PRZEDMIOT OBIERALNY B - POSZERZONA CHEMIA FIZYCZNA

Kinetyka chemiczna. Lepkość. Zjawiska powierzchniowe. Właściwości elektryczne substancji. Oddziaływania międzycząsteczkowe.

Wykład:

Lepkość – prawo Newtona. Zależność lepkości gazów i cieczy od temperatury. Zjawiska powierzchniowe. Definicja napięcia powierzchniowego i napięcia międzyfazowego. Molekularne wyjaśnienie napięcia powierzchniowego. Prężność par nad powierzchnią zakrzywioną. Zjawiska kapilarne. Nadmiar powierzchniowy Gibbsa. Adsorpcja – modele Freundlicha i Langmuira. Ciśnienie powierzchniowe. Histereza adsorpcji. Definicja pracy adhezji i pracy kohezji. Właściwości elektryczne substancji: przewodniki i dielektryki. Przenikalność elektryczna. Polaryzacja deformacyjna i orientacyjna. Elektryczny moment dipolowy jako wielkość wektorowa. Moment dipolowy a struktura cząsteczki. Addytywny model Thomsona. Indukowane momenty dipolowe. Tensor polaryzowalności. Objętość polaryzowalnościowa. Równanie Clausiusa-Mosottiego. Wzór Debye’a. Dielektryk w zmiennym polu elektrycznym. Zjawiska relaksacyjne. Czas relaksacji. Oddziaływania rezonansowe – ładunek (elektron) w przemiennym polu elektrycznym. Związek polaryzowalności z częstością drgań własnych oscylatora. Wzór Lorentza-Lorenza. Refrakcja jako wielkość addytywna i konstytutywna. Momenty elektryczne jako źródło oddziaływań międzycząsteczkowych. Przybliżenie multipolowe. Związek energii oddziaływań z rzędami momentów elektrycznych multipoli. Wpływ rotacji molekuł na zależność energii oddziaływań od odległości między cząsteczkami. Oddziaływania międzycząsteczkowe uniwersalne: oddziaływania van der Waalsa (Keesoma, Debye’a i Londona), odpychanie (potencjał Borna-Mayera). Zależność energii oddziaływań od temperatury. Addytywność energii oddziaływań. Potencjały oddziaływań międzycząsteczkowych: potencjał sztywnych kul, prostokątna studnia potencjału, potencjał Lennarda-Jonesa, potencjał exp-6. Związek siły oddziaływań z ich energią. Rozmiary cząsteczek – promienie kowalencyjne i van der Waalsa. Oddziaływania specyficzne. Wiązanie wodorowe: rodzaje wiązań wodorowych, kooperatywność, klasyfikacja ze względu na energię.

Konwersatorium:

Zajęcia poświęcone rozwiązywaniu zadań obliczeniowych i problemowych z następujących tematów: rząd reakcji, cząsteczkowość reakcji, równanie stechiometryczne. Energia aktywacji. Zjawiska powierzchniowe. Definicja napięcia powierzchniowego i napięcia międzyfazowego. Molekularne wyjaśnienie napięcia powierzchniowego. Prężność par nad powierzchnią zakrzywioną. Zjawiska kapilarne. Definicja pracy adhezji i pracy kohezji. Właściwości elektryczne substancji: przewodniki i dielektryki. Przenikalność elektryczna. Polaryzacja deformacyjna i orientacyjna. Elektryczny moment dipolowy jako wielkość wektorowa. Moment dipolowy a struktura cząsteczki. Addytywny model Thomsona. Indukowane momenty dipolowe. Tensor polaryzowalności. Objętość polaryzowalnościowa. Równanie Clausiusa-Mosottiego. Wzór Debye’a.

