Obliczenia chemiczne

Celem przedmiotu jest przygotowanie studentów do samodzielnego wykonywania obliczeń chemicznych. Jego zrealizowanie umożliwi opanowanie przez studentów praktycznej umiejętności obliczania stężeń roztworów oraz zawartości składników żywności, jak również sporządzania roztworów na potrzeby analityczne. Po zakończeniu cyklu student będzie potrafił wykonywać obliczenia stechiometryczne oraz obliczał pH roztworów kwasów, wodorotlenków i soli. W ramach zajęć nabędzie także podstawową wiedzę z zakresu obliczania składu oraz pH roztworów buforowych. Zajęcia umożliwią zapoznanie się z teoretycznymi podstawami alkacymetrii i analizy strąceniowej. Przekazana studentowi wiedza oraz nabyte umiejętności stanowić będą podbudowę pod efektywne posługiwanie się metodami analitycznymi na potrzeby analizy produktów spożywczych w laboratoriach przemysłowych. Będą także pomocne w dalszym toku studiów do zdobywania wiedzy z zakresu chemii, analizy żywności, inżynierii i chemii żywności oraz pokrewnych.

Treść kształcenia

Układ jednostek SI. Podstawowe, pokrewne i uzupełniające jednostki stosowane w chemii i analizie żywności. Przeliczanie jednostek. Pojęcie mola, masy molowej oraz objętości molowej (gazów). Prawo zachowania materii, prawo stosunków stałych oraz wielokrotnych.

Zastosowanie wprowadzonych pojęć w obliczeniach.

Układanie równań reakcji chemicznych, dobór współczynników stechiometrycznych. Obliczenia chemiczne na podstawie przebiegu reakcji.

Sposoby wyrażania stężenia roztworów: stężenie procentowe, molowe, ułamki (molowe, objętościowe, masowe), ppm. Przeliczanie stężeń.

Sposoby sporządzania roztworów o zadanym stężeniu. Mieszanie, rozcieńczanie i zatężanie roztworów.

Podstawy reakcji jonowych w roztworach. Reakcje równowagowe w roztworach - dysocjacja. Stała i stopień dysocjacji. Wprowadzenie pojęcia elektrolitów mocnych i słabych.

Iloczyn jonowy wody, odczyn roztworów oraz skala pH. Obliczanie stężenia jonów wodorowych i wodorotlenowych na podstawie wartości pH roztworu. Obliczenia związane ze zmianą stężenia jonów wodorowych w roztworze. Podstawy alkacymetrii. Równowagi kwasowo-zasadowe w roztworach wodnych. Obliczanie pH roztworów mocnych i słabych kwasów oraz zasad. Dysocjacja kwasów wieloprotonowych. Reakcje zobojętniania kwasów i zasad. Właściwości koligatywne roztworów.

Roztwory buforowe i ich wykorzystanie w analizie żywności. Obliczenia składu roztworów buforowych i ich pH.

Podstawy analizy strąceniowej: rozpuszczalność, iloczyn rozpuszczalności, efekt wspólnego jonu, wytrącanie osadów.

Literatura podstawowa:

1. Chemiczne metody analizy ilościowej; A. Cygański; WNT, Warszawa, 2011.

2. Chemia Ogólna; L. Jones, P. Atkins; PWN, Warszawa, 2009.

3. Chemia. Podstawy i zastosowania, M.J. Sienko, R. A. Plane, WNT, Warszawa, 2002.

4. Obliczenia chemiczne. Zbiór zadań z chemii ogólnej i analitycznej nieorganicznej; praca

zbiorowa pod redakcją A. Śliwy; PWN, Warszawa, 1987.

5. Ćwiczenia rachunkowe z chemii analitycznej; praca zbiorowa pod redakcją Z. Galusa; PWN, Warszawa, 2002.

Literatura uzupełniająca:

1. Modern Analytical Chemistry; D. Harvey; McGraw Hill, Boston, 2009.

2. Analytical Chemistry; G. D. Chfistian; Wiley, Hoboken, 2004.

Wiedza

Zna podstawowe prawa chemiczne i pojęcia umożliwiające obliczenia stechiometryczne niezbędne do analizy objętościowej w tym podstawowe sposoby wyrażania stężeń (procentowe, molowe, ułamek molowy, ppm)

Potrafi scharakteryzować oraz zdefiniować zjawiska zachodzące w roztworach wodnych elektrolitów posługując się pojęciem kwasów i zasad (zgodnie z teoriami Arrheniusa i Broensteda), iloczynu jonowego wody oraz iloczynu rozpuszczalności (dla substancji trudnorozpuszczalnych).

Umiejętności

Rozwiązuje problemy stechiometrii procesów chemicznych w oparciu o podstawowe prawa chemiczne poprawnie posługując się jednostkami układu SI. Przeprowadza ilościową analizę zjawisk i procesów związanych z reakcjami chemicznymi.

Oblicza oraz przelicza stężenia składników w roztworze. Nabiera teoretycznych umiejętności na temat sporządzania roztworów, ich rozcieńczania, zatężania i mieszania.

Interpretuje zjawiska zachodzące w wodnych roztworach elektrolitów oraz potrafi zastosować podstawowe narzędzia matematyczne do opisu równowagi w roztworze. Oblicza wykładnik jonów wodorowych w roztworach kwasów, zasad i soli oraz interpretuje jego zmiany podczas reakcji zobojętniania.

