Chemia. Studia. II stopnia

Transkrypt

1 Chemia Studia II stopnia Spis treści: 1. Sylabusy z załącznikami Moduły kierunkowe Moduły specjalnościowe: chemia organiczna i stosowana Moduły specjalnościowe: Podstawy fizykochemicznych metod analitycznych Przedmioty magisterskie dyplomowe Standardy pracy magisterskiej i zasady odbywania egzaminu dyplomowego 114

2 Moduły kierunkowe 2

3 Sylabus przedmiotu / modułu kształcenia Nazwa przedmiotu/modułu kształcenia: Chemia teoretyczna Nazwa w języku angielskim: Theoretical chemistry Język wykładowy: polski Kierunek studiów, dla którego przedmiot jest oferowany: chemia Jednostka realizująca: Instytut Chemii, Katedra Chemii Fizycznej Rodzaj przedmiotu/modułu kształcenia (obowiązkowy/fakultatywny): Poziom modułu kształcenia (np. pierwszego lub drugiego stopnia): obowiązkowy drugiego stopnia Rok studiów: Semestr: pierwszy pierwszy Liczba punktów ECTS: 7 Imię i nazwisko koordynatora przedmiotu: Barbara Pezler Symbol efektu W01 W02 W03 Efekty kształcenia WIEDZA Zna podstawowe metody ab-initio i półempiryczne stosowane w obliczeniach kwantowomechanicznych. Posiada wiedzę n/t sposobu rozwiązywania równania Schrodingera dla układów periodycznych, oraz makromolekuł i oddziaływań. Rozumie mechanizmy funkcjonowania mikroświata i ich związki ze zjawiskami przebiegającymi w skali makro. Symbol efektu kierunkowego K_W03, K_W11 K_W03, K_W010 K_W01, K_W05, K_W10 W04 Wie na czym polega modelowanie molekularne K_W03, K_W11 U01 U02 U03 UMIEJĘTNOŚCI Potrafi stworzyć model obliczeniowy dla danego układu, określając jego geometrię, bazę funkcyjną oraz metodę obliczeniową. Umie dokonywać obliczeń parametrów termodynamicznych w określonym zespole statystycznym Umie przewidywać właściwości oraz zachowanie się związków chemicznych w różnych stanach skupienia. K_U03, K_U11 K_U11 K_U05, K_U18 U04 Umie stosować teorię grup w chemii kwantowej i spektroskopii K_U18 K01 K02 K03 Forma i typy zajęć: KOMPETENCJE SPOŁECZNE Zna ograniczenia własnej wiedzy i rozumie potrzebę dalszego jej pogłębiania w ramach samokształcenia Rozumie potrzebę popularnego przedstawiania laikom wybranych osiągnięć nowoczesnej chemii Potrafi samodzielnie wyszukiwać informacje w literaturze, także w językach obcych Wymagania wstępne i dodatkowe: wykłady (45 godz.), ćwiczenia (30 godz.) K_K01 K_K05 K_K06 Zaliczenie kursów: Matematyka, Fizyka, Chemia kwantowa, Podstawy spektroskopii, Chemia fizyczna realizowanych zgodnie ze standardami Treści modułu kształcenia: 3

4 1. Podstawy teoretyczne metod ab initio i półempirycznych: metoda Hartree-Focka (HF), metoda pola samouzgodnionego (SCF), bazy funkcyjne, warianty RHF i UHF. 2. Korelacja elektronów: granice dokładności przybliżenia jednoelektrodowego, korelacja statyczna i dynamiczna, energia korelacji. 3. Mieszanie konfiguracji (CI), konfiguracja stanu podstawowego, konfiguracje wzbudzone, twierdzenie Brillouina 4. Metody wychodzące poza przybliżenie jednoelektrodowe: perturbacyjna metoda Møllera-Plesseta (MP), poprawki MPn, metoda wiązań walencyjnych (VB), metoda sprzężonych klasterów (CC). 5. Teoria funkcjonału gęstości elektronowej (DFT): twierdzenie Hohenberga-Kohna, potencjał i energia wymiennokorelacyjna, 6. Oddziaływania międzycząsteczkowe na gruncie chemii kwantowej: energia oddziaływania, energia wiązania, energia dysocjacji, energia elektrostatyczna, indukcyjna i dyspersyjna 7. Oddziaływania niespecyficzne i specyficzne, oddziaływania elektrostatyczne i odpychania walencyjnego, oddziaływania koordynacyjne elektrono-donorowo-akceptorowe, wiązania wodorowe. 8. Kwantowo-mechaniczny opis układów o symetrii translacyjnej: funkcje Blocha, struktura pasmowa; izolatory, półprzewodniki, metale. 9. Mechanika oraz dynamika molekularna określanie struktury oraz zmian konformacyjnych makrocząsteczek, pola siłowe, drgania normalne, energia drgań zerowych, termalizacja 10 Termodynamika statystyczna: rozkłady w statystyce klasycznej i kwantowej, pierwsza i druga zasada termodynamiki, entropia, funkcje termodynamiczne 11 Termodynamika statystyczna w opisie zachowania układów gazowych i krystalicznych: własności termodynamiczne gazu doskonałego, gazy niedoskonałe, teoria Debye a ciepła właściwego ciał stałych, potencjał chemiczny, reakcje chemiczne, prawo działania mas, trzecia zasada termodynamiki. 12. Termodynamika i kinetyka reakcji chemicznych na gruncie chemii kwantowej: hiperpowierzchnia energii potencjalnej, trajektoria największego spadku, hamiltonian drogi reakcji, etapy reakcji 13. Przewidywanie charakterystyk widmowych metodami mechaniki kwantowej: widma rotacyjne i oscylacyjne w ujęciu mechaniki kwantowej, widma ramanowskie, widma elektronowe. 14. Zastosowania teorii grup w chemii kwantowej: klasy elementów grupy, reprezentacje grupy, charaktery reprezentacji, baza reprezentacji, rozkład funkcji na funkcje, bazy reprezentacji nieprzywiedlnych 15. Zastosowania teorii grup w spektroskopii molekularnej: reguły wyboru dla przejść elektronowych, reguły wyboru w widmach w podczerwieni i Ramana Literatura podstawowa: 1. L. Piela, Idee chemii kwantowej, PWN, Warszawa, K. Gumiński, P. Petelenz, Elementy chemii teoretycznej, PWN, Warszawa R. F. Nalewajski, Podstawy i metody chemii kwantowej: wykłady. PWN, Warszawa A. Gołębiewski, Elementy mechaniki i chemii kwantowej, PWN, Warszawa, 1982 i wydania późniejsze. 5. H. Buchowski, Elementy termodynamiki statystycznej, WNT, Warszawa 1998 Literatura dodatkowa: 1. L.D. Landau, J.M. Lifszyc, Mechanika kwantowa. Teoria nierelatywistyczna, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa H. Haken, H.Ch. Wolf, Atomy i kwanty. Wprowadzenie do współczesnej spektroskopii atomowej, PWN, Warszawa, H. Haken, H.Ch. Wolf, Fizyka molekularna z elementami chemii kwantowej, PWN, Warszawa 1998 Planowane formy/działania/metody dydaktyczne: wykład tradycyjny wspomagany technikami multimedialnymi, ćwiczenia rachunkowe Sposoby weryfikacji efektów kształcenia osiąganych przez studenta: Efekty kształcenia U01-U04 będą sprawdzane na kolokwium. Efekty W01-W04 będą sprawdzane na egzaminie. Forma i warunki zaliczenia: Zaliczenie ćwiczeń - kolokwium 25 pkt (6-8 zadań) Egzamin pisemny: 5 pytań otwartych po 5 pkt. Łącznie 25 pkt (0-50%) 2; (51-60%) 3; (61-70%) 3.5; (71-80%) 4; (81-90%) 4.5; (91-100%) 5. 4

