Schema Inledande kemi, Kemisk dataanalys, Kemisk forskning HT14

2014-08-29
Institutionen för material- och miljökemi (MMK)
Schema för Inledande kemi (18,5 hp; IK), Kemisk dataanalys (4 hp; KDA) samt Forskning,
kommunikation och vetenskaplighet (2,5 hp; FKV) HT2014
Lärare
epost
telefon
Ulrich Häussermann (F)
[email protected]
16 23 90
Arnold Maliniak (F)
[email protected]
16 23 77
Erik Brandt (KDA F/RÖ)
[email protected]
674 7481
Carl-Johan Högberg (FKV)
[email protected]
16 37 30
Dag Noréus (RÖ)
[email protected]
16 12 53
Jon Kapla (RÖ)
[email protected]
16 11 79
Pär Jansson (lab)
[email protected]
16 24 81
Fredrik Björnebäck (lab)
[email protected]
16 23 68
Kursbok:
A. Burrows, J. Holman, A. Parsons, G. Pilling, G. Price, Chemistry3 introducing inorganic,
organic and physical chemistry (2nd Edition, 2013), Oxford University Press. ISBN 978-0-19969185-2
Laborationer:
Skriftliga laborationsredogörelser ska vara inlämnade senast 2 veckor efter laborationens
genomförande. Vid underkännande på en laborationsredogörelse ska komplettering lämnas in senast
två veckor efter återlämnandet.
Lokaler:
Föreläsningssal:
Laborationslokal:
Labgenomgång:
Räkneövningar:
Labgrupp:
K439
M340, M332
K439
Se schemat nedan
Se separata listor
Examination:
Kemisk dataanalys
Tentamen+inlämningsuppgift
Inledande kemi
Deltagande i duggorna är inte obligatoriskt men resultat enligt nedan ger bonuspoäng till lägsta
godkända betyg (E) på tentamen:
• Minst 5 rätt av 10 på en dugga ger 1 bonuspoäng
• Minst 6 rätt av 10 på en dugga ger 2 bonuspoäng
• Minst 7 rätt av 10 på en dugga ger 3 bonuspoäng
• Minst 8 rätt av 10 på en dugga ger 4 bonuspoäng
• Minst 9 rätt av 10 på en dugga ger 5 bonuspoäng
Tentamen i molekylstruktur omfattar maximalt 60 poäng och gränsen för lägsta godkända betyg (E)
är 30 poäng – 3 duggor.
Tentamen i kemisk jämvikt omfattar maximalt 100 poäng och gränsen för lägsta godkända betyg (E)
är 50 poäng – 5 duggor.
Datum
Förmiddag 9.15 ... 12
Eftermiddag 13...17
01-sep
Upprop och IKJ-F1 (uh)
Rundvandring på KÖL
(14:30-15:15) säkerhetsskrivning
02
IKJ-F2 (uh)
IKJ-RÖ1
03
IKJ-F3 (uh)
IKJ-L1 (synteser-I)
04
IKJ-RÖ2
IKJ-L2 (synteser-II)
05
FKV 1
IKJ-L1 & IK-L2 rapportskrivning
08
Matematik-intro: IK+KDA
Matematik-RÖ: IK+KDA
09
10
IKS-F1 (am)
IKS-F2 (am)
FKV2
12
IKJ-Dugga1 (fundamentala aspekter)
IKS-RÖ1
15
KDA-F1
16
IKS-F3 (am)
IKS-L1 (spektra)
17
IKS-F4 (am)
IKS-RÖ2
18
KDA-F2
19
FKV3
22
IKS-Dugga1 (molekylstruktur)
23
IKS-F5 (am)
IKS-L2 (orbital)
24
IKS-F6 (am)
IKS-RÖ3
25
KDA-F4
IKS-RÖ4
26
IKS-F7 (am)
KDA-RÖ1
29
KDA-F5
KDA-RÖ2
30-sep
IKS-F8 (am)
IKS-L3 (spektrofotometri)
01-okt
IKS-F9 (am)
IKS-RÖ5
02
KDA-F6
IKS-L4 (kvant)
