Podstawy chemii - poziom podstawowy 0600-S1-CTZ-PC

Wykłady:
PODSTAWOWE PRAWA CHEMICZNE I DEFINICJE
Masa, długość i temperatura. Mol i liczba Avogardo, Dokładność, precyzja, cyfry znaczące. Zaokrąglanie liczb. Podstawowe jednostki i układ SI. Obliczenia: przeliczanie jednostek. Prawo zachowania masy i prawo proporcji stałych i wielokrotnych. Bilansowanie równań chemicznych. Symbole chemiczne. Stechiometria. Jednostki stężeń.
ATOM – JĄDRO
Teoria atomistyczna Daltona. Doświadczenie Rutherforda. Struktura atomu: jądro i elektrony. Cząstki elementarne: elektrony, neutrony, protony. Liczba atomowa. Liczba masowa i mol substancji. Chemia jądrowa: przemiana pierwiastków. Promieniotwórczość naturalna: alfa, beta i gamma. Stabilność jądra atomowego: deficyt masy i energia wiązania jądra. Pochodzenie pierwiastków chemicznych. Synteza jądrowa i podział jąder atomowych.
ATOM – STRUKTURA ELEKTRONOWA I WĄZANIA CHEMICZNE
Model Bohra. Dualizm korpuskularno-falowy. Zasady nieoznaczoności Heisenberga. Zjawisko Comptona. Równanie Schroedingera. Funkcje falowe i liczby kwantowe. Kształty orbitali molekularnych. Widma emisyjne. Zakaz Pauliego i reguła Hundta. Energia orbitali atomowych w atomach wieloelektronowych. Układ okresowy pierwiastków a konfiguracja elektronowa pierwiastków. Promień jonowy. Pierwszy i wyższe potencjały jonizacyjne. Powinowactwo elektronowe. Reguła oktetu. Wiązanie jonowe. Cząsteczki i wiązania kowalencyjne. Moc wiązań kowalencyjnych. Spolaryzowane wiązania kowalencyjne. Elektroujemność. Wzory kropkowe. Teoria wiązań walencyjnych. Hybrydyzacja i orbitale zhybrydyzowane. Cząsteczka wodoru I inne cząsteczki dwuatomowe. Rząd wiązania.
GAZY I CIECZE
Stan gazowy i ciśnienie gazów. Prawa gazowe. Równanie gazu doskonałego. Ciśnienie parcjalne i prawo Daltona. Kinetyczno- molekularna teoria gazów. Dyfuzja gazów. Zachowanie gazów rzeczywistych. Temperatura krytyczna. Wiązania spolaryzowane i moment dipolowy. Oddziaływania międzycząsteczkowe. Właściwości cieczy. Przejścia fazowe: parowanie-kondensacja, topnienie-zamarzanie, sublimacja-resublimacja. Reguła faz Gibbsa. Diagram fazowy. Ciśnienie pary i temperatura wrzenia. Napięcie powierzchniowe. Środki powierzchniowo czynne. Flotacja. Rozpuszczalność gazów w cieczach.
CIAŁA STAŁE
Rodzaje ciał stałych: krystaliczne i niekrystaliczne. Kryształy jonowe, kowalencyjne, metaliczne i molekularne. Alotropia. Badanie struktury ciał stałych: dyfrakcja promieniowania rentgenowskiego.
ROZTWORY
Elektrolity w roztworach wodnych. Teorie kwasowo-zasadowe: Arrheniusa i Broensteda-Lowry’ego. Moc kwasów i zasad. Hydratowanie protonów i jon oksoniowy. Autodysocjacja wody. Skala pH. pH roztworów kwasów i zasad. Zależność między Ka i Kb. Właściwości kwasowo-zasadowe soli. Czynniki wpływające na moc kwasów i zasad. Efekt wspólnego jonu. Roztwory buforowe. Indykatory.
Rozpuszczalność związków jonowych. Czynniki wpływające na rozpuszczalność. Strącanie związków jonowych. Obliczanie rozpuszczalności za pomocą Ksp. Rozdział jonów za pomocą selektywnego strącania. Analiza jakościowa.
KINETYKA CHEMICZNA
Szybkość reakcji. Równania kinetyczne i rząd reakcji. Okres połówkowy i reakcje pierwszego rzędu. Rozpad promieniotwórczy. Reakcje drugiego rzędu. Szybkość reakcji a temperatura: równanie Arrheniusa. Kataliza. Katalizatory homogeniczne i heterogeniczne. Kataliza enzymatyczna. Stan równowagi. Stałe równowagi Kc i Kp. Wykorzystanie stałej równowagi. Czynniki wpływające na skład mieszaniny reakcyjnej: reguła Le Chateliera. Synteza amoniaku.
REAKCJE REDOKS I ELEKTROCHEMIA
Ogniwa galwaniczne. Skrócona notacja ogniw galwanicznych. Typy elektrod. Siła elektromotoryczna ogniw. Potencjały standardowe - Równanie Nernsta. Elektrochemiczne wyznaczanie pH. Baterie. Ogniwa paliwowe. Korozja. Elektroliza i ogniwa elektrolityczne. Praktyczne zastosowania elektrolizy. Bilansowanie równań reakcji Redox: reakcje połówkowe.
ELEMENTY TERMOCHEMII I TERMODYNAMIKI
Energia i zachowanie energii. Energia wewnętrzna i funkcje stanu. Energia i entalpia. Entalpie przemian chemicznych i fizycznych. Prawo Hessa. Standardowe entalpie tworzenia. Wprowadzenie do pojęcia entropii.