5 Bilans punktów ECTS: Aktywność udział w wykładach udział w ćwiczeniach udział w konsultacjach samodzielne przygotowanie się do ćwiczeń samodzielne przygotowanie się do kolokwiów przygotowanie się i udział w egzaminie sumaryczne obciążenie pracą studenta Punkty ECTS za przedmiot Obciążenie studenta 45 godz. 30 godz. 5 godz. 15 godz. 20 godz. 35 godz. 150 godz. 6 ECTS Załącznik do Sylabusa: Chemia Teoretyczna Przykładowe pytania i zadania sprawdzające zakładane efekty kształcenia WIEDZA Przykładowe pytania W01 Student Zna podstawowe metody ab-initio i półempiryczne stosowane w obliczeniach kwantowomechanicznych egzamin Jakie metody obliczeniowe i w jaki sposób pozwalają uwzględnić korelację elektronów? Jakie przybliżenia stosuje się w metodach półempirycznych? Czym jest korelacja elektronowa? Dlaczego HF nie uwzględnia korelacji? W02 Student Posiada wiedzę n/t sposobu rozwiązywania równania Schrodingera dla układów periodycznych, oraz makromolekuł i oddziaływań. egzamin W03 Student Rozumie mechanizmy funkcjonowania mikroświata i ich związki ze zjawiskami przebiegającymi w skali makro. egzamin W04 Student Wie na czym polega modelowanie molekularne egzamin W jaki sposób w oddziaływaniach międzymolekularnych przejawia się korelacja elektronów? Jak powstaje wiązanie wodorowe? Jakie oddziaływania mają udział w tworzeniu wiązania wodorowego? Zdefiniuj kryształ idealny, sieć prostą, pierwszą strefę Brillouina. Czym jest przestrzeń fazowa, stan mikro, stan makro? W jakich sytuacjach stosuje się rozkłady Boltzmanna i Maxwella? Czym jest prawdopodobieństwo termodynamiczne? Jaki ma związek z entropią? Jakie parametry termodynamiczne i potencjały charakteryzują zespół kanoniczny? Scharakteryzuj metodę mechaniki molekularnej. Podaj zastosowania tej metody oraz jej zalety i wady. Czym jest baza funkcyjna? Jakie są rodzaje baz funkcyjnych i typy funkcji bazowych? Omów postać i własności wyznacznika Slatera UMIEJĘTNOŚCI U01 Student Potrafi stworzyć model obliczeniowy dla Utwórz wyznacznik Slatera dla kationu B + wykorzystując bazę minimalną. Podaj wyrażenia na orbitale wodoropodobne oraz orbitale Slatera dla 5

6 danego układu, określając jego geometrię, bazę funkcyjną oraz metodę obliczeniową. atomów: Be, B, N. Utwórz macierz współrzędnych względnych (Z-matrix) dla cząsteczki gliceryny. kolokwium U02 Student Umie dokonywać obliczeń parametrów termodynamicznych w określonym zespole statystycznym kolokwium U03 Student Umie przewidywać właściwości oraz zachowanie się związków chemicznych w różnych stanach skupienia. kolokwium Układ może znajdować się w 6 stanach o energiach: 0,,,, 2, 2. Oblicz średnią energię układu w temperaturze T. Oblicz średnią prędkość cząsteczek tlenu w temperaturze 100ºC. W jakiej temp. osiągną taką prędkość cząsteczki wodoru? Układ składa się z trzech fermionów. Każdy fermion może przebywać w jednym z pięciu stanów kwantowych o energiach: 1, 2, 3, 4, 5. Wypisz wszystkie mikrostany {n 1,n 2,n 3,n 4,n 5 } układu oraz wyznacz sumę statystyczną Z. Znajdź energię -elektronową oraz energię delokalizacji dla rodnika allilowego. Przedstaw teorię pasmową przewodników, półprzewodników, izolatorów. Na czym polega kondensacja Bosego-Einsteina? U04 Student Umie stosować teorię grup w chemii kwantowej i spektroskopii kolokwium Określ reprezentację redukowalną, której bazę stanowią wektory przedstawiające wiązania sigma w cząsteczce SO 3 grupa punktowa D 3h oraz typ hybrydyzacji orbitali siarki w tej cząsteczce. Stosując teorię grup rozważ, które drgania cząsteczki wody są aktywne w IR, a które w spektroskopii Ramana. KOMPETENCJE SPOŁECZNE K01 Student Zna ograniczenia własnej wiedzy i rozumie potrzebę samodzielnego kształcenia. egzamin K02 Student Rozumie potrzebę popularnego przedstawiania laikom wybranych osiągnięć nowoczesnej chemii egzamin K03 Student Potrafi samodzielnie wyszukiwać informacje w literaturze, także w językach obcych egzamin Jakie błędy związane są ze stosowaniem metody Hartree-Focka? Na czym polega przybliżenie jednoelektronowe. Kiedy jest stosowane? Jakie są konsekwencje stosowania PJ? Jaką postać ma operator opisujący oddziaływania międzycząsteczkowe? Na czym polega rozwinięcie multipolowe? Na czym polega oddziaływanie dwóch niepolarnych cząsteczek? Scharakteryzuj momenty multipolowe cząsteczki: azotu, chlorowodoru, dwutlenku węgla, wody. Na czym polega statystyczny opis układu (np. gazu)? Rozwiń i wyjaśnij skrót: LCAO MO Zinterpretuj poniższy cytat In so far as quantum mechanics is correct, chemical questions are problems in applied mathematics.(eyring, Walter, & Kimball, 1944) 6

7 Sylabus przedmiotu / modułu kształcenia Nazwa przedmiotu/modułu kształcenia: Analiza Instrumentalna I Nazwa w języku angielskim: Instrumental analysis I Język wykładowy: polski Kierunek studiów, dla którego przedmiot jest oferowany: chemia Jednostka realizująca: Instytut Chemii Zakład Chemii Analitycznej Rodzaj przedmiotu/modułu kształcenia (obowiązkowy/fakultatywny): Poziom modułu kształcenia (np. pierwszego lub drugiego stopnia): obowiązkowy drugiego stopnia Rok studiów: Semestr: pierwszy/drugi drugi/trzeci Liczba punktów ECTS: 7 Imię i nazwisko koordynatora przedmiotu: Bronisław K. Głód Symbol efektu AI1_W01 AI1_W02 AI1_W03 AI1_W04 AI1_W05 AI1_U01 AI1_U02 AI1_U03 AI1_U04 AI1_U05 Efekty kształcenia WIEDZA Student zna i rozumie podstawy analizy instrumentalnej oraz metod przygotowania próbki (jej reprezentatywność, ekstrakcja, krystalizacja, odparowanie, filtracja, elektrofiltracja, destylacja, mineralizacja próbek roślinnych i zwierzęcych, ekstrakcja do ciała stałego, chromatografia, przygotowanie próbek biologicznych, ultrawirowanie, liofilizacja). Zna i rozumie podstawowe techniki pomiarów analitycznych, etapy oznaczenia, walidacji metody, kalibracji instrumentu, zastosowanie standardów, statystyczną ocenę wyników, porównawcze oznaczenia przy pomocy kilka metod instrumentalnych, analizę niepewności, błędy pomiarów, rozkłady i ich kwantyle, znaczenie badań międzylaboratoryjnych, materiałów referencyjnych, akredytacji laboratoriów, pojęcia kalibracji, korelacji, regresji liniowej, naboru i obróbki danych, filtracji oraz wygładzania. Zna i rozumie podstawowe prawa fizyczne i elektroanalityczne metody badań (woltamperometryczne, potencjometryczne, kulometryczne, konduktometryczne, polarografii prądu stałego i zmiennego oraz elektroforetyczne. Zna i rozumie podstawowe prawa fizyczne i zastosowania chromatografii i technik pokrewnych (chromatografia gazowa i cieczowa, wysokosprawna chromatografia cieczowa, chromatografia jonowa, chromatografia nadkrytyczna, elektroforeza, techniki łączone). Zna i rozumie podstawy metod radiometrycznych, termoanalizy, analizy technicznej, w przepływie, mikroskopii, metod optycznych. UMIEJĘTNOŚCI Potrafi wykorzystać wyniki pomiarów w jakościowej i ilościowej analizie chemicznej. Potrafi wykorzystać wyniki pomiarów w badaniach fizykochemicznych badanych układów. Potrafi w sposób zrozumiały przedstawić podstawowe prawa fizyczne wiążące się bezpośrednio z procesem chromatograficznym. Potrafi w sposób zrozumiały przedstawić podstawowe prawa fizyczne wiążące się bezpośrednio z procesem elektrochemicznym i podwójną warstwą elektryczną. Potrafi wykonać podstawowe obliczenia chemiczne i statystyczne oceny niepewności pomiarów. Symbol efektu kierunkowego K_W01 K_W02 K_W04 K_W05 K_W06 K_W07 K_W10 K_W13 K_W01 K_W08 KW_01 K_W08 K_W01 K_W08 K_U01 K_U02 K_U05 K_U06 K_U01 K_U02 K_U10 K_U12 K_U08 K_U10 K_U12 K_U19 K_U17 K_U20 K_U21 7

