CHEMIA FIZYCZNA – ROK I

CHEMIA FIZYCZNA – ROK I
1. Jednostka uczelniana odpowiedzialna za nauczanie przedmiotu:
Zakład Chemii Fizycznej UMB
2. Kierownik Zakładu:
Prof. dr hab. Marian Tomasiak
3. Osoba odpowiedzialna za przeprowadzenie danego przedmiotu:
Prof. dr hab. Marian Tomasiak
4. Wymiar godzinowy zajęć:
•
Semestr
- II
•
Wykłady
- 15
•
Ćwiczenia
- 45
•
Ogółem
- 60
ECTS - 5
5. Forma zakończenia zajęć:
Przedmiot kończy się sprawdzianem wiadomości w formie pisemnego egzaminu
końcowego obejmującego wszystkie treści programu nauczania i wpisaniem oceny z
egzaminu do indeksu. Do egzaminu dopuszczani są studenci na podstawie aktywnego
uczestnictwa w 8 ćwiczeniach, które wykonali i zaliczyli.
6. Cel nauczania:
Celem nauczania chemii fizycznej jest przekazanie studentom wiadomości
stanowiących teoretyczne podstawy przemian chemicznych, zapoznanie z
możliwościami, wykorzystania chemii fizycznej w analizie chemicznej. Zajęcia
praktyczne mają na celu nauczenie studentów praktycznego wykonywania
różnorodnych pomiarów fizykochemicznych (doświadczenia), opisywania wyników
tych pomiarów oraz ich interpretacji. Ćwiczenia rachunkowe wykonywane w ramach
zajęć praktycznych mają na celu wykształcenie logicznego rozumowania, dogłębnego
zrozumienia materiału teoretycznego i umiejętności przeliczania różnego rodzaju
jednostek.
7. Formy nauczania: Wykłady, ćwiczenia
8. Program nauczania:
WYKŁADY:
Elementy termodynamiki chemicznej. Energia wewnętrzna, ciepło, praca, molowa
pojemność cieplna, I zasada termodynamiki, entalpia, elementy termochemii, liczba
postępu reakcji, ciepło reakcji, prawo Hessa, prawo Kirchhoffa, II zasada
termodynamiki, procesy odwracalne i nieodwracalne, entropia, pojęcie energii
swobodnej i entalpii swobodnej, powinowactwo chemiczne, potencjał chemiczny,
prawo działania mas. Reakcje odwracalne i stan równowagi, zależność stałych
równowagi od temperatury, Związek entalpii swobodnej i stałej równowagi
chemicznej, izoterma van‘t Hoffa, III zasada termodynamiki. Układy jednofazowe
jednoskładnikowe. Rozkład Boltzmanna, przemiany fizyczne układów
jednoskładnikowych, temperatura krytyczna, temperatura topnienia, punkt krytyczny i
punkt potrójny, stany skupienia. Gazy, właściwości gazów, gaz doskonały, równanie
stanu gazu doskonałego, ciśnienie cząstkowe kinetyczno-molekularna teoria gazów,
gazy rzeczywiste, równanie van der Waalsa. Ciecze i ich właściwości. Napięcie
powierzchniowe, lepkość cieczy, ciecze niutonowskie i nieniutonowskie, płyn w
stanie nadkrytycznym. Równowagi fazowe. Reguła faz Gibbsa, Równowagi fazowe w
układach jednoskładnikowych, ciepło przemiany fazowej, równanie Clausiusa –
Clapeyrona, parowanie, skraplanie, sublimacja, resublimacja, krystalizacja,
topnienie. Diagramy fazowe w układach jednoskładnikowych, roztwory
nieelektrolitów, klasyfikacja roztworów i ich właściwości. Mieszaniny gazów, prawo
Daltona. Prężność pary nad roztworem doskonałym i rzeczywistym. Prawo Raoulta i
prawo Henryego. Właściwości koligatywne roztworów, obniżenie prężności pary,
podwyższenie temperatury wrzenia, obniżenie temperatury krzepnięcia, ciśnienie
osmotyczne. Roztwory gazów w cieczach. Rozpuszczalność ciała stałego. Układy
dwuskładnikowe. Ciecze mieszające się nieograniczenie i ograniczenie, ciecze
niemiesząjące się. Diagramy fazowe ciecz-ciało stałe. Równowagi fazowe w układach
trójskładnikowych, Trójkąt Gibsa, Prawo podziału Nernsta. Dyfuzja. Fizykochemia
układów rozproszonych.. Rodzaje układów dyspersyjnych, układy koloidalne i ich
właściwości, emulsje, żele, mikrocząstki i liposomy. Fizykochemia zjawisk
powierzchniowych. Oddziaływania międzycząsteczkowe, adsorpcja, efekt
hydrofobowy, zjawiska międzyfazowe, adhezja i kohezja. chromatografia (TLC,
