— проявить умение критически анализировать, оценивать и обобщать результаты современных научных достижений электрохимии и использовать их в генерировании Электрохимические генераторы.


Чтобы посмотреть этот PDF файл с форматированием и разметкой, скачайте его и откройте на своем компьютере.

1. Цели и задачи кандидатского экзамена

Цель
:
контроль достижения аспирантами уровня профессионального мастерства в
избранной области научных исследований, теоретического и практического владения
основами
электро
химии в рамках компетентностного подхода в
пределах программных
требований кандидатского экзамена и ООП аспирантуры по направлению подготовки
04.06.01 Химические науки, с направленностью «
Электро
химия».


Задачи:


-

продемонстрировать знание теоретических и прикладных вопросов современной
электрох
им
ии
;

-

показать владение методами и методиками научного исследования и
эксперимента в области современной
электро
химии, в том числе по выбранному
научному направлению НКР
;

-

проявить умение критически анализировать, оценивать и обобщать результаты
современн
ых научных достижений
электрохимии и использовать их в
генерировании
собственных научных идей для планирования и решения оригинальных
исследовательских и практических задач.


2. Место кандидатского экзамена в структуре ООП
аспирантуры


Кандидатский экзамен

по дисциплине специальности

относится к
вариативной части

ООП по направлению подготовки
04.06.01 Химические науки
, направленность
-

Электро
химия.


Кандидатский экзамен
по дисциплине специальности
сдается в
5
семестре.


3. Компетенции, проверяемые в проце
ссе сдачи кандидатского
экзамена.




способности самостоятельно осуществлять научно
-
исследовательскую
деятельность в соответствующей профессиональной области с использованием
современных методов исследования и информационно
-
коммуникационных
технологий (ОПК
-
1
);



умения прогнозировать конечный результат исследования при выполнении
профессиональных функций, опираясь на фундаментальные основы химии,
накопленный экспериментальный опыт в избранной области, современные
наукоемкие технологии и аппаратурный парк (ПК
-
1)
;


4. Структура и содержание программы кандидатского экзамена.


Общая трудоемкость
-
1
зач. единиц;


-
36

часов;


-

5

семестр.



Содержание дисциплины (программа)

1.

Теоретическая
электрохими
я

Общие вопросы и баз
овые понятия электрохимии

Предмет и структура электрохимии, терминология.
Место электрохимии среди
других наук.
Электрохимические системы Законы Фарадея: формулировка, атомно
-
молекулярные основы, кажущиеся отклонения.

Основные исторические этапы развития
э
лектрохимии. Области применения электрохимии и перспективы е
ё

дальнейшего
развития.

Теория электролитов

Развитие представлений об электролитической диссоциации.
Основные положения
теории Аррениуса
и недостатки классической теории электролитической диссоциа
ции.

Ион
-
дипольное взаимодействие в растворах электролитов.
Механизмы образования
растворов электролитов
.

Энергия кристаллической
решетки.

Реальная и химическая
энергии сольватации. Энтропия сольватации ионов. Физические свойства полярных
растворителей.

Со
стояние ионов в растворах.

Ион
-
ион
ное взаимодействие в растворах электролитов. Термодинамическое
описание равновесий

в растворах электролитов.
Активность, коэффициенты активности.
И
онн
ая
атмосфер
а.

Теория Дебая
-
Хюккеля
:расчёт
коэффициент
ов

активности
,
приме
нение теории к сильным и слабым электролитам и смешанным растворам
электролитов.

Современное состояние и перспективы развити
я теории растворов
электролитов.
Растворы полиэлектролитов
.

Общая характеристика неравновесных явлений в растворах электролитов
.
Диф
фузия и миграция ионов. Удельная и эквивалентная электропрово
дности в растворах
электролитов
. Числа п
ереноса и методы их определения.
Предельные электропроводности
ионов
.
Некоторые закономерности гомогенных реакций в полярных средах и растворах
электролито
в
.

Строение ионных жидкостей и их электропроводность
.
Свойства тв
ё
рдых
электролитов
. Теория дефектов в ионных кристаллах. Основные представления физики и
химии суперионных проводников.

Катионные проводники
.