8 AI1_K01 AI1_K02 Forma i typy zajęć: KOMPETENCJE SPOŁECZNE Zna ograniczenia własnej wiedzy i rozumie potrzebę dalszego kształcenia. Potrafi formułować opinie na temat podstawowych zagadnień współczesnej chemii analitycznej. wykład (30 godz.), laboratorium (45 godz.) K_K01, K_K02 K_K05, K_K07 Wymagania wstępne i dodatkowe: Znajomość podstaw chemii ogólnej, fizyki, chemii fizycznej, analizy jakościowej i ilościowej w zakresach przyjętych w standardach kształcenia dla tych przedmiotów. Treści modułu kształcenia: 1. Podstawy i historia analizy instrumentalnej, 2. Metody przygotowania próbki (jej reprezentatywność), ekstrakcja, krystalizacja, odparowanie, filtracja, elektrofiltracja, destylacja, 3. Mineralizacja próbek roślinnych i zwierzęcych, 4. Ekstrakcja do ciała stałego, chromatografia, 5. Przygotowanie próbek biologicznych, ultrawirowanie, liofilizacja, 6. Etapy oznaczenia, walidacja metody, kalibracja instrumentu, zastosowanie standardów, statystyczna ocena wyników, porównawcze oznaczenia przy pomocy kilka metod instrumentalnych, 7. Analiza niepewności, błędy pomiarów, 8. Rozkłady i ich kwantyle, 9. Badania międzylaboratoryjne, materiały referencyjne, akredytacja laboratoriów, 10. Kalibracja, korelacja, regresja liniowa, 11. Nabór i obróbka danych, filtracja, wygładzanie, 12. Metody optyczne (refraktometria, interferometria, polarymetria, elipsometria, nefelometria, turbidometria, 14. Elektrochemiczne metody: prawa fizyczne, metody woltamperometryczne, potencjometria, kulometria, konduktometria, polarografia prądu stałego i zmiennego, elektrody jonoselektywne i elektroforeza, 15. Metody chromatograficzne: prawa fizyczne, chromatografia gazowa i cieczowa, wysokosprawna chromatografia cieczowa, chromatografia jonowa, chromatografia nadkrytyczna i techniki łączone, 16. Inne metody: radiometryczna, termoanaliza, analiza automatyczna i czujniki analityczne (sensory), 17. Analiza techniczna, w przepływie, mikroskopia. Literatura podstawowa: 1. D. Kealey, P.J. Haines, Chemia analityczna, PWN, W-wa 2005; 2. R. Kocjan, Chemia analityczna I, PZWL, W-wa 2004; 3. A. Hulanicki, Współczesna chemia analityczna. Wybrane zagadnienia, PWN, W-wa 2001; 4. Z. Szmal, T Lipiec, Chemia analityczna z elementami analizy instrumentalnej; Podręcznik dla studentów farmacji, PZWL, W-wa Z. Kęcki, Podstawy spektroskopii molekularnej, PWN, A. Cyganski, Podstawy metod elektroanalitycznych, WNT, Literatura dodatkowa: 1. W. Szczepaniak, Metody instrumentalne w analizie chemicznej, PWN, Warszawa, Z. Witkiewicz, Podstawy chromatografii, WNT, Warszawa, A. Cygański, Metody spektroskopowe w chemii analitycznej, WNT, Warszawa, G. W. Ewing, Metody instrumentalne w analizie chemicznej, PWN, Warszawa Z. Minczewski, Z. Marczenko, Analiza instrumentalna, PWN, Warszawa, B.K. Głód, P. Piszcz, Wysokosprawna chromatografia cieczowa: Podstawy teoretyczne, Wydawnictwo Akademii Podlaskiej, Siedlce 2007, wydanie drugie Siedlce Planowane formy/działania/metody dydaktyczne: Wspomagany technikami multimedialnymi wykład, słowna metoda problemowa, dyskusja, eksperyment laboratoryjny, obliczenia chemiczne. Sposoby weryfikacji efektów kształcenia osiąganych przez studenta: Efekty AI1_W01 AI1_W05, AI1_K01 oraz AI1_K02 sprawdzane będą podczas kolokwiów wejściowych oraz działowych w trakcie ćwiczeń laboratoryjnych. Całość efektów kształcenia będzie sprawdzana na końcowym kolokwium pisemnym zaliczającym przedmiot. 8

9 Forma i warunki zaliczenia: Warunki uzyskania zaliczenia przedmiotu: Warunkiem zaliczenia Laboratorium z Analizy Instrumentalnej I jest: 1. Zaliczenie kolokwiów wejściowych związanych z każdym ćwiczeniem, 2. Wykonanie wszystkich ćwiczeń przewidzianych programem Laboratorium, 3. Zaliczenie sprawozdań z wszystkich ćwiczeń, 4. Zaliczenie kolokwiów działowych z treści przedmiotowych Laboratorium. Zaliczenie Laboratorium jest warunkiem koniecznym umożliwiającym przystąpienie do końcowego kolokwium z treści wykładowych przedmiotu. W przypadku niezaliczenia jednego (lub obu) kolokwiów działowych przewidziane jest, bezpośrednio przed sesją letnią, jednorazowe kolokwium poprawkowe uwzględniająca całość treści programowych związanych z Laboratorium. Dwa kolejne kolokwia poprawkowe będą miały miejsce w trakcie sesji egzaminacyjnej, odpowiednio przed pierwszym i drugim terminem kolokwium zaliczającego całość przedmiotu. Obejmujący treści wykładowe pisemne kolokwium końcowe z przedmiotu (10 pytań punktowanych po 1 punkcie każde) będzie oceniane zgodnie z poniższą Tabelą: Przedział punktacji/ocena: <5 ndst, > 5 dost, > 6 dost+, >7 db, > 8 db+, >9 bdb Bilans punktów ECTS: Aktywność Obciążenie studenta Udział w ćwiczeniach laboratoryjnych Udział w wykładach Samodzielne przygotowanie się do ćwiczeń laboratoryjnych + opracowanie sprawozdań z wykonanych ćwiczeń Samodzielne przygotowanie się do kolokwiów działowych związanych z treściami laboratoryjnymi Przygotowanie się do egzaminu końcowego Sumaryczne obciążenie pracą studenta 45 godz. 30 godz. 25 godz. 30 godz. 45 godz. 175 godz. Punkty ECTS za przedmiot 7 Załącznik do Sylabusa: AI1_W01 Student zna i rozumie podstawy analizy instrumentalnej oraz metod przygotowania próbki (jej reprezentatywność, ekstrakcja, krystalizacja, odparowanie, filtracja, elektrofiltracja, destylacja, mineralizacja próbek roślinnych i zwierzęcych, ekstrakcja do ciała stałego, chromatografia, przygotowanie próbek biologicznych, ultrawirowanie, liofilizacja). 1. Wymień najważniejsze cele przygotowania próbki. 2. Czym się różnią mikrofale od ultradźwięków oraz wspomaganie przez nie procesu ekstrakcji. AI1_W02 Zna i rozumie podstawowe techniki pomiarów analitycznych, etapy oznaczenia, walidacji metody, kalibracji instrumentu, zastosowanie standardów, statystyczną ocenę wyników, porównawcze oznaczenia przy pomocy kilka metod instrumentalnych, analizę niepewności, błędy pomiarów, rozkłady i ich kwantyle, znaczenie badań międzylaboratoryjnych, materiałów referencyjnych, akredytacji laboratoriów, pojęcia kalibracji, korelacji, regresji liniowej, naboru i obróbki danych, filtracji oraz wygładzania. 1. Proszę omówić istotę analizy specjacyjnej. 2. Wyjaśnij różnicę między błędem, a niepewnością pomiaru. AI1_W03 Zna i rozumie podstawowe prawa fizyczne i elektroanalityczne metody badań (woltamperometryczne, potencjometryczne, kulometryczne, konduktometryczne, polarografii prądu stałego i zmiennego oraz elektroforetyczne. 1. Co to jest elektroda redoks? 2. Jak wpływa ph na retencję kwasów tłuszczowych rozdzielanych za pomocą elektroforezy kapilarnej? AI1_W04 9

