6М073400 ХТВВИПС рус

ПРОГРАММА ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К СДАЧЕ ВСТУПИТЕЛЬНОГО
ЭКЗАМЕНА В МАГИСТРАТУРУ
ПО СПЕЦИАЛЬНОСТИ
«6М073400 - ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ВЗРЫВЧАТЫХ И
ПИРОТЕХНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ»
СОДЕРЖАНИЕ
1. Цели и задачи вступительного экзамена по специальности
Подготовка специалистов в соответствии с самыми высокими академическими
стандартами
в конкурентной, но стимулирующей
образовательной
среде,
привлекательной для самых лучших обучающихся из Казахстана и других стран по химии
в области пиротехнических средств и взрывчатых веществ.
Форма вступительного экзамена – письменный экзамен. Экзаменующиеся
записывают свои ответы на вопросы экзаменационного билета на листах ответов, которые
проверяется экзаменационной комиссией в зашифрованном виде.
2. Требования к уровню подготовки лиц, поступающих в магистратуру
Поступающий в магистратуру по специальности «6М073400 - Химическая
технология взрывчатых и пиротехнических веществ» должен знать: основы
неорганической,
органической
химии,
химической
физики,
классификацию
пиротехнических средств (ПС) и взрывчатых веществ (ВВ), их физико – химические
свойства, иметь понятие о процессах горения и взрыва, основные физические и
химические процессы, способствующие возникновению взрыва, владеть терминологией
дисциплины, оперировать фактами,
уметь анализировать опасные факторы при
разработке и использовании пиросоставов и ВВ.
4. Перечень экзаменационных тем
Программа предназначена для подготовки к сдаче вступительного экзамена по
специальности. Формулировка вопросов в экзаменационных билетах может отличаться от
тем, указанных в программе.
Дисциплина «Химическая физика»
1.
Элементарные процессы в химии.
Теория столкновений и обмен энергии при столкновении. Активные промежуточные
продукты: свободные радикалы и
атомы. Гомолитические и гетеролитические реакции.
2.
Карбены
Общая характеристика карбенов. Электронное и геометрическое строение карбенов.
Способы получения карбенов. Физические и химические свойства карбенов.
3.
Химия высоких энергий. Фотохимические и фотофизические процессы
Основные
законы
фотохимий.
Фотофизические
процессы.
Кинетика
фотохимических реакций. Фотохимические реакций.
1
4.
Радиационная химия.
Виды и источники ионизирующих излучений. Количественные характеристики
ионизирующих излучений. Радиационно-химический выход. Первичные и радиационнохимические реакции в газах. Радиационно-химические реакции в воде.
5.
Плазмохимия.
Типы электрических разрядов. Образование химически активных частиц в плазме.
Плазмохимические реакций.
6.
Кинетика цепных реакции
Общие представления о цепных реакциях. Длина цепи. Скорость цепных реакции.
7.
Основы горения и детонаций.
Особенности взрывных реакций. Предельные явления. Теория теплового взрыва
Н.Н.Семенова. Виды пламен. Распространение пламени. Детонация.
8.
Макрокинетика.
Колебательные химические реакции. Холодные пламена. Сажеобразование при
горении углеводородов. Образование фуллеренов в режиме горения. Загрязнение
окружающей среды оксидами азота. Механизмы образования оксидов азота.
9.
Самораспространяющийся высокотемпературный синтез (СВС).
Основные понятия СВС процессов. Характеристики СВС процессов. Механизмы
реакций и макрокинетика горении СВС систем. Закономерности горения тантал
углеродной смеси.
10. Сажеобразование.
Сажеобразование
при
низкотемпетарурном горении
фуллеренов в режиме горения.
горении
углеводородов.
Сажеобразование
при
метана. Механизмы сажеобразования. Образование
Дисциплина «Основы безопасности химико-технологического производства»
1. Общие вопросы охраны труда.
Охрана труда. Условия труда. Вредные и опасные производственные факторы, их
классификация. Тяжесть и напряженность труда. Классификация условий труда. Порядок
аттестации рабочих мест по условиям труда.
2. Законодательство РК в области безопасности производственной
деятельности.
Система законодательных актов и нормативных документов по охране труда.
