Строение вещества: от атомов и молекул до материалов и наночастиц

Курс сопровождается оригинальным демонстрационным экспериментом. Курс предназначен бакалаврам естественно-научного профиля, учителям химии средней и высшей школы, будет полезен школьникам старших классов, и всем, интересующимся химией и желающим углубить свои знания о строении вещества и создании функциональных материалов. Курс не требует предварительной специальной подготовки, достаточно знаний по физике и химии, полученных в средней школе.  

Форма обучения заочная (дистанционная). Еженедельные занятия будут включать просмотр тематических видеолекций,  изучение дополнительных материалов и выполнение тестовых заданий с автоматизированной проверкой результатов, тестирование по пройденному материалу. Для получения сертификата необходимо выполнить все задания, тесты и написать финальный экзамен.

Для успешного освоения курса обучающиеся должны владеть основами химии и физики в объеме средней школы.

Модуль 1.            Модели и модельные представления в химии. Развитие представлений о строении вещества от античности до начала 20 века. Химический элемент. Атомно-молекулярная теория. Эквивалент. Основные законы АМТ.

Модуль 2.            Строение атома. Опыты Крукса. Открытие электрона. Фотоэффект. Рентгеновское излучение. Радиоактивность. Изотопы. Закон Мозли. Опыты Резерфорда. Теория Бора. Квантовые числа.

Модуль 3.            Корпускулярно-волновой дуализм. Гипотеза Де-Бройля. Квантово-механическое описание атома. Радиальная и угловая часть волновой функции. Атомные орбитали. Основные характеристики атома.

Модуль 4.            Типы химической связи. Ионная связь. Энергия кристаллической решетки. Ковалентная связь. Метод молекулярных орбиталей для частицы H2+.

Модуль 5.            Метод валентных связей для молекулы водорода. Двухатомные гомо- и гетероядерные молекулы элементов второго периода (методы МО и ВС). Геометрия молекул. Теория ОЭПВО.

Модуль 6.            Гибридизация АО. Многоатомные молекулы в методе МО и ВС. Донорно-акцепторная связь. Электрондефицитные и электронизбыточные молекулы. Теория гипервалентных связей.

Модуль 7.            Комплексные соединения. Соединения со связью металл-металл. Кластеры. Металлическая связь. Зонная теория. Металлы, металлоиды, полупроводники, диэлектрики. Интерметаллиды. Свойства и применение металлов и сплавов.

Модуль 8.            Межмолекулярное взаимодействие. Ориентационное, индукционное, дисперсионное взаимодействие. Водородная связь. Диводородная связь. Структура жидкостей. Особые свойства воды. Металлофильные взаимодействия. Галогенная и пниктогенная связь. Агрегатные состояния вещества. Твердое тело, жидкость, газ, плазма. Плазмотрон.

Модуль 9.            Типы кристаллических решеток. Инженерия кристаллов. Стекла и ситаллы. Ионные жидкости и их применение.

Модуль 10. Нестехиометрические соединения. Магнитные свойства твердых тел.

Модуль 11. Инженерия материалов. Композитные материалы. Металл-органические каркасные соединения. Подходы цифровой экономики в области химических наук.

Модуль 12. Наноструктуры и наноматериалы. Подготовка к финальному тестированию.

По завершении этого курса обучающиеся/слушатели будут...

Уметь:

1. предсказывать пространственную форму и характеристики молекул

2. предсказывать свойства вещества исходя из его состава и строения

Знать:

1. основные положения и законы атомно-молекулярной теории

2. базовые принципы теории строения атома

3. теоретические основы теории строения молекул

4. связь физических и химических свойств молекул с их строением в основном и возбужденным состояниях

5. теоретические основы межмолекулярных взаимодействий

6. магнитные свойства веществ и материалов

7. принципы создания материалов с заданными свойствами

8. основы цифровой экономики в области химических наук

Владеть:

1. описанием электронного строения атомов

2. описанием строения молекул и веществ

3. навыками описания свойств веществ на основе их элементного состава и электронного строения

ПКА-1 Знает основные этапы и закономерности развития химической науки, имеет представления о системе фундаментальных химических понятий и методологических аспектов химии, форм и методов научного познания;

ПКА-2 Понимает взаимосвязь естественных наук, способен осваивать междисциплинарные научные направления;

ПКА-3 Владеет теоретическими основами неорганической и координационной химии, методами синтеза, выделения и характеризации неорганических веществ и комплексных соединений. Знает основы радиохимии, проблемы ядерной энергетики и радиоэкологии, имеет практические навыки работы с радиоактивными изотопами

УКБ-1 Способен осуществлять систематизированные поиск, сбор, структурирование, критический анализ и синтез необходимой информации, применять системный подход для решения поставленных задач.

УКБ-7 Способен управлять своим временем, выстраивать и реализовывать траекторию саморазвития на основе принципов образования в течение всей жизни.

УКБ-10 Способен понимать сущность и значение информации в развитии общества, использовать основные методы получения и работы с информацией с учетом современных технологий цифровой экономики и информационной безопасности.