Ćwiczenia:
Jednostki podstawowe układu SI. Jednostki stężeń roztworów i mieszanin. Cyfry znaczące. Zaokrąglanie liczb. Prawo zachowania masy. Symbole chemiczne. Bilansowanie równań chemicznych ze szczególnym uwzględnieniem równań reakcji redoks. Obliczeniowe rozwiązywanie problemów chemicznych w zakresie: zawartości pierwiastków w związkach i mieszaninach, stężeń roztworów, praw gazowych, pH roztworów kwasów i zasad, pH roztworów buforowych, reakcji strącania i rozpuszczania związków chemicznych, określania rozpuszczalności związków chemicznych w roztworze oraz iloczynu rozpuszczalności, warunków ilościowego strącania związków chemicznych.

Laboratorium

CZĘŚĆ PIERWSZA – PRACA RÓWNOLEGŁA („RÓWNYM FRONTEM”)

PRACOWNIA 1: ORGANIZACJA PRACY W LABORATORIUM. TECHNIKA PRACY LABORATORYJNEJ.
Przepisy porządkowe. Przepisy bezpieczeństwa. Podstawowy sprzęt laboratoryjny. Odmierzanie cieczy. Mycie naczyń szklanych. Ogrzewanie cieczy. Rozpuszczanie i roztwarzanie. Odparowywanie i krystalizacja.
PRACOWNIA 2: RÓWNOWAGA W ROZTWORACH ELEKTROLITÓW
Równowaga chemiczna - prawo działania mas. Elektrolity mocne i słabe. Stężenie i aktywność. Rola rozpuszczalnika. Skala pH. Teoria Brönsteda. Roztwory kwasów i zasad. Stała i stopień protolizy. Prawo rozcieńczeń Ostwalda. Wskaźniki (indykatory) pH. Pomiar pH - elektrody wskaźnikowe i odniesienia.
PRACOWNIA 3: STAŁA I STOPIEŃ DYSOCJACJI SŁABYCH ELEKTROLITÓW. ROZTWORY BUFOROWE.
Równowaga w roztworach słabych elektrolitów. Zakłócanie stanu równowagi. Reguła przekory. Roztwory buforowe: skład, wartość pH, zakres stabilizacji pH, pojemność buforowa, zastosowanie roztworów buforowych.
PRACOWNIA 4: WYTRĄCANIE I ROZPUSZCZANIE OSADÓW.
Roztwory nasycone . Rozpuszczalność: definicja i jednostki. Czynniki wpływające na rozpuszczalność. Wpływ wspólnego jonu na rozpuszczalność osadów. Zastosowanie reguły przekory w procesie wytrącania i rozpuszczania osadów. Zastosowanie wytrącania i rozpuszczania osadów w analizie jakościowej.
PRACOWNIA 5: ZWIĄZKI KOMPLEKSOWE.
Wiązanie koordynacyjne. Warunki powstawania jonów kompleksowych. Budowa jonów kompleksowych. Nazewnictwo związków kompleksowych. Stałe trwałości i nietrwałości jonów kompleksowych. Akwakompleksy.
PRACOWNIA 6: PROCESY UTLENIANIA I REDUKCJI (REDOKSOWE). ELEMENTY ELEKTROCHEMI.
Reakcje utlenienia i redukcji jako odrębny typ reakcji chemicznych. Pojęcie stopnia utlenienia. Zapis równań reakcji redoks (reakcje połówkowe w formie jonowej). Potencjał półogniwa - równanie Nernsta. Elektroda wodorowa standardowa, jej znaczenie do opisu procesów utleniania i redukcji. Szereg napięciowy metali. Szereg oksydacyjno-redukcyjny. Wpływ temperatury i pH na przebieg reakcji utleniania i redukcji. Szybkość reakcji. Pasywacja.

