| № п/п. | № раздела (темы) дисциплины | Наименование лабораторных работ | Объем (в акад. часах) |
| 16, 17, 22, 28 | Дериватографический анализ процесса образования фазы BaTiO3 из смеси BaCO3∙TiO2. | ||
| 10, 16, 17, 28 | Методы рентгеновского фазового анализа | ||
| 17, 22 | Получение керамических образцов сегнетоэлектрической фазы BaTiO3. | ||
| 17, 31, 32 | Методы выращивание монокристаллов, получение кристаллов Al2O3 бестигельной зонной плавкой. |
4.4. Практические занятия (ПР)
| №п/п | № раздела (темы) дисциплины | Тематика практических занятий | Объем (в акад. часах) |
| 1. | 1. | Предмет, основные разделы и методы физической химии. | |
| 2. | 2. | Строение атомов. Водородоподобные атомы. | |
| 3. | 3. | Строение атомов. Многоэлектронные атомы. | |
| 4. | 4. | Строение атомов. Периодический закон химических элементов. | |
| 5. | Строение атомов. Магнитные свойства атомов и ионов. | ||
| 6. | Строение молекул. Основные параметры химической связи. | ||
| 7. | Строение молекул. Метод валентных связей. | ||
| 8. | Строение молекул. Метод молекулярных орбиталей. | ||
| 9. | Химические связи в координационных соединениях. | ||
| 10. | Описание структуры кристаллов. Решетки Браве, сингонии, кристаллографические системы. | ||
| 11. | Описание структуры кристаллов. Закрытые элементы симметрии. Точечные группы симметрии, их символика. | ||
| 12. | Описание структуры кристаллов. Открытые элементы симметрии. Пространственные группы симметрии, их символика. | ||
| 13. | Группы магнитной симметрии, инверсия времени (антисимметрия). | ||
| 14. | Описание структуры кристаллов. Примеры простейших кристаллических структур. | ||
| 15. | Описание структуры кристаллов. Примеры кристаллических структур (перовкита, слоистых перовскитов, шпинели, купратов, проявляющих высокотемпературную сверхпроводимость). | ||
| 16. | Общие условия равновесия в гетерогенных системах. Правило фаз Гиббса. Однокомпонентные системы. | ||
| 17. | Диаграммы состояний двухкомпонентных систем. | ||
| 18. | Диаграммы состояния трехкомпонентных систем. Концентрационный треугольник, его политермические и изотермические разрезы. | ||
| 19. | Основные понятия теории растворов. Классификация растворов. Законы Рауля. | ||
| 20. | Учение о растворах. Жидкие растворы. | ||
| 21. | Учение о растворах. Твердые растворы. | ||
| 22. | Основные понятия химической кинетики. Формальная кинетика. | ||
| 23. | Основные понятия химической кинетики. Неформальная кинетика. | ||
| 24. | Основные понятия об электрохимических процессах. Равновесные процессы. | ||
| 25. | Основные понятия об электрохимических процессах. Неравновесные процессы. | ||
| 26. | Поверхностные явления. Адсорбция, десорбция. | ||
| 27. | Поверхностные явления. Смачивание, адгезия, когезия, капилляоные явления. | ||
| 28. | Методы физико-химического анализа. Термогравиметрический и рентгеноструктурный анализы. | ||
| 29. | Методы физико-химического анализа. Нейтроно- и электрографический анализы, рентгеноспектральный анализ. | ||
| 30. | Методы физико-химического анализа. Ядерно-спектроскопические методы анализа. | ||
| 31. | Физико-химические основы и методы синтеза монокристаллов. Физико-химические основы синтеза кристаллов. | ||
| 32. | Физико-химические основы и методы синтеза монокристаллов. Основные методы выращивания монокристаллов. | ||
| 33. | Основные принципы литографии. Процессы литографии, классификация методов, основные стадии процесса литографии. | ||
| 34. | Основные принципы литографии. Применяемые резисты, тенденции развития литографии. | ||
| 35. | Физико-химические особенности наноструктурных материалов. Физико-химические особенности наноструктурных материалов., методы исследований наноматериалов. | ||
| 36. | Физико-химические особенности наноструктурных материалов. Виды наноматериалов и методы их получения. Использование наноматериалов. | ||
5. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы обучающихся по дисциплине
Самостоятельная работа проводится с целью углубления знаний по дисциплине и предусматривает:
– чтение студентами рекомендованной литературы и усвоение теоретического материала дисциплины;
– подготовка к лекциям, лабораторным работам и практическим занятиям с использованием конспекта лекций, материалов практических занятий и приведенных ниже (п/п.п. 8.1 и 8.2) источников (в течение семестра в соответствии с расписанием занятий);
- оформление отчетов по выполненным лабораторным работам и теоретическая подготовка к их сдаче (в течение семестра в соответствии с расписанием занятий);
– работу с Интернет-источниками;
– подготовку к сдаче экзамена.
