Chemia

Celem zajęć jest przekazanie studentom podstawowych wiadomości na temat właściwości związków nieorganicznych wynikających z budowy ich cząsteczek, stanu skupienia i środowiska, w którym występują oraz praw opisujących te właściwości i nabycie umiejętności wykonywania podstawowych obliczeń chemicznych. Celem zajęć jest również zapoznanie studentów z podstawowymi grupami związków organicznych oraz z ich reakcjami, a także czynnościami laboratoryjnymi niezbędnymi do rozwiązywania przez studentów problemów w trakcie ich dalszego studiowania oraz pracy zawodowej. Zagadnienia omawiane podczas wykładów ukierunkowane zostały na podkreślenie interdyscyplinarnego charakteru chemii nieorganicznej oraz organicznej wskazując na liczne powiązania omawianych zagadnień z biologią, biochemią, rolnictwem, biogospodarką oraz ochroną środowiska.

- Podstawowe prawa rządzące przemianami chemicznymi: prawo zachowania masy, stałości składu, prawo Avogadro. Budowa atomu z uwzględnieniem konfiguracji elektronowej, izotopy - zastosowanie, alotropia.

- Układ okresowy pierwiastków chemicznych. Właściwości pierwiastków wynikające z ich położenia w układzie okresowym. Elektroujemność pierwiastków.

- Powstawanie związków chemicznych. Wiązania kowalencyjne, kowalencyjne spolaryzowane, semipolarne, jonowe. Wpływ rodzaju wiązania na właściwości związku chemicznego.

- Rodzaje reakcji chemicznych: reakcja syntezy, analizy, wymiany . Interpretacja jakościowa i ilościowa równania reakcji chemicznej. Stopnie utlenienia pierwiastków – reakcje utleniania i redukcji. Szereg elektrochemiczny metali - właściwości wynikające z położenia w szeregu elektrochemicznym.

- Pierwiastki biogenne - cykle bio-geo-chemiczne węgla, azotu, tlenu, siarki, fosforu, krzemu, właściwości i wykorzystanie praktyczne tych pierwiastków i ich związków. Właściwości i zastosowanie niektórych metali.

- Podział związków nieorganicznych: tlenki, kwasy, wodorotlenki, sole, wodorki, związki kompleksowe, inne połączenia chemiczne - budowa, charakterystyczne właściwości, zastosowanie.

- Budowa i właściwości cząsteczki wody. Rozpuszczalność gazów i ciał stałych. Roztwory nienasycone, nasycone, krystalizacja. Sposoby wyrażania stężeń roztworów: procentowe, molowe. Przeliczanie stężeń. Właściwości roztworów: dyfuzja, osmoza, wrzenie i krzepnięcie roztworów.

- Stan i stała równowagi chemicznej, aktywność substancji, termodynamiczna stała równowagi chemicznej. Reguła przekory Le Chateliera- Brauna.

- Reakcje w roztworach wodnych: dysocjacja elektrolityczna - stała i stopień dysocjacji, elektrolity mocne i słabe, prawo rozcieńczeń Ostwalda. Protonowa teoria kwasów i zasad Brönsteda i Lowry’ego.

- Autodysocjacja wody, iloczyn jonowy wody, wykładnik stężenia jonów wodorowych pH i wodorotlenowych pOH, reakcje zobojętniania.

- Wyznaczanie pH roztworów, hydroliza soli, odczyn roztworów soli, roztwory buforowe. Iloczyn rozpuszczalności, związki trudno rozpuszczalne, reakcje wytrącania osadów.

- Struktura elektronowa atomu węgla. Orbitale atomowe atomu węgla, hybrydyzacja orbitali atomowych, teoria orbitali molekularnych.

- Węglowodory alifatyczne. Nazewnictwo, izomeria, reakcje addycji do wiązań wielokrotnych, reakcje substytucji wolnorodnikowej.

- Węglowodory aromatyczne. Nazewnictwo, izomeria, reakcje substytucji elektrofilowej, efekt indukcyjny i mezomeryczny, wpływ skierowujący podstawników.

- Alkohole i fenole. Nazewnictwo, izomeria, właściwości kwasowo-zasadowe alkoholi i fenoli, wiązanie wodorowe, charakterystyczne reakcje).

- Aldehydy i ketony. Nazewnictwo, ważniejsze reakcje grupy karbonylowej, addycja nukleofilowa.

