Kierunek i poziom studiów: Chemia, pierwszy Sylabus modułu: Przedmiot obieralny B 0310-CH-S1-028 Nazwa wariantu modułu: Zaawansowana chemia fizyczna

Transkrypt

1 Uniwersytet Śląski w Katowicach str. 1 Kierunek i poziom studiów: Chemia, pierwszy Sylabus modułu: Przedmiot obieralny B 0310-CH-S1-028 Nazwa wariantu modułu: Zaawansowana chemia fizyczna 1. Informacje ogólne koordynator modułu rok akademicki 2014/2015 semestr forma studiów sposób ustalania oceny końcowej modułu dr hab. Marzena Dzida 5 (zimowy) stacjonarne Średnia arytmetyczna z poszczególnych sposobów efektów kształcenia podstawą zaliczenia modułu jest zaliczenie wszystkich 2. Opis dydaktycznych i pracy Wykład prowadzący treści dr hab. Marzena Dzida 0310-CH-S1-028_fs_1 Rząd reakcji, cząsteczkowość reakcji, równanie stechiometryczne. Energia aktywacji. Katalizator. Lepkość prawo Newtona. Zależność lepkości gazów i cieczy od temperatury. Układy koloidalne. Zjawiska powierzchniowe. Definicja napięcia powierzchniowego i napięcia międzyfazowego. Molekularne wyjaśnienie napięcia powierzchniowego. Prężność par nad powierzchnią zakrzywioną. Zjawiska kapilarne. Nadmiar powierzchniowy Gibbsa. Adsorpcja modele Freundlicha i Langmuira. Ciśnienie powierzchniowe. Histereza adsorpcji. Definicja pracy adhezji i pracy kohezji. Właściwości elektryczne substancji: przewodniki i dielektryki. Przenikalność elektryczna. Polaryzacja deformacyjna i orientacyjna. Elektryczny moment dipolowy jako wielkość wektorowa. Moment dipolowy a struktura cząsteczki. Addytywny model Thomsona. Indukowane momenty dipolowe. Tensor polaryzowalności. Objętość polaryzowalnościowa. Równanie Clausiusa-Mosottiego. Wzór Debye a. Dielektryk w zmiennym polu elektrycznym. Zjawiska relaksacyjne. Czas relaksacji. Oddziaływania rezonansowe ładunek (elektron) w przemiennym polu elektrycznym. Związek polaryzowalności z częstością drgań własnych oscylatora. Wzór Lorentza-Lorenza. Refrakcja jako wielkość addytywna i konstytutywna. Momenty elektryczne jako źródło oddziaływań międzycząsteczkowych. Przybliżenie multipolowe. Związek energii oddziaływań z rzędami momentów elektrycznych multipoli. Wpływ rotacji molekuł na zależność energii oddziaływań od odległości między cząsteczkami. Oddziaływania międzycząsteczkowe uniwersalne: oddziaływania van der Waalsa (Keesoma, Debye a i Londona), odpychanie (potencjał Borna-Mayera). Zależność energii oddziaływań od temperatury. Addytywność energii oddziaływań. Potencjały oddziaływań międzycząsteczkowych: potencjał sztywnych kul, prostokątna studnia potencjału, potencjał

2 Uniwersytet Śląski w Katowicach str. 2 metody prowadzenia dydaktycznych (kontaktowych) pracy własnej opis pracy własnej organizacja obowiązkowa uzupełniająca adres strony www Laboratorium prowadzący treści metody prowadzenia Lennarda-Jonesa, potencjał exp-6. Związek siły oddziaływań z ich energią. Rozmiary cząsteczek promienie kowalencyjne i van der Waalsa. Oddziaływania specyficzne. Wiązanie wodorowe: rodzaje wiązań wodorowych, kooperatywność, klasyfikacja ze względu na energię. Siły termodynamiczne (bodźce) i przepływy. Postulat Onsagera. Przepływ ciepła. Dyfuzja I i II prawo Ficka. Jak w opisie modułu Praca ze wskazaną literaturą przedmiotu obejmująca samodzielne przyswojenie wiedzy podanej na wykładzie. 