Перечень вопросов для проведения текущего контроля и промежуточной аттестации – в соответствии с тематикой разделов дисциплины.
6. Фонд оценочных средств для проведения промежуточной аттестации обучающихся по дисциплине
6.1. Перечень компетенций выпускников программы бакалавриата с указанием результатов обучения (знаний, умений, владений), характеризующих этапы их формирования, описание показателей и критериев оценивания компетенций на различных этапах их формирования.
Перечень компетенций, на освоение которых направлено изучение дисциплины «Физическая химия материалов и процессов электронной техники », с указанием этапов их формирования в процессе освоения академической программы, представлен в п.3 настоящей рабочей программы.
6.2. Описание показателей и критериев оценивания компетенций на различных этапах их формирования, описание шкал оценивания
6.2.1. Показатели и критерии оценивания компетенций, используемые шкалы оценивания
| Элементы компетенций (знания, умения, владения) | Показатели оценивания | Критерии оценивания | Средства оценивания | Шкалы оценивания |
| Знать (ПК-1) | Знатьи понимать порядок разработки, создания и постановки на производство изделий электронной техники. | Правильность и полнота ответов, глубина понимания вопроса | Текущий контроль: выполнение устных/ письменных заданий Промежуточная аттестация: экзамен | Шкала 1 |
| Уметь (ПК-1) | Уметьопределять цели и задачи научных исследований в соответствии с тенденциями и перспективами развития электроники и наноэлектроники. | Правильность выполнения учебных заданий, аргументированность выводов | Текущий контроль: выполнение устных/ письменных заданий Промежуточная аттестация: экзамен | Шкала 1 |
| Владеть (ПК-1) | Владеть навыками обоснованного выбора физико-химических и компьютерных технологий для решения сформулированных задач научных исследований. | Обоснованность и аргументированность выполнения учебной деятельности | Текущий контроль: выполнение практического задания, защита лабораторной работы Промежуточная аттестация: экзамен | Шкала 2 |
6.2.2. Описание шкал оценивания степени сформированности элементов компетенций
Шкала 1. Оценка сформированности отдельных элементов компетенций
| Обозначения | Формулировка требований к степени сформированности компетенции | ||||
| Цифр. | Оценка | ||||
| Знать | Уметь | Владеть | |||
| Неуд. | Отсутствие знаний | Отсутствие умений | Отсутствие навыков | ||
| Неуд. | Фрагментарные знания | Частично освоенное умение | Фрагментарное применение | ||
| Удовл. | Общие, но не структурированные знания | В целом успешное, но не систематически осуществляемое умение | В целом успешное, но не систематическое применение | ||
| Хор. | Сформированные, но содержащие отдельные пробелы знания | В целом успешное, но содержащие отдельные пробелы умение | В целом успешное, но содержащее отдельные пробелы применение навыков | ||
| Отл. | Сформированные систематические знания | Сформированное умение | Успешное и систематическое применение навыков |
Шкала 2. Комплексная оценка сформированности знаний, умений и владений
| Обозначения | Формулировка требований к степени сформированности компетенции | |
| Цифр. | Оценка | |
| Неуд. | Не имеет необходимых представлений о проверяемом материале | |
| Удовл. или неуд. (по усмотрению преподавателя) | Знать на уровне ориентирования, представлений. Субъект учения знает основные признаки или термины изучаемого элемента содержания, их отнесенность к определенной науке, отрасли или объектам, узнает их в текстах, изображениях или схемах и знает, к каким источникам нужно обращаться для более детального его усвоения. | |
