Chemia nieorganiczna

Znajomość podstaw chemii ogólnej i klasycznej analizy jakościowej, równoległa analiza zagadnień związanych z podstawami chemii analitycznej i fizycznej.

Wykład 60

Konwersatorium 15

Laboratorium 45

Łączna liczba godzin z udziałem nauczyciela akademickiego 120

Liczba punktów ECTS z udziałem nauczyciela akademickiego 4

Przygotowanie się do laboratorium 50

Studiowanie literatury 50

Przygotowanie się do egzaminu 110

Łączna liczba godzin nie kontaktowych 210

Liczba punktów ECTS za godziny nie kontaktowe 7

Sumaryczna liczba punktów ECTS dla modułu 11

Sposób weryfikacji efektów kształcenia na studiach pierwszego stopnia zatwierdzonych na podstawie Uchwały Senatu UMCS Nr XXII-39.9/12 z dnia 25 kwietnia 2012 r. tj. od cyklu kształcenia 2012/2013

W1-W3, U1-U2, K1 wykład - egzamin pisemny

W1-W5, U1-U4, K1-K2 konwersatorium - prace zaliczeniowe lub kolokwia śródsemestralne

W1-W5, U1-U4, K1-K2 laboratorium – opracowania ćwiczeń lub kolokwia śródsemestralne

Sposób weryfikacji efektów kształcenia na studiach pierwszego stopnia zatwierdzonych na podstawie Uchwały Senatu UMCS uchwałą Nr XXIV- 8.4/17 18 z dnia 28 czerwca 2017 r. tj. od cyklu kształcenia 2017/2018

W1, U1-U2, K1-K2 wykład - egzamin pisemny

W1, U1, U3-U6, K1-K2 konwersatorium - prace zaliczeniowe lub kolokwia śródsemestralne

W1-W3, U1-U6, K1-K2 laboratorium - opracowania ćwiczeń lub kolokwia śródsemestralne

Wykład obejmuje następujące zagadnienia:

Przedmiot chemii nieorganicznej. Wodór i wodorki. Ogólna charakterystyka pierwiastków bloku s.

Grupa 1 - Litowce: właściwości fizykochemiczne, minerały, metody otrzymywania, anomalne właściwości litu, związki litowców, kryptaty, zastosowanie litowców i ich związków.

Grupa 2 - Berylowce: właściwości fizykochemiczne, minerały, metody otrzymywania, anomalne właściwości berylu, związki, struktura zasadowego octanu berylu, związki metaloorganiczne – odczynniki Grinarda, chlorofil, zastosowanie berylowców i ich związków.

Ogólna charakterystyka pierwiastków bloku p.

Grupa 13 - Borowce: właściwości fizykochemiczne, minerały, metody otrzymywania, anomalne właściwości boru, związki, struktura i klasyfikacja boranów, borazyna, klasyfikacja borków metali według Kiesslinga, metody przerobu boksytów, spinele, aluminotermia, związki elektronodeficytowe, zastosowanie borowców i ich związków.

Grupa 14 - Węglowce: właściwości fizykochemiczne, minerały, metody otrzymywania, odmiany alotropowe węgla: grafit, diament, fulereny, karbin, nanorurki węglowe, związki, klasyfikacja węglików, karbonylki i ich pochodne, odmiany polimorficzne ditlenku krzemu, silany, siloksany, silikony - metody otrzymywania i struktura, struktura i klasyfikacja krzemianów oraz zeolitów, zastosowanie węglowców i ich związków.

Grupa 15 - Azotowce: właściwości fizykochemiczne, odmiany alotropowe fosforu, związki, tlenki i tlenowe kwasy azotowców, azotki, amoniak, hydroksyloamina, hydrazyna, azydek wodoru, diagramy stanów utlenienia Frosta i Ebswortha, zastosowanie azotowców i ich związków.

Grupa 16 - Tlenowce: właściwości fizykochemiczne, odmiany alotropowe, katenacja, związki, tlenki, nadtlenek wodoru, kwasy tlenowe, siarczki, struktury łańcuchowe (katenacja) i pierścieniowe, zastosowanie tlenowców i ich związków.

Grupa 17 - Fluorowce: właściwości fizykochemiczne, metody otrzymywania, związki, tlenki i tlenowe kwasy fluorowców, związki międzyhalogenowe i ich struktura, zastosowanie fluorowców i ich związków.

Grupa 18 - Helowce (Gazy szlachetne): właściwości fizykochemiczne, związki, synteza Bartletta, klatraty, zastosowanie gazów szlachetnych.

