From Cosmochemistry to Novel Inorganic Materials 0600-OG-EN-KNMN

Tematykę wykładów podzielono na kilka głównych tematów:

1. Chemia w kosmosie
Temat ten omawia współczesny stan wiedzy o początkach Wszechświata i powstaniu pierwszych cząstek elementarnych i jąder atomowych (teoria Wielkiego Wybuchu). Następnie omawiane są pierwsze etapy rozwoju Wszechświata (inflacja, tzw. wieki ciemne) oraz „narodziny” pierwszych gwiazd. W kolejnych godzinach wykładu prezentowane są reakcje zachodzące w gwiazdach („spalanie” wodoru (także cykl CNO), helu itp.), opisując powstawanie coraz cięższych pierwiastków oraz wyjaśniając anomalie związane z ich rozmieszczeniem we Wszechświecie (małe ilości Li, Be, B, stosunkowo duża liczba atomów Fe, większa ilość jąder parzystych, itp.). Jednocześnie omawiane są podstawowe zagadnienia kosmochemii i budowy atomów (struktura materii, jaką znamy, stabilność jąder i sposoby jej osiągnięcia). Wykład przedstawia także procesy zachodzące w supernowych i innych miejscach Wszechświata, umożliwiające powstanie cięższych jąder atomowych. W ostatniej części, poświęconej kosmochemii, omówiono ścieżki ewolucji gwiazd, w tym Słońca.

2. Defekty sieci krystalicznej
W tej części wykładu przedstawiono rodzaje defektów sieci krystalicznych (punktowe, liniowe, płaszczyznowe i inne) oraz wyjaśniono, dlaczego w ogóle powstają, wskazując skutki, jakie te defekty powodują. W tym kontekście jest mowa o zjawisku półprzewodnictwa, związku niestechiometryczności, związkach międzywęzłowych i ich właściwościach, stalach węglowych i mechanizmach utleniania powierzchni metali, w tym powszechnej korozji.

3. Nanomateriały i nanotechnologie
Podczas wykładu definiowane są pojęcia „nanomateriał” i „nanotechnologia”. Omawiane są metody wytwarzania nanomateriałów oraz metody ich charakterystyki. Na wykładzie prezentowane są także wybrane przykłady nanomateriałów bionieorganicznych (bionanokompozyty, połączenia nanomateriałów z DNA (biomimetyka)).

4. Nawozy
W tej części wykładu przedstawiane są podstawowe składniki pokarmowe roślin i mikroorganizmów. Po wprowadzeniu tematu omawiane są sposoby dostarczania roślinom azotu, potasu, fosforu i siarki. Następnie dyskusja skupia się na zagadnieniach związanych z technologią chemiczną, po czym następuje prezentacja zagadnień związanych z trudnościami w wiązaniu azotu, sposobami otrzymywania soli potasowych i oddzielania ich od soli sodowych. Na koniec omawiane są proces wytwarzania superfosfatów oraz sposób obliczania zawartości azotu, fosforu i potasu w oparciu o oznaczenia powszechnie stosowane w przypadku dostępnych w handlu nawozów sztucznych (NPK).

5. Kataliza homogeniczna i heterogeniczna
W ostatniej części wykładu przedstawiane są podstawowe informacje na temat katalizy chemicznej, ze szczególnym zwróceniem uwagi na najważniejsze pojęcia, takie jak energetyka procesu, cykl katalityczny, wydajność i żywotność katalizatora oraz selektywność katalizatora. Dalsza część wykładu omawia charakterystykę katalizatorów homogenicznych i heterogenicznych, po czym następuje prezentacja wybranych reakcji katalitycznych. Do procesów homogenicznych zalicza się uwodornienie, hydroformylowanie, karbonylowanie, proces Wackera, metatezę, sprzęganie i utlenianie asymetryczne, ze szczególnym uwzględnieniem katalizatorów nieorganicznych stosowanych w tych reakcjach. Po omówieniu powyższych przykładów, wykład skupia się na katalizatorach heterogenicznych, jednorodnych (np. zeolity) i wielofazowych (szczególnie na bazie krzemionki i tlenku glinu). Omawiane są ważne pojęcia związane z tego typu katalizatorami (powierzchnia właściwa, porowatość, kwasowość powierzchniowa, centra zasadowości, powierzchniowe centra metaliczne, chemisorpcja i desorpcja, migracja powierzchniowa). W kolejnych rozdziałach przedstawiane są przykładowe reakcje z wykorzystaniem tych katalizatorów, m.in. proces uwodornienia, synteza amoniaku, utlenianie ditlenku siarki, transformacja związków organicznych na zeolitach, synteza Fischera-Tropscha oraz polimeryzacja alkenów. Na koniec przedstawiane są nowe kierunki rozwoju katalizy heterogenicznej (kataliza hybrydowa, katalizatory „na uwięzi”, układy dwufazowe).