Kompetencje społeczne

Kreatywnie rozwiązuje problemy analityczne

Na ocenę 2

Zna podstawowe prawa chemiczne i pojęcia umożliwiające obliczenia stechiometryczne niezbędne do analizy objętościowej w tym podstawowe sposoby wyrażania stężeń

Nie potrafi scharakteryzować oraz zdefiniować zjawisk zachodzących w roztworach wodnych elektrolitów posługując się pojęciem kwasów i zasad, iloczynu jonowego wody oraz iloczynu rozpuszczalności.

Nie rozwiązuje problemów stechiometrii procesów chemicznych i nie przeprowadza ilościowej analizy zjawisk i procesów związanych z reakcjami chemicznymi.

Nie oblicza oraz nie jest w stanie przeliczać stężenia składników w roztworze. Nie nabiera teoretycznych umiejętności na temat sporządzania roztworów, ich rozcieńczania, zatężania i mieszania.

Nie interpretuje zjawisk zachodzących w wodnych roztworach elektrolitów oraz nie potrafi zastosować podstawowych narzędzi matematyczne do opisu równowagi w roztworze. Nie oblicza wykładnika jonów wodorowych w roztworach kwasów, zasad i soli oraz nie interpretuje jego zmiany podczas reakcji zobojętniania.

Nie rozwiązuje problemów analitycznych w sposób kreatywny

Na ocenę 3

Zna wybrane podstawowe prawa chemiczne i pojęcia umożliwiające obliczenia stechiometryczne niezbędne do analizy objętościowej w tym podstawowe sposoby wyrażania stężeń

W stopniu dostatecznym potrafi scharakteryzować oraz zdefiniować zjawiska zachodzące w roztworach wodnych elektrolitów posługując się pojęciem kwasów i zasad, iloczynu jonowego wody oraz iloczynu rozpuszczalności.

Rozwiązuje problemy stechiometrii procesów chemicznych w oparciu o podstawowe prawa chemiczne, ale nie przeprowadza ilościowej analizy zjawisk i procesów związanych z reakcjami chemicznymi.

W stopniu podstawowym oblicza oraz przelicza stężenia składników w roztworze nie nabierając teoretycznych umiejętności na temat sporządzania roztworów, ich rozcieńczania, zatężania i mieszania.

Oblicza wykładnik jonów wodorowych w roztworach kwasów, zasad i soli oraz interpretuje jego zmiany podczas reakcji zobojętniania, ale nie interpretuje zjawisk zachodzące w wodnych roztworach elektrolitów. W stopniu podstawowym potrafi zastosować podstawowe narzędzia matematyczne do opisu równowagi w roztworze.

Podejmuje próby kreatywnego rozwiązywania problemów analitycznych

Na ocenę 4

Zna w stopniu dobrym podstawowe prawa chemiczne i pojęcia umożliwiające obliczenia stechiometryczne niezbędne do analizy objętościowej w tym podstawowe sposoby wyrażania stężeń

W stopniu zadowalającym potrafi scharakteryzować oraz zdefiniować zjawiska zachodzące w roztworach wodnych elektrolitów posługując się pojęciem kwasów i zasad, iloczynu jonowego wody oraz iloczynu rozpuszczalności.

Rozwiązuje problemy stechiometrii procesów chemicznych w oparciu o podstawowe prawa chemiczne poprawnie posługując się jednostkami układu SI przeprowadzając zadowalającą analizę ilościową zjawisk i procesów związanych z reakcjami chemicznymi.

Oblicza oraz przelicza stężenia składników w roztworze nabierając teoretycznych umiejętności na temat sporządzania roztworów, ich rozcieńczania, zatężania i mieszania w stopniu zadowalającym.

Oblicza wykładnik jonów wodorowych w roztworach kwasów, zasad i soli oraz interpretuje jego zmiany podczas reakcji zobojętniania. Zadowalająco interpretuje zjawisk zachodzące w wodnych roztworach elektrolitów. W stopniu dobrym potrafi zastosować podstawowe narzędzia matematyczne do opisu równowagi w roztworze.

Potrafi kreatywnie rozwiązywać proste problemy analityczne

Na ocenę 5

Bardzo dobrze zna podstawowe prawa chemiczne i pojęcia umożliwiające obliczenia stechiometryczne niezbędne do analizy objętościowej w tym podstawowe sposoby wyrażania stężeń

Potrafi precyzyjnie scharakteryzować oraz zdefiniować zjawisk zachodzące w roztworach wodnych elektrolitów posługując się pojęciem kwasów i zasad, iloczynu jonowego wody oraz iloczynu rozpuszczalności.

Rozwiązuje problemy stechiometrii procesów chemicznych w oparciu o podstawowe prawa chemiczne poprawnie posługując się jednostkami układu SI przeprowadzając pełną analizę ilościową zjawisk i procesów związanych z reakcjami chemicznymi.

Oblicza oraz przelicza stężenia składników w roztworze nabierając teoretycznych umiejętności na temat sporządzania roztworów, ich rozcieńczania, zatężania i mieszania.

Oblicza wykładnik jonów wodorowych w roztworach kwasów, zasad i soli oraz interpretuje jego zmiany podczas reakcji zobojętniania. Szczegółowo interpretuje zjawisk zachodzące w wodnych roztworach elektrolitów. Potrafi zastosować podstawowe narzędzia matematyczne do opisu równowagi w roztworze.

Kreatywnie rozwiązuje problemy analityczne