Электрохимия гетерогенных систем

Электрохимически
й

потенциал и равнов
есие на границе электрод/раствор.
Равновесие в электрохимической

цепи
.
Окислительно
-
восстановительные полуреакции и
понятие электродного потенциала
.

Классификация электродов
.
Классификация
электрохимических цепей.

Метод ЭДС при определе
нии коэффициентовактивности, чисел
переноса, произведений

растворимости и констант равновесия

ионных реакций
.

Мембранное равновесие и мембранный

потенциал.
Ионоселективные электроды.

Двойной электрический слой.
Связь электрических и адсорбционных явлений

н
а
границе раздела фаз
.
Электрокапиллярные явле
ния. Ё
мкос
ть двойного электрического
слоя.
Потенциалы нулевого заряда и механизм

возникновения ЭДС электрохимической

цепи.

Р
азвитие модельных представлений
о строении двойного электрического слоя
.
Современные м
одельные представленияо двойном электрическом слое в растворах

поверхностно
-
неактивных и поверхностно
-
активных электролитов.
Теория двойного слоя
Фрумкина
-
Дамаскина

при адсорбции органических соединений
.

Электрохимическая кинетика.
Общая характеристика эле
ктрохимических

процессо
в.
Поляризационная характеристика в условияхлимитирующей
стадии
массопереноса.
Роль миграции в процессах

м
ассопереноса
.
Конвективная диффузия и
метод вращающегося

дискового электрода
.
Тонкослойные электрохимические ячейки

и
ульт
рамикр
оэлектроды.
Константа скорости стадии массопереноса.

Основные уравнения те
ории замедленного разряда.
Поляризационные кривые и
импедансстадии переноса заряда
.
Электрохимиче
ские реакции с последовательным
переносом нескольких электро
нов.
Методы изучения стад
ии переноса зарядав условиях
смешаннойкинетики
.
Зависимость скорости реакции переноса

электрона от температуры.

Влияние строения межфазнойграницыи природы металла на кинетику выделения

водорода и электровосстан
овления анионов.
Теоретические представления о
б
элементарномакте гомогенного и гетерогенногопереноса электрона в полярных средах
.
О
собенности стадии переносаэлектрона на границе полупроводник/раствор
.

Понятие сложной электрохимической реакции.

Электрохимические процессы в
условияхмедленнойгетерогенной
химической

реакции.
Электрохимические процессы в
условиях

медленной

гомогенной

химической

реакции.

Электровосстановление кислорода
и катодное

выделение водорода.

Электродные реакции, осложн
ё
нные

образованием новой

фазы
.

Сложные электродные процессы и прикл
аднаяэлек
трохимия. Электродные
материалы
.

2.

Специальные и прикладные вопросы электрохимии

Б
иоэлектрохими
я

Общие принципы трансформации энергии в живых системах. Биологическое
окисление. Митохондрии и окислительное фосфорилирование. Микросомальное
окисление.
Трансформация энергии в процессах фотосинтеза.

Мидпойнт
-
потенциал в с
лучае двухстадийного процесса.
Биологические
мембраны. Пассивный ионный трансп
орт. Активный ионный транспорт.
Классификация
биологических окислительно
-
восстановительных систем
. Электрохим
ические свойства
хинонов. Электрохимические свойства флавиновых соединений.

Электрохимия нервного импульса. Распространение нервного импульса. Гипотеза
местных
т
оков
. Роль медиаторов в передаче нервных импульсов.

Микробные топливные элементы. Медиаторные и

безмедиаторные микробные
топливные элементы. Ферментные топливные элементы. Ферменты для анодных реакций
биотопливных элементов. Ферментные катоды биотопливных элементов. Биотопливные
элементы на основе слоистых ферментных электродов.

К
оррозия
и защита от

коррозии

Понятие коррозии. Терминология. Классификация видов коррозии: по механизму
протекания процесса, по типу агрессивных сред, по условиям протекания коррозионного
процесса, по характеру разрушения. Условия возникновения коррозионных процессов.
Показа
тели коррозии.

Химическая коррозия. Простое окисление металлов. Законы роста плёнок:
линейный, параболический, логарифмический. Их механизмы. Влияние легирующих
элементов на окисление и рост плёнки. Газовая коррозия. Жаростойкость, жаропрочность.
Методы за
щиты от газовой коррозии. Жаростойкое легирование. Защитные атмосферы.
Классификация
плёнок

по толщине.