| Удовл. | Знать и уметь на репродуктивном уровне. Субъект учения знает изученный элемент содержания репродуктивно: произвольно воспроизводит свои знания устно, письменно или в демонстрируемых действиях. | |
| Хор. | Знать, уметь, владеть на аналитическомуровне. Зная на репродуктивном уровне, указывать на особенности и взаимосвязи изученных объектов, на их достоинства, ограничения, историю и перспективы развития и особенности для разных объектов усвоения. | |
| Отл. | Знать, уметь, владеть на системном уровне. Субъект учения знает изученный элемент содержания системно, произвольно и доказательно воспроизводит свои знания устно, письменно или в демонстрируемых действиях, учитывая и указывая связи и зависимости между этим элементом и другими элементами содержания учебной дисциплины, его значимость в содержании учебной дисциплины. |
6.3. Контрольные задания или иные материалы, необходимые для оценки знаний, умений, навыков и (или) опыта деятельности, характеризующих этапы формирования компетенций в процессе изучения дисциплины
Вопросы и задания для текущего контроля (оценка сформированности элементов (знаний, умений) компетенций ОПК-1, ПК-1 в рамках текущего контроля по дисциплине) по разделам дисциплины:
2. Атомные орбитали водородоподобных атомов. Спин электрона. Квантовые числа.
2 -5. Последовательность энергетических уровней в атоме. Электронные слои и оболочки.
6-9. Определение и основные параметры химической связи. Типы химической связи. Энергия ионизации, сродство к электрону и электроотрицательность.
10. Кристаллографические характеристики твердотельных фаз с дальним порядком: кристаллическая решетка, элементарная ячейка, сингония, решетки Браве.
11, 12. Точечные и пространственные группы симметрии кристаллов.
13. 14. Атомно-кристаллическая структура. Изоструктурность, структурные типы.
15. Кристаллы с несоразмерно модулированными структурами. Квазикристаллы.
16. Гетерогенные химические равновесия и особенности их термодинамического описания.
16. Понятия фазы, компоненты, числа степеней свободы. Правило фаз Гиббса и его вывод.
16. Однокомпонентные гетерогенные системы. Диаграмма состояния воды. Критическое состояние. Моно и энантиотропные превращения. Диаграмма состояния серы.
16. Равновесие чистого вещества в двух фазах однокомпонентной системы. Уравнение Клапейрона-Клаузиуса.
17, 28. Физико-химический анализ. Термический анализ. Диаграммы состояния двухкомпонентных систем с эвтектикой и их анализ на основе правила фаз. Правило рычага.
17. Диаграммы состояния двухкомпонентных систем с конгруэнтно и инконгруэнтно плавящимися химическими соединениями и их анализ на основе правила фаз. Эвтектическая и перитектическая точки.
17. Диаграммы состояния двухкомпонентных систем с твёрдыми растворами и их анализ на основе правила фаз.
18. Диаграммы состояния трёхкомпонентных систем. Концентрационный треугольник.
19. Растворы. Понятие, классификация. Идеальные растворы. Термодинамические свойства идеальных растворов. Функции смешения. Закон Рауля.
20. Реальные растворы. Термодинамические свойства. Понятие об избыточных функциях.
19. Основные представления о природе растворов. Способы выражения состава растворов. Парциальные молярные величины, их определение.
19. Идеальные, предельно разбавленные, неидеальные, регулярные, атермальные растворы.
20. Давление насыщенного пара компонента над раствором. Закон Рауля.
19. Коллигативные свойства разбавленных растворов неэлектролитов: понижение давления пара над раствором, понижение температуры замерзания раствора, повышение температуры кипения, осмотическое давление.
