Uniwersytet Marii Curie-Skłodowskiej w Lublinie - Centralny System Uwierzytelniania
Strona główna

Chemia fizyczna z elementami fizykochemii granicy faz

Informacje ogólne

Kod przedmiotu: MFI-INM-CFEFC-LS-2/1
Kod Erasmus / ISCED: (brak danych) / (brak danych)
Nazwa przedmiotu: Chemia fizyczna z elementami fizykochemii granicy faz
Jednostka: Wydział Matematyki, Fizyki i Informatyki
Grupy:
Strona przedmiotu: http://www.katedrachf.umcs.lublin.pl
Punkty ECTS i inne: (brak) Podstawowe informacje o zasadach przyporządkowania punktów ECTS:
  • roczny wymiar godzinowy nakładu pracy studenta konieczny do osiągnięcia zakładanych efektów uczenia się dla danego etapu studiów wynosi 1500-1800 h, co odpowiada 60 ECTS;
  • tygodniowy wymiar godzinowy nakładu pracy studenta wynosi 45 h;
  • 1 punkt ECTS odpowiada 25-30 godzinom pracy studenta potrzebnej do osiągnięcia zakładanych efektów uczenia się;
  • tygodniowy nakład pracy studenta konieczny do osiągnięcia zakładanych efektów uczenia się pozwala uzyskać 1,5 ECTS;
  • nakład pracy potrzebny do zaliczenia przedmiotu, któremu przypisano 3 ECTS, stanowi 10% semestralnego obciążenia studenta.

zobacz reguły punktacji
Język prowadzenia: polski
Wymagania wstępne:

Znajomość podstaw chemii ogólnej, nieorganicznej, analitycznej i matematyki.

Godzinowe ekwiwalenty punktów ECTS:

Godziny kontaktowe (z udziałem nauczyciela akademickiego)

Wykład 45 h

Laboratorium 45 h

Konwersatorium 30

Łączna liczba godzin z udziałem nauczyciela akademickiego 120

Liczba punktów ECTS z udziałem nauczyciela akademickiego 4


Godziny nie kontaktowe (praca własna studenta)

Przygotowanie się do laboratorium 25 h

Przygotowanie się do konwersatorium 20 h

Studiowanie literatury 18 h

Wykonanie sprawozdań z wykonanych ćwiczeń 10 h

Przygotowanie do zaliczenia i udział w zaliczeniu ćwiczeń 20 h

Przygotowanie się do egzaminu 25 h

Konsultacje 2

Łączna liczba godzin nie kontaktowych 120

Liczba punktów ECTS za godziny nie kontaktowe 4


Sumaryczna liczba punktów ECTS dla modułu 8




Sposób weryfikacji efektów kształcenia:

Sposób weryfikacji efektów kształcenia na studiach pierwszego stopnia zatwierdzonych na podstawie Uchwały Nr XXIII – 16.9/14 Senatu Uniwersytetu Marii Curie – Skłodowskiej w Lublinie z dnia 23 kwietnia 2014 r. dla cyklu kształcenia rozpoczętego w 2015/2016, 2016/2017

W1. wykład - egzamin pisemny, laboratorium - pytanie ustne, kolokwia pisemne, konwersatorium – kolokwia pisemne.

W2. wykład - egzamin pisemny, laboratorium - pytanie ustne, kolokwia pisemne, konwersatorium – kolokwia pisemne.

W3. wykład - egzamin pisemny, laboratorium - pytanie ustne, kolokwia pisemne, konwersatorium – kolokwia pisemne.

W4. laboratorium - pytanie ustne, kolokwia pisemne, konwersatorium –kolokwia pisemne.

U1. laboratorium - pytanie ustne, kolokwia pisemne,

U2. laboratorium - pytanie ustne, kolokwia pisemne, konwersatorium – kolokwia pisemne.

U3. wykład - egzamin pisemny, laboratorium - pytanie ustne, kolokwia pisemne, konwersatorium – kolokwia pisemne.

U4. wykład - egzamin pisemny, laboratorium - pytanie ustne, kolokwia pisemne, konwersatorium – kolokwia pisemne.

K1. wykład - egzamin pisemny, laboratorium - pytanie ustne, kolokwia pisemne, konwersatorium – kolokwia pisemne.