Laboratorium:

Ćwiczenia praktyczne: Struktura cząsteczki a moment dipolowy. Wyznaczanie momentu dipolowego w roztworach. Elektronowe widma absorpcyjne. Punkty termometryczne - wyznaczanie charakterystyki temperaturowej termistora. Struktura warstwy adsorpcyjnej. Wyznaczanie nadmiarowej entalpii swobodnej aktywacji przepływu lepkiego. Odchylenia lepkości od addytywności. Parachora i refrakcja. Prężność pary - wyznaczanie masy cząsteczkowej metodą ebuliometryczną. Wyznaczanie stopnia asocjacji kwasu karboksylowego w rozpuszczalniku organicznym. Energia aktywacji przepływu lepkiego. Iloczyn rozpuszczalności soli trudno rozpuszczalnych - efekty solne. Stałe dysocjacji słabych kwasów. Krytyczne stężenie powstawania miceli. Wyznaczanie masy cząsteczkowej związków wielkocząsteczkowych. Katalityczny rozkład nadtlenku wodoru. Kinetyka reakcji inwersji sacharozy. Stała szybkości jodowania acetonu. Kinetyka reakcji elektroutleniania metanolu. Wyznaczanie stałej szybkości zmydlania estru.

1. P.W. Atkins, Chemia fizyczna, Wyd. Naukowe PWN, Warszawa, 2007,

2. L. Sobczyk, A. Kisza, K. Gatner, A. Koll, Eksperymentalna chemia fizyczna, PWN, Warszawa, 1982,

3. K. Pigoń, Z. Ruziewicz, Chemia fizyczna, PWN, Warszawa, 2006,

4. Platforma zdalnego nauczania: http://el.us.edu.pl/upgow/course/category.php?id=9.

5. A. Molski, Wprowadzenie do kinetyki chemicznej , wykłady z chemii fizycznej, WNT, Warszawa, 2001,

6. Praca zbiorowa pod red. A. Bielańskiego, Chemia fizyczna, PWN, Warszawa 1980.

Sposób ustalania oceny końcowej modułu:

średnia arytmetyczna ocen z egzaminu, konwersatorium i laboratorium.

Egzamin ustny lub pisemny.

Egzamin ustny:

Student losuje zestaw trzech pytań. W zestawie znajduje się jedno pytanie problemowe, jedno pytanie sprawdzające umiejętność kojarzenia informacji z różnych działów chemii fizycznej niezbędnych do rozwiązywania zagadnień typowych oraz jedno pytanie dotyczące podstawowych związków pomiędzy budową molekularną, a właściwościami makroskopowymi materii. Na przygotowanie ma 15 minut. W tym czasie część odpowiedzi może zamieścić na kartce. Odpowiedź ustna trwa od 15 do 20 minut. Polega na odpowiedzi na wylosowane pytania i dyskusji z egzaminatorem.

Egzamin pisemny:

Student otrzymuje losowo wybrany zestaw pięciu pytań, trzy jak dla egzaminu ustnego, oraz dwa zadania wymagające wykonania obliczeń o różnym stopniu trudności. Odpowiedzi przygotowuje w formie pisemnej. Czas trwania egzaminu pisemnego wynosi 45 minut.

Konwersatorium:

Podstawą zaliczenia konwersatorium jest zaliczenie wszystkich sprawdzianów pisemnych oraz aktywność na zajęciach. Na sprawdzianie pisemnym obowiązują treści ujęte w opisie zajęć oraz umiejętność zastosowania ich w zadaniach rachunkowych. Student otrzymuje do rozwiązania zestaw pięciu (w przypadku kolokwium trwającego 90 minut) lub trzech (w przypadku sprawdzianu trwającego 45 minut) pytań i problemów o różnym stopniu trudności. Student ma prawo do poprawy sprawdzianu dwukrotnie: przed pierwszym terminem egzaminu (wtedy poprawiane są tylko sprawdziany niezaliczone) oraz sesji poprawkowej (gdzie student zobowiązany jest do ponownego zaliczenia całości materiału).