Электрохимическая коррозия. Термодинамический аспект
электрохимической
коррозии. Коррозия с водородной и кислородной деполяризацией
. Диаграмма
устойчиво
сти воды.
Диаграммы Пурбе.
Коррозия в дистиллированной воде и солевых
растворах, содержащих кислород.
Кинетика коррозионных процессов. Кинетика катодных
процессов выделения водорода и ионизации кислорода из кислых, нейтраль
ных и
щелочных растворов. Корро
зия

со смешанной деполяризацией.
М
еханизм
ы

ано
дного
растворения металлов. Ста
дийное растворение. Растворение металла с участием
компонентов раствора. Кинетические схемы растворения. Явление пассивности. Теории
пассивно
сти. Аномальные явления при рас
творении м
еталлов.

Стационарный потенциал и
сопряжённые

ре
акции. Теоретический расчёт ста
ционарного потенциала.
Поляризационные диаграмм
ы. Гомогенный и гетерогенный пу
ти протекания
электрохимической

коррозии металлов. Причины пространственного раз
деления анодного
и
катодного процессов.Неоднородность поверхности
твёрдых

металлов. Лок
альные
элементы. Растворение ме
таллов, содержащих металлические включения. Графический
анализ работы
коррозионного

элемента. Контролирующие факторы коррозии.Реальные и
идеальные поляризаци
онные кривые. Тео
рия многоэлектродных систем. Ре
шение
многоэлектродных систем на основе реальных и идеальных поляризационных кривых.

Классификация м
етод
ов

защиты металлов от коррозии.Влияние внешней
поляризации на коррозионный ток.
Разностный и

защитный эффекты.
Расчёт

защитной
плотности тока. Протекторная катодная защита. Анодная
защита
. Использование
пассивации для защиты металлов
от коррозии
. Анодное и химическое оксидирование
чер
ных и цветных металлов. Анодирование


основной метод защиты от

коррозии
алюминия и его сплавов.

Защита от

коррозии лаками и красками на водной и
органической основе.Преимущества и функциональные свойства водорастворимых
красок.

Разрушение лакокрасочных покрытий. Цементные и керамические покрытия,
стекловидные эмали.

Защита от коррозии металлическими покры
тиями. Анодные и катодные
покры
тия.Требования, предъявляемые к катодным покрытиям.

Разрушения металлических
покрытий, их причины и следствия.

Солевая пассивность. Защита от коррозии солевыми
плёнками
. Оксалатирование.

Фосфатирование цветных металлов и сплавов, металлов и сплавов группы железа.

Композиционные материалы и их применение для защиты металлов от
коррозии
.

Ингибиторы коррозии.
Основные принципы торможения коррозии ингибиторами.
Требования, предъявляемые к инг
ибиторам коррозии. Классификация ингибиторов.
Механизм действия ингибиторов.

Химические источники тока

Общее устройство химических источников тока (ХИТ). Классификация ХИТ.
Электрохимические процессы в ХИТ различных типов (на примере электрохимических
сист
ем Zn/MnO
2

и Zn/Ag
2
O). Токообразующие реакции.
Расчет электродвижущей силы
(ЭДС) и ее зависимость от температуры и концентрации реагентов для
электрохимических систем с цинковым анодом. Основные электрические параметры
ХИТ: напряжение, мощность, емкость,
энергия. Понятие об удельных, номинальных и
предельных параметрах. Вольтамперная, разрядная и мощностная характеристики.
Интенсивные и экстенсивные параметры.Параметры, характеризующие перезаряжаемые
ХИТ. Побочные процессы в ХИТ. Коммутация ХИТ. Общие треб
ования к ХИТ. Выбор
электродных материалов для ХИТ (удельные параметры, электродные потенциалы,
сохранность заряда, экономическая целесообразность и др.). Типовые конструкционные
решения для ХИТ. Классификации типоразмеров.