CZEŚĆ DRUGA – PRACA INDYWIDUALNA
ANIONY:
CO32-, C2O42-, CH3COO-, NO3-, NO2-, SO42-, SO32-, S2O32-, S2-, SCN-, Cl-, Br-, I-, Cr2O72-, CrO42-, PO43-, MnO4-, OH-

1. Aniony: próby wstępne. Odczyn - pomiar papierkiem uniwersalnym. Reakcje anionów (1-2 krople badanego roztworu) z jonami AgNO3 (1-2 krople).
2. Aniony: próby wstępne. Reakcje anionów (ok. 0.5 cm3 roztworu) z 1M H2SO4 (2-3 krople).
3. Aniony: próby wstępne. Reakcje anionów (ok. 0.5 cm3 roztworu) z KMnO4 (1 kropla) wobec 1M H2SO4 (1-2 krople).
4. Aniony: próby wstępne. Reakcje anionów (ok. 0.5 cm3 roztworu) z KI (1 kropla) wobec 1M H2SO4 (1 kropla).
5. Aniony: próby wstępne. Reakcje anionów (ok. 0.5 cm3 roztworu) z I2 (1 kropla) wobec 1M H2SO4 (1 kropla).
6. Aniony: reakcje charakterystyczne.

KATIONY:
Kationy grupa I: próby wstępne. Reakcja strącania chlorków 1M HCl i ich rozpuszczanie nadmiarem st. HCl. Pobierać po ok. 2-3 krople roztworów kationów.
Kationy grupa I: próby wstępne. Reakcja strącania chlorków 1M HCl i ich rozpuszczanie nadmiarem 2M NaOH. Pobierać po ok. 2-3 krople roztworów kationów.
Kationy grupa I: próby wstępne. Reakcja strącania chlorków 1M HCl i ich rozpuszczanie nadmiarem 2M NH3. Pobierać po ok. 2-3 krople roztworów kationów.
Kationy grupa I: Reakcje charakterystyczne. Pobierać po ok. 2-3 krople roztworów kationów.
Kationy grupa II: próby wstępne. Reakcja z 2M NaOH i nadmiarem odczynnika. Pobierać po ok. 2-3 krople roztworów kationów.
Kationy grupa II: próby wstępne. Reakcja z 2M NH3 i nadmiarem odczynnika. Pobierać po ok. 2-3 krople roztworów kationów. Pobierać po ok. 2-3 krople roztworów kationów.
Kationy grupa II: próby wstępne. Strącanie siarczków roztworem tioacetamidu w środowisku 0.3M HCl. Rozpuszczanie siarczków w 2M NaOH oraz w mieszaninie 2M NaOH i 3% H2O2 (10:3) . Pobierać po ok. 2-3 krople roztworów kationów.
Kationy grupa II: Reakcje charakterystyczne. Pobierać po ok. 2-3 krople roztworów kationów.
Kationy grupa III: próby wstępne. Reakcja z 2M NaOH i nadmiarem odczynnika. Pobierać po ok. 2-3 krople roztworów kationów. Kationy grupa III: próby wstępne. Reakcja z 2M NH3 i nadmiarem odczynnika. Pobierać po ok. 2-3 krople roztworów kationów.
Kationy grupa III: próby wstępne. Reakcja z buforem amonowym 2M NH4Cl / 2M NH3 (10:1) i próba strącenia siarczków roztworem tioacetamidu. Siarczki wytrącać tylko w przypadku braku reakcji z buforem amonowym. Pobierać po ok. 2-3 krople roztworów kationów. Kationy grupa III: Reakcje charakterystyczne. Pobierać po ok. 2-3 krople roztworów kationów.
Kationy grupa IV: próby wstępne. Reakcja strącania węglanów za pomocą roztworu (NH4)2CO3 i ich rozpuszczanie w 2M CH3COOH . Pobierać po ok. 2-3 krople roztworów kationów.
Kationy grupa IV: próby wstępne. Reakcja strącania chromianów za pomocą roztworu K2CrO4 w środowisku obojętnym i zakwaszonym 2M CH3COOH . Pobierać po ok. 2-3 krople roztworów kationów.
Kationy grupa IV: próby wstępne. Reakcja strącania siarczanów za pomocą roztworu 2M H2SO4 Pobierać po ok. 2-3 krople roztworów kationów.
Kationy grupa IV i V: Reakcje charakterystyczne. Pobierać po ok. 2-3 krople roztworów kationów
Samodzielne wykrywanie anionów i kationów (oceniane) w podawanych próbach (roztwory wodne i proszki).