20. Растворимость газов в жидкостях. Закон Генри. Растворимость твёрдых веществ. Уравнение Шредера.
20. Уравнение Вант-Гоффа для осмотического давления, его термодинамический вывод.
20. Диаграммы: давление пара-состав раствора, состав пара; температура кипения - состав раствора, состав пара. Простая и фракционированная перегонка. Азеотропные смеси.
20. Распределение растворённого вещества между двумя несмешивающимися растворителями. Экстракция.
22. Базовые понятия химической кинетики.
22. Химическое равновесие. Различные выражения для констант равновесия Связь между различными константами.
22. Закон действующих масс и его термодинамический вывод.
22. Уравнение изотермы химической реакции Вант-Гоффа. Константа химического равновесия, ее различные виды.
22. Зависимость констант равновесия от температуры.
22. Кинетическая классификация простых и сложных реакций.
23. Скорость гомогенной и гетерогенной химической реакции. Кинетическая кривая. Основное уравнение химической кинетики и входящие в него параметры.
22, 23. Зависимость скорости химической реакции от температуры. Правило Вант-Гоффа. Уравнение Аррениуса. Энергия активации.
22. Формальная кинетика реакций нулевого, первого, второго и третьего порядков.
23. Основные положения теории активных столкновений и активированного комплекса (переходного состояния).
23. Стадийность гетерогенных реакций. Диффузионная, кинетическая и смешанная области гетерогенного процесса.
24, 25. Растворы электролитов. Электролитическая ячейка. Электрохимические реакции. Законы Фарадея электролиза.
24. Твердые электролиты.
24. Теория электролитической диссоциации Аррениуса. Основные положения. Степень и константа диссоциации. Закон разведения Оствальда.
24. Электропроводность растворов электролитов, методы ее измерения. Удельная электропроводность и её зависимость от концентрации раствора и подвижности ионов. Понятия абсолютной скорости, подвижности и чисел переноса.
24. Эквивалентная электропроводность. Экспериментальное определение и зависимость от концентрации раствора. Эмпирические формулы Аррениуса и Кольрауша.
24. Понятие «электродный потенциал» и его применение в электрохимии.
24. Электрохимический потенциал и равновесие на границе металл-раствор. Гальванический элемент. Понятие и метод измерения ЭДС. Схема записи гальванического элемента. Электродные реакции и расчёт ЭДС цепи. Зависимость ЭДС от активности ионов в растворе (уравнение Нернста).
24. Типы скачков потенциалов в гальваническом элементе. Гальвани-потенциал и потенциал Вольта. Проблема абсолютного скачка потенциала. Диффузионный потенциал. Двойной электрический слой. Уравнение Нернста для электродного потенциала.
24. Метод определения электродных потенциалов. Стандартный водородный электрод. Электроды сравнения (каломельный и хлорсеребряный). Стандартные электродные потенциалы. Классификация электродов: электроды первого и второго рода, окислительно-восстановительные, газовые, мембранный электрод (примеры).
24. Классификация электрохимических цепей. Химические цепи. Уравнение ЭДС для этих цепей. Элементы Якоби-Даниэля, Вестона. Кислотный аккумулятор.
25. Анодное растворение металлов и сплавов, катодное осаждение металлов.
25. Электрохимические процессы в технологии.
26. Термодинамика поверхности. Поверхностная энергия и ее анизотропия. Процессы на поверхности и в приповерхностных слоях. Физическая и химическая адсорбция на поверхности твердых тел. Десорбция.
26. Физическая и химическая адсорбция. Изотерма адсорбции Ленгмюра.
26. Реконструкция и релаксация в поверхностных системах.
26. Механизмы роста на поверхности.
26. Эпитаксиальные пленки.
33. Классификация методов литографии. Контактные и проекционные методы литографии, их особенности.
33. Разрешающая способность при различных методах литографии.
34. Характеристика основных технологических стадий процессов литографии.
34. Свойства, функции и типы применяемых резистов в процессе литографии. Позитивные, негативные типы фоторезистов и режимы их обработки.
