU Sposób weryfikacji i oceny efektów uczenia się osiągniętych przez studenta w ramach poszczególnych form zajęć i dla całego modułu zajęć
Wiedza: zna i rozumie
M_W001 Student posiada wiedzę w zakresie chemii defektów: notacja, prawa zachowania, postulaty. IMT1A_W01 Aktywność na zajęciach,
Egzamin,
Sprawozdanie,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
M_W002 Student posiada wiedzę nt. dyfuzji własnej i wzajemnej w ciałach stałych. IMT1A_W03 Aktywność na zajęciach,
Egzamin,
Kolokwium,
Sprawozdanie,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
Umiejętności: potrafi
M_U001 Student potrafi wykorzystać wiedzę do wyznaczania charakterystyk defektów w związkach stechiometrycznych i niestechiometrycznych. IMT1A_U02 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. IMT1A_U05 Aktywność na zajęciach,
Egzamin,
Kolokwium,
Sprawozdanie,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
Kompetencje społeczne: jest gotów do
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 Aktywność na zajęciach,
Egzamin,
Sprawozdanie,
Zaangażowanie w pracę zespołu
Liczba godzin zajęć w ramach poszczególnych form zajęć:
SUMA (godz.)
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
75 30 0 15 0 0 30 0 0 0 0 0
Matryca kierunkowych efektów uczenia się w odniesieniu do form zajęć i sposobu zaliczenia, które pozwalają na ich uzyskanie
Kod MEU Student, który zaliczył moduł zajęć zna i rozumie/potrafi/jest gotów do Forma zajęć dydaktycznych
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
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. + - + - - + - - - - -
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 zajęciach dydaktycznych/praktyka 75 godz
Przygotowanie do zajęć 32 godz
przygotowanie projektu, prezentacji, pracy pisemnej, sprawozdania 10 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 31 godz
Egzamin lub kolokwium zaliczeniowe 2 godz
Szczegółowe treści kształcenia w ramach poszczególnych form zajęć (szczegółowy program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład (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.

Ćwiczenia laboratoryjne (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.

Zajęcia seminaryjne (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.

Pozostałe informacje
Metody i techniki kształcenia:
  • Wykład: Treści prezentowane na wykładzie są przekazywane w formie prezentacji multimedialnej w połączeniu z klasycznym wykładem tablicowym wzbogaconymi o pokazy odnoszące się do prezentowanych zagadnień.
  • Ćwiczenia laboratoryjne: 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.
  • Zajęcia seminaryjne: 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.

Zasady udziału w zajęciach:
  • Wykład:
    – Obecność obowiązkowa: Nie
    – Zasady udziału w zajęciach: 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.
  • Ćwiczenia laboratoryjne:
    – Obecność obowiązkowa: Tak
    – Zasady udziału w zajęciach: 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.
  • Zajęcia seminaryjne:
    – Obecność obowiązkowa: Tak
    – Zasady udziału w zajęciach: 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.
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.

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.

Wymagania wstępne i dodatkowe, z uwzględnieniem sekwencyjności modułów :

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