1 godzina (45 minut) w tygodniu w ciągu całego semestru 1. P.W. Atkins, Chemia fizyczna, Wyd. Naukowe PWN, Warszawa, 2007, 2. L. Sobczyk, A. Kisza, K. Gatner, A. Koll, Eksperymentalna chemia fizyczna, PWN, Warszawa, 1982, 3. K. Pigoń, Z. Ruziewicz, Chemia fizyczna, PWN, Warszawa, 2006, 4. Platforma zdalnego nauczania: 1. A. Molski, Wprowadzenie do kinetyki chemicznej, wykłady z chemii fizycznej, WNT, Warszawa, 2001, 2. Praca zbiorowa pod red. A. Bielańskiego, Chemia fizyczna, PWN, Warszawa CH-S1-028_fs_2 Ćwiczenia praktyczne: Struktura cząsteczki a moment dipolowy. Wyznaczanie momentu dipolowego w roztworach. Elektronowe widma absorpcyjne. Punkty termometryczne - wyznaczanie charakterystyki temperaturowej termistora. Struktura warstwy adsorpcyjnej. Wyznaczanie nadmiarowej entalpii swobodnej aktywacji przepływu lepkiego. Odchylenia lepkości od addytywności. Parachora i refrakcja. Prężność pary - wyznaczanie masy cząsteczkowej metodą ebuliometryczną. Wyznaczanie stopnia asocjacji kwasu karboksylowego w rozpuszczalniku organicznym. Energia aktywacji przepływu lepkiego. Iloczyn rozpuszczalności soli trudno rozpuszczalnych - efekty solne. Stałe dysocjacji słabych kwasów. Krytyczne stężenie powstawania miceli. Wyznaczanie masy cząsteczkowej związków wielkocząsteczkowych. Katalityczny rozkład nadtlenku wodoru. Kinetyka reakcji inwersji sacharozy. Stała szybkości jodowania acetonu. Kinetyka reakcji elektroutleniania metanolu. Wyznaczanie stałej szybkości zmydlania estru. jak w opisie modułu

3 Uniwersytet Śląski w Katowicach str. 3 dydaktycznych (kontaktowych) pracy własnej opis pracy własnej organizacja obowiązkowa uzupełniająca adres strony www Konwersatorium prowadzący treści Przygotowanie do ćwiczeń laboratoryjnych oraz sprawdzianów przez samodzielną pracę z literaturą. Przygotowanie sprawozdań z wykonanych ćwiczeń. 8 godzin (po 45 minut) raz na 2 tygodnie prze 12 tygodni; student wykonuje samodzielnie pod kierunkiem prowadzącego 6 ćwiczeń (zajęcia 2-5); pierwsze zajęcia (4 godziny po 45 minut) przeznaczone są na omówienie przepisów BHP, zasad pracy w laboratorium fizykochemicznym, omówienie treści ćwiczeń, prezentacja podstaw obsługi sprzętu i aparatury; ostatnie zajęcia poświęcone są odrabianiu zaległych ćwiczeń. Zajęcia odbywają się w laboratoriach Zakładu Chemii Fizycznej. 1. L. Sobczyk, A. Kisza, K. Gartner, A. Koll, Eksperymentalna chemia fizyczna, PWN, Warszawa P.W. Atkins, Chemia fizyczna, Wyd. Naukowe PWN, Warszawa, 2007, 3. H. Buchowski, W. Ufnalski, Podstawy termodynamiki, wykłady z chemii fizycznej, WNT, Warszawa, 1998, 4. H. Buchowski, W. Ufnalski, Roztwory, wykłady z chemii fizycznej, WNT, Warszawa, 1998, 5. H. Buchowski, W. Ufnalski, Fizykochemia cieczy i gazów, wykłady z chemii fizycznej, WNT, Warszawa, 1998, 6. A. Kisza, Elektrochemia. Jonika I, wykłady z chemii fizycznej, WNT, Warszawa, 2000, 7. A. Kisza, Elektrochemia. Elektrodyka II, wykłady z chemii fizycznej, WNT, Warszawa, 2001, 8. K. Pigoń, Z. Ruziewicz, Chemia fizyczna, Podstawy fenomenologiczne t. I, Wyd. Naukowe PWN SA, Warszawa, 2007, 9. Platforma zdalnego nauczania: 1. J. R. Taylor, Wstęp do analizy błędu pomiarowego, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, CH-S1-028_fs_3 Rząd reakcji, cząsteczkowość reakcji, równanie stechiometryczne. Energia aktywacji. Zjawiska powierzchniowe. Definicja napięcia powierzchniowego i napięcia międzyfazowego. Molekularne wyjaśnienie napięcia powierzchniowego. Prężność par nad powierzchnią zakrzywioną. Zjawiska kapilarne. Nadmiar powierzchniowy Gibbsa. Adsorpcja modele Freundlicha i Langmuira. Ciśnienie powierzchniowe. Histereza adsorpcji. Definicja pracy adhezji i pracy kohezji. Właściwości elektryczne substancji: przewodniki i dielektryki. Przenikalność elektryczna. Polaryzacja deformacyjna i orientacyjna. Elektryczny moment dipolowy jako wielkość wektorowa. Moment dipolowy a struktura cząsteczki. Addytywny model Thomsona. Indukowane momenty dipolowe. Tensor polaryzowalności. Objętość polaryzowalnościowa. Równanie Clausiusa-Mosottiego. Wzór Debye a. Dielektryk w zmiennym polu elektrycznym.