10 Zna i rozumie podstawowe prawa fizyczne i zastosowania chromatografii i technik pokrewnych (chromatografia gazowa i cieczowa, wysokosprawna chromatografia cieczowa, chromatografia jonowa, chromatografia nadkrytyczna, elektroforeza, techniki łączone). 1. Przedyskutuj czym różnią się pomiary (wielkość sygnału, czułość itp.) woltametryczne od detekcji elektrochemicznej w HPLC. 2. Omów jak wpływa temperatura na sprawność rozdzielania w elektroforezie kapilarnej. AI1_W05 Zna i rozumie podstawy metod radiometrycznych, termoanalizy, analizy technicznej, w przepływie, mikroskopii, metod optycznych. 1. Proszę omówić kiedy stosuje się jonizację elektronami (EI), a kiedy jonizację za pomocą elektrorozpylania (ESI) w spektrometrii mas. 2. Proszę wyjaśnić podstawowe różnice między spektroskopią atomową a cząsteczkową. AI1_U01 Potrafi wykorzystać wyniki pomiarów w jakościowej i ilościowej analizie chemicznej. 1. Proszę wyjaśnić różnicę między czułością a progiem wykrywalności. 2. Proszę omówić analizę ilościową za pomocą krzywej kalibracyjnej oraz wzorca wewnętrznego i zewnętrznego. AI1_U02 Potrafi wykorzystać wyniki pomiarów w badaniach fizykochemicznych badanych układów. 1. Proszę omówić możliwość zastosowania HPLC do oznaczania stałych kompleksowania przez cyklodekstryny. 2. Omów kiedy izoterma van t Hoffa jest nieliniowa. AI1_U03 Potrafi w sposób zrozumiały przedstawić podstawowe prawa fizyczne wiążące się bezpośrednio z procesem chromatograficznym. 1. Czym różni się adsorpcja od hydrofobowej adsorpcji? 2. Podaj równania van Deemtera i Purnella oraz warunki przy jakich zostały one wyprowadzone. AI1_U04 Potrafi w sposób zrozumiały przedstawić podstawowe prawa fizyczne wiążące się bezpośrednio z procesem elektrochemicznym i podwójną warstwą elektryczną. 1. Podaj kryteria odwracalności procesu elektrodowego. 2. Spadek potencjału na elektrodzie węglowej, zanurzonej w 100 mm buforze fosforanowym ph 7, wynosi 1 V. Jakiego rzędu wielkości jest natężenie pola elektrycznego w obrębie warstwy sztywnej [V/cm]? AI1_U05 Potrafi wykonać podstawowe obliczenia chemiczne i statystyczne oceny niepewności pomiarów. 1. Krótko opisz metody typu A i B szacowania niepewności. 2. Co opisuje współczynnik rozszerzenia niepewności pomiarowej? AI1_K01 Zna ograniczenia własnej wiedzy i rozumie potrzebę dalszego kształcenia. 1. Proszę opisać i porównać główne zalety i ograniczenia ekstrakcji oraz chromatografii płynowej. AI1_K02 Potrafi formułować opinie na temat podstawowych zagadnień współczesnej chemii analitycznej. 1. Porównaj, pod względem użytkowym, chromatografię gazową z cieczową uwzględniając kolejność przyczynowo-skutkową. 2. Proszę wyjaśnić różnice między chromatografią jonową, jonowymienną i jonowykluczającą. 10

11 Sylabus przedmiotu / modułu kształcenia Nazwa przedmiotu/modułu kształcenia: Analiza instrumentalna II Nazwa w języku angielskim: Instrumental analysis II Język wykładowy: polski Kierunek studiów, dla którego przedmiot jest oferowany: chemia Jednostka realizująca: Instytut Chemii Katedra Chemii Nieorganicznej Rodzaj przedmiotu/modułu kształcenia (obowiązkowy/fakultatywny): Poziom modułu kształcenia (np. pierwszego lub drugiego stopnia): obowiązkowy drugiego stopnia Rok studiów: Semestr: drugi pierwszy Liczba punktów ECTS: 5 Imię i nazwisko koordynatora przedmiotu: Prof. dr hab. Andrzej Kapturkiewicz Symbol efektu AI2_W01 AI2_W02 AI2_W03 AI2_W04 AI2_W05 AI2_U01 AI2_U02 AI2_U03 AI2_U04 AI2_U05 Efekty kształcenia WIEDZA Student zna i rozumie naturę i podstawowe własności promieniowania elektromagnetycznego ze szczególnym uwzględnieniem zakresu UV-VIS oraz zasady opisujące oddziaływanie materii z promieniowaniem elektromagnetycznym z zakresu UV-VIS. Zna i rozumie podstawowe techniki pomiarów spektroskopowych UV-VIS z uwzględnieniem głównych ograniczeń metodycznych tego typu pomiarów. Zna i rozumie podstawowe reguły absorpcyjnej i emisyjnej spektroskopii UV-VIS, w tym relacje pomiędzy strukturą związków chemicznych a ich właściwościami spektroskopowymi. Zna i rozumie podstawowe zastosowania absorpcyjnej i emisyjnej spektroskopii UV-VIS zarówno w kontekście użycia tych metod w badaniach właściwości fizykochemicznych materii jak i w ilościowej i jakościowej analizie chemicznej. Zna i rozumie podstawowe procesy zachodzące z udziałem stanów wzbudzonych oraz reguły rządzące tymi procesami. UMIEJĘTNOŚCI Potrafi wykorzystać wyniki pomiarów spektroskopowych UV-VIS w jakościowej i ilościowej analizie chemicznej Potrafi wykorzystać wyniki pomiarów spektroskopowych UV-VIS w fizykochemicznej analizie badanych układów. Potrafi w sposób zrozumiały przedstawić podstawowe prawa fizyczne wiążące się bezpośrednio z absorpcyjną i emisyjną spektroskopią UV-VIS. Potrafi w sposób zrozumiały przedstawić poprawne rozumowanie wiążące właściwości spektroskopowe związków chemicznych z ich strukturą elektronową. Potrafi w sposób zrozumiały przedstawić poprawne rozumowania wiążące podstawowe właściwości stanów wzbudzonych z naturą substancji chemicznych. KOMPETENCJE SPOŁECZNE Symbol efektu kierunkowego K_W01, K_W02 K_W04, K_W05 K_W06, K_W07 K_W01, K_W08 KW_01, K_W08 K_U01, K_U02 K_U07, K_U09 K_U01, K_U02 K_U07, K_U09 K_U04, K_U05 K_U04, K_U12 K_U04, K_U12 AI2_K01 Zna ograniczenia własnej wiedzy i rozumie potrzebę dalszego kształcenia. K_K01, K_K02 AI2_K02 Potrafi formułować opinie na temat podstawowych zagadnień oddziaływania promieniowania elektromagnetycznego w zakresie UV-VIS z materią. K_K05, K_K07 Forma i typy zajęć: wykład (15 godz.), laboratorium (45 godz.) 11