Konwersatorium obejmuje następujące zagadnienia:

Litowce: Ogólna charakterystyka litowców, właściwości fizykochemiczne 1 gr. układu okresowego). Anomalne właściwości litu i jego diagonalne podobieństwo do magnezu. Tlenki, nadtlenki, ponadtlenki i ozonki litowców – struktura, otrzymywanie, zastosowanie. Azotki litowców. Wodorotlenki litowców – otrzymywanie i zastosowanie. Soda – otrzymywanie (metoda amoniakalna Solvaya i metoda Leblanca) i zastosowanie. Potaż – otrzymywanie (karbonizacja ługu potasowego, metoda mrówczanowa, nasycenie dwutlenkiem węgla roztworu KCl w zawiesinie węglanu magnezowego, metoda Leblanca) i zastosowanie. Występowanie litowców na -1 stopniu utlenienia.

Berylowce: Anomalne właściwości berylu. Wodorki berylowców (Be, Mg, Ca) – struktura i otrzymywanie. Halogenki berylu, cement Sorela (otrzymywanie i zastosowanie). Węgliki berylowców. Cyjanamid wapnia (azotniak). Wapno palone, wapno gaszone, zaprawa murarska, wapno chlorowane. Siarczan (VI) baru i biel litoponowi. Zasadowy octan berylu.

Borowce: Bor – otrzymywanie, właściwości, odmiany alotropowe, zastosowanie. Związki boru z wodorem (np. diboran) – budowa, synteza, właściwości, struktura B2H6, klasyfikacja boranów. Hydroborany, peroksoborany i karbaborany. Kwasy borowe i sole kwasów borowych (podział). Azotek boru, borazyna, boraks – struktura, otrzymywanie, właściwości, zastosowanie. Borki – otrzymywanie i klasyfikacja wg Kiesslinga. Metody oczyszczania boksytów. Aktualna metoda otrzymywania glinu. Aluminotermia i termity. Spinele. Ałuny.

Węglowce: Ogólna charakterystyka węglowców. Odmiany alotropowe węgla – budowa i właściwości. Tlenki węgla CO, CO2, C3O2, kwas węglowy, węglany. Kwas cyjanowodorowy, cyjanki, dicyjan. Związki węgla z fluorowcami. Karbonylki - otrzymywanie, budowa, podział. Otrzymywanie krzemu wysokiej czystości i dużej aktywności chemicznej. Odmiany polimorficzne wysokociśnieniowe SiO2. Silany, siloksany, silikony. Związki krzemu z fluorowcami. Tlenowe kwasy krzemu, podział krzemianów.

Azotowce: Diagramy Frosta i Ebswortha. Amoniak, hydrazyna, hydroksyloamina - otrzymywanie, właściwości, zastosowanie. Azydek wodoru (azydki) – otrzymywanie, właściwości, zastosowanie. Tlenowe kwasy azotu – otrzymywanie, właściwości, zastosowanie (mieszanina nitrująca, woda królewska), wzory strukturalne. Związki nitrozylowe. Kauczuk nieorganiczny. Fosfor – odmiany alotropowe, otrzymywanie, właściwości. Fosfan, difosfan – otrzymywanie, właściwości. Tlenki i tlenowe kwasy fosforu – otrzymywanie, właściwości, zastosowanie. Nawozy fosforowe- precypitat, superfosfat, superfosfat podwójny. Arsen – odmiany alotropowe, arszenik, tlenowe kwasy arsenu. Antymon - odmiany alotropowe i tlenowe kwasy antymonu.

Tlenowce: Odmiany alotropowe tlenu, siarki, selenu i telluru. Otrzymywanie siarki i tlenu. Związki tlenowców z wodorem. Dlaczego w temperaturze pokojowej i pod normalnym ciśnieniem tylko woda jest cieczą? H2O2 otrzymywanie, budowa, właściwości. Związki tlenowców z fluorowcami, struktura TeCl4. SO2, SeO2, SO3 otrzymywanie, budowa, odmiany (SO3). Tlenowe kwasy siarki – wzory sumaryczne i strukturalne (nomenklatura, stopnie utl. S, protonowość), właściwości. Otrzymywanie kwasu siarkowego (VI) i jego właściwości.Chlorek tionylu, chlorek sulfonylu, kwas chlorosulfonowy – struktura i otrzymywanie. Tetraazotek tetrasiarki. Tiosiarczan sodu – zastosowanie.

Fluorowce: Ogólna charakterystyka fluorowców.Otrzymywanie fluorowców (otrzymywanie bromu z wody morskiej). Związki fluorowców z wodorem. Właściwości beztlenowych kwasów fluorowców. Związki fluorowców z tlenem. Tlenowe kwasy fluorowców – nomenklatura, otrzymywanie, właściwości. Zastosowanie fluorowców.

Helowce: Ogólna charakterystyka helowców. Stan nadciekły. Otrzymywanie helowców. Związki helowców. Synteza Bartletta. Związki helowców z fluorowcami. Tritlenek ksenonu. Zastosowanie helowców.

