Chemia fizyczna 0600-S1-CTZ-CF

Treści programowe wykładu:
1. Elementy (podstawy) termodynamiki równowagowej: Energia wewnętrzna, praca, ciepło, entalpia. I zasada termodynamiki, prawo Hessa, II zasada termodynamiki, kryteria zachowania się układów. Potencjał chemiczny składnika. Entropia i entalpia swobodna. Stała równowagi chemicznej i jej zmiany. Stany skupienia materii. Równowaga reakcji chemicznej. Równowaga przemian fazowych.
2. Podstawowe właściwości gazów i cieczy. Teoria kinetyczna gazów. Napięcie powierzchniowe. Zjawisko adsorpcji na ciele stałym.
3. Równowagi fazowe: Reguła faz Gibbsa, równowagi fazowe w układach jedno- i dwuskładnikowych. Właściwości koligatywne roztworów elektrolitów.
4. Kinetyka chemiczna: Podstawowe pojęcia (szybkość i stała szybkości reakcji, rząd i cząsteczkowość). Równania kinetyczne reakcji 0, 1 i 2-go rzędu (postać różniczkowa i całkowa). Kataliza homo- i heterogeniczna, katalizatory i inhibitory. Kinetyka reakcji enzymatycznych.
5. Elektrochemia: Roztwory elektrolitów. Aktywność jonów w roztworach. Przewodnictwo elektryczne roztworów elektrolitów i jego zastosowanie. Ogniwa i półogniwa pierwszego i drugiego rodzaju oraz półogniwa redoks. SEM ogniwa. Korozja elektrochemiczna.

Treści programowe laboratorium:
Eksperymentalne wyznaczanie wybranych wielkości fizykochemicznych oraz interpretacja uzyskanych wyników tzn.:
Eksperymentalne wyznaczanie wielkości termodynamicznych – zmiany entalpii procesu. Charakterystyka fazy ciekłej i jej warstwy powierzchniowej, napięcie powierzchniowe. Wyznaczanie izoterm adsorpcji. Eksperymentalne wyznaczanie stałych szybkości reakcji bez i w obecności katalizatora homo- i heterogenicznego. Pomiar przewodnictwa roztworów elektrolitów, miareczkowanie konduktometryczne. Półogniwa i ogniwa galwaniczne, pomiar SEM ogniwa, miareczkowanie potencjometryczne, pomiar pH roztworów.

Treści programowe ćwiczeń rachunkowych:
Ćwiczenia rachunkowe obejmują zagadnienia związane z wybranymi zagadnieniami z termodynamiki (obliczenia pracy i ciepła w prostych przemianach fizycznych, zmian podstawowych funkcji termodynamicznych, zastosowania I i II zasada termodynamiki i prawa Hessa, zależności ciepła reakcji od temperatury), kinetyki (obliczenia stałej szybkości reakcji, zastosowanie równania Arrheniusa) i elektrochemii (obliczenia przewodnictwa roztworów elektrolitów, obliczenia SEM ogniw).

Całkowity nakład pracy studenta

1. 30h wykład, 45h laboratorium,10 h ćwiczenia laboratoryjne, tj. 85 h godz. kontaktowych, 2. praca indywidualna 155h (100h - przygotowanie do egzaminu i kolokwiów oraz 55h - przygotowanie do ćw. laboratoryjnych i rachunkowych). 3. całkowity nakład pracy studenta - 240h.

Efekty uczenia się - wiedza

W1: Zna stany skupienia materii, równania stanu, teorię kinetyki chemicznej, oddziaływania międzycząsteczkowe, zasady termodynamiki, równowagi fazowe, podstawy elektrochemii; prawa dotyczące ruchu płynów, wymiany ciepła i masy w procesach przetwarzania żywności – K_W08 W2: Zna podstawy algebry liniowej, analizy matematycznej i statystyki niezbędne do opisu oraz modelowania zjawisk chemicznych i technicznych - K_W02 W3: Zna rolę eksperymentu i symulacji komputerowych w procesach chemicznych i technologicznych - K_W03

Efekty uczenia się - umiejętności

U1. Potrafi stosować metody algebry liniowej i analizy matematycznej w wybranych zagadnieniach fizyki, chemii i inżynierii – K_U02 U2: Posiada umiejętność opisu i modelowania zjawisk chemicznych oraz stosuje wybrane procedury numeryczne w obliczeniach chemicznych, statystycznych i inżynierskich – K_U03 U3. Posiada umiejętności wykonywania pomiarów podstawowych wielkości fizycznych i chemicznych oraz opracowania wyników eksperymentów fizyko-chemicznych – K_U05.

