Wstęp do chemii nanomateriałów 0600-S1-SP/W-WChN

Treści programowe wykładu:
1. Metody - nanotechnologia a „zielona chemia”.
2. Nanomateriały: klasyfikacja, rodzaje, podobieństwa, różnice.
3. Historia otrzymywania nanomateriałów oraz rozwoju nanotechnologii.
4. Przedstawienie tła historyczne oraz czynników determinujących rozwój nanotechnologii.
5. Synteza nanomateriałów.
6. Sposoby i techniki ich charakteryzacji.
7. Defekty. Nieidealność struktury.
8. Chemiczne modyfikacje – funkcjonalizacja.
9. Aktywność biologiczna. Toksyczność.
10. Wykorzystanie nanomateriałów: fotochemia, fotowoltaika, elektrochemia, magazynowanie energii, nanokataliza, optoelektronika, nanomedycyna.
11. Odpowiedź na pytania: Co dalej? Czy czeka nasz dalsza rewolucja nanotechnologiczna.

Treści programowe laboratorium:
1. Synteza i badanie właściwości fizykochemicznych hydroksyapatytów
2. Otrzymywanie nanocząstek srebra metodą redukcji chemicznej
3. Modyfikacja chemiczna nanorurek węglowych
4. Metody badań powierzchniowych grup tlenowych – określenie chemizmu powierzchni materiałów węglowych metodą Boehma
5. Synteza biokatalizatorów - immobilizacja katalazy na CNT
6. Badania XPS chemizmu powierzchni nanomateriałów węglowych - interpretacja widm XPS
7. Metody badań powierzchniowych grup tlenowych - TPD
8. Interpretacja widm FTIR modyfikowanych nanomateriałów węglowych
9. Synteza nanokrystalicznych proszków TiO2 metodą zol-żel
10. Aktywność katalityczna nanomateriałów węglowych - rozkład H2O2
11. Mikrofalowa synteza nanocząstek ZnO
12. Filtry do opalania a nanocząstki ZnO

Całkowity nakład pracy studenta

Godziny realizowane z udziałem nauczycieli (70 godz.): - udział w wykładach – 20 godz. - udział w laboratorium – 40 godz. - konsultacje i praca z nauczycielem akademickim – 10 godz. Czas poświęcony na pracę indywidualną studenta (55 godz.): - przygotowanie do laboratorium – 10 godz. - przygotowanie do wykładu – 5 godz. - czytanie literatury – 20 godz. - przygotowanie studenta do egzaminu – 20 godz. Łącznie: 125 godz. (5 ECTS)

Efekty uczenia się - wiedza

Student: W1: zna zasady nazewnictwa związków nieorganicznych – K_W01 W2: zna podstawowe prawa chemiczne – K_W01 W3: zna cząstki elementarne wchodzące w skład materii – K_W01 W4: zna teorie (klasyczne i kwantowe) budowy atomu i powstawania wiązań chemicznych – K_W01 W5: zna podstawy teoretyczne kinetyki oraz równowagi chemicznej – K_W08 W6: zna przepisy i zasady z zakresu bezpieczeństwa i higieny pracy, podstawowe pojęcia z zakresu toksykologii; akty prawne dotyczące norm i wymagań laboratoriów chemicznych oraz regulacje prawne dotyczące niebezpiecznych substancji i ich przechowywania oraz oznakowania – K_W16 W7: posiada wiedzę w zakresu podstawowych zagadnień technologii i inżynierii chemicznej – K_W15 W8: zna podstawowe aspekty budowy i metody oceny właściwości materiałów i substancji chemicznych. Ma wiedzę pozwalającą na wykorzystania materiałów do określonego celu praktycznego oraz wskazania metody ich zagospodarowania po okresie użytkowania – KW_13 W9: zna podstawowe pojęcia i metody badawcze współczesnej chemii nanomateriałów – KW_10 W10: posiada znajomość podstawowych terminów, pojęć, zasad i praw fizyki i chemii oraz ich uniwersalnego charakteru w stopniu wystarczającym do dalszej edukacji – KW_09

Efekty uczenia się - umiejętności

Student: U1: nazywa nieorganiczne związki chemiczne – K_U01 U2: zapisuje równania reakcji zachodzących w roztworach wodnych z udziałem nanomateriałów – K_U01 U3: wykonuje doświadczenia związane z stanem równowagi w wodnych roztworach nanomateriałów – K_U05, K_U08 U4: interpretuje wyniki przeprowadzonych doświadczeń – K_U03, K_U08 U5: wykonuje obliczenia związane ze stanem równowagi w roztworach wodnych – K_U03 U6: posiada umiejętności wykonywania pomiarów podstawowych wielkości chemicznych nanomateriałów oraz potrafi opracować wyniki eksperymentów fizyko-chemicznych – K_U05 U7: potrafi wykonać analizy ilościowe z zastosowaniem metod wagowych, miareczkowych i instrumentalnych na podstawie procedur analitycznych oraz przygotować raporty z analizy – K_U06 U8: rozpoznaje grupy funkcyjne nanomateriałów i prowadzi eksperymenty z ich wykorzystaniem – K_U07 U9: umie znajdować relacje pomiędzy zachowaniem się nanomateriałów podczas formowania i użytkowania a właściwościami fizykochemicznymi, budową i rodzajem struktury – K_U13