4 Uniwersytet Śląski w Katowicach str. 4 metody prowadzenia dydaktycznych (kontaktowych) pracy własnej opis pracy własnej organizacja obowiązkowa uzupełniająca adres strony www Zjawiska relaksacyjne. Czas relaksacji. Wzór Lorentza-Lorenza. Refrakcja jako wielkość addytywna i konstytutywna. Oddziaływania międzycząsteczkowe uniwersalne i specyficzne. Potencjały oddziaływań międzycząsteczkowych. Związek siły oddziaływań z ich energią. Ćwiczenia rachunkowe z zakresu zagadnień przedstawionych w treściach Praca ze wskazaną literaturą przedmiotu obejmująca samodzielne przyswojenie wiedzy podanej na wykładzie oraz rozwiązywanie wskazanych przez prowadzącego problemów obliczeniowych. 2 godziny (po 45 minut) w tygodniu w ciągu całego semestru 1. P.W. Atkins, C.A. Trapp, M.P. Caddy, C. Giunta, Chemia fizyczna zbiór zadań z rozwiązaniami, Wyd. Naukowe PWN, Warszawa, 2008, 2. P.W. Atkins, Chemia fizyczna, Wyd. Naukowe PWN, Warszawa, 2007, 3. K. Pigoń, Z. Ruziewicz, Chemia fizyczna, PWN, Warszawa, 2006, 1. A. Adamson Zadania z Chemii Fizycznej, PWN 1978, 2. A. Molski, Wprowadzenie do kinetyki chemicznej, wykłady z chemii fizycznej, WNT, Warszawa, Praca zbiorowa pod red. A. Bielańskiego, Chemia fizyczna, PWN, Warszawa 1980 Konsultacje prowadzący treści metody prowadzenia dydaktycznych (kontaktowych) pracy własnej 0310-CH-S1-028_fs_3 Konsultacje bezpośrednie mające na celu pomoc w rozwiązywaniu bieżących trudności wynikających z realizacji treści programowych modułu. Jak w opisie modułu 7,5 0 opis pracy -

5 Uniwersytet Śląski w Katowicach str. 5 własnej organizacja obowiązkowa uzupełniająca adres strony www Indywidualne konsultacje Taka jak dla Wykładu Taka jak dla Wykładu 3. Opis sposobów efektów kształcenia modułu Egzamin (-y) 0310-CH-S1-028_fs_1 dr hab. Marzena Dzida 0310-CH-S1-028_w_1 Na egzaminie obowiązują treści ujęte w opisie dydaktycznych i pracy, przekazane na wykładzie oraz zawarte w literaturze obowiązkowej. Ocena bardzo dobra - student samodzielnie rozwiązuje zagadnienia problemowe wymagające korzystania z wiedzy z różnych działów chemii fizycznej, innych dziedzin chemii oraz fizyki i matematyki, nie popełnia błędów, Ocena dobra plus - student samodzielnie rozwiązuje zagadnienia problemowe wymagające korzystania z wiedzy z różnych działów chemii fizycznej, innych dziedzin chemii oraz fizyki i matematyki, popełnia nieliczne, drugorzędne błędy nie wynikające z braków merytorycznych, Ocena dobra - student wykorzystuje wiedzę do rozwiązywania zagadnień typowych oraz rozwiązuje z pomocą egzaminatora zagadnienia problemowe wymagających korzystania z wiedzy z różnych działów chemii fizycznej, innych dziedzin chemii oraz fizyki i matematyki popełniając nieliczne błędy, Ocena dostateczna plus - student wykorzystuje wiedzę do rozwiązywania zagadnień typowych wymagających korzystania z wiedzy z różnych działów chemii fizycznej, wymagające korzystania z wiedzy z różnych działów chemii fizycznej, innych dziedzin chemii oraz fizyki i matematyki popełniając przy tym błędy, Ocena dostateczna - student rozumie i potrafi wyjaśnić w stopniu podstawowym związki pomiędzy budową molekularną, a