03
FKV4
IKS-Dugga2 (molekylstruktur)
06
KDA-F7
KDA-RÖ3
07
IKS-F10 (am)
08
IKS-F11 (am)
IKS-L5 (kemisk bindning)
09
IKS-F12 (am)
KDA-F8
10
IKS-F13 (am)
11
KDA-F3
2
13
IKS-RÖ6
IKS-Dugga3 (molekylstruktur)
14
15
16
Tentamen KDA
17
FKV5
IKS-F14 (am)
20
21
22
Tentamen: Molekylstruktur
23
IKJ-F4 (uh)
Reservlabb IKS-L3 - IKS-L7
24
FKV6
Reservlabb IKJ-L1 – IKJ-L2
27
IKJ-F5 (uh)
IKJ-RÖ3
28
IKJ-F6 (uh)
IKJ-L3 (kalorimetri)
29
IKJ-F7 (uh)
IKJ-RÖ4
30
31
IKJ-Dugga2 (termokemi)
03-nov
IKJ-F8 (uh)
04
IKJ-F9 (uh)
IKJ-L4 (kinetik)
05
FKV7
IKJ-RÖ5
06
IKJ-L5 (syra-bas-I)
07
IKJ-Dugga3 (kinetik)
10
IKJ-F10 (uh)
IKJ-RÖ6
11
IKJ-F11 (uh)
IKJ-L6 (syra-bas-II)
14
IKJ-Dugga4 (syra-bas)
Reservlabb IKJ-L3 – IKJ-L6
17
IKJ-F12 (uh)
IKJ-RÖ7
18
IKJ-F13 (uh)
IKJ-L7 (elektrokemi-I)
19
FKV8
12
13
20
21
3
24
IKJ-F14 (uh)
IKJ-RÖ8
25
IKJ-F15 (uh)
IKJ-L8 (elektrokemi-II)
26
27
28
IKJ-Dugga5 (jämvikt, elektrokemi)
01-dec
02
IKJ-RÖ9 (repetition)
Reservlabb IKJ-L7 – IKJ8
03
04
05
Tentamen: Kemisk jämvikt
08
FKV9 (Nobelföreläsningar)
09
10
11
14
17
18
19
20
21
4
Föreläsningarnas innehåll och motsvarande avsnitt i läroboken.
IKJ-F1 Fundamentala aspekter.
Vad är kemi ?
1.1 – 1.3, 1.8 Kemiska byggstenar: atomer, joner, molekyler. Molbegreppet. Växelverkan mellan
byggstenarna: bindning och intermolekylära interaktion. Lewis formlar och molekylstruktur.
1.4 – 1.5 Kemiska reaktioner: vilka finns? Balansering. Utbyte. Koncentration, volym, substansmängd.
IKJ-F2. Fundamentala aspekter, forts.
1.6 Energiändringar i kemiska reaktioner. Inre energi och entalpi. Standardvillkor.
1.7 Aggregationstillstånd
1.9 Introdution i kemisk jämvikt. Le Chatelier prinicipenr
IKJ-F3. Gaser
8.1 Gaser: när förekommer ett kemiskt ämne som gas? Varianter av gaslagar.
8.2 Allmänna gaslagen.
8.3 Gasblandningar, partialtryck
8.4 Kinetisk gasteori. Mikroskopisk modell för tryck.
8.5 Hastighetsfördelningar.
8.6. Ideala gaser och verkliga (icke-ideala) gaser.
IKS-F1-2. Introduktion: Elektromagnetiskt spektrum – elektronen – vågfunktionen.
Makroskopisk – Mikroskopisk bild av kemi
3.1 Den klassiska bilden av atomen fram till Rutherfords atommodell.
3.2 Elektromagnetisk strålning och kvantiserade tillstånd. Våglängd, frekvens, färg. Våg-partikeldualism
3.3 Atomspektra enligt Bohr
3.4 Elektronens natur: vågpartikel-dualism
3.5 Vågfunktioner och atomorbitaler: fundamentala, nya begrepp. Fundera MYCKET!
IKS-F3. Orbitaler – Mångelektronsystem – Periodiska systemet
3.6 Flerelektronvågfunktioner. Elektronspinn. Aufbau principen för elektronstrukturen i periodiska
systemet. Valenselektroner och ”kärnelektroner”. Hunds regel. Skärmning, Slaters regler och effektiv
kärnladdning.