Химические источники тока с водн
ым электролитом
. Первичные источники тока с
водным электролитом.
ХИТ с цинковым анодом. Система Zn/MnO
2

(электрохимия,
токообразующие реакции, характеристики, конструкция, особенности эксплуатации,
области применения) (Примечание: далее для каждой электрох
имической системы
предполагается рассмотрение аналогичных пунктов). Источники тока с хлоридным и
щелочным электролитом. Система Zn/CuO. Система Zn/HgO.

Перезаряжаемые источники
тока с водным электролитом.
Система Zn/AgO (Ag
2
O).

Система Pb/PbO
2

(свинцовый а
ккумулятор). Термодинамика вторичных систем на
примере Pb/PbO
2
. Расчет ЭДС и ее зависимость от температуры и концентрации
электролита. Режим работы свинцовых аккумуляторов и особенности их
эксплуатации.
Особенности
свинцов
ого

аккумулятор
аг
ерметичн
ого исполн
ения
.

Свинцовые сплавы и их модифицирование
.

Система Cd/NiOOH (никель
-
кадмиевый аккумулятор). Система H
2
/NiOOH (никель
-
металлгидридный аккуму
лятор). Сравнение характеристик

различных вторичных
электрохимических систем.

Литиевые ХИТ
.
Первичные литиевые ХИТ
.
Система Li/H
2
O. Растворители и соли,
используемые в литиевых ХИТ. Взаимодействие лития с растворителями
(пропиленкарбонат, этиленкарбонат) и газами (O
2
, CO
2
, N
2
). Пассивационная теория
устойчивости лития в окружающей среде. Система Li/SO
2
. Система Li/SOCl
2
.Литиевые
ХИТ с твердым катодом. Система Li/CuO. Система LiMnO
2
. Безэлектролитные литиевые
ХИТ. Система Li/I
2
. Проблема перезаряжаемых литиевых ХИТ. Интеркаляция лития в
углерод и

оксиды металлов. Литий
-
ионный
и литий
-
полимерный аккумуляторы. Система
LiC
6
/
LiCoO
2
.
Перспективные разработки в области электродных материалов литий
-
ионных аккумуляторов.
Литий
-
воздушные аккумуляторы.
Современное состояние рынка
литиевых ХИТ.

Топливные элементы.
Водородная энергетика.Классификация топливных
элементов
.
Система H
2
/
O
2
.(воздух).
Система H
2
, CO/
O
2
. Система метанол/
кислород.
Система борогидрид/
кисло
род. Система муравьиная кислота/
кислород. Другие
электрохимиические системы топливных элементов. Высокотемпературные топливные
элементы
.
Системы с твердыми, жидкими и расплавле
нными элетролитами.
Электрохимические генераторы. Гибридные энергетические установки.

Электрохимические конденсаторы.
Принцип работы и история развития.
Классификация электрохимических конденсаторов. Варианты электрохимических систем.
Место электрохимическ
их конденсаторов в ряду химических источников тока.

Сравнение состояния отечественных разработок ХИТ с мировым уровнем.
Перспективы развития ХИТ.



5.Учебно
-
методическое обеспечение самостоятельной работы

аспирантов.


Виды самостоятельной работы
:

-

поиск и

анализ литературных источников информации с использованием
библиотечных, интернет
-
ресурсов, баз данных;

-

овладение программным обеспечением и (при необходимости) расчетны
ми

метод
ами
исследования;


6. Учебно
-
методическое и информационное обеспечение



Осно
вная литература

1.

Электрохимия / Б.Б.Дамаскин, О.А.Петрий, Г.А.Цирлина;
ред. Л. А. Галицкая.



2
-
е
изд., испр. и перераб.


М.: Химия, КолосС, 2006.
-

672 с.

2.

Электрохимия / Ф. Миомандр [и др.]; пер. с фр. В. Н. Грасевича под ред. Е.Д.
Гамбурга, В.А. Сафонова
.


М
.
: Техносфера, 2008.


359 с.

3.

Коррозия и защита от коррозии [Электронный ресурс]: учебное пособие /
Семенова

И.

В.
-

Москва : Физматлит, 20
10
.
-

41
6 с. Книга находится в базовой версии
ЭБС IPRbooks.

4.