34. Современное состояние и тенденции развития технологических операций проекционной литографии при производстве КМОП СБИС.
Защита лабораторных работ (оценка сформированности элементов (знаний, умений) компетенций ОПК-1, ПК-1в рамках текущего контроля по дисциплине) по разделам дисциплины:
Вопросы при защите лабораторной работы №1:
1. Суть метода дифференциального термического анализа.
2. Схема комбинированной термопары.
3. Суть метода термогравиметрического анализа.
4. Какая информация может быть получена из дифференциального термического анализа, термогравиметрического анализа?
5. Суть метода дериватографического анализа, его преимущества по сравнению с раздельным использованием методов ДТА и ТГА.
6. Какие требования предъявляются к эталонному веществу?
7. Блок-схема дериватографа Q-1500 D фирмы МОМ.
8. Области использования дериватографического анализа.
9. Нарисуйте схематично дериватограммы NaCl, CuCO3·Cu(OH)2.
Вопросы при защите лабораторной работы №2:
1. Объяснить механизм возникновения рентгеновских рефлексов.
2. Формула Брэгга-Вульфа. Смысл входящих в нее понятий.
3. Основные принципы и цели качественного РФА.
4. Основные принципы и цели количественного РФА.
5. Что такое корундовое число и для чего оно используется?
6. Какую информацию получают из дифрактограммы для РФА?
7. В чем суть операции индицирования рентгенограммы?
8. Какая информация содержится в банке порошковых данных ICDD?
9. Блок-схема автоматизированного рентгеновского дифрактометра.
10. Устройство рентгеновской трубки.
11. Почему необходимо водяное охлаждение рентгеновской трубки?
12. Каков порядок величины напряжения, прикладываемого к трубке?
13. Тормозное и характеристическое излучение рентгеновской трубки? Нарисовать спектр рентгеновской трубки в виде зависимости I(l).
14. Условие возникновения Кa- и Kb- излучения?
15. От каких составляющих рентгеновского спектра следует избавиться при РФА? Фильтры рентгеновского излучения.
16. Почему при больших 2Q рентгеновские рефлексы раздваиваются?
17. Что такое рентгеновский гониометр, зачем он на дифрактометре?
18. Основные особенности фокусировки по Брэггу-Брентано.
19. Какие требования предъявляются к образцам для РФА?
20. Что такое текстура? Как она проявляется на рентгенограммах?
21. Зачем при съемке дифрактограммы производят вращение образца?
22. Зачем при РФА используется внутренний эталон?
23. Какие методы используются для регистрации рентгеновских лучей?
Вопросы при защите лабораторной работы №3:
1. Какие основные признаки характеризуют технологию синтеза как керамическую?
2. Какие различия и что общего имеется в технологических схемах получения керамики оксидным и солевым методами, методом соосаждения, в чем их достоинства и недостатки?
3. Какие новые, прогрессивные методы получения керамики разработаны?
4. Какие роль и место прогнозируются для керамики в научно-техническом прогрессе ближайшего будущего?
5. Какое исходное сырье может использоваться для получения керамики, какие к нему предъявляются требования, каковы параметры, определяющие его физико-химическое состояние?
6. Какое оборудование используется для перемешивания и измельчения компонент в шихте, для чего в шихту добавляется ПАВ?
7. Какие основные факторы влияют на твердофазные реакции? Как влияет степень гомогенизации шихты на скорость реакции? Почему в большинстве случаев диффузия является лимитирующей стадией твердофазных реакций?
8. Каковы основные механизмы определяют кинетику твердофазных реакций? Что описывают уравнения Вагнера, Яндера, Картера, при каких условиях они выполняются?
9. Каково главное назначение измельчения материала после первого обжига?
10. Назвать методы формование изделий. Для каких целей предназначены пластификаторы?
11. Какие типы формовочных масс используются, из чего они состоят и каковы методы их обработки?
12. Что понимается под спеканием керамики? Какие основные принципы используются при выборе режима спекания? Какова главная движущаяся сила процесса спекания?
13. Какие стадии выделяют из процесса спекания? По каким механизмам происходит перенос вещества при спекании?