Государственный надзор и общественный контроль за соблюдением законодательства по
охране труда. Травматизм и заболеваемость на производстве. Порядок расследования и
учета несчастных случаев на производстве.
3. Производственная санитария в химической промышленности
Производственная санитария. Классификация вредных веществ, показатели опасности
вредных веществ. Действие токсичных веществ на организм и способы защиты.
4. Производственная пыль и ее классификация.
2
ПДК раздражающего действия. Методы защиты работающих от воздействия пыли.
Создание комфортных условий труда. Микроклимат производственных помещений и его
влияние на производительность труда. Нормирование параметров микроклимата.
Системы
обеспечениея
параметров
микроклимата:
отопление,
вентиляция,
кондиционирование.
5. Производственное освещение.
Виды производственного освещения. Требования к освещению производственных
помещений. Основные светотехнические понятия и величины.
6. Производственный шум и вибрация.
Основные источники шума и вибрации. Характеристика и нормирование шума и
вибрации. Единицы измерения, приборы контроля. Действие шума и вибрации на
организм человека. Защита от шума и вибрации. Защита от электромагнитного излучения.
7. Безопасность технологических процессов и производственного оборудования.
Потенциально опасные технологические процессы. Требования безопасности,
предъявляемые к технологическим процессам. Инженерно-технические средства
безопасности. Общие требования к безопасности и надежности производственого
оборудования.
8. Безопасность эксплуатации сосудов и аппаратов, работающих под давлением.
Общие требования безопасности, предъявляемые к сосудам, работающим под
давлением. Баллоны для сжатых, сжиженных и растворенных газов. Цистерны и бочки
для перевозки сжиженных газов.
9. Электробезопасность.
Общая характеристика системы электробезопасности. Классификация помещений по
опасности поражения людей электрическим током. Действие электрического тока на
человека. Факторы, определяющие опасность поражения электрическим током. Анализ
условий поражения электрическим током. Технические способы и средства защиты.
Статическое электричество и защита. Первая помощь при поражении человека
электрическим током.
10. Радиационная безопасность.
Основные характеристики ионизирующих излучений. Нормирование воздействия
ионизирующих излучений. Средства защиты при работе с радиоактивными
веществами.Организация работы с радиоактивными веществами и источниками
излучений.
11. Безопасность при ремонтных и очистных работах.
Организация и осуществление безопасности производства при проведении ремонтных
и очистных работ. Система технического обслуживания и ремонта оборудования
предприятий химической промышленности.
12. Пожароопасные и взрывоопасные технологические процессы.
Процессы горения. Пожаровзрывоопасные свойства веществ и
Номенклатура показателей. Самовозгорание.
материалов.
13. Пожарная профилактика технологических процессов.
Классификация пожаров. Влияние пожара на организм человека. Пожарная
безопасность технологических производств. Пожаро- и взрывозащита оборудования.
3
Электрооборудование во взрывоопасных и пожароопасных зонах. Средства и методы
пожаротушения.
14. Техника безопасности при работе с взрывчатыми веществами. Требования к
производственным зданиям по производству взрывчатых веществ. Классификация
помещениий и зданий по пожаро- и взрывоопасности. Возгораемость строительных
материалов и огнестойкость строительных конструкций. Противопожарные преграды.
Эвакуация людей. Молниезащита.
15. Средства и методы тушения.
Способы тушения пожаров. Огнетушащие вещества. Негорючие газы и инертные
разбавители. Твердые огнетушащие вещества. Пожарная связь и сигнализация на
химических предприятиях.
16. Обеспечение требований пожарной безопасности при проектировании
производственных зданий химических предприятий.
Категорирование помещений и зданий по взрывопожарной и пожарной опасности.
Возгораемость сроительных материалов и огнестойкость строительных конструкций.
Защита зданий химической промышленности от прямого удара и вторичных проявлении.
Дисциплина «Физические методы исследования»
1. Общие характеристики физических методов исследования
Физические свойства атомов и молекул. Методы определения физических свойств.
Физическая теория метода.
2. Общая характеристика и классификация методов. Взаимодействие излучения
с веществом. Поглощение, испускание, рассеяние. Спектроскопические и дифракционные
методы. Энергетические характеристики различных методов спектроскопии.
Чувствительность и разрешающая способность. Характеристическое время метода.