Efekty uczenia się - kompetencje społeczne

Student: K1: dostrzega zależności pomiędzy zjawiskami i poprawnie wyciąga wnioski – K_K01 K2: jest nastawiony na jak najlepsze wykonywanie powierzonych zadań – K_K03 K3: jest nastawiony na zdobywanie nowej wiedzy, umiejętności i doświadczeń – K_K02, K_K05 K4: zna ograniczenia własnej wiedzy i umiejętności – K_K05, K_K09 K5: pracuje systematycznie – K_K06 K6: nawiązuje współpracę w grupie – K_K09 K7: dba o środowisko naturalne – K_K08

Metody dydaktyczne

Metody dydaktyczne podające: - wykład informacyjny (konwencjonalny) z wykorzystaniem prezentacji multimedialnych. Metody dydaktyczne poszukujące: - laboratorium: przedmiot obejmuje laboratorium specjalistyczne. Celem jest zapoznanie studentów z metodami stosowanymi w nanoskali w przypadku nowatorskich materiałów, które obecnie stają się jedną z podstawowych metod współczesnych materiałów inżynierskich. Zajęcia laboratoryjne związane są z treściami programowymi przerabianymi na wykładach. Student wykonuje zadania samodzielnie po przygotowaniu w oparciu o dostępną instrukcję oraz zalecaną literaturę. W oparciu o poczynione obserwacje i wyniki pomiarów student zapisuje stosowne równania reakcji, wykonuje obliczenia oraz wyciąga wnioski.

Metody dydaktyczne eksponujące

- pokaz

Metody dydaktyczne podające

- wykład konwersatoryjny
- wykład informacyjny (konwencjonalny)
- opis
- pogadanka
- wykład problemowy

Metody dydaktyczne poszukujące

- biograficzna
- laboratoryjna
- obserwacji
- ćwiczeniowa

Rodzaj przedmiotu

przedmiot fakultatywny

Wymagania wstępne

Chemia fizyczna Analiza instrumentalna Chemia stosowana i materiałów Podstawy chemii kwantowej Chemia organiczna

Koordynatorzy przedmiotu

Piotr Gauden

Kryteria oceniania

Metody oceniania:
wykład – egzamin: W1-W5, W7-W10
laboratorium – raporty: W5-W7, W9, W10, K1-K9

Kryteria oceniania:
Wykład:
Zaliczenie blokowe z następującymi wagami:
- 50% egzamin pisemny obejmujący treści omawiane na wykładzie
- 50 % ocena z laboratorium

Wymagany próg na ocenę:
- dostateczną: 50 -60 %
- dostateczną plus: 61 – 65 %
- dobrą: 66 – 75 %
- dobrą plus: 76 – 80 %
- bardzo dobrą: 81-100 %

Laboratorium:
Zaliczenie na ocenę w oparciu o:
- sporządzone raporty z wyników samodzielnie przeprowadzonych zadań

Wymagany próg na ocenę:
- dostateczną: 50 -60 %
- dostateczną plus: 61 – 65 %
- dobrą: 66 – 75 %
- dobrą plus: 76 – 80 %
- bardzo dobrą: 81-100 %

Literatura

Literatura podstawowa:
1. I.J. Nejmark, Syntetyczne adsorbenty mineralne, WNT, Warszawa, 1988.
2. Z. Sarbak, Nieorganiczne materiały nanoporowate, Wydawnictwo Naukowe UAM, Poznań, 2009.
3. Z. Sarbak, Adsorpcja i adsorbenty: teoria i zastosowania, Wydawnictwo Naukowe UAM, Poznań, 2000.
4. R.C. Bansal, M. Goyal, Adsorpcja na węglu aktywnym, WNT, Warszawa, 2009.
5. Z. Sarbak, Metody instrumentalne w badaniach adsorbentów i katalizatorów, Wydawnictwo Naukowe UAM, Poznań, 2005.
6. M. Ziółek, I. Nowak, Kataliza heterogeniczna. Wybrane zagadnienia, Wydawnictwo Naukowe UAM, Poznań, 1999.
7. B. Grzybowska-Świerkosz, Elementy katalizy heterogenicznej, PWN, Warszawa, 1993.
8. B. C. Gates, Catalytic Chemistry, John Wiley & Sons, Inc., New York, 1992.
9. W. Przygocki, Fulereny i nanorurki, Wyd, Naukowo-Techniczne, 2001.
10. A. Huczko, Nanorurki węglowe – czarne diamenty XXI wieku, BEL, 2004.
11. P.J.F. Harris, Carbon Nanotube Science: Synthesis, Properties and Applications, Cambridge University Press, 2009

Literatura uzupełniająca:
1. E. J. Bottani and J.M.D. Tascon (Editors), Adsorption by Carbons, Elsevier, Amsterdam, 2008.
2. R.T. Yang, Adsorbents: Fundamentals and Applications, John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, 2003.
3. J.A. Moulijn, P.W.N.M. van Leeuwen and R.A. Santen (editors), Catalysis: An Integrated Approach to Homogeneous, Heterogeneous and Industrial Catalysis, Elsevier, Amsterdam, 1993.
4. J. M. Thomas, W. J. Thomas, Principles and Practice of Heterogeneous Catalysis, VCH, Weinheim, 1997.
5. R. Setton et al., Carbon Molecules and Related Materials, Taylor, Londyn, 2002.
6. H. Marsh, F. Rodriguez – Reinoso, Sciences of Carbon Materials, Alicante, 2000.
7. P.J.F. Harris, Carbon Nanotubes and Related Structures. New Materials for the Twenty-First Century, Cambridge University Press, 1999.

Więcej informacji

Dodatkowe informacje (np. o kalendarzu rejestracji, prowadzących zajęcia, lokalizacji i terminach zajęć) mogą być dostępne w serwisie USOSweb:

Strona przedmiotu 0600-S1-SP/W-WChN w USOSweb