Efekty uczenia się - kompetencje społeczne

3K1.Analityczne myślenie: Samodzielnie i efektywnie pracuje z dużą ilością informacji, dostrzega zależności pomiędzy zjawiskami i poprawnie wyciąga wnioski posługując się zasadami logiki i etyki – K_K01 K2. Kreatywność: myśli twórczo w celu udoskonalenia istniejących bądź stworzenia nowych rozwiązań – K_K02 K3. Sumienność i dokładność: Jest nastawiony na jak najlepsze wykonanie zadania; dba o szczegóły; jest systematyczny – K_K03. K4. Praca zespołowa: Nawiązuje i utrzymuje długotrwałą i efektywną współpracę z innymi; dąży do realizacji celów zespołu poprzez odpowiednie zaplanowanie i organizację pracy swojej i innych; motywuje współpracowników do zwiększenia wysiłku w celu osiągnięcia założonych celów. Jest świadomy odpowiedzialności za wspólnie realizowane zadania, związane z pracą zespołową.- K_09.

Metody dydaktyczne

Wykład: Wykład z wykorzystaniem prezentacji multimedialnych. Laboratorium: Wykonywanie eksperymentów w parach pod nadzorem osoby prowadzącej zajęcia, samodzielne wykonywanie obliczeń numerycznych, dyskusja wyników. Ćwiczenia rachunkowe: Rozwiązywanie zadań i dyskusja otrzymanych wyników we współpracy z osobą prowadzącą zajęcia.

Metody dydaktyczne podające

- wykład informacyjny (konwencjonalny)

Rodzaj przedmiotu

przedmiot obligatoryjny

Wymagania wstępne

Podstawowa wiedza z zakresu chemii ogólnej, chemii analitycznej, matematyki i informatyki.

Koordynatorzy przedmiotu

Piotr Adamczak

Kryteria oceniania

Wykład: egzamin pisemny polegający na odpowiedzi na pytania dotyczące materiału prezentowanego na wykładach – K_W08, K_W02, K_U02, oceniany w skali 0-100%.
Wymagany próg zaliczenia na ocenę dost. 51%; oceny: dost. – 51-60%, dost. plus – 61-65 %, dobry – 66-75%, dobry plus – 76-80%, bardzo dobry – 81-100%.

Laboratorium: zaliczenie na ocenę obejmującą następujące składowe: wyniki dwóch kolokwiów (K_W08), ocenę opisów wykonanych 7 ćwiczeń laboratoryjnych (K_W08, K_W02, K_W03), ocenę przygotowania Studenta do każdego ćwiczenia (K_W08, K_W02) oraz ocenę pracy Studenta w laboratorium (K_U02, K_U03, K_05, K_K01-K_K05).
Wymagany próg zaliczenia na ocenę dost. 51%; oceny: dost. – 51-60%, dost. plus – 61-65 %, dobry – 66-75%, dobry plus – 76-80%, bardzo dobry – 81-100%.

Ćwiczenia rachunkowe: zaliczenie na ocenę obejmującą następujące składowe: wyniki jednego kolokwium (K_W08), oraz ocenę pracy Studenta na ćwiczeniach (K_W08, K_U01, K_05, K_K01-K_K02).
Wymagany próg zaliczenia na ocenę dost. 51%; oceny: dost. – 51-60%, dost. plus – 61-65 %, dobry – 66-75%, dobry plus – 76-80%, bardzo dobry – 81-100%.