3. Соотношение амплитуд рассеяния в дифракционных методах. Различные
применения рентгенографии, электронографии и нейтронографии.
Зависимость результатов одних методов от наличия данных других методов.
Возможности методов и области их применения. Интеграция методов.
4. Атомная спектроскопия
Атомно-эмиссинная спектроскопия. Основные характеристики уровней энергии.
Вероятности переходов и интенсивности в спектрах. Правила отбора. Блок-схема
приборов эмиссионного
анализа. Характеристика основных элементов приборов.
Определение
химических
элементов.
Атомно-абсорбционная
спектроскопия.
Атомизаторы.
5. Вращательные спектры комбинационного рассеяния
Схема эксперимента. Использование лазера. Условия получения спектра. Правила
отбора. Уравнения для частот вращательного спектра комбинационного рассеяния (КР).
Случай линейных молекул. Определение геометрических параметров неполярных
молекул. Ограничения метода.
6. Эмиссионная спектроскопия и пламенная фотометрия. Полуколичественные и
количественный методы и их отличие при анализе. Спектр веществ и его свойства.
4
Основные характеристики уровней энергии. Вероятности переходов и интенсивности в
спектрах. Правила отбора. Блок-схема приборов эмиссионного анализа. Характеристика
основных элементов приборов. Определение химических элементов.
7. Методы колебательной спектроскопии. ИК-спектры и комбинационное
рассеяние света
Возможности методов ИК-спектроскопии, их применение в химии. Правила отбора
и интенсивность в ИК-поглощении. Частоты и формы нормальных колебаний молекул.
Учет симметрии молекулы. Анализ нормальных колебаний молекулы по
экспериментальным данным. Сопоставление ИК- и КР-спектров и выводы о симметрии
молекул. Техника и методики ИК-спектроскопии и спектроскопии КР.
8. Аппаратура ИК-спектроскопии, прозрачные материалы. Дополнительные
приспособления, приготовление образцов. Особенности техники для далекой ИК-области.
Аппаратура спектроскопии КР, преимущества лазерных источников возбуждения. Метод
КАРС. Сравнение методов ИК- и КР-спектроскопии, их достоинства и недостатки.
9. Методы электронной спектроскопии. УФ-спектроскопия
Эмиссионная УФ-спектроскопия, как метод исследования двухатомных молекул.
Абсорбционная спектроскопия в видимой области. Техника и методика абсорбционной
спектроскопии в видимой и УФ-областях. Исследуемые образцы. Чувствительность
метода, его достоинства и недостатки.
10. Метод ЭПР. Физические основы явлений электронного парамагнитного
(спинового) резонанса и ядерного магнитного резонанса (ЭПР и ЯМР). Спины и
магнитные моменты ядер и электронов. g-фактор и его значение. Анизотропия g-фактора.
Спин-орбитальная связь. Снятие вырождения спиновых состояний в постоянном
магнитном поле. Условие ЭПР. Заселенность уровней энергии, насыщение,
релаксационные процессы и ширина сигнала. Форма линии. Сверхтонкое расщепление
сигнала ЭПР при взаимодействии электрона с одним и несколькими ядрами. Число
компонентов мультиплета, распределение интенсивностей. Константы СТС. Блок-схема
ЭПР-спектрометра, особенности эксперимента, достоинства и ограничения метода.
11. Метод ЯМР. Условие ЯМР. Релаксационные процессы. Химический сдвиг и
спин-спиновое расщепление в спектрах ЯМР. Константа экранирования ядра.
Относительный химический сдвиг, его определение и использование в химии. Спинспиновое взаимодействие ядер, его природа, число компонентов мультиплетов,
распределение интенсивности, правило сумм. Анализ спектров ЯМР первого и не первого
порядка. Протонный магнитный резонанс, ЯМР на 13С и других ядрах. Метод двойного
резонанса. Техника и методика эксперимента. Блок-схема спектрометра ЯМР, типы
спектрометров. Характер образцов. Структурный анализ. Изучение процессов
комплексообразования. Изучение быстропротекающих процессов. Сравнение метода ЯМР
с другими методами, его достоинства и ограничения. Принципы спектроскопии лазерного
магнитного резонанса (ЛМР).
