Chemia fizyczna (wykład)

Opis przedmiotu
Informacje ogólne
Organizator:Wydział Medyczny - Instytut Nauk Biologicznych
Kod ECTS:13300-XXXX-WYK0001
Kierunek studiów: Biotechnologia (stacjonarne I stopnia)
Lokalizacja w planach rocznych:
Etap:Rok I - Semestr 2
Punkty ECTS: 6
Forma zaliczenia: Egzamin
Rozkład zajęć 2023/2024
Rozkład zajęć 2022/2023
Cele przedmiotu
Wymagania wstępne
Przedmioty wprowadzające (prerekwizyty) oraz wymagania wstępne
Znajomość podstaw chemii, fizyki i matematyki rachunek różniczkowy i całkowy.
Założenia i cele przedmiotu
Cel zajęć:
Poznanie zjawisk oraz prawi procesów chemicznych i fizycznych, klasycznej termodynamiki chemicznej oraz budowy materii na poziomie atomu i molekuł. Definicje i opisy zjawisk międzyfazowych min. adsorpcji i zwilżania. Umiejętność interpretacji pomiarów eksperymentalnych opisujących zjawiska na powierzchni bionanomateriałów, np. efektów cieplnych reakcji chemicznych, adsorpcji, zwilżania. Poznanie zmian funkcji termodynamicznych: entropii, entalpii i energii swobodnej układów oraz zastosowania ich do przewidywania kierunku zachodzenia procesów biochemicznych. Definicje pojęcia: „układ i otoczenie, proces egzo- i endoenergetyczny, energia wewnętrzna, entalpia, praca i ciepło, pojemność cieplna, entalpia tworzenia, entropia, energia i entalpia swobodna, procesy odwracalne i nieodwracalne, procesy samorzutne”. Podanie związków między funkcjami termodynamicznymi oraz pomiędzy pojemnością cieplną pod stałym ciśnieniem i w stałej objętości oraz warunków zachodzenia procesów odwracalnych i nieodwracalnych. Podanie treści I i II zasady termodynamiki, prawa Hessa i Kirchoffa oraz związku pomiędzy entalpią swobodną a stałą równowagi.
Zaprezentowanie budowę cząsteczek chemicznych i pomiary momentów dipolowych. Rozpuszczalność, ekstrakcja, napięcie powierzchniowe i metody ich pomiaru. Omówienie zwilżalności powierzchni ciał stałych, adsorpcji i izotermy adsorpcji. Definicja szybkość reakcji chemicznej, równanie kinetyczne, rzędu reakcji chemicznej (0, I, II, III).
Zapoznanie z teorią kinetyki chemicznej i katalizy jedno- i wielofazowej, mono- i heterogenicznej oraz właściwościami katalizatorów.
Efekty kształcenia dla przedmiotu
Metody dydaktyczne
Treści programowe przedmiotu
[prof. dr hab. Piotr Staszczuk - 2011/12]
treści programowe
1.Przedmiot chemii fizycznej, znaczenie termodynamiki.
2.Pierwsza zasada termodynamiki.
3.Definicja entalpii i zastosowanie I zasady termodynamiki dla różnych procesów szczegółowych.
4.Procesy termodynamiczne w gazach doskonałych.
5.Prawo Hessa i prawo Kirchhoffa.
6.Procesy odwracalne i nieodwracalne, procesy kwazistatyczne.
7.Druga zasada termodynamiki.
8.Matematyczne zastosowanie I i II zasady termodynamiki.
9.Dyskusja zmian entropii w procesach przyrodniczych.
10.Zastosowanie I i II zasady termodynamiki.
11.Termodynamika układów chemicznych. Potencjał chemiczny.
12.Równanie Claussiusa-Clapeyrona.
13. Przyrost entropii w procesach nieodwracalnych.
14. Zastosowanie termodynamiki procesów nieodwracalnych do reakcji chemicznych i w biologii.
15. Cząsteczki w polu elektrycznym, magnetycznym i elektromagnetycznym fal świetlnych.
16. Teoria Debye’a, pomiary momentów dipolowych.
17. Budowa cząsteczek a momenty dipolowe.
18. Roztwory i równowagi fazowe, rozpuszczalność.
19.Podzial substancji pomiędzy dwie fazy, ekstrakcja.
20.Napiecie powierzchniowe i metody pomiaru.
21. Zwilżalność ciał stałych, istota zjawiska adsorpcji chemicznej i fizycznej.
22. Adsorpcyjne warstwy powierzchniowe, izotermy adsorpcji.
23. Szybkość reakcji chemicznej, równanie kinetyczne.
24. Rząd reakcji chemicznej (0, I, II, III).
25. Teorie kinetyki chemicznej. Energia aktywacji.
26. Kataliza jedno- i wielofazowa, mono- i heterogeniczna.
27. Teorie katalizy.
28. Katalizatory i charakterystyka ich działania.

Efekty kształcenia:
Student potrafi:
definiować pojęcia: „układ i otoczenie, proces egzo- i endoenergetyczny, energia wewnętrzna, entalpia, praca i ciepło, pojemność cieplna, entalpia tworzenia, entropia, energia i entalpia swobodna, procesy odwracalne i nieodwracalne, procesy samorzutne”
opisać treść I i I zasady termodynamiki, prawa Hessa i Kirchoffa
opisać związki między funkcjami termodynamicznymi
omówić warunki zachodzenia procesów odwracalnych i nieodwracalnych
opisać związek pomiędzy entalpią swobodną a stałą równowagi
opisać i wyjaśnić zagadnienia związane z rozpuszczalnością i równowagami fazowymi
opisać zjawisko adsorpcji z gazu i roztworów na powierzchniach ciał stałych
zdefiniować pojęcia szybkości i rzędowości reakcji chemicznej, omówić równanie kinetyczne
wyjaśnić działanie katalizatorów
zdefiniować półogniwo i ogniwo chemiczne oraz zapisać jego schemat
Wyjaśnić pojęcie potencjału półogniwa oraz siła elektromotoryczna ogniwa
Kryteria oceny i sposoby weryfikacji zakładanych efektów kształcenia
Metody i pomoce dydaktyczne
Wykład ilustrowany przezroczami oraz przy pomocy rzutnika multimedialnego.
forma i warunki zaliczenia
Kolokwia, egzamin pisemny i ew. ustny (poprawkowy).
Literatura podstawowa i uzupełniająca
literatura podstawowa i uzupełniająca
Literatura podstawowa:
1.K. Pigoń, Z. Rudziewicz, Chemia fizyczna, PWN, Warszawa, 2007.
2.P.W. Atkins, Podstawy chemii fizycznej, PWN, Warszawa, 1999.
3.Z. Sarbak, Adsorpcja i kataliza w ochronie środowiska, WCh UAM, Poznań, 2000.
4.J. Ościk, Adsorpcja, PWN, Warszawa, 1983.
5.Praca zbiorowa, Chemia fizyczna, PWN, Warszawa 1980.
Literatura uzupełniająca:
1.Z. Sarbak, Metody instrumentalne w badaniach adsorbentów i katalizatorów, Wyd. Naukowe UAM, Poznań, 2005.
2.G.M. Barrow, Chemia fizyczna, PWN, Warszawa, 1973.
3.H.D. Forsterling, Eksperymentalna chemia fizyczna, WNT, Warszawa, 1976.
4.A.W. Adamson, Chemia fizyczna powierzchni, PWN, Warszawa 1963.
5.R. Brdicka, Podstawy chemii fizycznej, PWN, Warszawa, 1970.