Przy ocenie prac pisemnych stosowana jest skala procentowa. Średnia wartość ze wszystkich sprawdzianów odpowiada następującym ocenom:

poniżej 55% - ndst

55 -69% - dost

70-75% - +dost

76-88% - dobry

89-94% - +dobry

95 – bardzo dobry

Laboratorium:

Podstawą zaliczenia ćwiczeń laboratoryjnych jest zaliczenie wszystkich elementów zajęć. Ocena końcowa jest średnia ważoną ocen z kolokwiów teoretycznych, sprawozdań i oceniania ciągłego:

ocena końcowa = 0.6 x kol.teoret + 0.3 x spraw. + 0.1 x ocen.ciagłe

Kolokwium teoretyczne (ustne lub pisemne):

Student otrzymuje zestaw 3-5 pytań/problemów do rozwiązania. Odpowiedź ustna trwa od 15 do 20 minut i polega na odpowiedzi na pytania oraz dyskusji z prowadzącym. Odpowiedź pisemna trwa około 30 minut i polega na odpowiedzi na pytania oraz rozwiązaniu wszystkich zawartych w zestawie zadań.

Ocenianie ciągłe:

Na ocenianie ciągłe składa się krótkie kolokwium wstępne, umiejętność przygotowania aparatury pomiarowej, poprawność wykonania ćwiczenia oraz znajomość odpowiedzi na pytania dotyczące wykonywanego ćwiczenia zadawane w trakcie zajęć.

Krótkie kolokwium wstępne - czas trwania ok. 5 minut na początku zajęć, podczas którego student otrzymuje 2 pytania dotyczące praktycznych i teoretycznych aspektów wykonania ćwiczenia.

Sprawozdanie:

Sprawozdanie pisemne z wykonanego ćwiczenia student sporządza w oparciu o wytyczne w instrukcji ćwiczenia z pomocą podanej literatury przedmiotu.

Sprawozdanie powinno zawierać następujące elementy: wstęp teoretyczny związany z realizowanym zagadnieniami, opis metodyki oraz sposobu postępowania podczas pomiarów, opracowanie wyników pomiarów ich analizę, rachunek błędów oraz analizę statystyczną, porównanie z literaturą oraz dyskusję wyników i wnioski.

Student składa sprawozdanie pisemne prowadzącemu laboratorium w terminie do 2 tygodni od dnia wykonania ćwiczenia. Prowadzący do dwóch tygodni informuje studenta o jego zaliczeniu bądź konieczności poprawy. Student składa poprawione sprawozdanie w terminie jednego tygodnia. Student ma możliwość dwukrotnej poprawy. Po dwukrotnym zwrocie sprawozdania, student zobowiązany jest do ponownego wykonania ćwiczenia.

Kryteria ocen dla egzaminu i kolokwium ustnego:

Ocena bardzo dobra – student samodzielnie opisuje zjawiska fizykochemiczne, rozwiązuje zagadnienia problemowe z zakresu chemii fizycznej, wymagające korzystania z wiedzy z innych dziedzin chemii oraz fizyki i matematyki, nie popełnia błędów,

Ocena dobra plus - student samodzielnie opisuje zjawiska fizykochemiczne, rozwiązuje zagadnienia problemowe z zakresu chemii fizycznej, wymagające korzystania z wiedzy z innych dziedzin chemii oraz fizyki i matematyki, popełnia nieliczne, drugorzędne błędy nie wynikające z braków merytorycznych

Ocena dobra - student wykorzystuje wiedzę do rozwiązywania zagadnień typowych oraz rozwiązuje z pomocą prowadzącego zagadnienia problemowe z zakresu chemii fizycznej, wymagające korzystania z wiedzy z innych dziedzin chemii oraz fizyki i matematyki popełniając nieliczne błędy,

Ocena dostateczna plus - student wykorzystuje wiedzę do rozwiązywania zagadnień typowych z zakresu chemii fizycznej, wymagające korzystania z wiedzy z innych dziedzin chemii oraz fizyki i matematyki popełniając przy tym błędy,