HPLC, GC). Kinetyka chemiczna. Pojęcie szybkości reakcji, cząsteczkowości i
rzędowości, reakcje I, II, III i zerowego rzędu, reakcje złożone, wpływ temperatury na
szybkość reakcji (równanie Arrheniusa), kataliza, kinetyka reakcji enzymatycznych,
mechanizmy reakcji chemicznych. Elektrochemia. Potencjał elektrody, rodzaje
elektrod, ogniwa galwaniczne, siła elektromotoryczna ogniwa, potencjometria i jej
zastosowania, konduktometria, ruchliwość i liczby przenoszenia jonów. Elementy
mechaniki kwantowej. Promieniowanie ciała doskonale czarnego, kwantowanie
energii, prawo rozkładu Plancka, pojemności cieplne, efekt fotoelektryczny, fale jako
cząstki-cząstki jako fale, dyfrakcja promieniowania, widma atomowe i cząsteczkowe,
dualizm falowo-korpuskularny, równanie Schrődingera, zasada nieoznaczoności
Heisenberga, orbitale atomowe i cząsteczkowe. Fizyczne metody badania struktury
cząsteczek. Zasady spektroskopii molekularnej, absorpcja promieniowania
elektromagnetycznego, polaryzowalność i refrakcja, widma podczerwieni, widma
Ramana, widma elektronowe widma absorpcyjne w nadfiolecie i w świetle
widzialnym. Widma emisyjne, diagram Jabłońskiego, luminescencja, fluorescencja i
fosforescencja, atomowe widma emisyjne, lasery. Promieniotwórczość. Prawo
rozpadu promieniotwórczego, metody pomiaru promieniowania, praktyczne
wykorzystanie izotopów w analityce medycznej.
ĆWICZENIA:
Wyznaczanie molowego ciepła reakcji zobojętniania. Wyznaczanie entalpii tworzenia
naftalenu poprzez pomiar ciepła spalania. Różnicowa kalorymetria skaningowa,
interpretacja diagramów. Wyznaczanie SEM ogniwa złożonego z jonoselektywnej
elektrody srebrowej i elektrody odniesienia. Pomiar SEM ogniw: redoks,
stężeniowego, Daniela i Volty. Oznaczanie jonów chlorkowych przy pomocy
elektrody jonoselektywnej. Wyznaczanie refrakcji molowej i badanie jej właściwości
addytywnych. Wybrane aspekty modelowania molekularnego za pomocą programu
komputerowego HyperChem (badanie parametrów geometrycznych określonego
związku, analiza wybranych wielkości termodynamicznych, widmo oscylacyjne).
Interakcja światła z materią. Oznaczanie zawartości chininy w toniku metodą
fluorymetryczną. (wyznaczanie widma wzbudzenia i widma emisyjnego chininy,
krzywej wzorcowej chininy). Wyznaczanie molowego współczynnika absorpcji.
Ilościowe oznaczanie p – nitrofenolu. Zależność molowego współczynnika absorpcji
od pH. Wyznaczanie widma absorpcji fluoresceiny, wyznaczanie molowego
współczynnika absorpcji p –nitrofenolu w środowisku zasadowym, wpływu alkoholu
na pKa p –nitrofenolu. Wyznaczanie ładunku cząstek koloidalnych metodą
elektroforezy swobodnej. Eelektroforeza swobodna hydrozolu jodku srebrowego lub
wodorotlenku żelaza. Koagulacja, pomiar szybkości dializy metodą
konduktometryczną. Kinetyka chemiczna. Kinetyka reakcji I rzędu i zerowego rzędu,
wpływ temperatury i katalizatora. Wyznaczanie punktu izoelektrycznego żelatyny.
Badanie lepkości przy użyciu wiskozymetru Ostwalda, mierzenie pH badanych
roztworów. Badanie wpływu temperatury na lepkość dynamiczną i właściwą
roztworów. Pomiar lepkości przy użyciu wiskozymetru Hőpplera. Zjawiska
powierzchniowe. Izoterma Freundlicha dla adsorpcji kwasu octowego na węglu
aktywnym. Badanie selektywności adsorpcji. Chromatografia jonowymienna.
Rozdział jonów Ba+2 i Fe+3 na kolumnie z Dowex 50 W x 8.
9. Literatura :
1. Chemia fizyczna z zadaniami- T. Drapała PWN – Warszawa
2. Ćwiczenia laboratoryjne z chemii fizycznej – Podręcznik dla studentów farmacji –
D. Kocot- Bończak PZWL – Warszawa
3. Zadania z chemii fizycznej – A. W. Adamson PWN – Warszawa
4. Podstawy chemii fizycznej – P. W. Atkins PWN – Warszawa
5. Farmacja Fizyczna – podręcznik dla studentów farmacji i analityki medycznej T.W. Herman PZWL Warszawa 2008