Chemia ciała stałego 0600-S2-ChK-SP/W-ChC

Przedmiot obejmuje 30-godzinny wykład, 30-godzin laboratorium.
W trakcie wykładu omówione zostaną zagadnienia związane
z wiązaniami chemicznymi - jonowymi, kowalencyjnymi, metalicznymi. Omawiana będzie elektroujemność pierwiastków
i wiązania spolaryzowane. Związki kompleksowe i wiązanie koordynacyjne - jon centralny, ligandy. Posługiwanie się tabelą elektroujemności. Określanie charakteru wiązania na podstawie różnicy elektroujemności. Gazy, ciecze i ciała stałe. Polikryształy
i monokryształy. Kryształy idealne. Symetria w budowie kryształów. Sieć krystalograficzna - kierunki i płaszczyzny w sieci krystalograficznej. Rozmieszczenie atomów w komórce elementarnej. Rozmieszczenie atomów na powierzchniach krystalicznych. Określanie struktury kryształów. Charakterystyka spektroskopowa ciał stałych. Wiązania w kryształach. Rodzaj wiązań, a właściwości kryształu. Kryształy jonowe i kowalencyjne. Energia sieciowa w kryształach. Cykl Borna-Habera. Promienie jonowe i atomowe. Teoria pasmowa ciała stałego. Przewodniki, półprzewodniki, izolatory. Domieszki i poziomy domieszkowe. Kryształy rzeczywiste i chemia defektów. Luki, atomy międzywęzłowe, defekty elektronowe. Domieszki w kryształach. Wpływ domieszek na własności fizyczne i chemiczne. Powierzchnia ciała stałego. Energia powierzchniowa. Energia warstw powierzchniowych. Oddziaływanie z fazą gazową (adsorpcja
i chemisorpcja). Kataliza heterogeniczna, fotokataliza. Reakcje w fazie stałej. Kinetyka i mechanizm reakcji ciało stałe - gaz. Mechanizm reakcji utleniania. Mechanizm utleniania metali czystych i stopów. Rozkład ciał stałych. Mechanizm rozkładu. Wpływ temperatury i ciśnienia. Analiza termograwimetryczna, termiczna analiza różnicowa. Technologie stosowane do wytwarzania współczesnych materiałów i nanomateriałów. Technologie sol żel. Osadzanie z fazy gazowej. Chemiczna modyfikacja powierzchni metali i ich stopów.

W ramach tego tematu zajęć przeprowadzonych zostanie 45 godzin ćwiczeń laboratoryjnych podzielonych na 9 laboratoriów i obejmujących zagadnienia związane z:
(1) syntezą w ciele stałym, badaniem podatności magnetycznej otrzymanych próbek,
(2) określanie ich struktury próbek ciał stałych metodą dyfrakcji rentgenowskiej,
(3) określanie struktury krystalicznej materiałów tlenkowych w oparciu o analizę widm IR i Ramana
(4) wykorzystanie ciał stałych w badaniach mechanizmów reakcji katalitycznych,
(5) wytwarzanie materiałów bazujących na ditlenku tytanu, badanie ich struktury i aktywności fotokatalitycznej,
(6) badanie kwasowości ciał stałych metodą IR przy pomocy cząsteczek sond,
(7) identyfikacja centrów aktywnych na powierzchni ciała stalego metodą reakcji modelowych,
(8) wielocentrowe związki nieorganiczne i ich właściwości elektrochemiczne.
W ramach zajęć laboratoryjnych planowana jest wizyta studyjna w pracowni ALD, w celu zapoznania się z technologią wytwarzania powłok o grubościach atomowych oraz pracowni nanoinetndencji.

Całkowity nakład pracy studenta

1. Godziny realizowane z udziałem nauczycieli: 30h wykładu 30h ćwiczeń laboratoryjnych 20h konsultacji 2. Czas poświęcony na pracę indywidualną studenta/słuchacza/uczestnika kursu potrzebny do pomyślnego zaliczenia przedmiotu, tj. wcześniejsze przygotowanie i uzupełnienie notatek; zebranie i wybór odpowiednich materiałów do zajęć, wymagane powtórzenie materiału, pisanie prac, projektów, czytanie literatury: 35h pracy indywidualnej 3. Czas wymagany do przygotowania się do uczestnictwa w procesie oceniania (np. w egzaminach, sprawdzianach na laboratorium): 35h przygotowań