1. L. Jones, P. Atkins, L. Leroy, Chemia ogólna Cząsteczki, materia, reakcje, 2020, PWN, Warszawa
2. L. Pajdowski, Chemia ogólna, 2002, PWN, Warszawa
3. A. Bielański, Podstawy chemii nieorganicznej tom 1 (wyd. 6), 2012, PWN, Warszawa
4. F. A. Cotton, G. Wilkinson, P. L. Gaus, Chemia nieorganiczna Podstawy, 2002, PWN, Warszawa
5. M. J. Sienko, R. A. Plane, Chemia, podstawy i zastosowania, (wyd. 6), 2002, WNT, Warszawa
6. J. D. Lee, Zwięzła chemia nieorganiczna, 1998, PWN, Warszawa
7. L. Pauling, P. Pauling, Chemia, 1997, PWN, Warszawa
8. A. Hulanicki, Reakcje kwasów i zasad w chemii analitycznej (wyd.4), 2021, PWN, Warszawa
9. H. Kowalczyk-Dembińska, J. Łukaszewicz, Chemia ogólna i jakościowa analiza chemiczna. Ćwiczenia laboratoryjne – część I, 2008, UMK, Toruń
10. H. Kowalczyk-Dembińska, J. Łukaszewicz, Chemia ogólna i jakościowa analiza chemiczna. Ćwiczenia laboratoryjne – część II, 2008, UMK, Toruń
11. Z.S. Szmal, T. Lipiec, Chemia analityczna z elementami analizy instrumentalnej, 1997,PZWL, Warszawa
12. A. Reizer , Ćwiczenia z podstaw chemii i analizy jakościowej (wyd.2), 2000, Wydawnictwo UJ, Kraków
13. Z. Hubicki, Ćwiczenia laboratoryjne z klasycznej analizy jakościowej nieorganicznej, 2017, Wydawnictwo UMCS, Lublin
14. L. Chmurzyński, Ćwiczenia laboratoryjne z chemii ogólnej I. Część teoretyczna, Wydawnictwo UG, Gdańsk 2011
15. E. Schweda, Chemia nieorganiczna Tom I Wprowadzenie i analiza jakościowa, 2014, Medpharm , Wrocław
16. R. Kocjan, Chemia analityczna tom 1 (wyd.2), PZWL, Warszawa 2014
17. J. Minczewski, Z. Marczenko, Chemia analityczna t. I, Podstawy teoretyczne i analiza jakościowa, 2017, Warszawa
18. J. Minczewski, Z. Marczenko, Chemia analityczna t. II, Analiza ilościowa, 2017, PWN, Warszawa
19. A. Śliwa, Obliczenia chemiczne, zbiór zadań z chemii ogólnej i analitycznej nieorganicznej. 1987, PWN, Warszawa
20. H. Kowalczyk-Dembińska, Ćwiczenia rachunkowe z podstaw chemii, 2001, Wydawnictwo UMK, Toruń
21. Z. Warnke, Obliczenia z chemii ogólnej, Wydawnictwo UG, 2015, Gdańsk
22. A. Persona, J. Reszko-Zygmunt, T. Gęca, Zbiór zadań z chemii ogólnej i analitycznej z pełnymi rozwiązaniami, 2020, Wydawnictwo Medyk, Warszawa
23. J. Kalembkiewicz, B. Papciak, Chemia ogólna i nieorganiczna. Podstawy chemii. Roztwory i procesy w roztworach. Obliczenia chemiczne i problemy, 2021, Wydawnictwo Politechniki Rzeszowskiej, Rzeszów
24. Z. Galus, Ćwiczenia rachunkowe z chemii analitycznej, 1993, PWN, Warszawa