12 Wymagania wstępne i dodatkowe: Znajomość podstaw chemii nieorganicznej, chemii organicznej, chemii fizycznej oraz chemii teoretycznej w zakresach przyjętych w standardach kształcenia dla tych przedmiotów. Treści modułu kształcenia: A. Teoretyczne podstawy absorpcyjnej i emisyjnej spektroskopii UV-VIS. 1. Natura i cechy promieniowania elektromagnetycznego. Absorpcja i emisja (luminescencja, fluorescencja i fosforescencja) promieniowania UV-VIS. 2. Przybliżenie Borna-Opennheimera. Reguła Francka-Condona. Klasyfikacja przejść elektronowych. Reguły wyboru i prawdopodobieństwa przejść elektronowych. Parametry pasm spektralnych. 3. Diagram Jabłońskiego. Reguła Kashy. 4. Procesy promienistej i bezpromienistej dezaktywacji stanów wzbudzonych. 5. Spektroskopia UV-VIS z udziałem światła spolaryzowanego. Dichroizm kołowy i magnetyczny dichroizm kołowy. B. Praktyka absorpcyjnych i emisyjnych pomiarów UV-VIS. 1. Metodyka absorpcyjnych pomiarów spektroskopowych. 2. Metodyka emisyjnych pomiarów spektroskopowych pomiary stacjonarne. 3. Metodyka emisyjnych pomiarów spektroskopowych pomiary czasowo-rozdzielcze. 4. Zastosowania absorpcyjnej i emisyjnej spektroskopii UV-VIS w badaniach natury i reaktywności stanów wzbudzonych. 5. Metodyka analitycznych oznaczeń spektrofotometrycznych. Literatura podstawowa: 1. Z. Kęcki, Podstawy spektroskopii molekularnej, PWN, A. Cyganski, Metody spektroskopowe w chemii analitycznej, WNT, Z. Marczenko, M. Balcerzak, Spektrofotometryczne metody w analizie nieorganicznej, PWN, P. Suppan, Chemia i światło, PWN, S. Paszyc, Podstawy fotochemii, PWN, Literatura dodatkowa: 1. M.J.K. Thomas, D.J. Ando, Ultraviolet and Visible Spectroscopy: Analytical Chemistry by Open Learning, John Wiley & Sons, T. Oven, Fundamentals of modern UV-visible spectroscopy, A Primer, Agilent Technologies, Spectroscopic Methods of Analysis - Ultraviolet and Visible Spectrophotometry, in Encyclopedia of Pharmaceutical Technology by R. Raghavan, J.C. Joseph, Marcel Dekker, M.G. Gore, Spectrophotometry and Spectrofluorimetry: A Practical Approach, Oxford University Press, J.R. Lakowicz, Principles of fluorescence spectroscopy, Kluwer Academic/Plenum Publisher, M. Klessinger, J. Michl, Excited States and Photochemistry of Organic Molecules, VCH, B. Valeur, Molecular Fluorescence. Principles and Application, Wiley-VCH, A. Rodger, B. Norden, Circular Dichroism and Linear Dichroism, Oxford University Press, N. Berova, K. Nakanishi, R.W. Woody, Circular Dichroism: Principles and Applications, John Wiley & Sons, Planowane formy/działania/metody dydaktyczne: Wspomagany technikami multimedialnymi wykład, ćwiczenia laboratoryjne Sposoby weryfikacji efektów kształcenia osiąganych przez studenta: 12

13 Efekty AI2_W01, AI2_W02, AI2_U01, AI2_U02, AI2_K01 oraz AI2_K02 sprawdzane będą podczas kolokwiów wejściowych oraz działowych w trakcie ćwiczeń laboratoryjnych. Efekty AI2_W03 - AI2_W05 oraz AI2_U03 - AI2_U05 sprawdzane będą podczas kolokwiów działowych z treści wykładowych. Całość efektów kształcenia będzie sprawdzana na końcowym kolokwium pisemnym zaliczającym przedmiot. Forma i warunki zaliczenia: Warunki uzyskania zaliczenia przedmiotu: Warunkiem zaliczenia Laboratorium z analizy instrumentalnej II jest 1. Zaliczenie kolokwiów wejściowych związanych z każdym ćwiczeniem 2. Wykonanie wszystkich ćwiczeń przewidzianych programem Laboratorium 3. Zaliczenie sprawozdań z wszystkich ćwiczeń 4. Zaliczenie kolokwiów działowych z treści przedmiotowych Laboratorium. Zaliczenie Laboratorium jest warunkiem koniecznym umożliwiającym przystąpienie do końcowego kolokwium z treści wykładowych przedmiotu. W przypadku niezaliczenia jednego (lub obu) kolokwiów działowych przewidziane jest, bezpośrednio przed sesją letnią, jednorazowe kolokwium poprawkowe uwzględniająca całość treści programowych związanych z Laboratorium. Dwa kolejne kolokwia poprawkowe będą miały miejsce w trakcie sesji egzaminacyjnej, odpowiednio przed pierwszym i drugim terminem kolokwium zaliczającego całość przedmiotu. Obejmujący treści wykładowe pisemne kolokwium końcowe z przedmiotu (10 pytań punktowanych po 2 punkty każde) będzie oceniane zgodnie z poniższą tabela. Zaliczenie dwóch kolokwiów działowych obejmujących materiał wykładu nie jest warunkiem koniecznym umożliwiającym przystąpienie do końcowego kolokwium zaliczającego przedmiot, może być natomiast podstawą do zwolnienia studenta z jego zdawania (pod warunkiem zaliczenia Laboratorium przed rozpoczęciem sesji letniej). Przedział punktacji < 10 > 10 > 12 > 14 > 16 > 18 Ocena 2,0 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 Bilans punktów ECTS: Aktywność Obciążenie studenta Udział w ćwiczeniach laboratoryjnych Samodzielne przygotowanie się do ćwiczeń laboratoryjnych + opracowanie sprawozdań z wykonanych ćwiczeń Samodzielne przygotowanie się do kolokwiów działowych związanych z treściami laboratoryjnymi Udział w wykładach Samodzielne przygotowanie się do kolokwiów działowych związanych z treściami wykładowymi Przygotowanie się do egzaminu końcowego Sumaryczne obciążenie pracą studenta Punkty ECTS za przedmiot 45 godz. 25 godz. 10 godz. 15 godz. 10 godz. 20 godz. 125 godz. 5 ECTS Analiza instrumentalna II - przykłady pytań sprawdzających efekty kształcenia Wiedza: AI2_W01: Student zna i rozumie naturę i podstawowe własności promieniowania elektromagnetycznego ze szczególnym uwzględnieniem zakresu UV-VIS oraz zasady opisujące oddziaływanie materii z promieniowaniem elektromagnetycznym z zakresu UV-VIS. Zmierzone dla temperatury T = 0 C współczynniki załamania światła dla wody w stanach ciekłym oraz stałym wynoszą odpowiednio 1.33 oraz W którym z powyżej wymienionych ośrodków szybkość przechodzącego światła o długość fali równej 520 nm będzie większa. 13

