Chemia fizyczna (wykład) - 2018/2019

Opis zajęć
Informacje ogólne
Prowadzący:prof. dr hab. Piotr Staszczuk
Organizator:Wydział Biotechnologii i Nauk o Środowisku - Instytut Biotechnologii
Liczba godzin tydzień/semestr: 2/30
Język wykładowy:Język polski
Cele przedmiotu
Praktyczne zapoznanie studentów z pracą laboratoryjną i obsługą specjalistycznej aparatury laboratoryjnej.
Poznanie przez studenta 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”.
Zapoznanie z definicją szybkości reakcji chemicznej, równaniem kinetycznym, rzędem reakcji chemicznej (0, I, II, III).
Zapoznanie z teorią kinetyki chemicznej i katalizy jedno- i wielofazowej, mono- i heterogenicznej oraz właściwościami katalizatorów.
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
WIEDZA
Student ma podstawową wiedzę z zakresu fizyki, matematyki i chemii niezbędną do zrozumienia i interpretacji podstawowych zjawisk i procesów przyrodniczych.
Student ma podstawową wiedzę w zakresie statystyki i informatyki umożliwiającą opisywanie i interpretowanie zjawisk przyrodniczych ze szczególnym uwzględnieniem właściwych dla biotechnologii
Student posiada wiedzę w zakresie podstawowych zjawisk bezpieczeństwa i higieny pracy.

UMIEJĘTNOŚCI
Student potrafi wykonać podstawowe pomiary chemiczne oraz potrafi przeprowadzać obserwacje zachodzących procesów.
Student wykonuje proste zadania badawcze zakresie chemii.
Student potrafi uczyć się samodzielnie w ukierunkowany sposób.
Student potrafi samodzielnie przygotować opracowanie pisemne z przeprowadzonych doświadczeń chemicznych.
Student potrafi opisać i wyjaśnij oraz interpretować podstawowe zjawiska chemiczne i fizykochemiczne.
Student stosuje wiedzę z zakresu fizykochemii do opisu i interpretacji zjawisk przyrodniczych
Wykonuje podstawowe analizy jakościowe i ilościowe metodą klasyczną i instrumentalną.
Student stosuje podstawowe metody statystyczne i technologię informatyczną do opisu zjawisk przyrodniczych oraz analizy i opracowania danych doświadczalnych


KOMPETENCJE SPOŁECZNE (POSTAWY)
Student wykazuje dbałość o powierzony sprzęt, poszanowanie pracy własnej i innych, wykazuje gotowość do zespołowego rozwiązywania zadań i merytorycznej dyskusji
Student wykazuje odpowiednie nawyki niezbędne do pracy w laboratorium badawczym, postępuje zgodnie z zasadami bezpieczeństwa i higieny pracy, umie postępować w stanach zagrożenia
Metody dydaktyczne
Wykład: Wykład z elementami metody problemowej i dyskusji, ilustrowany przezroczami oraz przy pomocy rzutnika multimedialnego Laboratoria: ćwiczenia laboratoryjne w formie eksperymentalnej, wspólne rozwiązywanie zadań i problemów, dyskusja, wnioski z przeprowadzonych doświadczeń.
Treści programowe przedmiotu
[prof. dr hab. Piotr Staszczuk - 2015/16]
treści programowe
1. Przedmiot chemii fizycznej. Opis stanów materii.
2. Znaczenie termodynamiki. Pierwsza zasada termodynamiki.
3. Definicja funkcji termodynamicznych, entalpii.
4. Prawo Hessa i prawo Kirchhoffa.
5. Druga zasada termodynamiki.
6. Zastosowanie termodynamiki procesów nieodwracalnych do reakcji chemicznych i w biologii.
7. Cząsteczki w polu elektrycznym, magnetycznym i elektromagnetycznym fal świetlnych. Momenty dipolowe.
8. Podwójna warstwa elektryczna.
9. Podział substancji pomiędzy dwie fazy, ekstrakcja.
10. Powierzchnie homo- i heterogeniczne.
11. Istota zjawiska adsorpcji chemicznej i fizycznej.
12. Adsorpcyjne warstwy powierzchniowe.
13. Teorie i izotermy adsorpcji.
14. Szybkość reakcji chemicznej, równanie kinetyczne.
15. Rząd rekcji chemicznej (0, I, II, III).
16. Teoria kinetyki chemicznej. Energia aktywacji.
17. Kataliza jedno- i wielofazowa, mono- i heterogeniczna.
18. Katalizatory i biokatalizatory oraz charakterystyka ich działania.
19. Klasyfikacja przewodników elektryczności.
20. Elektrolity i ich właściwości. Akumulatory.
21. Fotochemia.

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
Wykład:
Egzamin, który obejmuje całość wiedzy i umiejętności objętych przez wykład (100%)
Laboratorium:
Kolokwium zaliczeniowe(50%)
Przygotowanie do zajęć (20%)
Aktywność na zajęciach (20%)
Obecność na zajęciach (10%)
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.
Kierunek studiów: Biotechnologia (stacjonarne I stopnia)
Lokalizacja w planach rocznych:
Etap:Rok I - Semestr 2
Punkty ECTS: 6
Forma zaliczenia: Egzamin
Lokalizacja w programie modułowym:
Moduł programowy:Chemia II (do wyboru alternatywa dla Chemii I) » Chemia fizyczna
Efekty kształcenia:
K_K02wykazuje dbałość o powierzony sprzęt, poszanowanie pracy własnej i innych, wykazuje gotowość do zespołowego rozwiązywania zadań i merytorycznej dyskusji
K_K03wykazuje odpowiednie nawyki niezbędne do pracy w laboratorium badawczym w szczególności w warunkach aseptycznych, postępuje zgodnie z zasadami bezpieczeństwa i higieny pracy, umie postępować w stanach zagrożenia
K_U02przeprowadza obserwacje i wykonuje podstawowe pomiary fizyczne, chemiczne i biologiczne
K_U05projektuje i/lub wykonuje proste zadania badawcze lub ekspertyzy w zakresie chemii, biochemii i biologii
K_U07uczy się samodzielnie w sposób ukierunkowany w zakresie obejmującym zagadnienia biotechnologii
K_U10przygotowuje opracowanie pisemne zagadnień związanych z naukami biotechnologicznymi w języku polskim i/lub angielskim wykorzystując język naukowy
K_U14opisuje, wyjaśnia i interpretuje podstawowe zjawiska chemiczne i fizykochemiczne
K_U15stosuje wiedzę z zakresu fizykochemii granicy faz do opisu i interpretacji zjawisk przyrodniczych
K_U16wykonuje podstawowe analizy jakościowe i ilościowe metodą klasyczną i instrumentalną
K_U17stosuje podstawowe metody statystyczne i technologię informatyczną do opisu zjawisk przyrodniczych oraz analizy i opracowania danych doświadczalnych
K_W03ma podstawową wiedzę z zakresu fizyki, matematyki i chemii niezbędną do zrozumienia i interpretacji podstawowych zjawisk i procesów przyrodniczych
K_W04ma podstawową wiedzę w zakresie statystyki i informatyki umożliwiającą opisywanie i interpretowanie zjawisk przyrodniczych ze szczególnym uwzględnieniem właściwych dla biotechnologii
K_W09ma wiedzę w zakresie podstawowych zasad bezpieczeństwa, higieny pracy i ergonomii, wskazuje możliwości psychofizyczne człowieka w środowisku pracy