K2. laboratorium - pytanie ustne, kolokwia pisemne


Sposób weryfikacji efektów kształcenia na studiach pierwszego stopnia zatwierdzonych na podstawie Uchwały Nr XXIV – 7.8/17 Senatu Uniwersytetu Marii Curie-Skłodowskiej w Lublinie z dnia 31 maja 2017 r. dla cyklu kształcenia rozpoczętego w 2017/2018, 2018/2019

W1. wykład - egzamin pisemny, laboratorium - pytanie ustne, kolokwia pisemne, konwersatorium – kolokwia pisemne.

W2. wykład - egzamin pisemny, laboratorium - pytanie ustne, kolokwia pisemne, konwersatorium – kolokwia pisemne.

W3. wykład - egzamin pisemny, laboratorium - pytanie ustne, kolokwia pisemne, konwersatorium – kolokwia pisemne.

W4. laboratorium - pytanie ustne, kolokwia pisemne, konwersatorium –kolokwia pisemne.

U1. laboratorium - pytanie ustne, kolokwia pisemne,

U2. laboratorium - pytanie ustne, kolokwia pisemne, konwersatorium – kolokwia pisemne.

U3. wykład - egzamin pisemny, laboratorium - pytanie ustne, kolokwia pisemne, konwersatorium – kolokwia pisemne.

U4. wykład - egzamin pisemny, laboratorium - pytanie ustne, kolokwia pisemne, konwersatorium – kolokwia pisemne.

K1. wykład - egzamin pisemny, laboratorium - pytanie ustne, kolokwia pisemne, konwersatorium – kolokwia pisemne.

K2. laboratorium - pytanie ustne, kolokwia pisemne


Pełny opis:

Wykład obejmuje następujące zagadnienia:

Termodynamika chemiczna:

Pierwsza zasada termodynamiki - praca, ciepło a energia wewnętrzna, praca objętościowa, definicja entalpii, zastosowanie I zasady termodynamiki dla różnych procesów szczegółowych - procesy termodynamiczne w gazach doskonałych, związek pomiędzy Cp i Cv, prawo Hessa i prawa Kirchhoffa;

Druga zasada termodynamiki - entropia, procesy: odwracalne, nieodwracalne, samorzutne i quasi-statyczne, matematyczne sformułowania obu zasad termodynamiki - swobodna energia wewnętrzna i swobodna energia Gibbsa, związki matematyczne między funkcjami termodynamicznymi, termodynamika układów chemicznych - potencjał chemiczny;

trzecia zasada termodynamiki, teoremat Nernsta.

Równowagi fazowe:

Roztwory i rozpuszczalność, termodynamiczna charakterystyka roztworów, roztwory doskonałe i niedoskonałe, aktywność i współczynnik aktywności, równowaga fazowa roztwór-para, prawo Raoulta, destylacja zwykła i frakcjonowana, azeotropy, równowagi fazowe ciało stałe-ciecz, eutektyki, układy trójskładnikowe, podział substancji pomiędzy dwie fazy.

Procesy elektrolityczne:

Klasyfikacja przewodników elektryczności - przewodnictwo elektronowe i jonowe; elektroliza; przewodnictwo elektrolitów, liczby przenoszenia, teorie dysocjacji elektrolitycznej; aktywność elektrolitów; aktywność i współczynnik aktywności jonów; prawo siły jonowej; teorie elektrolitów mocnych i stężonych - teoria Debye-Hückla; teorie przewodnictwa - efekt elektroforetyczny, relaksacyjny, Wiena.

Teoria ogniw galwanicznych:

Pojęcie "ogniwo galwaniczne"; potencjał elektryczny, międzyfazowy i potencjały na granicy faz; potencjał elektrody; podwójna warstwa elektryczne i jej teorie; zjawiska elektrokinetyczne; typy ogniw galwanicznych; siła elektromotoryczna (SEM) a funkcje termodynamiczne reakcji w ogniwie; potencjał normalny elektrody; typy elektrod; zastosowanie pomiarów SEM; polaryzacja elektrody; nadnapięcie - stężeniowe i aktywacyjne; napięcie rozkładowe; polarografia.

Kinetyka chemiczna:

Szybkość reakcji chemicznych; kinetyczna klasyfikacja reakcji chemicznych; cząsteczkowość i rzędowość reakcji; reakcje pierwszego, drugiego i trzeciego rzędu; reakcje złożone - równoległe i następcze, reakcje sprzężone, reakcje odwracalne; równanie stechiometryczne reakcji a rząd reakcji; reakcje łańcuchowe - proste i rozgałęzione; teorie szybkości reakcji chemicznych - zderzeń aktywnych i aktywnego kompleksu; energia aktywacji, entropia aktywacji; wpływ rozpuszczalnika na szybkość reakcji; kinetyka reakcji w roztworach elektrolitów.