Zagadnienia egzaminacyjne:
1. Pojęcia podstawowe w termodynamice: układ, otoczenie, praca i ciepło, funkcje termodynamiczne, pierwsza zasada termodynamiki, energia wewnętrzna i entalpia, entalpia reakcji chemicznych, prawo Hessa, druga zasada termodynamiki, entropia procesu, entropia reakcji i samorzutność reakcji, entalpia swobodna procesu, entalpia swobodna reakcji i samorzutność reakcji, standardowa entalpia swobodna.
2. Cechy gazu, cieczy i ciała stałego. Opis stanów materii (ciśnienie, temperatura, ilość substancji). Gazy doskonałe i rzeczywiste. Teoria kinetyczna gazów. Równania stanu gazu doskonałego i rzeczywistego. Ciecze: napięcie powierzchniowe, adsorpcja na granicy ciało stałe-gaz, ciało stałe-ciecz, ciecz-ciecz.
3. Pojęcie ilorazu i stałej równowagi chemicznej, opis wpływu warunków zewnętrznych na stan równowagi.
4. Reguła faz Gibbsa, wykresy fazowe typowych substancji (wody, dwutlenku węgla, węgla i helu), właściwości roztworów nieelektrolitów (roztwory doskonałe i rzeczywiste, wielkości cząstkowe molowe, właściwości koligatywne roztworów), wykresy fazowe układów dwuskładnikowych (roztwory lotnych cieczy).
5. Pojęcia podstawowe w kinetyce (szybkość reakcji, stała szybkości reakcji, rząd reakcji, cząsteczkowość, równanie kinetyczne). Równania kinetyczne reakcji 0, 1, 2-go rzedu. Postać różniczkowa i całkowa równania kinetycznego. Kinetyka reakcji z udziałem katalizatora. Reakcje enzymatyczne, mechanizm Michaelisa-Menten.
6. Przewodność roztworów elektrolitów, elektrolity mocne i słabe. Aktywność jonów w roztworze. Wpływ stężenia elektrolitu na jego przewodnictwo. Ogniwa galwaniczne (rodzaje półogniw i ogniw, zasady zapisu schematu półogniwa, potencjał półogniwa, siła elektromotoryczna ogniwa i jej pomiar). Reakcje cząstkowe w półogniwie, reakcja prądotwórcza ogniwa. Korozja elektrochemiczna, ochrona przed korozją.
7. Pojęcie adsorpcji fizycznej i chemicznej, izotermy adsorpcji Freundlicha i Langmuira. Substancje powierzchniowo czynne (podstawowe cechy strukturalne, wpływ na napięcie powierzchniowe, izoterma nadmiarowa Gibbsa).

Praktyki zawodowe

Nie dotyczy.

Literatura

Literatura podstawowa:
Wykład, laboratorium, ćwiczenia:
1. P. W. Atkins, Podstawy chemii fizycznej, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 1999, 2002, 2009.
2. P. W. Atkins, Chemia fizyczna, Wydawnictwo PWN, Warszawa 2001, 2003, 2007, 2012.
3. K. Pigoń, Z Ruziewicz, Chemia fizyczna, 1. Podstawy fenomenologiczne, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2005, 2007.
4. A. G. Whittaker, A. R. Mount, M. R. Heal, Chemia fizyczna. Krótkie wykłady, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2004.
5. T.W. Hermann (red.), Chemia fizyczna: podręcznik dla studentów farmacji i analityki medycznej, Wydawnictwo Lekarskie PZWL, Warszawa 2007.

Laboratorium:
1. J. Ceynowa, P. Adamczak (red.), Przewodnik do ćwiczeń laboratoryjnych dla studentów chemii, Wydawnictwo UMK, Toruń 2013.
2. J. Ceynowa, M. Litowska, R. Nowakowski, J. Ostrowska-Czubenko, Podręcznik do ćwiczeń laboratoryjnych z chemii fizycznej, Wydawnictwo UMK, Toruń 2006.
3. L. Komorowski, A. Olszowski, Chemia fizyczna. T.4. Laboratorium fizykochemiczne, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2013.
4. L. Sobczyk, A. Kisza, K. Gatner, A. Koll, Eksperymentalna chemia fizyczna, PWN, Warszawa 1982.

Ćwiczenia rachunkowe:
1. J. Demichowicz-Pigoniowa, A. Olszowski, Chemia fizyczna. T.3. Obliczenia fizykochemiczne, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2010.
2. P. W. Atkins, C. A. Trapp, M. P. Cady, C. Giunte, Chemia fizyczna. Zbiór zadań z rozwiązaniami. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2009.
3. W. Ufnalski, Obliczenia fizykochemiczne na twoim PC, WNT, Warszawa 1997.

Literatura uzupełniająca do przedmiotu:
1. K.-H. Lautenschläger, W. Schröter, A. Wanninger, Nowoczesne kompendium chemii, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2007.
2. Seria: Wykłady z chemii fizycznej, WNT, Warszawa:
- H. Buchowski, W. Ufnalski, Fizykochemia gazów i cieczy, 1998;
- H. Buchowski, W. Ufnalski, Roztwory, 1995;
- W. Ufnalski, Równowagi chemiczne, 1995;
- H. Buchowski, W. Ufnalski, Podstawy termodynamiki, 1998;
- A. Molski, Wprowadzenie do kinetyki chemicznej, 2009;
- A. Kisza, Elektrochemia I, Jonika, 2000;
- A. Kisza, Elektrochemia II, Elektrodyka, 2001.

Więcej informacji

Dodatkowe informacje (np. o kalendarzu rejestracji, prowadzących zajęcia, lokalizacji i terminach zajęć) mogą być dostępne w serwisie USOSweb:

Strona przedmiotu 0600-S1-CTZ-CF w USOSweb