- Kwasy karboksylowe i pochodne. Nazewnictwo, właściwości grupy karboksylowej, charakterystyczne reakcje, chlorki kwasowe, bezwodniki, amidy, estry i tłuszcze.

- Aminy, aminokwasy i białka. Nazewnictwo, charakter chemiczny, jon obojnaczy, wiązanie peptydowe, aminokwasy C- i N-końcowe, struktura białek.

- Węglowodany. Nazewnictwo mono- oligo- i polisacharydów, formy łańcuchowe i cykliczne monosacharydów, izomeria, konfiguracja D- i L.

Ćwiczenia laboratoryjne:

- Regulamin pracowni chemicznej i przepisy BHP. Zasady pracy z odczynnikami chemicznymi (zagrożenia i środki ostrożności). Odpady chemiczne i ich utylizacja.

- Przykładowe reakcje syntezy, analizy, wymiany, wytrącanie i rozpuszczanie osadów. Reakcje egzo- i endotermiczne, odwracalne i nieodwracalne.

- Wstęp do analizy jakościowej. Reakcje charakterystyczne wybranych jonów.

- Sporządzanie roztworów o określonym stężeniu procentowym i molowym. Ważenie substancji.

- Potencjometryczny pomiar pH.

- Wprowadzenie do analizy ilościowej. Alkacymetria. Oznaczenia alkalimetryczne i acydymetryczne.

- Manganometria. Oznaczenia manganometryczne.

- Omówienie zasad pracy z odczynnikami organicznymi.

- Metody rozdzielania mieszanin i oczyszczania związków organicznych. - Krystalizacja, sublimacja, destylacja prosta, destylacja z parą wodną, ekstrakcja, chromatografia TLC.

- Węglowodory – budowa, podział, wzory, nazewnictwo, izomeria, reakcje charakterystyczne.

- Alkohole i fenole – budowa i nazewnictwo, występowanie, zastosowanie. Badanie odczynu alkoholi i fenoli. Budowa, wzory, nazwy, właściwości chemiczne alkoholi i fenoli. Reakcje charakterystyczne alkoholi i fenoli.

- Aldehydy i ketony – budowa, nazewnictwo, występowanie, zastosowanie. Tautomeria ketonowo-enolowa. Budowa, wzory, nazwy, właściwości chemiczne aldehydów i ketonów. Reakcje charakterystyczne aldehydów i ketonów.

- Kwasy karboksylowe i ich pochodne: budowa, nazewnictwo, występowanie i zastosowanie kwasów karboksylowych i pochodnych, właściwości chemiczne kwasów karboksylowych oraz bezwodników, estrów, chlorków i amidów. Reakcje charakterystyczne kwasów jedno i wielokarboksylowych, bezwodników, amidów, estrów i tłuszczów. Kwasy tłuszczowe i tłuszcze. Hydroliza kwasowa i zasadowa tłuszczów.

- Związki zawierające azot. Aminy- budowa, nazewnictwo, właściwości zasadowe. Aminokwasy - budowa, wzory, nazewnictwo, właściwości, reakcje charakterystyczne. Peptydy, białka – budowa, nazewnictwo, właściwości, reakcje charakterystyczne.

- Węglowodany. Reakcje węglowodanów z odczynnikami Fehlinga i Tollensa, mutarotacja glukozy, inwersja sacharozy.

Literatura podstawowa

1. Atkins W.P., Jones L. Chemia ogólna. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2016 (lub inne wydanie)

2. Szlachcic P., Szymońska J., Jarosz B., Drozdek E., Michalski O. Wisła-Świder A. Chemia I - Skrypt do ćwiczeń laboratoryjnych z chemii nieorganicznej lub analitycznej, Wydawnictwo UR, Kraków 2017 (lub wydanie z 2014)

3. Łukasiewicz M., Michalski O., Szymońska J. Obliczenia chemiczne. Skrypt do ćwiczeń rachunkowych z chemii. Wydawnictwo UR w Krakowie. 2015 i/lub kolejne wydania z aktualizacjami.