14 Jakie zjawisko opisują modele Rayleigha-Jonesa, Wiena oraz Plancka?Omówić jakie są podstawowe różnice pomiędzy tymi modelami? Substancja X charakteryzuje się obecnością dwóch szerokich i średnio intensywnych pasm absorbcji (współczynniki molowe absorbcji ca M cm ) zlokalizowanych przy 520 oraz 600 nm. Podać jakich kolorów można oczekiwać dla rozcieńczonych oraz stężonych roztworów tej substancji. Zakładając niewielkie przesunięcie Stokesa pomiędzy procesami absorbcji oraz emisji podać jakich kolorów można oczekiwać dla fluorescencji obu powyżej wzmiankowanych roztworów substancji X. Substancja X charakteryzuje się obecnością dwóch szerokich i średnio intensywnych pasm absorbcji(współczynniki molowe absorbcji ca M cm ) zlokalizowanych przy 520 oraz 600 nm. Podać jakich kolorów można oczekiwać dla rozcieńczonych oraz stężonych roztworów tej substancji. Zakładając niewielkie przesunięcie Stokesa pomiędzy procesami absorbcji oraz emisji podać jakich kolorów można oczekiwać dla fluorescencji obu powyżej wzmiankowanych roztworów substancji X. Omówić regułę Francka-Condona oraz wynikające z niej konsekwencje spektroskopowe. Przedyskutować podstawowe procesy rozważane w ramach diagramu Jabłońskiego. Podać w jakiej skali czasu zachodzą procesy rozważane w ramach diagramu Jabłońskiego. W atomowej spektroskopii emisyjnej obserwuje się emisję w postaci dyskretnych linii przy różnych długościach fali, podczas gdy emisja molekuł na ogół charakteryzuje się obecnością jednego szerokiego pasma. Podać możliwą przyczynę obserwowanych różnic. Dla oktaedrycznych kompleksów jonów metali przejściowych typu ML 6 2+ obserwuje się na ogół znikomo małe intensywności pasm absorbcyjnychodpowiadających przejściom pomiędzy orbitalami d. Jakich zmian w intensywności tych przejść można oczekiwać (w zależności od struktury możliwych izomerów) dla kompleksów typu ML 4 X 2 2+ otrzymywanych w reakcjach wymiany liganda L na ligand X? AI2_W02: Student zna i rozumie podstawowe techniki pomiarów spektroskopowych UV-VIS z uwzględnieniem głównych ograniczeń metodycznych tego typu pomiarów. Wyjaśnić pojęcia: (1) widmo absorbcji, (2) widmo absorbcji przejściowej, (3) widmo wzbudzenia oraz (4) widmo emisji. Zdefiniować pojęcia punku izoabsorbcyjnego oraz izozbestycznego. Omówić, podając główne wady i zalety, trzy podstawowe typy rozwiązań konstrukcyjnych stosowanych w spektrofotometrach absorpcyjnych UV-VIS. Omówić, podając główne wady i zalety, trzy podstawowe typy rozwiązań konstrukcyjnych stosowanych w spektrofotometrach emisyjnych do pomiarów czasów życia emisji. Precyzja pomiarów absorpcyjnych UV-VIS zależy od mierzonego zakresu wartości absorbancji. Podać podstawowe przyczyny powodujące błędy pomiarowe w przypadkach pomiarów małych (poniżej 0.01) oraz dużych (powyżej 2-3) wartości absorbancji. AI2_W03: Student zna i rozumie podstawowe reguły absorpcyjnej i emisyjnej spektroskopii UV-VIS, w tym relacje pomiędzy strukturą związków chemicznych a ich właściwościami spektroskopowymi. Podać jakich zmian właściwości emisyjnych można oczekiwać dla stanów wzbudzonych cząsteczek węglowodorów aromatycznych w których jeden z atomów wodoru zastąpiono atomem chlorowca. Omówić podstawowe różnice pomiędzy stanami wzbudzonymi typu L A oraz L B. Badając procesy emisji molekuły M stwierdzono, że w niepolarnym rozpuszczalniku A wartość wydajności przyczyny obserwowanego efektu rozpuszczalnikowego. AI2_W04: Student zna i rozumie podstawowe zastosowania absorpcyjnej i emisyjnej spektroskopii UV-VIS zarówno w kontekście użycia tych metod w badaniach właściwości fizykochemicznych materii jak i w ilościowej i jakościowej analizie chemicznej. 14

15 Podczas syntezy związku X stwierdzono, że występuje on w dwóch izomerach optycznych. Podczas próby wydzielenia izomerów związku X otrzymano dwie frakcje charakteryzujące się skręcalnościami optycznymi równymi odpowiednio Skomentować powyższy wynik. Organiczna substancja Y temperaturze pokojowej emituje ona przy długości fali 420 nm z wydajnością kwantową równą Podczas badania wpływu temperatury na właściwości emisyjne tej substancji stwierdzono (przy obniżeniu temperatury badanej próbki z 20 C do 77 K) zmianę całkowitej intensywności emitowanego przez tą substancję światła wraz z pojawieniem się dodatkowego pasma przy długości fali 620 nm, przy czym integralna intensywność pasma w obszarze krótkofalowym wzrosła ze 100 do 200 jednostek umownych a integralna intensywność pasma pojawiającego się w obszarze długofalowym wyniosła 400 jednostek umownych. Na podstawie tych danych (zakładając brak wpływu temperatury na absorbancję badanej próbki) obliczyć wydajności kwantowe luminescencji, fluorescencji oraz fosforescencji substancji Y w temperaturze 77 K. Widmo UV-VIS benzenu charakteryzuje się obecnością dwóch pasm absorpcyjnych przy 204 i 254 nm. Rejestrując widma UV-VIS aniliny oraz fenolu obserwuje się natomiast zmianę położenia pasm absorpcyjnych w zależności od ph roztworu. W przypadku aniliny w roztworach kwaśnych pierwsze i drugie pasmo absorbcji zlokalizowane są odpowiednio przy 205 i 254 nm, podczas gdy w roztworach zasadowych przy 230 i 280 nm. Fenol absorbuje przy 211 i 270 nm (roztwory kwaśne) oraz 235 oraz 287 (roztwory zasadowe). Na podstawie tych danych oszacować położenie pasm absorpcji UV-VIS dla m-aminofenolu w roztworach o niskich i wysokich wartościach ph. AI2_W05: Student zna i rozumie podstawowe procesy zachodzące z udziałem stanów wzbudzonych oraz reguły rządzące tymi procesami. Wartość dipolowych momentów przejścia dla emisji (zachodzącej przy długości fali = 600 nm) oraz dla emisji (zachodzącej przy długości fali = 300 nm) oraz dla emisji wynoszą odpowiednio 4 D oraz 2 D. Podać który z rozważanych procesów charakteryzuje się większą wartością szybkości przejścia promienistego oraz abs em + 50 nm dla obu rozważanych procesów *A A oraz *B B) dla którego z nich można oczekiwać większej wartości molowego współczynnika absorbcji. Dla singletowego stanu wzbudzonego 1 *A proces emisji fotonu zachodzi z szybkością równą s. Charakteryzujące singletowy stan wzbudzony 1 *A szybkości konwersji wewnętrznej oraz przejść międzysystemowych wynoszą odpowiednio s oraz s. Podać (a) wartość wydajności kwantowej emisji oraz (b) wydajność obsadzania stanu trypletowego. Wartości momentów dipolowych cząsteczki X w stanie podstawowym jak w singletowym stanie wzbudzonym 1 *X wynoszą odpowiednio 5 i 5 D, przy czym kąt pomiędzy wektorami tych momentów dipolowych wynosi 90º. Podać jakich efektów solwatochromowych można oczekiwać w widmach absorbcji oraz emisji substancji X przy wzroście polarności rozpuszczalnika. Emisja ze stanu wzbudzonego *X charakteryzuje się szybkościami przejść promienistych oraz bezpromienistych wynoszącymi odpowiednio oraz s. Zmierzona wartość czasu życia stanu wzbudzonego *X w obecności wygaszacza Q o stężeniu równym 0.5 mol/dcm 3 wyniosła 1 ns. Obliczyć stałą szybkości procesu wygaszania *X + Q X + *Q oraz wydajność kwantową emisji *X X w roztworze wygaszacza Q o stężeniu równym 1.0 mol/dcm 3. Umiejętności: AI2_U01: Student potrafi wykorzystać wyniki pomiarów spektroskopowych UV-VIS w jakościowej i ilościowej analizie chemicznej Wymienić podstawowe wymagania jakie musi spełniać układ wieloskładnikowy aby możliwe było zastosowanie spektroskopii UV-VIS do ilościowej analizy zawartości jego składników występujących równolegle w badanych układzie. Przedstawić oraz omówić typowe krzywe miareczkowania spektrofotometrycznego. Żelazo(II) oznaczano spektrofotometrycznie w postaci kompleksu z o fenantroliną. Przygotowano roztwory wzorcowe zawierające 0.1 i 0.2 g/l. Na spektrofotometrze ustawiono 0 na skali absorpcji przy przejściu strumienia światła przez roztwór o stężeniu żelaza(ii) równym g/l. Absorbancja roztworu wzorcowego o stężeniu żelaza(ii) g/l wynosiła Obliczyć stężenie roztworu, którego absorbancja mierzona w identycznych warunkach wynosiła

