Schema för grundläggande kemi, moment-i (jämvikt, 7.5hp) HT-2013

Transkript

1 Schema för grundläggande kemi, moment-i (jämvikt, 7.5hp) HT-2013 Lärare epost telefon Ulrich Häussermann (F) Dag Noreus (R,F) Farid Akhtar (R) Johan Eriksson (L) Anne Ertan (L) Samrand Shafeie (L) Joakim Jämbeck (L) Lärobok: Burrows et al., Chemistry 3 introducing inorganic, organic and physical chemistry. 2 nd edition (2013), Oxford University Press. ISBN Föreläsningar (F1-F14): Magnelisalen, förutom F4 (W-O salen, Geohuset) Räkneövningar (R1-R5): K438 Laborationer (L1-L9): K232, K242, M213, M223 (12 studenter per lab) Delgrupperna kallas.a och.b. Hjälp med labrapporter (X1, X2): se schema Dugga och Tentamen i speciella skrivsalar. Deltagande i dugga är inte obligatoriskt men resultat enligt nedan ger bonuspoäng till lägsta godkända betyg (E) på tentamen. Minst 3 rätt av 10 på duggan ger 1 bonuspoäng Minst 5 rätt av 10 på duggan ger 2 bonuspoäng Minst 7 rätt av 10 på duggan ger 3 bonuspoäng Tentamen omfattar maximalt 60 poäng och gränsen för lägsta godkända betyg (E) är 30 poäng. Exempel: Har du fått 2 bonuspoäng på duggan och får 29 poäng på tentamen blir summan 31 och du klarar alltså godkäntgränsen för E (30 poäng). Har du fått 2 bonuspoäng på duggan och får 37 poäng på tentamen får du inget extra för dina bonuspoäng, betyget blir det som motsvarar 37 poäng. 1

2 Datum Förmiddag Eftermiddag sep Upprop och F1 Rundvandring på KÖL 03 ( ) säkerhetsskrivning L1.a (synteser-i), R1.b M239: labgrupp a1 och b1 K438: labgrupp a2 och b2 K439: labgrupp a3 och b3 K447: labgrupp a4 och b4 (10.30) F2 04 F3 L1.b (synteser-i), R1.a 05 L2.a (synteser-ii) 06 F4 (W-O salen, Geohuset) L2.b (synteser-ii) 09 F5 (F: Dag N.) L3.a (Kalorimetri), R2.b 10 F6 (F: Dag N.) L3.b (Kalorimetri), R2.a 11 F7 L4.(a+b) (Reservlab) (vår plats i universum) 12 L4.(a+b) (Reservlab) 13 Dugga (9-12) i Laduvikssalen 16 F8 L5.b (kinetik), R3.a 17 F9 L5.a (kinetik), R3.b 18 F10 X1: Hjälp med labrapporter (K438) 19 L6.b (syra-bas-i) L7.b (syra-bas-ii) 20 L6.a (syra-bas-i) L7.a (syra-bas-ii) 23 F11 L8.b (elektrokemi-i), R4.a 24 F12 L8.a (elektrokemi-i), R4.b 25 F13, repetition L9.b (elektrokemi-ii), R5.a (v.pl.i.univ.) 26 L9.a (elektrokemi-ii), R5.b 27 X2: Hjälp med labrapporter (K439) 30-sep F14, frågestund 01-okt 02 Tentamen (9-14) i Brunnvikssalen (v.pl.i.univ.) 14-okt Omtentamen (13-18) K438 (vår plats i universum): Indroduktionskurs (3 hpk) pa BIG (riktat till molekylarbiologer) 2

3 Innehåll av föreläsningarna och motsvarande avsnitt i läroboken samt ev. utdelat material. Anvisningar om lämpliga övningsuppgifter tillkommer. Var och en av lektionspassen antas äga rum en förmiddag, mellan och 12, fördelade som , , F1, Introduktion, grundbegrepp Vad är kemi??, 1.1 Enheter och omvandlingar, 1.2 Atomer, joner, molekyler, mol-begreppet, 1.3 (+ utdelat material) Balansering av reaktioner, utbyte 1.4 Koncentration,volym och substansmängd. Spädningar, m.m., 1.5 F2, Energi och materiens omvandlingar Termokemi, exoterma och endoterma reaktioner, 1.6 Energi - en användbar social konstruktion, 1.6 Aggregationstillstånd, 1.7 Intra- och inter-molekylära växelverkningar, 1.8 Kemisk jämvikt, Le Chateliers princip, 1.9 F3, Gaser, lösningar och blandningar, jämvikter Gaser och några varianter av gaslagar, 8.1 Allmänna gaslagen, 8.2 Gasblandningar,partialtryck,8.3 Kinetisk gasteori, mikroskopisk modell för tryck, hastighetsfördelningar 8.4 Verkliga gaser icke ideala gaser, 8.6 Fas-jämvikter, 17.1 Intermolekylär växelverkning, 17.3 Tvåkomponentsystem, lösningar, destillation, kokpunkts-diagram och kolligativa egenskaper, kvalitativt utan Gibbs fria energi, 17.4 F4, Energi, värme och arbete Entalpi, inre energi och kalorimetri System och omgivning, värme och arbete, extensiva och intensiva storheter, 13.1 Entalpi, värmeinnehåll, 13.2 Standardtillstånd, Hess lag, bildningsenergi och bindningsenergi, 13.3 Entalpi som funktion av temperatur, värmekapacitet, 13.4 Inre energi, energiprincipen, 13.5 Kalorimetri, 13.6 F5-F6, Syror och baser Brönstedsyror och Brönstedbaser, 7.1 Sura och basiska oxider, 7.7 Lewis-syror och Lewis-baser i allmänhet, 7.8 Syrastyrka, basstyrka, korresponderande syra-baspar, ph-skalan, 7.2 Buffertar, 7.3 Titreringar, 7.4 Indikatorer, ett exempel på svaga syror eller baser, 7.5 Speciering som funktion av ph, 7.6 Jämviktskonstanten för syror och baser, fraktionsdiagram och logaritmiska diagram, eget utdelat material F7, Kinetik Varför man ska studera kinetik? 9.1. (Det handlar om modeller för hur fort kemiska reaktioner fortlöper), 9.2 Definitionen av reaktionshastighet, 9.2, viktigt. Olika faktorer som skulle kunna påverka reaktioner, 9.2 3