właściwościami makroskopowymi materii, z pomocą egzaminatora wykorzystuje wiedzę do rozwiązywania zagadnień typowych wymagających korzystania z wiedzy z różnych działów chemii fizycznej, Ocena niedostateczna - student nie rozumie i nie potrafi wyjaśnić w stopniu podstawowym związków pomiędzy budową molekularną, a właściwościami makroskopowymi materii Egzamin ustny. Student losuje zestaw trzech pytań. W zestawie znajduje się jedno pytanie problemowe, jedno pytanie sprawdzające umiejętność kojarzenia informacji z różnych

6 Uniwersytet Śląski w Katowicach str. 6 Kolokwium pisemne (-y) działów chemii fizycznej niezbędnych do rozwiązywania zagadnień typowych oraz jedno pytanie dotyczące podstawowych związków pomiędzy budową molekularną, a właściwościami makroskopowymi materii. Na przygotowanie ma 15 minut. W tym czasie część odpowiedzi może zamieścić na kartce. Odpowiedź ustna trwa od 15 do 20 minut. Polega na odpowiedzi na wylosowane pytania i dyskusji z egzaminatorem CH-S1-028_fs_2, 0310-CH-S1-028 _fs_ CH-S1-028_w_2 Na sprawdzianie pisemnym obowiązują treści ujęte w opisie oraz umiejętność zastosowania ich w zadaniach rachunkowych. Ocena bardzo dobra - student samodzielnie rozwiązuje zagadnienia problemowe z zakresu chemii fizycznej, wymagające korzystania z wiedzy z innych dziedzin chemii oraz fizyki i matematyki, nie popełnia błędów Ocena dobra plus - student samodzielnie rozwiązuje zagadnienia problemowe z zakresu chemii fizycznej, wymagające korzystania z wiedzy z innych dziedzin chemii oraz fizyki i matematyki, popełnia nieliczne błędy nie wynikające z braków merytorycznych np. pomyłka w obliczeniach, Ocena dobra - student wykorzystuje wiedzę do rozwiązywania zagadnień typowych oraz rozwiązuje zagadnienia problemowe z zakresu chemii fizycznej, wymagające korzystania z wiedzy z innych dziedzin chemii oraz fizyki i matematyki popełniając nieliczne błędy Ocena dostateczna plus - student wykorzystuje wiedzę do rozwiązywania zagadnień typowych z zakresu chemii fizycznej, wymagające korzystania z wiedzy z innych dziedzin chemii oraz fizyki i matematyki popełniając nieliczne błędy oraz rachunkowe, Ocena dostateczna - student rozumie i potrafi wyjaśnić podstawowe pojęcia i prawa fizykochemiczne, rozwiązuje zagadnienia typowe z zakresu chemii fizycznej, popełniając błędy Ocena niedostateczna - student nie rozumie i nie potrafi wyjaśnić podstawowych pojęć i praw fizykochemicznych. Powyższemu opisowi odpowiada następująca skala procentowa: poniżej 55% - ndst 55-69% - dost 70-75% - +dost 76-88% - dobry 89-94% - +dobry 95 bardzo dobry Sprawdzian pisemny. Student otrzymuje zestaw pięciu (konwersatorium) lub 3 (laboratorium) pytań i problemów do rozwiązania. Zestaw zawiera zadania o różnym stopniu trudności, sprawdzające umiejętności rozwiązywania złożonych zagadnień problemowych, zagadnień typowych z chemii fizycznej, zastosowania podstawowych praw i pojęć oraz przedstawienia ich treści. Odpowiedź pisemna trwa 90 minut w przypadku konwersatorium oraz około 20 minut w przypadku laboratorium i polega na odpowiedzi na pytania oraz rozwiązaniu wszystkich zawartych w zestawie zadań.