12. Метод газовой хроматографии
Физико-химические основы хроматографических процессов. Классификация
методов хроматографии. Параметры хроматографического пика. Варианты газовой
хроматографии. Блок-схема хроматографа.
Теория равновесной хроматографии. Теория эквивалентных теоретических
тарелок.
Диффузионно-массообменная
теория.
Элюционные
характеристики.
Селективность и критерии разделения.
5
Влияние температуры на хроматографический процесс. Использование методов
программируемого изменения температуры. Виды детекторов. Методы качественного и
количественного хроматографического анализа.
13. Метод масс-спектрометрии.
Масс-спектрометрия
в сопоставлении с другими физическими методами
исследования. Классификация приборов. Принцип действия масс-спектрометра, основные
характеристики. Виды масс-анализаторов: время пролетный; радиочастотный;
квадрупольный; ионно-циклотронного резонанса и др. Блок-схема масс-спектрометра с
магнитным масс-анализатором. Методы введения проб в масс-спектрометр. Сочетание с
газовым хроматографом. Молекулярные пучки. Эффузионные ячейки. Прямой ввод
твердых проб.
14. Методы ионизации.
Методы ионизации: электронный удар, фотоионизация, поверхностная ионизация,
электростатическое неоднородное поле, химическая ионизация и др. Методы регистрации
ионных токов. Методы записи и первичной обработки масс-спектров, представление массспектров. Типы ионов в масс-спектрах: молекулярные, осколочные, перегруппировочные,
метастабильные, многозарядные, отрицательные.
15. Применение масс-спектрометрии для идентификации веществ.
Распознавание молекулярных ионов. Определение молекулярной формулы методом
точного измерения массы ионов. Корреляции между молекулярной структурой и массспектрами. Примеры идентификации соединений по их масс-спектрам. Качественный
анализ смесей. Методы количественного анализа на масс-спектрометре. Изотопный
анализ. Применение масс-спектрометрии в химии: исследование кинетики и механизмов
химических реакций, термодинамические исследования и др.
16. Электронная микроскопия. Оптическая микроскопия – основные
принципы, направления и объекты исследований. Разрешающая способность.
Элементы оптико-электронных приборов.
17. Рентгеновская спектроскопия. Физические основы рентгеновского метода
анализа.
Рентгеновская дифрактометрия. Типы и характеристики трубок и детекторов
рентгеновского излучения. Дифрактометрия (съемка и расчет дифрактограмм).
Идентификация вещества (фаз вещества) по межплоскостным расстояниям и измерение
параметров ячейки. Рентгенометрические картотеки. Оптические системы, дифракция на
кристаллической решетке. Уравнение Вульфа-Брегга. Чувствительность, предел
обнаружения, правильность метода. Подготовка проб к анализу и хранение. Выбор
условий анализа и методика эксперимента. Приборная техника.
Дисциплина «Физика и химия горения и взрыва»
1.Основы процессов горения
Феноменология пламен. Виды пламен по типу движения: ламинарные и
турбулентные; по составу: стехиометрические, богатые и бедные Математическое
описание предварительно перемешанных плоских ламинарных пламен. Уравнения
сохранения для плоских пламен. Типичный диффузионный процесс. Конвективный
процесс.
6
2. Реакции на поверхности.
Механизм реакций при окислении водорода на поверхности платины. Химическая
кинетика и механизм реакции (краткое описание). Квазистационарные состояния. Анализ
механизмов реакции. Анализ чувствительности. Пример по скорости пламени для метанэтан-воздушных пламен.
3.Характеристики основных видов пламен
Структура и скорость распределения предварительно перемешанных ламинарных
пламен. Процессы воспламенения. Пределы и время задержки воспламенения.
Минимальная энергия воспламенения. Искравое воспламенения. Р-Т-диаграмма
воспламенения. Схема установки для изучения пределов воспламенения, диаграмма
воспламенения СзН8+О2.
4.Турбулентное взаимодействующее течение.
Модели и масштабы турбулентности. Химические процессы проходящие
предварительно не перемешанных составах. Виды пламен предварительно перемешанных
составов. Модели микроламинарных пламен. Скорость распределения турбулентных
пламен.
5. Горение топлив и образование вредных веществ
Горение капель и аэрозолей. Горение угля. Окисление углеводородов при высоких
температурах. Низкотемпературное окисление.