Ocena dostateczna - student rozumie i potrafi wyjaśnić podstawowe pojęcia i prawa fizykochemiczne, z pomocą prowadzącego wykorzystuje wiedzę do rozwiązywania zagadnień typowych z zakresu chemii fizycznej,

Ocena niedostateczna- student nie rozumie i nie potrafi wyjaśnić podstawowych pojęć i praw fizykochemicznych

Kryteria ocen dla sprawozdań:

Ocena bardzo dobra - samodzielnie wykonane sprawozdanie zawiera wszystkie konieczne elementy. Student samodzielnie opisuje zjawiska fizykochemiczne, korzysta swobodnie z wiedzy z innych dziedzin chemii oraz fizyki, matematyki i rachunku błędów, potrafi wskazać źródła rozbieżności i błędów; sprawozdanie nie zawiera błędów, jest wykonane bardzo starannie od strony edytorskiej,

Ocena dobra plus - samodzielnie wykonane sprawozdanie zawiera wszystkie konieczne elementy. Student samodzielnie opisuje zjawiska fizykochemiczne, korzysta swobodnie z wiedzy z innych dziedzin chemii oraz fizyki, matematyki i rachunku błędów, potrafi wskazać źródła rozbieżności i błędów; sprawozdanie zawiera nieliczne błędy edytorskie,

Ocena dobra - samodzielnie wykonane sprawozdanie zawiera wszystkie konieczne elementy. Student opisuje zjawiska fizykochemiczne, korzysta z wiedzy z innych dziedzin chemii oraz fizyki, matematyki i rachunku błędów, potrafi wskazać źródła rozbieżności i błędów; sprawozdanie zawiera nieliczne błędy,

Ocena dostateczna plus - sprawozdanie zawiera wszystkie konieczne elementy. Student opisuje zjawiska fizykochemiczne z pomocą prowadzącego, po konsultacjach wykorzystuje również wiedzę z innych dziedzin chemii oraz fizyki, matematyki i rachunku błędów, potrafi wskazać źródła rozbieżności i błędów; sprawozdanie zawiera błędy, które zostają wyeliminowane po konsultacjach z prowadzącym,

Ocena dostateczna - sprawozdanie zawiera wszystkie konieczne elementy. Student opisuje zjawiska fizykochemiczne z pomocą prowadzącego, po konsultacjach wykorzystuje również wiedzę z innych dziedzin chemii oraz fizyki, matematyki i rachunku błędów; sprawozdanie zawiera błędy, które zostają wyeliminowane po konsultacjach z prowadzącym,

Ocena niedostateczna- sprawozdanie nie jest kompletne, student nie rozumie i nie potrafi przeprowadzić podstawowych obliczeń fizykochemicznych.

Kryteria ocen dla oceniania ciągłego:

Ocena bardzo dobra - student samodzielnie wykonuje ćwiczenie konsultując się z prowadzącym tylko w momentach istotnych dla poprawnego przebiegu ćwiczenia; zna i rozumie realizowane zagadnienie, działanie aparatury, metodykę pomiaru. Prawidłowo planuje i wykonuje eksperyment, na bieżąco ocenia zgodność otrzymanych wyników z intuicją.

Ocena dobra - student wykonuje ćwiczenie konsultując się z prowadzącym w miarę potrzeby. Zna i rozumie realizowane zagadnienie, działanie aparatury, metodykę pomiaru. W miarę prawidłowo planuje i wykonuje eksperyment, na bieżąco ocenia zgodność otrzymanych wyników z intuicją po konsultacji z prowadzącym,

Ocena dostateczna - student wykonuje ćwiczenie po konsultacjach z prowadzącym. Rozumie realizowane zagadnienie, działanie aparatury, metodykę pomiaru. W miarę prawidłowo planuje i wykonuje eksperyment, na bieżąco ocenia zgodność otrzymanych wyników z intuicją po konsultacji z prowadzącym,

Ocena niedostateczna - student nie jest w stanie prawidłowo wykonać ćwiczenia nawet po konsultacji z prowadzącym.