Laboratorium obejmuje następujące zagadnienia:

1.Związki koordynacyjne metali przejściowych.

Zagadnienia teoretyczne: atom centralny, ligand, liczba koordynacyjna. Kompleksy jedno- i wielordzeniowe, kompleksy labilne i bierne, kompleksy chelatowe. Trwałość związków kompleksowych. Izomeria związków kompleksowych. Wiązania chemiczne w związkach kompleksowych. Izo- i heteropolikwasy. Nomenklatura związków kompleksowych.

Zagadnienia praktyczne: otrzymywanie chlorku hekasaaminakobaltu(III), otrzymywanie poliwanadanów.

2. Związki nadtlenkowe.

Zagadnienia teoretyczne: struktura elektronowa tlenu i związków nadtlenowych. Budowa, właściwości jonu ponadtlenowego, nadtlenowego iozonkowego. Metody syntezy związków nadtlenowych. Metody otrzymywania i właściwości nadtlenku wodoru. Reakcje red-oks. Podstawy elektrochemii.

Zagadnienia praktyczne: elektrochemiczne otrzymywanie peroksodisiarczanu potasu, otrzymywanie nadtlenku strontu.

3. Reakcje chemiczne w rozpuszczalnikach niewodnych.

Zagadnienia teoretyczne: współczesne teorie kwasów i zasad. Teoria Ahrlanda-Pearsona. Klasyfikacja i zastosowanie rozpuszczalników. Rozpuszczalniki niewodne. Ogólny schemat równowag w roztworach niewodnych – dysocjacja, jonizacja, asocjacja, solwatacja. Typy reakcji w rozpuszczalnikach niewodnych.

Zagadnienia praktyczne: reakcja aniliny z kwasem chlorowym(VII) w środowisku bezwodnego kwasu octowego, otrzymywanie jodku cyny(IV).

4. Otrzymywanie substancji czystych na drodze wymiany jonowej.

Zagadnienia teoretyczne: budowa i właściwości jonitów. Podział jonitów. Podstawowe pojęcia wymiany jonowej. Równowagi między jonitami i wodnymi roztworami elektrolitów. Zastosowanie reakcji kompleksowania w procesie wymiany jonowej. Metody wymiany jonowej: analiza czołowa, rugowanie i elucja. Zastosowanie wymiany jonowej.

Zagadnienia praktyczne: otrzymywanie kwasu jodowodorowego metodą permutacji jonów, oddzielanie kobaltu(II) od niklu(II) metodą wymiany jonowej.

5. Zastosowanie ekstrakcji w chemii nieorganicznej.

Zagadnienia teoretyczne: teoretyczne podstawy ekstrakcji. Układy ekstrakcyjne. Równowagi ekstrakcyjne. Współczynniki podziału i separacji. Klasyfikacja układów ekstrakcyjnych. Metody ekstrakcji i aparatura. Właściwości chemiczne i rozdzielanie pierwiastków ziem rzadkich.

Zagadnienia praktyczne: ekstrakcyjne wydzielanie ceru(IV) z mieszaniny pierwiastków ziem rzadkich i otrzymywanie azotanu ceru(III), ekstrakcja jodu – wyznaczanie stałej asocjacji jonów I3-metodą ekstrakcji.

6. Kinetyka reakcji w chemii nieorganicznej.

Zagadnienia teoretyczne: czynniki wpływające na szybkość reakcji. Zależność szybkości reakcji od temperatury. Rząd reakcji, cząsteczkowość reakcji. Energia aktywacji. Reakcje o przebiegu złożonym. Reakcje katalityczne. Kataliza homo- i heterogeniczna.

Zagadnienia praktyczne: Zastosowanie pomiarów kinetycznych redukcji Fe(III) do oznaczania jonów tiosiarczanowych, katalityczny rozkład H2O2 na koloidalnym MnO2– wyznaczanie stałej szybkości i rzędu reakcji.

7. Tlenowe związki siarki.

Zagadnienia teoretyczne: Otrzymywanie siarki i jej występowanie. Odmiany alotropowe siarki. Połączenia siarki z tlenem, wodorem oraz fluorowcami. Tlenowe kwasy siarki i ich sole oraz ich zastosowanie. Ałuny-sole podwójne.

Zagadnienia praktyczne: Preparatyka ałunu chromowo-potasowego KCr(SO4)2·12H2O. Preparatyka tiosiarczanu sodu Na2S2O3.