Kataliza:

Charakterystyka ogólna; kataliza jednofazowa, kwasowo-zasadowa; autokataliza; kataliza heterogeniczna; zatruwanie katalizatorów; teorie katalizy wielofazowej; kataliza mikrowielofazowa.

Zjawiska międzyfazowe:

Powierzchnia cieczy - napięcie powierzchniowe (równanie Younga-Laplace'a, równanie Kelvina) i metody jego pomiaru, wpływ różnych parametrów na zmiany napięcia powierzchniowego: zależność napięcia powierzchniowego od temperatury i gęstości, parachora, reguła Traubego;

Powierzchnia ciała stałego: swobodna energia powierzchniowa ciał stałych i metody jej wyznaczania, kąt zwilżania i równanie Younga, procesy zwilżania: rozpływanie, immersja, adhezja;

Adsorpcja na powierzchni roztworów - nadmiar powierzchniowy i adsorpcja Gibbsa, równanie i izoterma adsorpcji Gibbsa;

Warstewki substancji amfifilowych na powierzchni cieczy i ciał stałych: filmy Langmuira i Langmuira-Blodgett;

Adsorpcja na granicy faz ciało stałe/gaz - charakterystyka zjawiska, adsorpcja fizyczna i chemiczna, równanie Henryego, izoterma Freundlicha, teoria i izoterma adsorpcji Langmuira, teoria i równanie izotermy adsorpcji BET, typy izoterm adsorpcji, kondensacja kapilarna;

Adsorpcja na granicy faz ciało stałe/roztwór - charakterystyka zjawiska, równanie izotermy adsorpcji, nadmiar powierzchniowy i rzeczywista adsorpcja, typy izoterm adsorpcji;

Układy koloidalne: charakterystyka układów koloidalnych i ich występowanie, metody otrzymywania, właściwości układów koloidalnych i ich stabilność, ładunek elektryczny cząstek koloidalnych, teoria DLVO.

Ćwiczenia laboratoryjne obejmują następujące zagadnienia:

Zmiany entropii - sformułowanie II zasady termodynamiki, pojęcie entropii, zmiany entropii w procesach odwracalnych i nieodwracalnych, sposoby obliczania zmian entropii w procesach izotermicznych, izobarycznych i izochorycznych, entropia mieszania; entalpia zobojętniania -pojęcie energii wewnętrznej i entalpii, pojemność cieplna układu, prawo Hessa, prawo Kirchhoffa, pomiary kalorymetryczne; równowagi fazowe w układach trójskładnikowych typu ciecz-ciecz - wzajemna rozpuszczalność cieczy - zależność od temperatury, wzajemna rozpuszczalność cieczy w układzie trójskładnikowym, zasada konstrukcji trójkąta Gibbsa, sposoby wyznaczania składu roztworów zawartych wewnątrz trójkąta Gibbsa, definicja binody i konody; Prawo podziału Nernsta-proces ekstrakcji.

Przewodnictwo elektrolitów; liczby przenoszenia elektrolitów; miareczkowanie konduktometryczne; wyznaczanie wielkości fizykochemicznych z pomiarów przewodnictwa i SEM; wyznaczanie stałej równowagi reakcji dysocjacji metodą potencjometryczną; siła elektromotoryczna ogniw galwanicznych; zastosowanie pomiaru SEM ogniw galwanicznych do wyznaczania wielkości fizykochemicznych; napięcie rozkładowe; roztwory buforowe.

Wyznaczanie stałej szybkości i rzędu reakcji; wyznaczanie stałej szybkości reakcji i energii aktywacji; szybkość inwersji sacharozy; kataliza heterogeniczna.

Napięcie powierzchniowe cieczy i roztworów: sprawdzenie reguły Traubego, równanie Szyszkowskiego, parachora, wyznaczanie krytycznego stężenia micelizacji.

Adsorpcja: granica faz ciecz/gaz (izoterma adsorpcji Gibbsa), ciało stałe/roztwór: izoterma Langmuira, izoterma adsorpcji Freundlicha, izoplana.

Układy koloidalne: zjawiska elektryczne na granicy faz: punkt ładunku zerowego.

