GERİ DÖN
Ders Öğretim Planı
| Dersin Kodu | Dersin Adı | Dersin Türü | Yıl | Yarıyıl | AKTS |
|---|---|---|---|---|---|
| 9103055251999 | Interfacial Thermodynamics | Seçmeli Ders Grubu | 1 | 1 | 8,00 |
Dersin Seviyesi
Yüksek Lisans
Dersin Sunulduğu Dil
İngilizce
Dersin Amacı
Öğrencilere yüzey/arayüzey olaylarını, termodinamik yasalar açısından analizleyebilmeleri için gerekli olan çok kapsamlı bir çözelti ve arayüzey termodinamiği bilgisinin kazandırılması; Yüzey/arayüzey olayları konularındaki son gelişmeleri de içeren ayrıntılı bilgilerin aktarılması; Yüzey/ arayüzeylerdeki etkileşim kuvvetlerinin öğretilmesi; Arayüzeyleri tanımlayan iki boyutlu termodinamik denkliklerin, üç boyutlu termodinamik denkliklerle ilişkilendirilerek türetilmesi; Kimya mühendisliği uygulama alanları ile yakından ilgili olan yüzey/arayüzey, çözelti termodinamiği ve denge kavramlarının özel problemlere uygulanarak öğretilmesi; Özel bir problemin çözümünde termodinamik analiz ve termodinamik eşitliklerin seçimine karar verip uygulama yetisi kazandırılması; Öğrencilerin teori ile uygulama arasında sağlam bir bağ kurmasını ve yaratıcılıklarını da kullanarak çözüme ulaşmalarını sağlamak.
Dersi Veren Öğretim Görevlisi/Görevlileri
Prof. Dr. Şerife Şeref Helvacı Dr. Öğretim Üyesi Berrin İkizler
Öğrenme Çıktıları
| 1 | Makro/Mikro/Nano sistemlerde arayüzey olaylarının etkilerini kavrayabilme ve formule edilebilme. |
| 2 | Verilen bir sistem için arayüzeyi modelini tasarlayabilme ve model denkliklerini türetebilme. |
| 3 | Analitik/nümerik teknikler kullanabilme; bu teknikleri kullanarak arayuzey olaylarını tanımlayan termodinamik denkliklerin çözebilme. |
| 4 | Arayüzey özellikleri ve etkilerini kavrayabilme. |
| 5 | Arayüzey filmlerinin özelliklerini ve faz davranışlarını tanımlayabilme, arayüzeylere ait termodinamik bağıntıları türetilebilme. |
| 6 | Arayüzey ve kitlesel faz özellikleri arasındaki farklılıkları kavrayabilme. |
| 7 | Yüzey aktif maddelerin arayüzey özelliklerine etkilerini kavrayabilme. |
| 8 | Makro ölçekteki sistemler ile arayüzey olayları arasında ilişki kurabilme. |
Öğretim Sistemi
Birinci Öğretim
Dersin Ön Koşulu Olan Dersler
Yok
Ders İçin Önerilen Diğer Hususlar
İleri arayüzey termodinamiği konusunda yüksek lisans düzeyinde hazırlanmış bir derstir.
Dersin İçeriği
Faz arayüzeylerinin tanımlanması ve moleküler yapısı; Sıvılarda çözünürlük ve çözelti teorisi; Yüzey aktif madde tipleri; Arayüzey fiziksel özelliklerinin tanımlanması ve ölçümü- yüzey ve arayüzey gerilimi, arayüzey viskozitesi, temas açısı; Arayüzeylere adsorpsiyon ve yüzey aktif madde filmi oluşumu- Yüzey ve Kritik misel konsantrasyonları; Yüzey serbest enerjisi ve termodinamik bağıntılar; Amfiphilik sistemlerin özellikleri ve faz davranışı-Agregat oluşumu, kritik paketleme parametresi, misel tipleri ve boyutları; Kitlesel/misel/yüzey filmi dengeleri; Arayüzeylerdeki etkileşim kuvvetleri; Koloidal sistemlerin elektrostatik kararlılığı; Yüklü arayüzeyler- Zeta potansiyeli; Yüzey aktif madde karışımları ve termodinamik denklikleri, sinerji.