7 Uniwersytet Śląski w Katowicach str. 7 Odpowiedź ustna (-y) Sprawozdanie (-y) 0310-CH-S1-028_fs_ CH-S1-028_w_3 Na sprawdzianach ustnych obowiązują treści ujęte w zagadnieniach do działu oraz do konkretnego ćwiczenia. Ocena bardzo dobra student samodzielnie opisuje zjawiska fizykochemiczne, rozwiązuje zagadnienia problemowe z zakresu chemii fizycznej, wymagające korzystania z wiedzy z innych dziedzin chemii oraz fizyki i matematyki, nie popełnia błędów, Ocena dobra plus - student samodzielnie opisuje zjawiska fizykochemiczne, rozwiązuje zagadnienia problemowe z zakresu chemii fizycznej, wymagające korzystania z wiedzy z innych dziedzin chemii oraz fizyki i matematyki, popełnia nieliczne, drugorzędne błędy nie wynikające z braków merytorycznych Ocena dobra - student wykorzystuje wiedzę do rozwiązywania zagadnień typowych oraz rozwiązuje z pomocą prowadzącego zagadnienia problemowe z zakresu chemii fizycznej, wymagające korzystania z wiedzy z innych dziedzin chemii oraz fizyki i matematyki popełniając nieliczne błędy, Ocena dostateczna plus - student wykorzystuje wiedzę do rozwiązywania zagadnień typowych z zakresu chemii fizycznej, wymagające korzystania z wiedzy z innych dziedzin chemii oraz fizyki i matematyki popełniając przy tym błędy, Ocena dostateczna - student rozumie i potrafi wyjaśnić podstawowe pojęcia i prawa fizykochemiczne, z pomocą prowadzącego wykorzystuje wiedzę do rozwiązywania zagadnień typowych z zakresu chemii fizycznej, Ocena niedostateczna- student nie rozumie i nie potrafi wyjaśnić podstawowych pojęć i praw fizykochemicznych. Student otrzymuje zestaw 3 pytań/problemów do rozwiązania. Odpowiedź ustna trwa od 15 do 20 minut i polega na odpowiedzi na pytania oraz dyskusji z prowadzącym. Dodatkowo przed każdym ćwiczeniem odbywa się krótkie kolokwium - czas trwania ok. 5 minut, podczas którego student otrzymuje 2 pytania dotyczące praktycznych i teoretycznych aspektów wykonania ćwiczenia CH-S1-028_fs_ CH-S1-028_w_4 Sprawozdanie pisemne z wykonanego ćwiczenia student sporządza w oparciu o wytyczne w instrukcji ćwiczenia z pomocą podanej literatury przedmiotu. Sprawozdanie powinno zawierać następujące elementy: wstęp teoretyczny związany z realizowanym zagadnieniami, opis metodyki oraz sposobu postępowania podczas pomiarów, opracowanie wyników pomiarów ich analizę, rachunek błędów oraz analizę statystyczną, porównanie z literaturą oraz dyskusję wyników i wnioski.