3.7 Atomegenskaper och periodiska systemet. Joniseringsenergi och elektronaffinitet.
3.8 Kärnkemi – olika typer av radioaktiv strålning (kursivt)
IKS-F4. Kemisk bindning: tvåatomiga molekyler
4.1 Dissociationsentalpi, bindningsenergi, bindningsavstånd
4.2 Lewis-modellen
4.3 Elektronegativitet, användbart begrepp: Pauling och Mulliken.
4.4 Introduktion till valensbindningsteori
IKS-F5. Tvåtomiga molekyler, forts.
4.5 Valensbindningsteori, orbitalöverlapp, kovalent bindning
4.6 Molekylorbitalteori, MO
4.7 H2-molekylen, bindande och antibindande MO, symmetrietiketter
4.8 Molekylorbitalenergidiagram och förutsägelsen av olika egenskaper om man känner till
elektronstrukturen.
4.9 Linjärkombination av p-orbitaler
4.10 F2 och O2 samt en del egenheter med bindningen i dessa molekyler - egenskaper
4.11 Flera homonukleära diatomiga molekyler och deras bindning (kursivt)
4.12 Heteronukleära diatomiga molekyler och deras bindning
5
IKS-F6-7. Fleratomiga molekyler
5.1 Lewismodellen, oktettregeln, formell laddning och oxidationstal
5.2 VSEPR, viktigt, bra och rätt lätt, men inte alltid korrekt
5.3 Polära kovalenta bindningar och bakgrund till varför de blir polära.
5.4 VB för fleratomiga molekyler, hybridisering
5.5 Resonansstabilisering
5.6 MO för bindningar i fleratomiga molekyler, kursivt
5.7 mera MO, kursivt
IKS-F8. Introduktion till spektroskopi
10.1 Spektroskopi på molekylära föreningar
10.2 Energitillstånd och spektroskopi, kvantisering, partikel i en låda
10.3 Absorption eller emission, Lambert-Beers lag, Boltzmannfördelning, urvalsregler
IKS-F9-10. Vibration- och rotationsspektroskopi
10.5 Vibrationsspektroskopi, IR tom ”Isotopic substitution” och 12.2
10.4 Rotationsspektroskopi, mikrovågsugnar (kursivt)
IKS-F11. Elektronspektroskopi
10.6 UV, VIS spektroskopi, elektronövergångar, färg
IKS-F12-13.
10.7 och 12.3 NMR spektroskopi, MRI
12.1-12.4 Molekylärkaraktärisering
IKS-F14. Repetition/konsultation
IKJ-F4. Energi och termokemi.
Entalpi, inre energi och kalorimetri
13.1 System och omgivning, värme och arbete, extensiva och intensiva storheter.
13.2 Entalpi. Värmeinnehåll.
13.3 Standardtillstånd. Hess lag. Bildningsenergier och bindningsenergi.
IKJ-F5. Energi och termokemi, forts.
13.4 Entalpi som funktion av temperatur. Värmekapacitet.
13.5 Inre energi. Energiprincipen (termodynamikens första huvudsats) .
13.6 Kalorimetri. Mätning av entalpi och inre energiändringar.
IKJ-F6. Kinetik.
9.1 Betydelsen av kinetik, reaktionerna tidskala
9.2 Reaktionshastighet och faktorer som påverkar den
9.3 Hur mäter man reaktionshastigheter?
9.4 Elementära reaktioner. Kvantitativ kinetik – beskrivning av reaktionshastighetens
koncentrationsberoendet. Reaktionsordning. Hastighetslagar. Halveringstid
IKJ-F7. Kinetik, forts.
9.5 Komplexa (sammansatta) reaktioner. Hur bestämer man reaktionsordningen?
9.6 Komplexa reaktioner. Reaktionsmekanismer.
9.7 Temperaturens inverkan på reaktionshastigheten. Aktiveringsenergi. Arrheniusekvationen.
9.8- 9.9 Reaktionsprofiler och katalys.
IKJ-F8. Syror och baser
7.1 Begrepp och definitioner av ”syra” och ”bas”. Arrhenius. Brönsted-Lowry. Konjugerade syra-bas par.
Betydelsen av lösningsmedlet.