4. G.Patrick, Chemia organiczna. Krótkie wykłady, PWN, Warszawa, 2008

5. P .Mastalerz, Chemia organiczna, Wydawnictwo Chemiczne, Wrocław, 2016.

Literatura uzupełniająca

5. Cox P.A. Chemia nieorganiczna. Krótkie wykłady. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 2006.

6. Mastalerz, Przemysław. Elementarna chemia nieorganiczna. Wydawnictwo Chemiczne, 2017.

7. Hart H.i współpracownicy, Chemia organiczna – krótki kurs, Wydawnictwa Lekarskie, PZWL, Warszawa, 2009.

8. Kołodziejczyk A., Dzierzbicka K., Podstwy Chemii oganicznej, Wydawnictwo PG, 2018.

WIEDZA - zna i rozumie:

- podstawowe zjawiska, pojęcia i prawa chemiczne, z uwzględnieniem obliczeń stechiometrycznych niezbędnych do analizy objętościowej, w tym podstawowe sposoby wyrażania stężeń (procentowe, molowe). Klasyfikuje poszczególne rodzaje substancji nieorganicznych, właściwości najważniejszych pierwiastków i związków chemicznych. Prezentuje równania reakcji chemicznych z udziałem różnych substancji chemicznych. Wyjaśnia zależność pomiędzy budową substancji a jej właściwościami fizycznymi i chemicznymi. Prezentuje równania reakcji przebiegających w roztworach wodnych i przewiduje ich skutki.

- klasyfikuje poszczególne rodzaje substancji organicznych. Zna grupy funkcyjne w związkach organicznych i właściwości fizykochemiczne najważniejszych związków organicznych. Zna zasady nazewnictwa systematycznego poszczególnych grup związków organicznych. Prezentuje równania reakcji chemicznych z udziałem różnych grup związków organicznych.

UMIEJĘTNOŚCI - potrafi:

- posługiwać się podstawowym sprzętem i szkłem laboratoryjnym.

- opisać wykonane doświadczenia chemiczne oraz zinterpretować obserwowane wyniki reakcji chemicznych, pozyskiwać informacje z literatury, baz danych i innych źródeł; potrafi integrować uzyskane informacje, dokonywać ich interpretacji, a także wyciągać wnioski oraz formułować i uzasadniać opinie. Przygotować pisemne sprawozdania z przeprowadzonych doświadczeń laboratoryjnych.

- rozwiązać praktyczne zadania dotyczące analizy jakościowej i ilościowej substancji.

- przestrzegać podstawowych zasad bezpieczeństwa i higieny pracy.

- rozwiązać 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.

- obliczyć oraz przeliczyć stężenia składników w roztworze. Sporządzić roztwory, rozcieńczyć, zatężać.

- zinterpretować 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. Potrafi obliczyć pH w roztworach kwasów, zasad, soli i roztworach buforowych oraz określić warunki strącania osadu i rozpuszczalność molową substancji.

- posługiwać się podstawowym sprzętem laboratoryjnym specyficznym dla chemii organicznej

- przeprowadzić procesy destylacji, krystalizacji, sublimacji, ekstrakcji.

- przeprowadzić reakcje różnych klas związków organicznych.

- zapisać równania reakcji różnych klas związków organicznych oraz nazwać produkty reakcji.

KOMPETENCJE SPOŁECZNE - jest gotów do:

- ciągłego dokształcania się i podnoszenia kwalifikacji zawodowych oraz rozwoju osobistego.

- wykazania odpowiedzialności za pracę własną i innych w zakresie bezpieczeństwa pracy w laboratorium chemicznym oraz używania odczynników chemicznych.

- rozwiązywania problemów i realizacji zadań w zespole lub samodzielnie.

Oceny formujące (ćwiczenia):

1. Student opracowuje podlegające weryfikacji sprawozdanie z każdego wykonanego samodzielnie (lub w zespole) ćwiczenia. Wyznacznikiem oceny będzie efektywność (i organizacja zespołu) oraz umiejętność korzystania z materiałów źródłowych.

2. W ciągu semestru student pisze cztery kolokwia dotyczące kolejnych partii materiału.

3. Warunkiem zaliczenia ćwiczeń laboratoryjnych jest zaliczenie wszystkich sprawozdań i pozytywne oceny z kolokwiów.

Ocena końcowa (formująca): średnia z ocen formujących.

Wykłady

Ocena podsumowująca: egzamin pisemny z całości wiedzy przedstawionej na wykładach i ćwiczeniach (zadania problemowe, tworzenie krótkich definicji, rozwiązywanie przedstawionych zagadnień).