14. Каковы особенности жидкофазного спекания?
15. Какое влияние на качество керамики оказывает рекристаллизация при спекании? В чем различия процессов, происходящих при спекании и рекристаллизации?
16. Какие основные характеристики используются для определения качества керамики?
17. Какие методы используются для определения плотности, пористости, микроструктуры и фазового состава керамики?
18. Что такое пористость керамики? Как определяются полная, открытая и закрытая пористости, с помощью каких формул они рассчитываются?
19. Какую информацию дают фазовые диаграммы для выбора режима синтеза керамики? В каком виде представлена эта информация?
20. Назвать основные особенности схемы фазовых соотношений системы Y2O3-BaO-CuO1+d в субсолидусной области; политермических разрезов системы, содержащих ВТСП фазу 123.
21. Почему система Y2O3-BaO-CuO на воздухе является квазитройной?
22. Почему область гомогенности фаз R-123 зависит от размера редкоземельного катиона R?
23. Чем определяются верхняя и нижняя границы температурной области синтеза и обжига керамики 123?
24. Почему использование BaCO3 в качестве исходной компоненты осложняет получение однородной керамики 123?
25. Как зависят структура и свойства керамики 123 от содержания кислорода в фазе?
26. Как зависят СП свойства керамики 123 от режима последнего обжига?
27. На какие группы делятся добавки разных атомов в фазу 123 по степени влияния на ее СП свойства?
28. В чем суть рентгеновского фазового анализа?
Вопросы при защите лабораторной работы №3:
1. Зачем нужны монокристаллы?
2. Чем определяется анизотропия свойств монокристалла?
3. Что такое кристаллизация. Теоретическая и фактическая температуры кристаллизации.
4. Объяснить вид термических кривых нагрева и охлаждения.
5. Почему для начала кристаллизации необходимо переохлаждение?
6. Как образуется зародыш, что такое его критический размер?
7. Как зависят от переохлаждения ЧЗ и СР?
8. Зависимость скорости кристаллизации и микроструктуры слитка от величин ЧЗ и СК.
9. Какие существуют механизмы формирования граней кристаллов?
10. Типы гидродинамических режимов при росте кристалла.
11. Классификация методов роста кристаллов.
12. Основные особенности методов Киропулоса и Чохральского.
13. Выращивание кристаллов методом Бриджмена-Стокбаргера.
14. Выращивание кристаллов методом Вернейля.
15. Особенности горизонтальной и вертикальной зонной плавки.
16. Равновесный и эффективный коэффициенты распределения примеси. Концентрационное переохлаждение.
17. Методы выращивания из низкотемпературных растворов. Типы кривых зависимости растворимости от температуры.
18. Раствор-расплавная кристаллизация. Принципы выбора флюса.
19. Гидротермальный синтез монокристаллов.
20. Методы выращивания из газовой фазы.
21. Устройство установки УРН-2-ЗП для зонной плавки.
Перечень вопросов для подготовки к экзамену (оценка сформированности компетенции ОПК-1, ПК-1 в рамках промежуточной аттестации по дисциплине).
Билет 1.
Предмет физической химии. Связь химических и физических явлений. Зарождение физической химии как самостоятельной дисциплины, основные этапы ее развития. Предмет физической химии, ее задачи, объекты и методы исследований. Особенности развития физической химии на современном этапе.
Строение атома. Квантово-механическое описание атомных систем. Уравнение Шредингера. Физический смысл волновой функции. Атомные орбитали водородоподобных атомов. Радиус Бора. Квантовые числа – n, l, m, s, j. Дискретность энергии и момента количества движения. Спин электрона. Пространственное распределение электронной плотности.
Задача. Электрон в возбужденном состоянии водорода находится в 3р состоянии. Определить изменение магнитного момента, обусловленного орбитальным движением электрона, при переходе атома в основное состояние.
Билет 2.