Konwersatorium obejmuje następujące zagadnienia:

I zasada termodynamiki - wyprowadzenie i sformułowanie, obliczanie pracy, ciepło właściwe, ciepło molowe, energia wewnętrzna i entalpia, ciepło reakcji, prawo Hessa, prawo Kirchhoffa;

II zasada termodynamiki – entropia, energia swobodna i entalpia swobodna; prawo Henry’ego - wpływ ciśnienia na rozpuszczalność gazów w cieczach; prawo Raoulta - prężność pary nasyconej nad roztworami substancji lotnych.

Przewodność elektrolitów: właściwa i molowa; ruchliwość, liczby przenoszenia; elektroliza. Prawa elektrolizy Faraday’a; aktywność i współczynnik aktywności elektrolitów. Prawo Debye’a-Hűckel’a; Ogniwa. Rodzaje i schematy ogniw; siła elektromotoryczna ogniwa (SEM); wyznaczanie wielkości fizykochemicznych na podstawie pomiaru siły elektromotorycznej.

Kinetyka chemiczna; szybkość reakcji; rzędowość i cząsteczkowość reakcji chemicznych; sposoby wyznaczania rzędowości reakcji; zależność stałej szybkości reakcji od temperatury. Równanie Arrheniusa. Energia aktywacji reakcji; reakcje równoległe, następcze i odwracalne.

Adsorpcja na granicy faz ciecz-gaz, napięcie powierzchniowe, równanie izotermy adsorpcji Gibbsa.

Literatura:

Literatura podstawowa:

1. Praca zbiorowa, Chemia fizyczna, PWN, Warszawa 1980.

2. P.W. Atkins, Chemia Fizyczna, PWN Warszawa 2001.

3. P.W. Atkins, Podstawy Chemii Fizycznej, PWN Warszawa 1999.

4. P.W. Atkins, Chemia, Przewodnik po Chemii Fizycznej, PWN, Warszawa 1997.

4. G.M. Barrow, Chemia fizyczna, PWN, Warszawa 1973.

5. K. Pigoń, Z. Ruziewicz, Chemia fizyczna, T. 1-3, PWN, Warszawa 2014.

6. K. Gumiński, Wykłady z Chemii Fizycznej, PWN, Warszawa 1973.

7. A.W. Adamson, Zadania z chemii fizycznej, PWN, Warszawa, 1978.

8. J. Ościk, Adsorpcja, PWN Warszawa 1979.

9. J. Dutkiewicz, Fizykochemia Powierzchni, WNT Warszawa 1998.

Literatura uzupełniająca:

1. http://www.katedrachf.umcs.lublin.pl

2. Praca zbiorowa, Ćwiczenia laboratoryjne z chemii fizycznej, UMCS, Lublin 2004.

3. L. Sobczyk, A. Kisza, Chemia fizyczna dla przyrodników, PWN, Warszawa 1975.

4. P.W. Atkins, C.A. Traper, M.P. Cady, C. Guinta, Chemia Fizyczna. Zbiór Zadań z Rozwiązaniami, PWN, Warszawa 2001.

5. T. Drapała, Chemia fizyczna z zadaniami, PWN, Warszawa 1975.

6. J. Demichowicz-Pigoniowa, A. Olszowski, Chemia fizyczna. T.3 Obliczenia fizykochemiczne, PWN, Warszawa2010.

7. E. Szymański, Ćwiczenia laboratoryjne z chemii fizycznej, Wydawnictwo UMCS, Lublin 1991.

Efekty uczenia się:

Na podstawie Uchwały Nr XXIII – 16.9/14 Senatu Uniwersytetu Marii Curie – Skłodowskiej w Lublinie z dnia 23 kwietnia 2014 r. dla cyklu kształcenia rozpoczętego w 2015/2016, 2016/2017

WIEDZA

W1. Zna i rozumie podstawowe pojęcia z chemii ogólnej w zakresie umożliwiającym zrozumienie treści nauczania z chemii fizycznej i fizykochemii granic faz. K_W03

W2. Ma podstawową wiedzę dotyczącą funkcji i parametrów stanu koniecznych do opisu zjawisk zachodzących między układem a otoczeniem w procesach chemicznych i przemianach fizycznych a także procesów elektrodowych i kinetyki reakcji chemicznych. K_W05

W3. Zna oddziaływania międzycząsteczkowe występujące na granicy faz ciecz-gaz (ciecz), ciało stałe-gaz (ciecz) oraz funkcje termodynamiczne opisujące właściwości międzyfazowe. K_W07