8 Uniwersytet Śląski w Katowicach str. 8 Ocenianie ciągłe (-y) Ocena bardzo dobra - samodzielnie wykonane sprawozdanie zawiera wszystkie konieczne elementy. Student samodzielnie opisuje zjawiska fizykochemiczne, korzysta swobodnie z wiedzy z innych dziedzin chemii oraz fizyki, matematyki i rachunku błędów, potrafi wskazać źródła rozbieżności i błędów; sprawozdanie nie zawiera błędów, jest wykonane bardzo starannie od strony edytorskiej, Ocena dobra plus - samodzielnie wykonane sprawozdanie zawiera wszystkie konieczne elementy. Student samodzielnie opisuje zjawiska fizykochemiczne, korzysta swobodnie z wiedzy z innych dziedzin chemii oraz fizyki, matematyki i rachunku błędów, potrafi wskazać źródła rozbieżności i błędów; sprawozdanie zawiera nieliczne błędy edytorskie, Ocena dobra - samodzielnie wykonane sprawozdanie zawiera wszystkie konieczne elementy. Student opisuje zjawiska fizykochemiczne, korzysta z wiedzy z innych dziedzin chemii oraz fizyki, matematyki i rachunku błędów, potrafi wskazać źródła rozbieżności i błędów; sprawozdanie zawiera nieliczne błędy, Ocena dostateczna plus - sprawozdanie zawiera wszystkie konieczne elementy. Student opisuje zjawiska fizykochemiczne z pomocą prowadzącego, po konsultacjach wykorzystuje również wiedzę z innych dziedzin chemii oraz fizyki, matematyki i rachunku błędów, potrafi wskazać źródła rozbieżności i błędów; sprawozdanie zawiera błędy, które zostają wyeliminowane po konsultacjach z prowadzącym, Ocena dostateczna - sprawozdanie zawiera wszystkie konieczne elementy. Student opisuje zjawiska fizykochemiczne z pomocą prowadzącego, po konsultacjach wykorzystuje również wiedzę z innych dziedzin chemii oraz fizyki, matematyki i rachunku błędów; sprawozdanie zawiera błędy, które zostają wyeliminowane po konsultacjach z prowadzącym, Ocena niedostateczna- sprawozdanie nie jest kompletne, student nie rozumie i nie potrafi przeprowadzić podstawowych obliczeń fizykochemicznych. Student składa sprawozdanie pisemne prowadzącemu laboratorium w terminie do 2 tygodni od dnia wykonania ćwiczenia. Prowadzący do dwóch tygodni informuje o jego zaliczeniu bądź konieczności poprawy. Student składa poprawione sprawozdanie w terminie jednego tygodnia. Student ma możliwość dwukrotnej poprawy. Po dwukrotnym zwrocie sprawozdania, student zobowiązany jest do ponownego wykonania ćwiczenia CH-S1-028_fs_ CH-S1-028_w_5 Przygotowanie do ćwiczenia w oparciu o instrukcję, przygotowanie stanowiska do pomiaru, wykonanie ćwiczenia, prawidłowy zapis otrzymanych wyników w karcie pomiarowej, zakończenie ćwiczenia, współpraca z innymi mi w grupie w celu zapewnienia bezpieczeństwa w laboratorium fizykochemicznym, rozwiązywanie problemów pojawiających się w trakcie pracy eksperymentalnej. Ocena bardzo dobra student samodzielnie wykonuje ćwiczenie konsultując się z prowadzącym tylko w momentach istotnych dla poprawnego przebiegu ćwiczenia; zna i rozumie realizowane zagadnienie, działanie aparatury, metodykę pomiaru. Prawidłowo planuje i wykonuje eksperyment, na bieżąco ocenia zgodność otrzymanych wyników z intuicją. Ocena dobra - student wykonuje ćwiczenie konsultując się z prowadzącym w miarę

9 Uniwersytet Śląski w Katowicach str. 9 potrzeby. Zna i rozumie realizowane zagadnienie, działanie aparatury, metodykę pomiaru. W miarę prawidłowo planuje i wykonuje eksperyment, na bieżąco ocenia zgodność otrzymanych wyników z intuicją po konsultacji z prowadzącym, Ocena dostateczna - student wykonuje ćwiczenie po konsultacjach z prowadzącym. Rozumie realizowane zagadnienie, działanie aparatury, metodykę pomiaru. W miarę prawidłowo planuje i wykonuje eksperyment, na bieżąco ocenia zgodność otrzymanych wyników z intuicją po konsultacji z prowadzącym., Ocena niedostateczna - student nie jest w stanie prawidłowo wykonać ćwiczenia nawet po konsultacji z prowadzącym. W czasie trwania ćwiczeń laboratoryjnych prowadzący sprawdza pracę pod kątem wymagań merytorycznych dotyczących oceniania ciągłego.