Основные разделы и методы физической химии. Основные разделы физической химии: учение о строении вещества, свойствах молекул, ионов, радикалов, природе химической связи; химическая термодинамика; учение о растворах; электрохимия; химическая кинетика и катализ; учение о поверхностных явлениях; фотохимия; кристаллохимия; физико-химический анализ; учение о коррозии металлов и др. Роль физической химии в промышленности. Основные физико-химические закономерности – теоретическая база технологических процессов твердотельной электроники.
Строение атома. Атомные орбитали и квантовые числа многоэлектронных атомов. Принцип запрета Паули. Электронные конфигурации и термы (2S+1LJ). Правила Хунда. Электронные слои и оболочки. Последовательность энергетических уровней Enl.
Задача. Определить магнитные моменты катионов Sm3+ и Dy3+ в основном состоянии.
Билет 3.
Строение атома. Периодический закон химических элементов Д.И. Менделеева. s- и p-элементы. Переходные элементы. Магнитные свойства атомов и ионов.
Химическая связь, образование молекул. Определение и основные параметры химической связи. Развитие учения о химической связи. Энергия ионизации, сродство к электрону, электроотрицательность. Типы химической связи. Решение уравнения Шредингера для молекулы H2. Обменное взаимодействие.
Задача. Определить проекцию магнитного момента mJ на направление J атома в состоянии с квантовыми числами S, L, J.
Билет 4.
Химическая связь, образование молекул. Основные положения, лежащие в основе метода валентных связей. Примеры, иллюстрирующие образование химической связи по методу валентных связей (H2, F2, HF, H2S). Неподеленная пара электронов, донорно- акцепторный механизм образования химической связи. Гибридизация атомных орбиталей. Кратность связи, типы связи (s-, p-, d- связи).
Кристаллическое состояние вещества. Закрытые и открытые элементы симметрии кристалла. Точечные и пространственные группы, их символика.
Задача. Определить проекцию магнитного момента mJ на направление J атома в состоянии с квантовыми числами S, L, J.
Билет 5.
Химическая связь, образование молекул. Основные положения, лежащие в основе метода молекулярных орбиталей. Приближение ЛКАО. Энергетические диаграммы. Примеры (H2+, H2, He2+. He2. B2, N2+. O2+. O2, N2, F2, BeCl2, CO2, CH4). Строение молекул.
Кристаллическое состояние вещества. Кристаллы. Периодичные и апериодичные кристаллы. Кристаллографические характеристики твердотельных фаз с дальним порядком: кристаллическая решетка, узел, элементарная ячейка. Однозначный выбор элементарной ячейки – правила Браве. Сингония и кристаллографические системы. Примитивные и центрированные решетки (P, A, B, C, F, I, R). 14 типов решеток Браве.
Задача. Вычислить вероятность передачи теплоты 10-7 Дж от тела с температурой Т1=301 К к телу с T2=300 К и наоборот.
Билет 6.
Кристаллическое состояние вещества. Атомно-кристаллическая структура, изоструктурность, изотипность, структурные типы. Координационные числа и координационные многогранники. Кристаллы с соразмерно и несоразмерно модулированными структурами. Квазикристаллы. Физико- химические основы управления типом и концентрацией точечных дефектов в кристаллических фазах переменного состава.
Основы химической термодинамики. Химическая термодинамика. Понятия энергии, внутренней энергии, работы, теплоты. Термодинамические системы: гомогенные, гетерогенные, открытые закрытые, изолированные. Термодинамические параметры: внутренние, внешние, экстенсивные, интенсивные. Обобщенные силы и обобщенные координаты. Термодинамические функции состояния и функции перехода. Состояния термодинамических систем: стационарные, равновесные и неравновесные. Термодинамические процессы и их типы: обратимые, квазистатические (равновесные), необратимые (неравновесные), самопроизвольные, вынужденные. Релаксация. Время релаксации.
Задача. Определить зависимость давления идеального газа от температуры по молекулярно-кинетической теории.
Билет 7.
Химические процессы в гетерогенных системах. Гомогенные и гетерогенные системы Фаза, независимые компоненты, степени свободы системы. Химический потенциал.Общие условия равновесия в гетерогенных системах. Правило фаз Гиббса. Диаграммы состояний (фазовые диаграммы) состав - свойство. Фазовые диаграммы – физико-химические основы синтеза веществ.