4 Avsnitt 9.3 behandlar olika sätt att mäta, läs igenom... Kapitel 9.4 är ett viktigt och omfattande avsnitt: Elementära reaktioner: reaktionsordning och vad det betyder, samt reaktionshastighet. Hastigheten av reaktioner kan definieras med olika s.k. hastighetslagar, både differentiella där reaktionshastigheten som funktion av koncentrationer m.m. diskuteras, respektive integrerade där koncentrationens tidsberoende studeras. För integrerade metoder ges några exempel varav första ordningens är den absolut viktigaste. Sammansatta reaktioner, defintionsmässigt sammansatta av elementära, för övrigt nästan samma ideer som tidigare. Initialhastighetsmetoden är viktig (och enkel). Begreppet halveringstid också viktigt. 9.5 Användning av kinetikmetoder, 9.6 Temperaturens inverkan på hastigheten, aktiveringsenergi och Arrheniusekvationen, 9.7 Reaktionsprofiler, 9.8 Katalys, bara själva begreppet, 9.9 F8, Entropi och Gibbs energi Spontana processer, statistisk beskrivning av entropibegreppet, 14.1 Andra huvudsatsen, entropiändringar vid fasövergångar, 14.2 Absoluta nollpunkten och tredje huvudsatsen, 14.3 Gibbs energi, och relationen till entropibegreppet, 14.4 och 14.5 Gibbs energi vid olika tillstånd, aktivitetsbegreppet (viktigt), Ellinghamdiagram, 14.6 F9, Kemisk jämvikt, jämviktskonstanten, reaktionskvoten Jämviktskonstanten, fast nu utan enheter, definierad av aktiviteter, 15.1 Reaktionskvoten och relationen till Gibbs fria energi, 15.2 Jämviktskonstanten och relationen till Gibbs fria energi, 15.3 Jämviktslägets och jämviktskonstantens temperaturberoende, 15.5 F10-F12, Elektrokemi Grundbegrepp och oxidation, reduktion, pluspol och minuspol, 16.1 Joner i lösningar och deras rörlighet, 16.2 Några olika elektrokemiska celler vid standardtillstånd, 16.3 E och ΔG samt sambandet mellan dessa storheter, 16.4 Korrosion och koncentrationsceller, 16.4 Jonkanaler i cellen, 16.4 Elektrolys, styrd spontanitet, batterier, 16.5 F13, repetition F14, Konsultation 4

5 Innehåll på räkneövningar. R1 - R5 R1 R2 R3 R4 R5 Stökiometri, beräkningar, sånt som bör vara aktuellt ifrån gymnasiet Kalorimetri, värmekapacitet, entalpi, bindningar som bryts och bildas. Kinetik och Syror och baser, beräkningar på flera tänkbara sätt, både med traditionella analytiska uttryck och s.k. logaritmiska diagram. Entropi, jämvikter, löslighet, Gibbs energi, elektrokemi. Elektrokemi Till samtliga räkneövningar finns förslag på svar och lösningar för alla uppgifter blir tillgängliga efter räkneövningen. 5

6 Beskrivning av laborationer L1 (Synteser-I) Fällningssyntes av BaSO 4 med Ba 2+ (aq);oac - (aq) och Mn 2+ (aq);so 4 2- (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. L2 (Synteser-II) Två olika synteser, lättlösliga ämnen som kristalliserar ur vattenlösning och syntes av svårlösliga ämnen genom s.k. utfällning. 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. L4 (Reservlab) L5 (Kinetik) Oxidation av tartratjoner med väteperoxidlösning. Reaktionen katalyseras av Co 2+ (aq). Försöket genomförs vid olika temperaturer och en approximativ aktiveringsenergi bestäms. Sönderfall av tiosulfatjoner, bestämning av reaktionsordning m.a.p. [S 2 O 3 2- (aq)] respektive [H + (aq)]. L6 och L7 (Syra-bas-I och -II) Titreranalys av stark bas med stark syra, med noga ställd HCl-lösning ( mol/dm 3 ) 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 dm 3 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. Tillverkning av buffertar med olika ph-värden, samt studier av några olika indikatorers färger vid dessa ph. L8 och L9 (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. 6