16 AI2_U02: Student potrafi wykorzystać wyniki pomiarów spektroskopowych UV-VIS w fizykochemicznej analizie badanych układów. W pomiarach absorpcji przejściowej (wykonanych w kuwecie o długości drogi optycznej równej 1 mm) roztworu związku Y o stężeniu M abs abs związkowi Y, a długofalowe produktowi jego fotol M = M cm obliczyć molowy współczynnik absorpcji produktu fotolizy Z. Organiczna substancja X temperaturze pokojowej emituje ona przy długości fali 420 nm z wydajnością kwantową równą Podczas badania wpływu temperatury na właściwości emisyjne tej substancji stwierdzono (przy obniżeniu temperatury badanej próbki z 20 C do 77 K) zmianę całkowitej intensywności emitowanego przez tą substancję światła wraz z pojawieniem się dodatkowego pasma przy długości fali 620 nm, przy czym integralna intensywność pasma w obszarze krótkofalowym wzrosła ze 100 do 200 jednostek umownych a integralna intensywność nowego pasma pojawiającego się w obszarze długofalowym wyniosła 400 jednostek umownych. Na podstawie tych danych (zakładając brak wpływu temperatury na absorbancję badanej próbki) obliczyć wydajności kwantowe luminescencji, fluorescencji oraz fosforescencji substancji X w temperaturze 77 K. AI2_U03: Student potrafi w sposób zrozumiały przedstawić podstawowe prawa fizyczne wiążące się bezpośrednio zabsorpcyjną i emisyjną spektroskopią UV-VIS. Omówić podział spektroskopii według zakresów promieniowania elektromagnetycznego przy których występują widma rotacyjne, oscylacyjne i elektronowe. Podać przybliżone zakresy długości fal odpowiadający poszczególnym spektroskopiom oraz odpowiadające im zakresy liczb falowych oraz energii. Wyjaśnić pojęcie anizotropii widm emisji oraz widm wzbudzenia. Wyjaśnić podstawy fizykochemiczne prawa Lamberta-Beera. AI2_U04: Student potrafi w sposób zrozumiały przedstawić poprawne rozumowanie wiążące właściwości spektroskopowe związków chemicznych z ich strukturą elektronową. Które (i dlaczego) z formalnie możliwych typów przejść elektronowych (s s, s p, s d, p d) mogą być obserwowane w widmach absorbcyjnych lub emisyjnych atomu wodoru? Dlaczego żadnego z powyższych przejść elektronowych nie będzie się obserwować w przypadku jonu H +? Na przykładzie molekuły aldehydu mrówkowego wymienić i scharakteryzować typy przejść elektronowych w cząsteczkach organicznych. Na przykładzie aldehydu krotonowego oraz aldehydu cynamonowego omówić podstawowe rodzaje przejść elektronowych w związkach organicznych. Zdefiniować pojęcia efektów batochromowego, hipsochromowego, hiperchromowego oraz hipochromowego. Podać przykłady grup funkcyjnych związanych z tymi efektami. flu pho węglowodoru aromatycznego PAH wynoszą odpowiednio 0.95 oraz 0.05 podczas gdy produkt reakcji bromowania PAH flu= pho = Podać możliwą przyczynę obserwowanych zmian wartości wydajności kwantowych obu emisji. AI2_U05: Student potrafi w sposób zrozumiały przedstawić poprawne rozumowania wiążące podstawowe właściwości stanów wzbudzonych z naturą substancji chemicznych. Wymienić i omówić (podając przykłady) najważniejsze procesy chemiczne zachodzące z udziałem stanów wzbudzonych. W porównaniu do stanu podstawowego stan wzbudzony jest znacznie silniejszym utleniaczem jak i reduktorem. Podać przyczynę takiej zmiany właściwości redoks. Niektóre cząsteczki organiczne takie jak aminy czy fenole w wyniku wzbudzenia elektronowego zasadniczo zmieniają swoje właściwości kwasowo-zasadowe. Wyjaśnić przyczynę takich zmian. 16

17 Procesy przeniesienia energii zachodzące z udziałem stanów wzbudzonych mogą zachodzić zgodnie z mechanizmem Förstera i/lub Dextera. Omówić oba w/w. mechanizmy przeniesienia energii. Kompetencje społeczne: AI2_K01: Student zna ograniczenia własnej wiedzy i rozumie potrzebę dalszego kształcenia. Zaproponować warunki eksperymentu pozwalającego na zarejestrowanie wąskich linii dla absorpcji lub emisji z układów molekularnych. vs vs vs 2 vs 2 nie uwzględnia się w przypadku zmiany sposobu prezentacji widm AI2_K02: Student potrafi formułować opinie na temat podstawowych zagadnień oddziaływania promieniowania elektromagnetycznego w zakresie UV-VIS z materią. Przedyskutować możliwe przyczyny lewoskrętności organizmów żywych. Przedyskutować możliwość zastosowania procesów foto-katalitycznych w ochronie środowiska. 17

18 Sylabus przedmiotu / modułu kształcenia Nazwa przedmiotu/modułu kształcenia: Krystalografia Nazwa w języku angielskim: Crystallography Język wykładowy: język polski Kierunek studiów, dla którego przedmiot jest oferowany: Jednostka realizująca: chemia Instytut Chemii, Katedra Chemii Organicznej i Stosowanej, Zakład Chemii Organicznej Rodzaj przedmiotu/modułu kształcenia (obowiązkowy/fakultatywny): obowiązkowy Poziom modułu kształcenia (np. pierwszego lub drugiego stopnia): drugiego stopnia Rok studiów: Semestr: pierwszy pierwszy Liczba punktów ECTS: 4 Imię i nazwisko koordynatora przedmiotu: Prof. nzw. dr hab. Zbigniew Karczmarzyk Symbol efektu Efekty kształcenia WIEDZA Symbol efektu kierunkowego Wkr_01 Posiada podstawową wiedzę na temat promieniowania rentgenowskiego i wykorzystania go w badaniach strukturalnych. K_W01, K_W0-5 Wkr_02 Zna podstawy fizyczne metod dyfrakcyjnych stosowanych w badaniach strukturalnych kryształów. K_W02, K_W05, K_W06 Wkr_03 Zna podstawowe metody rentgenowskie badania struktury kryształów. K_W07, K_W01 UMIEJĘTNOŚCI Ukr_01 Potrafi posługiwać się matematycznym opisem symetrii sieci przestrzennej kryształu. Ukr_02 Posiada umiejętność wykorzystania najważniejszych metod rentgenowskich w badania struktury krystalicznej i molekularnej związków chemicznych. Ukr_03 Potrafi zinterpretować i wykorzystać dane strukturalne uzyskiwane z badań rentgenowskich. Ukr_04 Posiada umiejętność korzystania z literatury fachowej oraz posługiwania się bazami danych strukturalnych. KOMPETENCJE SPOŁECZNE Kkr_01 Zna ograniczenia własnej wiedzy i rozumie potrzebę samodzielnego kształcenia. Kkr_02 Potrafi samodzielnie wyszukiwać informacje w literaturze krystalograficznej polskiej i anglojęzycznej. Kkr_03 Potrafi formułować opinie na temat zagadnień krystalograficznych i krystalochemicznych. Forma i typy zajęć: Wykład (15 godz.), ćwiczenia laboratoryjne (30 godz.) Wymagania wstępne i dodatkowe: Podstawy matematyki wyższej, podstawy fizyki, kurs krystalochemii K_U10 K_U09, K_U14, K_U15 K_U02, KU_07 K_U04 K_K01 K_K02, K_K06 K_K02, K_K07 Treści modułu kształcenia: Sieć przestrzenna i sieć odwrotna kryształu. Promieniowanie rentgenowskie: źródła, wzbudzanie i właściwości. Teoria dyfrakcji promieniowania rentgenowskiego na kryształach. Metody rentgenowskie badania monokryształów, czterokołowy monokrystaliczny dyfraktometr rentgenowski, rozwiązanie struktury kryształu i opis struktury kryształu. 18