W4. Zna podstawowe metody dotyczące obliczeń efektów cieplnych reakcji chemicznych i przemian fizycznych, siły elektromotorycznej ogniwa, stałej szybkości i rzędu reakcji, energii aktywacji oraz wybrane programy użytkowe. K_W11

UMIEJĘTNOŚCI

U1. Posiada umiejętność analizowania uzyskanych wyników w ramach ćwiczeń laboratoryjnych z chemii fizycznej i przedstawiania ich opisu. K_U04

U2. Potrafi sporządzić termodynamiczny bilans reakcji chemicznych, rozpisać procesy elektrodowe zachodzące podczas elektrolizy i w ogniwach, obliczyć stałą i szybkość reakcji, przewidzieć rząd reakcji. K_U05

U3. Posiada umiejętność ilościowego opisu procesów elektrochemicznych, znajomość zjawisk elektrokinetycznych i procesów zachodzących w ogniwach galwanicznych. K_U10

U4. Potrafi w sposób zwięzły i logiczny przedstawić podstawowe fakty w zakresie chemii fizycznej fizykochemii granic faz. K_U13

KOMPETENCJE SPOŁECZNE

K1. Zna ograniczenia własnej wiedzy z chemii fizycznej i fizykochemii granic faz oraz rozumie konieczność dalszego jej pogłębiania. K_K01

K2. Potrafi pracować zespołowo w badaniach dotyczących chemii fizycznej i fizykochemii granic faz. K_K04

Na podstawie Uchwały Nr XXIV – 7.8/17 Senatu Uniwersytetu Marii Curie-Skłodowskiej w Lublinie z dnia 31 maja 2017 r. dla cyklu kształcenia rozpoczętego w 2017/2018, 2018/2019

WIEDZA

W1. Zna i rozumie podstawowe pojęcia z chemii ogólnej w zakresie umożliwiającym zrozumienie treści nauczania z chemii fizycznej i fizykochemii granic faz. K_W03

W2. Ma podstawową wiedzę dotyczącą funkcji i parametrów stanu koniecznych do opisu zjawisk zachodzących między układem a otoczeniem w procesach chemicznych i przemianach fizycznych a także procesów elektrodowych i kinetyki reakcji chemicznych. K_W05

W3. Zna oddziaływania międzycząsteczkowe występujące na granicy faz ciecz-gaz (ciecz), ciało stałe-gaz (ciecz) oraz funkcje termodynamiczne opisujące właściwości międzyfazowe. K_W09

W4. Zna podstawowe metody dotyczące obliczeń efektów cieplnych reakcji chemicznych i przemian fizycznych, siły elektromotorycznej ogniwa, stałej szybkości i rzędu reakcji, energii aktywacji oraz wybrane programy użytkowe. K_W12

UMIEJĘTNOŚCI

U1. Posiada umiejętność analizowania uzyskanych wyników w ramach ćwiczeń laboratoryjnych z chemii fizycznej i przedstawiania ich opisu. K_U04

U2. Potrafi sporządzić termodynamiczny bilans reakcji chemicznych, rozpisać procesy elektrodowe zachodzące podczas elektrolizy i w ogniwach, obliczyć stałą i szybkość reakcji, przewidzieć rząd reakcji. K_U05

U3. Posiada umiejętność ilościowego opisu procesów elektrochemicznych, znajomość zjawisk elektrokinetycznych i procesów zachodzących w ogniwach galwanicznych. K_U6

U4. Potrafi w sposób zwięzły i logiczny przedstawić podstawowe fakty w zakresie chemii fizycznej fizykochemii granic faz. K_U10

KOMPETENCJE SPOŁECZNE

K1. Zna ograniczenia własnej wiedzy z chemii fizycznej i fizykochemii granic faz oraz rozumie konieczność dalszego jej pogłębiania. K_K01

K2. Potrafi pracować zespołowo w badaniach dotyczących chemii fizycznej i fizykochemii granic faz. K_K04

Praktyki zawodowe:

nie dotyczy

Przedmiot nie jest oferowany w żadnym z aktualnych cykli dydaktycznych.
Opisy przedmiotów w USOS i USOSweb są chronione prawem autorskim.
Właścicielem praw autorskich jest Uniwersytet Marii Curie-Skłodowskiej w Lublinie.
kontakt deklaracja dostępności USOSweb 7.0.2.0-3dcdfd8c8 (2024-03-25)