6. Механизмы сажеобразования.
Образование сажевых частиц при горении углеводородов в электрическом поле.
Механизмы сажеобразования: ацетиленный, ароматический, карбенный.
7. Образование фуллеренов в пламенах углеводородов.
Термическое и быстрое образование оксидов азота при горении. Образование
оксидов азота при сжигании топлива. Уменьшение выхода NО за счет модификации
процесса. Каталитическое горение. Уменьшение
выхода NО за счет процессов
дожигания. Образование полициклических ароматических углеводородов при горении.
Феноменологический анализ процессов сажеобразования.
5. Список рекомендуемой литературы
Основная литература:
1. В.А. Завадский Пиротехнические составы и средства. Учебное пособие. - Алматы:
«Казак университетi», 2003, с 160.
2. Колесников Б.Я., Мансуров З.А. Физические методы исследования в химии: Учебное
пособие, изд. Алматы, 2000.
3. А.А. Шидловский. Основы пиротехники. - Машиностроение, М. 1973.
4. Правила безопасности при обращении с пиротехнической продукцией. Взрывное дело.
№ 1, 2001, с 6-19.
5. Л.В. Дубнов, Н.С.Бахаревич, А.И.Романович. Промышленные взрывчатые вещества.
Москва “Недра”, 1999, 305 c.
6. Қазақстан республикасының Еңбек Кодексі 2007 жылғы мамырдың 15-сі. 251-111.
7. Безопасность труда в химической промышленности. М.: «Академия», 2006.
8. Романовский Б.В. Основы химической кинетики. – М.: Экзамен, 2006. - 415 с.
7
9. Денисов Е.Т. Химическая кинетика. М.: Высшая школа, 2000.
10.Практикум по химической физике иплазмохимии.Под ред. Мансурова З.А.,
Акназарова С.Х. Алматы: Қазақ университеті, 2006 г.
Дополнительная литература:
1. Положение «О порядке организации и устройства фейерверков и других
мероприятий с применением пиротехнической продукции». Взрывное дело. №1, 2001, с
19-23.
1. К.К. Андреев. Термическое разложение и горение ВВ. М., Наука, 1966 г.
2. П.С. Цитович. Опыт рациональной пиротехники. СПБ, 1894.
3. П.Ф. Похил, В.М. Мальцев, В.М. Зайцев. Методы исследования процессов горения
и взрыва. М., Наука. 1966.
4. В.П. Преображенский. Теплотехнические измерения и приборы, М.: 1978
5. Вонгай И.М., Акназаров С.Х., Головченко О.Ю. Краткий курс практической
пиротехники. Алматы, КазНУ. 2008 г.
6. Г.А. Платов. Пиротехник. Искусство изготовления фейерверков.-М.: Эксмо.-2005. 313 с.
7. Медведева В.С., Билинкис Л.И. Охрана труда и противопожарная защита в
химической промышленности.
8. Кораблев В.П. Меры электробезопасности в химической промышленности. М.:
Химия, 1983.
Критерии оценки знаний и компетенций
Оценка «Отлично» - Полно раскрыто содержание материала в объёме больше
программы; правильно и полно даны определения и раскрыто содержание понятий, верно
использована терминология; для доказательства использованы различные умения, выводы
из наблюдений и опытов; ответ самостоятельный и показывает кругозор прентендента.
Оценка «Хорошо» - Раскрыто содержание материала, правильно даны
определения, понятия и использованы научные термины, ответ в основном
самостоятельный, но допущена неполнота определений, не влияющая на их смысл, и/или
незначительные нарушения последовательности изложения, и/или незначительные
неточности при использовании терминологии или в выводах.
Оценка «Удовлетворительно» Продемонстрировано усвоение основного
содержание учебного материала, но изложено фрагментарно, не всегда последовательно,
определения понятий недостаточно чёткие, не использованы выводы и обобщения из
наблюдения и опытов, допущены существенные ошибки при их изложении, допущены
ошибки и неточности в использовании терминологии, определении понятий.
Оценка «Неудовлетворительно» - Основное содержание учебного материала не
раскрыто, не даны ответы на вопросы, допущены грубые ошибки в определении понятий
и в использовании терминологии.
8