Haftalık Ayrıntılı Ders İçeriği
| Hafta | Konular (Teorik) | Öğretim Yöntem ve Teknikleri | Ön Hazırlık |
|---|---|---|---|
| 1 | Faz arayüzeyinin tanımlanması, hava/sıvı ve sıvı/sıvı arayüzeylerinin moleküler yapısı. | ||
| 2 | Yüzey aktif madde tipleri: iyonik, iyonik olmayan ve katyonik yüzey aktif maddeler. Çok tabakalı yüzey aktif maddeler: polimerik ve biyolojik yüzey aktif maddeler. | ||
| 3 | Arayüzeylerdeki etkileşim kuvvetleri. Moleküller arası etkileşim kuvvetleri: Coulomb, Keesom, Debye ve London kuvvetleri, Van der Waals kuvvetleri. | ||
| 4 | Makroskopik taneler arasındaki etkileşim kuvvetleri: Hamakar Sabiti. | ||
| 5 | Sıvılarda çözünürlük ve çözelti teorisi. İdeal ve çok seyreltik çözeltiler. Akışkan arayüzeyi içeren sistemlerin genel özellikleri: Arayüzey ve fiziksel özelliklerinin tanımlanması. | ||
| 6 | Arayüzey özelliklerinin tanımlanması ve ölçümü- yüzey ve arayüzey gerilimi, kohezyon, adhezyon, bir sıvının diğer bir sıvı üzerinde kendiliğinden yayılması, temas açısı. Yüklü arayüzeyler: Zeta potansiyeli. Young-Laplace denklemi. Kelvin denklemi. | ||
| 7 | Fiziksel özellikler: Viskozite, Newton ve Newton olmayan akışkanlar, kayma gerilimi-kayma hızı ilişkisi. Hagen-Poiseuille denklemi. Yüzey filmlerinin visikozitesi: Arayüzey viskozitesi, iki boyutlu Poiseuille denklemi. Küresel katı tanecikler veya damlacıklar içeren seyreltik çözeltilerin viskoziteleri: Einstein denklemi. Tanecik boyutunun ve çözelti viskozitesinin çökelme hızına etkisi. Arayüzeylerde difüzyon kontrollu madde aktarımı. | ||
| 8 | ARA SINAV | ||
| 9 | Arayüzeylere adsorpsiyon ve yüzey aktif madde filmi oluşumu. Yüzey serbest enerjisi ve temel termodinamik bağıntılar: Gibbs Adsorpsiyon denklemi, yüzey konsantrasyonu. Kritik misel konsantrasyonu ve Miseller. Yüzey basıncı, yüzey filmi oluşumu. | ||
| 10 | Amfiphilik Sistemlerin özellikleri: Agregat oluşumu, kritik paketleme parametresi, misel tipleri ve boyutları. Sıvı kristal, çift tabaka ve vesikül oluşturan yüzey aktif maddeler | ||
| 11 | Kolloidal sistemler, yüklü arayüzeyler: Gouy-Chapman teorisi, Stern model, Poisson-Boltzman Denklemi, Elektriksel çift tabaka, elektrostatik etkileşimler, Kolloidal sistemlerin elektrostatik kararlılığı: DLVO teorisi. | ||
| 12 | Amfiphilik Sistemlerin Faz Davranışı: Misel oluşumu ve kararlılığı: Amfiphilik yüzey aktif madde molekülünün hidrokarbon zinciri ve kafa grubundaki etkileşimler, serbest miselleşme enerjileri. Misel çözeltilerinin karakteristik özellikleri . Kitlesel / misel / yüzey filmi dengeleri ve faz diyagramları. | ||
| 13 | Yüzey aktif madde karışımlarının oluşturduğu yüzey filmleri ve miseller. Sinerji. | ||
| 14 | Yüzey aktif madde karışımlarının oluşturduğu yüzey filmleri ve misellerinin termodinamik denklikleri. | ||
| 15 | Üç bileşenli sistemlerin faz davranışı: yağ / su / yüzey aktif madde karışımları. | ||
| 16 | FİNAL SINAVI |
Ders Kitabı / Malzemesi / Önerilen Kaynaklar