19 Metody rentgenowskie badania substancji polikrystalicznych, rentgenowska analiza fazowa materiałów polikrystalicznych. Elementy krystalografii białek (makrocząsteczek). Zastosowania rentgenografii strukturalnej do badania układów o niskim stopniu uporządkowania. Podstawy fizyczne i zastosowania elektronografii i neutronografii strukturalnej. Strukturalne bazy danych. Literatura podstawowa: 1. Luger P. Rentgenografia strukturalna monokryształów, PWN, Warszawa Trzaska Durski Z., Trzaska Durska H. Podstawy krystalografii strukturalnej i rentgenowskiej, PWN, Warszawa, Bojarski, Z., Gigla, M., Stróż, K., Surowiec, M. Krystalografia. Podręcznik wspomagany komputerowo, PWN, Warszawa, 1996, Penkala T. Zarys krystalografii. PWN, Warszawa, Literatura dodatkowa: 1. Van Merche M., Fenau-Dupont J. Krystalografia i chemia strukturalna, PWN Warszawa, Acta Crystallogr., Journal of IUCr. Planowane formy/działania/metody dydaktyczne: Wykład: tradycyjny z użyciem środków audiowizualnych. Ćwiczenia laboratoryjne: słowna metoda problemowa, eksperyment modelowy, eksperyment laboratoryjny, pomiar z obliczeniami, krystalograficzne programy komputerowe. Sposoby weryfikacji efektów kształcenia osiąganych przez studenta: Efekty Ukr_02, Ukr_03 Ukr_04 sprawdzane będą na ćwiczeniach laboratoryjnych w ramach wykonywanych ćwiczeń i pisemnych sprawozdań z tych ćwiczeń. Efekty Wkr_02 i Ukr_01 sprawdzane będą na kolokwium kontrolnym. Efekty na poziomie wiedzy i umiejętności sprawdzane będą w ramach egzaminu końcowego. Forma i warunki zaliczenia: Warunki uzyskania zaliczenia kursu: 1. Zaliczenie ćwiczeń laboratoryjnych - co najwyżej dwie nieusprawiedliwione nieobecności na ćwiczeniach, - uzyskanie minimum oceny 3.0 z kolokwium kontrolnego punktowanego od 0 do 10 punktów i ocenianego według skali: pkt 3.0, pkt 3.5, pkt 4.0, pkt 4.5, pkt zaliczenie wszystkich sprawozdań z ćwiczeń: skala ocen 2.0 (nzal), 3.0, 3.5, 4.0, 4.5, 5.0. Ocena końcowa z ćwiczeń laboratoryjnych jest średnią oceną z ocen ze sprawozdań z ćwiczeń i oceny z kolokwium kontrolnego. 2. Zaliczenie wykładu: egzamin testowy składający się z 20 pytań z 5 możliwościami wyboru poprawnej odpowiedzi do każdego pytania; poprawna odpowiedź - 1 punkt, niepoprawna odpowiedź - 0 punktów. Oceny: 0-10 pkt 2.0,11-12 pkt 3.0, pkt 3.5, pkt 4.0, pkt 4.5, pkt Ocena końcowa jest ze wzoru: 0.4x(ocena z ćwiczeń)+0.6x(ocena z egzaminu) po zaokrągleniu do odpowiedniej z ocen 3.0, 3.5, 4.0, 4.5 i 5.0. Bilans punktów ECTS: Aktywność Udział w ćwiczeniach laboratoryjnych i kolokwium. Samodzielne przygotowanie się do ćwiczeń laboratoryjnych + opracowanie wyników wykonanych ćwiczeń w formie sprawozdań + przygotowanie do kolokwium Udział w wykładach Samodzielne przygotowanie do egzaminu Udział w konsultacjach Obciążenie studenta 30 godz. 35 godz. 15 godz. 15 godz. 5 godz. 19

20 Sumaryczne obciążenie pracą studenta Punkty ECTS za kurs 100 godz. 4 ECTS Załącznik do Sylabusa: Krystalografia Przykładowe pytania i zadania sprawdzające zakładane efekty kształcenia Wiedza: Wkr_01 Posiada podstawową wiedzę na temat promieniowania rentgenowskiego i wykorzystania go w badaniach strukturalnych (egzamin). - Linia Kβ w widmie charakterystycznym promieniowania rentgenowskiego powstaje przy przeskoku elektronu między powłokami a) L K; b) K L; c) K M; d) M K; e) L M. - Krótkofalowa granica λ g widma ciągłego promieniowania rentgenowskiego jest a) proporcjonalna do napięcia przyspieszającego U w lampie rentgenowskiej; b) odwrotnie proporcjonalna do napięcia przyspieszającego U w lampie rentgenowskiej; c) proporcjonalna do natężenia prądu elektronowego I w lampie rentgenowskiej; d) odwrotnie proporcjonalna do natężenia prądu elektronowego I w lampie rentgenowskiej; e) proporcjonalna do mocy lampy rentgenowskiej. Wkr_02 Zna podstawy fizyczne metod dyfrakcyjnych stosowanych w badaniach strukturalnych kryształów (kolokwium kontrolne, egzamin). - Stosując promieniowanie rentgenowskie o długości fali λ liczba rzędów dyfrakcji możliwa do zarejestrowania od płaszczyzny sieciowej o odległości międzypłaszczyznowej d=λ wynosi a) 0; b) 1; c) 2; d) 3; e) 4. - Jeżeli k o i k są wektorami falowymi o długości 1/λ odpowiednio wiązki padającej i odbitej od płaszczyzny (hkl) promieniowania rentgenowskiego, a H jest wektorem sieci odwrotnej o współrzędnych hkl, to warunek dyfrakcji Ewalda jest spełniony gdy b) k k H c) k k H d) k H a) k o k H o e) k o,k, H są wzajemnie prostopadłe. o - Natężenie refleksu rentgenowskiego o wskaźnikach hkl jest a) proporcjonalne do czynnika struktury; b) proporcjonalne do amplitudy struktury; c) proporcjonalne do kwadratu amplitudy struktury; d) odwrotnie proporcjonalne do czynnika struktury; e) odwrotnie proporcjonalne do kwadratu amplitudy struktury. Wkr_03 Zna podstawowe metody rentgenowskie badania struktury kryształów (egzamin). - Jeżeli w metodzie obracanego kryształu osią obrotu kryształu jest prosta sieciowa [010] to na warstwicy zerowej będą refleksy a) hkl; b) 0kl; c) h0l; d) hk0; e) hkk. - Symetria w rozkładzie refleksów typu m (płaszczyzna symetrii) może wystąpić na zdjęciu rentgenowskim wykonanym metodami a) Lauego, obracanego kryształu i proszkową DSH; b) obracanego kryształu, kołysanego kryształu i proszkową DSH; c) Lauego, Weissenberga i dyfraktometryczną; d) obracanego kryształu, Weissenberga i dyfraktometryczną; e) Lauego, kołysanego kryształu i Weissenberga. Umiejętności: Ukr_01 Potrafi posługiwać się matematycznym opisem symetrii sieci przestrzennej kryształu (kolokwium kontrolne, egzamin). k o 20