Основы химической термодинамики. Нулевое начало термодинамики (общее начало термодинамики). Уравнение состояния термодинамической системы. Температура.
Задача. Определить зависимость давления идеального газа от температуры по молекулярно-кинетической теории.
Билет 8.
Химические процессы в гетерогенных системах. Однокомпонентные системы. Равновесные соотношения при фазовых переходах. Примеры фазовых диаграмм однокомпонентных систем (H2O, CO2, S, C). Уравнение Клайперона-Клаузиуса.
Первое начало термодинамики. Внутренняя энергия – функция состояния системы. Теплота и работа – способы передачи энергии (функции перехода). Вычисление работы идеальных термодинамических процессов. Теплоемкость. Теплоемкость идеального газа. Степени свободы движения молекулы. Классическая и квантовая теория температурной зависимости теплоемкости твердых тел..
Задача. Определить теплоту реакции образования алмаза из графита, зная теплоты сгорания графита и алмаза, зная теплоты сгорания графита и алмаза: С (графит) + O2 (газ) = CO2 (г) DH=-393,51 кДж/моль; С (алмаз) + O2 (газ) = CO2 (г) DH=+395,41 кДж/моль.
Билет 9.
Двухкомпонентные фазовые диаграммы. Типы диаграмм состояний двухкомпонентных систем. Диаграммы плавкости систем, компоненты которых образуют: эвтектическую смесь; твёрдые растворы; конгруэнтно и инконгруэнтно плавящиеся промежуточные химические соединения. Солидус, ликвидус. Область первичной кристаллизации фазы. Эвтектика, перитектика. Область гомогенности фазы, дальтониды, бертоллиды. Правило рычага. Фазовые диаграммы, имеющие важное значение в микроэлектронике.
Первое начало термодинамики. Термохимия. Тепловые эффекты реакций. Закон Гесса и его следствия. Зависимость теплового эффекта химической реакции от температуры (уравнение Кирхгофа). Стандартное состояние. Термохимические уравнения. Теплоты образования, плавления, испарения. Роль термических процессов в технологии.
Задача. Вычислить вероятность передачи теплоты 10-7 Дж от тела с температурой Т1=301 К к телу с T2=300 К и наоборот.
Билет 10.
Трехкомпонентные фазовые диаграммы. Общая характеристика трёхкомпонентных систем. Концентрационный треугольник, определение на нем положения фигуративной точки. Политермические и изотермические разрезы. Типы фазовых диаграмм тройных систем. Примеры простейших фазовых диаграмм тройных систем. Фазовая диаграмма системы Y2O3-BaO-CuOx.
Второе и начала термодинамики. Содержание второго начала термодинамики, его формулировки по Кельвину и Клаузиусу. Коэффициент полезного действия тепловой машины. Цикл Карно, теоремы Карно. Термодинамическое определение энтропии. Закон возрастания энтропии. Направление протекания процессов в изолированных системах и термодинамические условия равновесия. Термодинамические потенциалы. Термодинамическая вероятность состояния системы. Статистическое определение энтропии и границы применимости второго начала термодинамики. Вычисление энтропии.
Задача. Определить зависимость химического потенциала идеального газа от давления при постоянной температуре.
Билет 11.
Кристаллическое состояние вещества. Атомно-кристаллическая структура, изоструктурность, изотипность, структурные типы. Координационные числа и координационные многогранники. Кристаллы с соразмерно и несоразмерно модулированными структурами. Квазикристаллы. Физико- химические основы управления типом и концентрацией точечных дефектов в кристаллических фазах переменного состава. Кристаллические структуры типа перовскита, слоистых перовскитов.
Третий закон термодинамики. Недостаточность I и II законов термодинамики для расчета химического сродства. Тепловая теорема Нернста и следствия из нее. Постулат Планка и вычисление энтропии твёрдых, жидких и газообразных веществ. Расчет абсолютных значений энтропии.
Задача. Вычислит