Efekty uczenia się - wiedza

W1: posiada rozszerzoną wiedzę z zakresu podstawowych działów chemii nieorganicznej, oraz głównych grup związków, rozumie relacje między strukturą związków chemicznych a zachodzącymi reakcjami oraz zna mechanizmy przemian chemicznych – K_W01; W2: Posiada wiedzę na temat właściwości materii w różnych stanach skupienia i wpływu wiązań na ich właściwości – K_W01; W3: Posiada wiedzę, która pozwala powiązać właściwości strukturalne, elektryczne i strukturę defektów z właściwościami ciał stałych – K-W03; W4: posiada wiedzę w zakresie metod analizy struktury, analizy spektralnej i właściwości fizykochemicznych związków nieorganicznych i kompleksowych - K_W04; W5: posiada wiedzę w zakresie syntezy i charakterystyki spektroskopowej związków nieorganicznych i kompleksowych oraz biomateriałów – K_W05;

Efekty uczenia się - umiejętności

U1: potrafi korzystać z rozszerzonej wiedzy z zakresu chemii nieorganicznej, organicznej, chemii materiałów i biomateriałów oraz twórczo wykorzystać ją w zakresie chemii biomedycznej - K_U01 U2: potrafi samodzielnie zaplanować syntezę materiału o pożądanej strukturze, morfologii i optymalnych właściwościach biologicznych dla celów aplikacyjnych w implantologii - K_U02; U3: potrafi interpretować dane strukturalne i spektralne K_U03 U4: potrafi samodzielnie wyszukać informacje w czasopismach naukowych i popularnonaukowych oraz chemicznych bazach danych w języku polskim, angielskim; formułuje problemy naukowe z zakresu chemii, szuka ich rozwiązania, przedstawia wyniki pracy w formie raportów pisemnych w języku polskim i obcym oraz w formie samodzielnie przygotowanego referatu – K_U04;

Efekty uczenia się - kompetencje społeczne

K1: zna ograniczenia własnej wiedzy i rozumie potrzebę dalszego uczenia się przez całe życie; potrafi samodzielnie podjąć działania w celu poszerzania i pogłębiania wiedzy chemicznej - K_K01 K2: potrafi współdziałać w zespole (przyjmując w nim różne role) i kreatywnie rozwiązywać problemy dotyczące badań naukowych oraz syntezy chemicznej - K_K02 K3: jest gotów do pełnienia roli zawodowej z uwzględnieniem zmieniających się potrzeb społecznych - K_K03

Metody dydaktyczne

Wykład: Wykład połączony z dyskusją, wspomagany metodami audio-wizualnymi Ćwiczenia laboratoryjne: Wykonywanie zaplanowanych ćwiczeń laboratoryjnych, przygotowanie sprawozdań, praca samodzielna.

Metody dydaktyczne eksponujące

- pokaz

Metody dydaktyczne podające

- wykład problemowy

Metody dydaktyczne poszukujące

- laboratoryjna

Metody dydaktyczne w kształceniu online

- metody służące prezentacji treści

Wymagania wstępne

Podstawowa wiedza z zakresu chemii nieorganicznej, chemii koordynacyjnej, materiałoznawstwa, chemii polimerów, analizy instrumentalnej i chemii fizycznej.

Koordynatorzy przedmiotu

Piotr Piszczek

Kryteria oceniania

Wykład - egzamin pisemny
Ocenie podlega sprawdzenie wiedzy oraz umiejętności z zakresu wymienionych efektów kształcenia: W1, W2, W3, W4, W5, U1, U2, U3.

Ćwiczenia laboratoryjne - suma punktów zgromadzonych w trakcie 9 zajęć laboratoryjnych obejmujących punkty za sprawdziany podstawowej wiedzy przed każdym ćwiczeniem oraz punkty za sprawozdania końcowe po wykonaniu każdego z ćwiczeń: W1, W2, W3, W4, W5, U1, U2, U3, K1, K2, K3.

Praktyki zawodowe

Nie dotyczy

Literatura

1. J. Dereń, J. Haber, R. Pampuch: Chemia ciała stałego
2. H. Schmalzried: Reakcje w stanie stałym
3. J.B. Hannnay: Chemia ciała stałego
4. S. Mrowec: Dyfuzja i defekty w kryształach jonowych
5. J. Chojnacki: Elementy krystalografii chemicznej i fizycznej
6. Z. Bojarski i in.- Krystalografia
7. K. Kurzydłowski, M. Lewandowska, Nanomateriały inżynierskie konstrukcyjne i funkcjonalne
8. R.W Kelsall, I.W. Hamley, M. Geoghegan, Nanotechnologie

Więcej informacji

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

Strona przedmiotu 0600-S2-ChK-SP/W-ChC w USOSweb