Podstawy chemii dla OZE 0600-S1-OZE-PCh

Wykłady:
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. Komórki elementarne. Ciekłe kryształy. Pierwiastki metaliczne. Półprzewodniki i ich zastosowania.
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. Obniżenie prężności pary nad roztworami: prawo Raoulta. Podwyższenie temperatury wrzenia i obniżenie temperatury krzepnięcia. Osmoza i ciśnienie osmotyczne. Dializa.
KINETYKA CHEMICZNA
Szybkość reakcji w OZE. Równania kinetyczne wykorzystywane w OZE. Rozpad promieniotwórczy. Reakcje drugiego rzędu. Szybkość reakcji a temperatura: równanie Arrheniusa. Kataliza modele kinetyki reakcji. Katalizatory homogeniczne i heterogeniczne. Stan równowagi. Stałe równowagi Kc i Kp. Wykorzystanie stałej równowagi. Czynniki wpływające na skład mieszaniny reakcyjnej: reguła Le Chateliera.
REAKCJE REDOKS I ELEKTROCHEMIA OZE
Ogniwa galwaniczne. Skrócona notacja ogniw galwanicznych. Typy elektrod. Siła elektromotoryczna ogniw. Potencjały standardowe - Równanie Nernsta. Elektrochemiczne wyznaczanie pH. Baterie. Zaawansowane ogniwa paliwowe. Ogniwa stężeniowe. Korozja. Elektroliza i zaawansowane ogniwa elektrolityczne. Chemia współczesnych baterii. Praktyczne zastosowania elektrolizy. Bilansowanie równań reakcji Redox: reakcje połówkowe.
ELEMENTY TERMOCHEMII I TERMODYNAMIKI OZE
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. Silnik Carnot. Fizyczne i Chemiczne magazyny energii.
ELEMENTY CHEMII ORGANICZNEJ
Podstawowe grupy związków organicznych: węglowodory, związki aromatyczne, alkohole, aldehydy, ketony, kwasy karboksylowe, estry, aminy, amidy, cukry, tłuszcze, białka.

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, obliczania potencjałów elektrod i siły elektromotorycznej ogniw galwanicznych. Reakcje związków organicznych.

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.
Projekt – przygotowanie roztworu o żądanym stężeniu (projekt).
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.
Projekt – pomiar pH wybranych roztworów
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.
Projekt – wyznaczanie zakresu stabilizacji pH
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.
Projekt – rozdział kationów na podstawie tabeli rozpuszczalności
PRACOWNIA 5: ZWIĄZKI KOMPLEKSOWE.
Wiązanie koordynacyjne. Warunki powstawania jonów kompleksowych. Budowa jonów kompleksowych. Nazewnictwo związków kompleksowych. Stałe trwałości i nietrwałości jonów kompleksowych. Akwakompleksy. Aminakompleksy, hydroksokompleksy
Projekt – rozdział kationów na podstawie możliwości tworzenia związków kompleksowych.
PRACOWNIA 6: PROCESY UTLENIANIA I REDUKCJI (REDOKSOWE). ELEMENTY ELEKTROCHEMI OZE.
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.
Projekt – np. udowodnienie wpływu pH na proces np. Cu/NO3- ,

Pracownia chemii organicznej:
Wprowadzenie do pracy z aparaturą oraz zapoznanie z podstawowymi technikami laboratoryjnymi stosowanymi w chemii organicznej (krystalizacja, destylacja, ekstrakcja).
Krystalizacja mocznika jako metoda oczyszczania związków organicznych. Oznaczanie temperatury topnienia - ocena czystości substancji.
Otrzymywanie bioetanolu – fermentacja i destylacja etanolu.
Oznaczanie temperatury wrzenia i współczynnika załamania światła – charakterystyka cieczy organicznych.