8. Otrzymywanie półprzewodników stosowanych do przemiany mocy.

Zagadnienia teoretyczne: Izolatory, półprzewodniki, przewodniki. Pasmowa teoria ciała stałego. Półprzewodniki samoistne (naturalne) i domieszkowe. Donory i akceptory. Zjawisko Seebeck’a (termoelektryczność). Zjawisko Peltiera. Współczynnik jakości „z” i wymagania stawiane półprzewodnikom służącym do budowy generatorów oraz chłodziarek. Metody syntezy związków półprzewodnikowych. Zastosowanie półprzewodników do budowy generatorów i urządzeń chłodzących, termostatów i wzorców temperatury.

Zagadnienia praktyczne: Otrzymywanie tellurku bizmutu Bi2Te3. Otrzymywanie antymonku cynku ZnSb.

A. Bielański, Podstawy chemii nieorganicznej, PWN, Warszawa 2005.

J.D. Lee, Zwięzła chemia nieorganiczna, PWN, Warszawa 1997.

L. Kolditz, Chemia nieorganiczna, PWN, Warszawa 1994.

Z. Hubicki (pod red.), Ćwiczenia laboratoryjne z chemii nieorganicznej. Podręcznik dla studentów chemii, Wydawnictwo UMCS, Lublin 2008.

Na podstawie Uchwały Senatu UMCS Nr XXII-39.9/12 z dnia 25 kwietnia 2012 r. tj. od cyklu kształcenia 2012/2013

WIEDZA

W1. Potrafi opisać ogólne właściwości pierwiastków wynikające z ich położenia w układzie okresowym K_W03

W2. Potrafi określić właściwości fizykochemiczne pierwiastków bloku s i p układu okresowego oraz ich związków K_W05

W3. Potrafi podać metody otrzymywania i wskazać obszary zastosowań pierwiastków bloku s i p układu okresowego oraz ich związków K_W05

W4. Zna podstawowe zasady bezpieczeństwa i higieny pracy K_W14

W5. Zna zasady racjonalnego i bezpiecznego stosowania chemikaliów. K_W19

UMIEJĘTNOŚCI

U1. Potrafi podać definicję podstawowych pojęć chemicznych K_U03

U2. Potrafi posługiwać się aktualnym nazewnictwem związków nieorganicznych, zapisywać wzory sumaryczne i strukturalne związków chemicznych, zapisywać i bilansować reakcje chemiczne, przewidywać przebieg reakcji chemicznej K_U11, K_U12, K_U13, K_U16

U3. Potrafi utworzyć opracowanie przedstawiające osiągnięte rezultaty w ramach ćwiczeń laboratoryjnych i rozwiązywać problemy w trakcie innych rodzajów zajęć K_U08, K_U09, K_U30

U4. Potrafi zaplanować i wykonywać doświadczenia chemiczne oraz przygotowywać odpowiednie zestawy przyrządów i aparatury, a także analizować otrzymane wyniki K_U35

KOMPETENCJE SPOŁECZNE

K1. Zna ograniczenia własnej wiedzy i rozumie konieczność dalszego kształcenia K_K03

K2. Potrafi pracować w zespole K_K02

Na podstawie Uchwały Senatu UMCS uchwałą Nr XXIV-8.4/17 z dnia 28 czerwca 2017 r. tj. od cyklu kształcenia 2017/2018

WIEDZA

W1. Student zna i rozumie wybrane pojęcia z zakresu chemii nieorganicznej, dysponuje rozszerzoną wiedzą w zakresie chemii nieorganicznej pozwalającą na posługiwanie się właściwą terminologią i nomenklaturą z tego zakresu K_W05

W2. Student zna i rozumie zasady podstawowych technik i narzędzi badawczych stosowanych w chemii nieorganicznej K_W07

W3. Student zna i rozumie zasady bezpieczeństwa i higieny pracy oraz racjonalnego stosowania chemikaliów oraz przestrzega procedur w tym zakresie w odniesieniu do chemii nieorganicznej K_W10

UMIEJĘTNOŚCI

U1. Student potrafi wykorzystywać zdobytą wiedzę do rozwiązywania różnych problemów typowych dla chemii nieorganicznej K_U01

U2. Student potrafi wykonywać podstawowe czynności w laboratorium chemii nieorganicznej zarówno samodzielnie, jak i pracując w grupie K_U02

U3. Student potrafi powiązać wiedzę z podstawowych przedmiotów chemicznych z wiedzą przedmiotów charakterystycznych dla danej specjalności K_U04

U4. Student potrafi planować i realizować proces samokształcenia K_U08

U5. Student po,,trafi planować i organizować uczenie się przez całe życie K_U07

U6. Student planować i organizować pracę własną i w zespole K_U09

KOMPETENCJE SPOŁECZNE

K1. Student jest gotów do oceny własnej wiedzy i rozumie konieczność dalszego kształcenia K_K01

K2. Potrafi pracować w zespole K_K02