Коррозия и защита металлических конструкций и оборуд
ования [Электронный
ресурс] : учебное пособие / Жарский М. И.
-

Минск : Вышэйшая школа, 2012.
-

303 с.
-

ISBN 978
-
985
-
06
-
2029
-
3 : Б. ц.Книга находится в базовой версии ЭБС IPRbooks.


Дополнительная литература



1.

Электроаналитические

методы. Теория

и практик
а / под ред. Ф. Шольца; пер. с англ.
под ред. В. Н. Майстренко.


М
.
: БИНОМ. Лаб. знаний, 2010.


326 с.

2.

Электрохимия / А.В. Чуриков, И.А. Казаринов; Сарат. гос. ун
-
т им. Н. Г.
Черны
шевского, Ин
-
т химии.
-

Саратов
: [б. и.], 2008.
-

279 с.

(
ЭБ УМЛ
)
.

3.

Электро
нный вариант курса лекций "
Современные

химическ
ие

источник
и

тока
"
[Электронный ресурс] / А.В. Чуриков, И.А. Каз
аринов.
-

Саратов
: [б. и.], 2008.
-

49 с.

4.

Электрохимические процессы в технологии микро
-

и наноэлектроники [Текст]:
Учебное пособие / А С Гаврило
в, А Н Белов.
-

2.
-

Москва : Издательский Центр
РИОР; Москва : ООО "Научно
-
издательский центр ИНФРА
-
М", 2014.
-

240 с.
-

ISBN
978
-
5
-
369
-
01299
-
4 : Б. ц.

5.

Химические источники тока с реакционно формирующимся электролитом [Текст] /
Рустем Галятдинович

Тазетди
нов.
-

Москва : Издательство Московского
Авиационного института (МАИ), 2013.
-

172 с.
-

ISBN 978
-
5
-
4316
-
0115
-
6 : Б. ц.



Перечень Интернет
-
ресурсов

https://en.wikibooks.org/wiki/Chemic
al_Information_Sources

-

Химические
информационные ресурсы

http://www.iupac.org/

-

сайт ИЮПАК,
содержащий справочные сведения и
термины химических наук.

http://elibrary.ru


Научная электронная библиотека, система РИНЦ.

http://ellib.gpntb.ru/



Электронная библиотека ГПНТБ России.

http://cyberleninka.ru/about


Научная библиотека открытого доступа
«КиберЛенинка».

http://www.scintific.narod.ru/index.htm


Каталог научных ресурсов. Ссылки на
специализированные научные поисковые системы, электронные архивы, средства поиска
статей и ссылок.

https://scholar.google.ru/

-

GoogleScholar



Поисковая система по научной
литературе. Статьи крупных научных издательств, архивы препринтов, публикации на
сайтах университетов, научных обществ и других научных о
рганизаций.

http://abc
-
chemistry.org/ru/
-

Бесплатная научная химическая информация. Каталог
бесплатных полнотекстовых журналов. В Каталог включены только те журналы, которые
предоставляют постоянный бесплатный доступ к полным текстам статей, причем не
мен
ее чем к годовому комплекту.

http://e.lanbook.com/

-

Электронно
-
библиотечная система издательства "Лань".

http://znanium.com/
-

Электронная библиотечная система "Znanium.com"

http://biblio
-
online.ru/
-

Электронная библио
течная система издательства "Юрайт".

http://ibooks.ru/
-

Электронно
-
библиотечная система ibooks.ru.

http://rucont.ru/
-

Электронно
-
библиотечная система РУКОНТ.

http://www.bibliorossica.com/
-

Электронно
-
библиотечная система
"БИБЛИОРОССИКА".

http://
library
.
sgu
.
ru
/

Сайт Зональной научной библиотеки им.
В.а. Артисевич
Саратовского государственного университета имени Н.Г. Чернышевского, в том числе:

http://
library
.
sgu
.
ru
/
djvu

Элек
тронная библиотека СГУ;

http://library.sgu.ru/
cgi
-
bin
/
irbis
64
r
_91/
cgiirbis
_64.
exe
?
C
21
COM
=
F
&121
DBN
=
ELBIN
&
P
21
DBN
=
ELBIB
&
S
21
FMT





Приложенные файлы

  • pdf 13059562
    Размер файла: 713 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий