Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Chemia ciała stałego
Tok studiów:
2019/2020
Kod:
CTCH-2-208-AK-s
Wydział:
Inżynierii Materiałowej i Ceramiki
Poziom studiów:
Studia II stopnia
Specjalność:
-
Kierunek:
Technologia Chemiczna
Semestr:
2
Profil:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Polski
Forma studiów:
Stacjonarne
Strona www:
 
Prowadzący moduł:
dr hab. inż. Brylewski Tomasz (brylew@agh.edu.pl)
Treści programowe zapewniające uzyskanie efektów uczenia się dla modułu zajęć

W ramach modułu student będzie mógł na wykładach zdobyć wiedzę na temat budowy i właściwości ciał stałych. Ponadto zapozna się z podstawami chemii ciała stałego z uwzględnieniem przyczyn i istoty reaktywności w stanie stałym oraz z typami reakcji chemicznych w fazie stałej lub z jej udziałem.

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 Ma wiedzę w zakresie budowy i własności ciał stałych, a szczególnie ciał stałych o budowie jonowej. TCH2A_W01 Kolokwium
M_W002 Ma wiedzę z podstaw reaktywności ciał stałych oraz typów reakcji z udziałem fazy stałej. TCH2A_W01 Kolokwium
Umiejętności: potrafi
M_U001 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. TCH2A_U02 Kolokwium,
Odpowiedź ustna,
Prezentacja,
Referat
Kompetencje społeczne: jest gotów do
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. TCH2A_K02 Prezentacja
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
60 30 0 0 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 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_U001 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. - - - - - + - - - - -
Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 110 godz
Punkty ECTS za moduł 4 ECTS
Udział w zajęciach dydaktycznych/praktyka 60 godz
Przygotowanie do zajęć 20 godz
przygotowanie projektu, prezentacji, pracy pisemnej, sprawozdania 5 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 20 godz
Egzamin lub kolokwium zaliczeniowe 2 godz
Dodatkowe godziny kontaktowe 2 godz
Inne 1 godz
Szczegółowe treści kształcenia w ramach poszczególnych form zajęć (szczegółowy program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład (30h):
  1. I. BUDOWA CIAŁA STAŁEGO

    1. Istota stanu stałego.
    Siły międzyatomowe; wiązania chemiczne; kryształy kowalencyjne, 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.
    Wpływ pola krystalicznego na położenie poziomów energetycznych elektronów; model pasmowy ciała stałego, poziom Fermiego; izolatory, półprzewodniki, metale

    3. Niedoskonałości budowy ciała stałego. Kryształy rzeczywiste.
    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.
    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.
    Morfologia i struktura powierzchni międzyfazowych w ciałach stałych; zjawiska występujące na styku powierzchni dwu ciał stałych; typy granic międzyfazowych; termodynamiczny opis zjawiska adhezji i kohezji.

  2. II. DYFUZJA W STANIE STAŁYM

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

  3. III. REAKCJE W STANIE STAŁYM

    1. Równowagi fazowe w ciałach stałych.
    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.
    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.
    Reakcje w układach jednofazowych – równowagi defektowe; dyfuzja wzajemna w dwuskładnikowych stopach metali; efekt Kirkendalla, tworzenie się związków międzymetalicznych; wydzielanie się faz z przesyconych roztworów stałych; termodynamiczny i strukturalny model wydzielania się faz.

    4. Reakcje ciał stałych z gazami.
    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.

Zajęcia seminaryjne (30h):

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.

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.
  • 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:

Warunkiem uzyskania zaliczenia z zajęć seminaryjnych jest uzyskanie co najmiej 50 % punktów z ocen dwóch kolokwiów.

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.
  • 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:

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

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

Sposób i tryb wyrównywania zaległości powstałych wskutek nieobecności studenta na zajęciach należy
ustalić indywidualnie z prowadzącym zajęcia.

Wymagania wstępne i dodatkowe, z uwzględnieniem sekwencyjności modułów :

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