7.7 Syra och basiska oxider
6
7.2 Styrkan av syror och baser. pH skalan. Vattens självjonisering. Syra-bas reaktioner och dess jämvikt.
7.3 Buffertar
IKJ-F9. Syror och baser, forts.
7.4 Titreringar
7.5 Indikatorer
7.6 Specificering som funktion av pH. Jämviktskonstanten för syror och baser, fraktionsdiagram och
logaritmiska diagram.
7.8 Lewis syra-bas begrepp. Utvidgning av syra-bas konceptet till koordinationskemin
IKJ-F10. Entropi.
14.1 Spontana processer, statistisk beskrivning av entropibegreppet.
14.2 Termodynamisk beskrivning av entropi (termodynamikens andra huvudsats). Entropiändringar vid
fasövergångar. Entropi som funktion av temperatur.
14.3 Absoluta entropier (termodynamikesn tredje huvudsats). Absoluta nollpunkten.
14.4 Entropiändringar vid kemiska reaktioner. Reaktionsentropi
IKJ-F11. Gibbs energi.
14.4 Entropi som indikator för sponatana processer.
14.5 Gibbs energi och relationen till entropibegreppet
14.6 Faktorer som påverkar Gibbs energi. Aktivitetsbegreppet. Ellinghamdiagram.
IKJ-F12. Jämvikt.
15.1 Gibbs energi och jämvikt. Jämviktskonstanten definierad av aktiviteter.
15.2 Reaktionskvoten och relationen till Gibbs energi
15.3 Jämviktskonstanten och relationen till Gibbs energi
15.4 Sammansättning vid en jämvikt
15.5 Jämviktslägets och jämviktskonstantens temperaturberoende
IKJ-F13. Elektrokemi.
16.1 Vad är elektrokemi? Grundbegrepp. Oxidation. Reduktion. Pluspol. Minuspol
16.2 Joner i lösningar och dess rörlighet
16.3 Elektrokemiska celler. Standardreduktionspotentialer. Cellpotentialer. Spontanitet av en redoxreaktion.
IKJ-F14. Elektrokemi, forts.
16.4 Termodynamik av elektrokemiska celler. Samband mellan cellpotential och Gibbs energiändring.
Koncentrationsberoendet av cellpotentialen. Nernst ekvationen. Koncentrationsceller. Korrosion.
16.5 Elektrolys. Styrd spontanitet. Batterier
IKJ-F15. Fasjämvikter och lösningar.
17.1 Fasjämvikter med en-komponentsystem. Ångtryck. Fasdiagram.
17.2 Fasövergångar. Clausius-Clapyron ekvation.
17.3 Intermolekylära växelverkningar. Väte-bryggor
17.4 Fasjämvikter med två-komponentsystem. Lösningar. Destillation. Kokpunkts-diagram. Kolligativa
egenskaper. Osmotiskt tryck.
7
Räkneövningar - innehåll: IKS-RÖ1 – IKS-RÖ6
RÖ1
Elektromagnetiskt spektrum, elektronen, vågfunktioner, atomorbitaler, skärmning.
Joniseringsenergi, elektronaffinitet, periodiska systemets uppbyggnad,
RÖ2
Lewismodellen, valensbindningsmodellen, kovalent bindning, polär kovalent bindning, bindande
och antibindande kombinationer, molekylorbitaler och beroendet av symmetrikombinationer på
ingående orbitaler.
RÖ3
Bindningstal, formell laddning, oxidationstal, VSEPR, VB, resonans och oktettregeln., atomer,
periodiska systemet
RÖ4
Spektroskopi, UV, VIS, IR, Mikrovåg
RÖ5
Spektroskopi, UV, VIS, IR, Mikrovåg
RÖ6
Repetition
Räkneövningar - innehåll: IKJ-RÖ1 – IKJ-RÖ6
RÖ1
Stökiometri, balansering av reaktioner, koncentrationer, utspädningar, nomenklatur av kemiska
ämnen,kemiska formler, strukturformel, Lewisformel, bestämning av oxidationstal och formella
laddningar, redoxreaktioner
RÖ2
Enkel termokemi, gravimetriska analyser, tillämpning av gaslagar
RÖ3
Kalorimetri, värmekapacitet, entalpi, bindningar som bryts och bildas.