DERS KİTAPLARI: 1.Miller, C.A., Neogi,P., “Interfacial Phenomena-Equilibrium and Dynamic Effects”, 2. Baskı, CRC Press Taylor and Francis Group, Boca Baton, 2008. 2.Erbil, H.Y., “Surface Chemistry of Solid and Liquid Interfaces”, Blackwell Publishing Ltd, Oxford, 2006. YARDIMCI KİTAPLAR: 1.Stokes, R. J.,Evans, D.F., "Fundamentals of Interfacial Engineering", Bölüm 1-5, Wiley-VCH, New York, 1997. 2.Shaw, D.J., Colloid and Surface Chemistry: Introduction to Coloid and Surface Chemistry, 4.Baskı, Butterworth Heinemann, Oxford, 1992. 3.Jönsson, B., Lindman, B., Holmberg, K., Kronberg, B., "Surfactants and Polymers in Aqueous Solution", John Wiley and Sons, Chichester, 1999. 4.Chattoraj, D.K., Birdi, K.S., "Adsorption and the Gibbs Surface Excess", Plenum Press, New York, 1984. 5.Peker, S. M., Helvacı, Ş.Ş., Solid-Liquid Two Phase Flow, Bölüm 1, Elsevier, Amsterdam, 2008. 6.Israelachvili, J. N., Intermolecular and Surface Forces,Bölüm 9 – 15, 16, 17. Academic Press, 2. Baskı, 1991. 7.Vold, R. D., Vold, M. J., Colloid and Interface Chemistry, Addison-Wesley, Ontario, 1983. 8.Adamson, A. W., Physical chemistry of Surfaces, 2. Baskı, John Wiley and Sons, New York, 1967. 9.Kragel, R.M., Fainerman, V.B., Makievski, A.V., Grigoriev, D.O., Liggieri, F.R.L., Kwok, D.Y., Neumann, A.W., Characterization of Water/Oil Interface in Encyclopedic Handbook of Emulsion Technology (Ed. Sjöblom, J.), Marcel Dekker, Inc., New York, 2001. 10. Peker, S., Helvacı, Ş.Ş., Akışkanlar Mekaniği: Kavramlar, Problemler, Çözümler, 3. Baskı,Literatür Yayıncılık, Ltd., 2013. ÖNERİLEN DİĞER KAYNAKLAR: Internet araştırması Arayüzey olayları ile ilgili bilimsel yayınlar
Planlanan Öğrenme Aktiviteleri ve Metodları
Değerlendirme
| Yarıyıl (Yıl) İçi Etkinlikleri | Adet | Değer |
|---|---|---|
| Ara Sınav | 1 | 100 |
| Toplam | 100 | |
| Yarıyıl (Yıl) Sonu Etkinlikleri | Adet | Değer |
| Final Sınavı | 1 | 100 |
| Toplam | 100 | |
| Yarıyıl (Yıl) İçi Etkinlikleri | 40 | |
| Yarıyıl (Yıl) Sonu Etkinlikleri | 60 | |
Staj Durumu
Yok
İş Yükü Hesaplaması
| Etkinlikler | Sayısı | Süresi (saat) | Toplam İş Yükü (saat) |
|---|---|---|---|
| Ara Sınav | 1 | 3 | 3 |
| Final Sınavı | 1 | 3 | 3 |
| Derse Katılım | 14 | 3 | 42 |
| Rehberli Problem Çözümü | 6 | 1 | 6 |
| Problem Çözümü | 6 | 2 | 12 |
| Tartışma | 14 | 0 | 7 |
| Soru-Yanıt | 14 | 0 | 7 |
| Takım/Grup Çalışması | 6 | 2 | 12 |
| Proje Hazırlama | 3 | 3 | 9 |
| Proje Sunma | 1 | 1 | 1 |
| Bireysel Çalışma | 16 | 4 | 64 |
| Ödev Problemleri için Bireysel Çalışma | 16 | 3 | 48 |
| Ara Sınav İçin Bireysel Çalışma | 1 | 7 | 7 |
| Final Sınavı içiin Bireysel Çalışma | 1 | 7 | 7 |
| Okuma | 14 | 1 | 14 |
| Toplam İş Yükü (saat) | 242 | ||
Program ve Öğrenme Çıktıları İlişkisi
| PÇ 1 | PÇ 2 | PÇ 3 | PÇ 4 | PÇ 5 | PÇ 6 | PÇ 7 | |
| ÖÇ 1 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 |
| ÖÇ 2 | 5 | 5 | 5 | 5 | |||
| ÖÇ 3 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 |
| ÖÇ 4 | 5 | 5 | 5 | ||||
| ÖÇ 5 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 | ||
| ÖÇ 6 | 5 | 5 | 5 | 5 | |||
| ÖÇ 7 | 5 | 5 | 5 | 5 | |||
| ÖÇ 8 | 5 | 5 | 5 | 5 |
* Katkı Düzeyi : 1 Çok düşük 2 Düşük 3 Orta 4 Yüksek 5 Çok yüksek