RÖ4
Kinetik, differentiella och integrerade hastighetsmetoder, halveringstid och aktiveringsenergi
RÖ5
Syra-bas, jämvikts- och pH beräkningar (analytiskt och med log diagram)
RÖ6
Entropi, jämvikter, jämviktsläge, jämviktskonstant, löslighet, Gibbs energi
RÖ7
Elektrokemi
RÖ8
Elektrokemi
RÖ9
Repetition
8
Beskrivning av laborationer
IKJ-L1. (Synteser-I)
Fällningssyntes av BaSO4 med Ba2+(aq);OAc-(aq) och Mn2+(aq);SO42-(aq). Kvalitetstest genom att
kontrollera hur mycket Mn som finns kvar på fällningen av bariumsulfat. Oxidation av kvarvarande Mn(II)
till Mn(VI) som är starkt grönfärgad.
IKJ-L2. (Synteser-II)
Två olika synteser, lättlösliga ämnen som kristalliserar ur vattenlösning och syntes av svårlösliga ämnen
genom s.k. utfällning.
IKS-L1. Spektroskopi
Tolkning av spektra. Plancks strålningslag, kontinuerliga svartkroppsstrålare samt diskreta spektra. Analys
av spektra.
IKS-L2. Orbital
Konstruktion av radialdelar (av vågfunktionen) i några orbitaler och tolkning av resultatet. Bestämning av
sannolikheten för att hitta elektronen på olika avstånd från atomkärnan.
IKS-L3. Spektrofotometri
Spektrofotometrisk bestämning av Mn. Analys av en svagt färgad Mn2+(aq) lösning genom oxidation till
MnO4-(aq) och mätning med absorptionsspektrofotometri. Lambert Beers lag.
IKS-L4. Kvant
Elektronövergångar i konjugerade färgämnen observeras med UV/VIS spektroskopi och tolkas med hjälp
av partikel i lådan modellen. Existensen av kvantiserade energinivåer introduceras som en konsekvens av
några randvillkor på vågfunktionen.
IKS-L5. Kemisk bindning eller reservlab.
IKJ-L3. (Kalorimetri)
Bestämning av bildningsentalpi för magnesiumoxid, klassisk laboration med uppmätande av
temperaturkurvor, bestämning av entalpiändring med vetskap om värmekapacitet samt kombination av
olika delreaktioners ΔH med hjälp av Hess lag för att få ΔH för summareaktionen.
IKJ-L4. (Kinetik)
Oxidation av tartratjoner med väteperoxidlösning. Reaktionen katalyseras av Co2+(aq). Försöket genomförs
vid olika temperaturer och en approximativ aktiveringsenergi bestäms.
Sönderfall av tiosulfatjoner, bestämning av reaktionsordning m.a.p. [S2O32-(aq)] respektive [H+(aq)].
IKJ-L5 och 6. (Syra-bas-I och -II)
• Titreranalys av stark bas med stark syra, med noga ställd HCl-lösning (0.1000 mol/dm3) och NaOHlösning som studenterna själva blandar till, förslagsvis under den föregående laborationen. Gör
baslösningen i en polyetenflaska genom att lösa 4.0 g NaOH i en dm3 vatten.
• Titreranalys av "okänd" tvåprotonig svag syra med nyss ställda OH-(aq)-lösning. Bestämning av syrans
molekylvikt och pKa-värden. Uppskatta även approximativa felgränser i dessa parametrar. Identifiering
av syran ifrån molmassa och syrakonstanter.
9
•
Tillverkning av buffertar med olika pH-värden, samt studier av några olika indikatorers färger vid dessa
pH.
IKJ-L7 och L8. (Elektrokemi-I och -II)
• Elektrokemiska celler, några olika (Ag, Cu, Zn) med beräkningar för såväl cellspänning som de
ingående halvcellernas potentialer.
• Koncentrationsceller, bestämning av komplexbildningskonstanter, löslighetsprodukter samt
kinhydronelektroden för att mäta pH.
• Korrosion och korrosionsskydd.
10