Chemia 1

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, a także wyrobienie umiejętności wykonywania podstawowych obliczeń chemicznych i czynności laboratoryjnych niezbędnych do rozwiązywania przez studentów problemów w trakcie ich dalszego studiowania oraz pracy zawodowej. Zajęcia obejmują bloki tematyczne prezentujące aktualny stan wiedzy na temat budowy atomów i cząsteczek związków chemicznych, rodzaju reakcji chemicznych, systematyki i właściwości związków nieorganicznych, właściwości wody i reakcji zachodzących w roztworach wodnych, kinetyki i uwarunkowań termodynamicznych zachodzenia reakcji oraz znaczenia tych zagadnień dla organizmów żywych i środowiska naturalnego oraz procesów wytwarzania i przetwarzania żywności, a także ich praktycznego wykorzystania.

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.

Charakterystyka oddziaływań międzycząsteczkowych. Przykłady występowania tych oddziaływań, ich wpływ na właściwości związków chemicznych i znaczenie dla układów biologicznych.

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, ułamki 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. Wpływ temperatury i ciśnienia na stałą równowagi chemicznej, równanie izobary van`t Hoffa – praktyczne wykorzystanie.

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: reakcje proteolityczne. Elektronowa teoria kwasów i zasad-teoria Lewisa.

Autodysocjacja wody, iloczyn jonowy wody, wykładnik stężenia jonów wodorowych pH i wodorotlenowych pOH, reakcje zobojętniania. Elektrolity amfoteryczne – amfolity: właściwości, znaczenie dla układów biologicznych.

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

Termodynamika chemiczna i termochemia, zasady termodynamiki, zależności pomiędzy funkcjami termodynamicznymi. Efekty energetyczne reakcji chemicznych. Prawo Hessa, prawa Kirchhoffa, obliczenia termochemiczne. Procesy odwracalne i nieodwracalne, samorzutne i wymuszone. Warunek równowagi układu i kierunek samorzutnego przebiegu reakcji. Reakcja chemiczna, jako przykład układu otwartego-potencjał chemiczny reakcji.

Szybkość reakcji chemicznych, stała szybkości reakcji, wpływ stężenia reagentów na szybkość reakcji. Reakcje złożone i czynniki decydujące o ich szybkości. Reakcje odwracalne, następcze, równoległe i reakcje łańcuchowe. Wpływ temperatury na szybkość reakcji. Energia aktywacji, teoria kompleksu aktywnego. Reakcje katalityczne: kataliza homo- i heterogeniczna, autokataliza, inhibitory. Kataliza enzymatyczna w życiu codziennym i w przemyśle spożywczym.

Układy koloidalne: charakterystyka, podział, metody otrzymywania, zastosowanie jako składniki żywności. Właściwości kinetyczne, optyczne i elektryczne układów dyspersyjnych. Budowa cząstek koloidalnych. Koagulacja i peptyzacja koloidów. Charakterystyka, właściwości i zastosowanie układów koloidalnych, takich jak: aerozole, zole, żele, piany i emulsje.

Elektrochemia. Rodzaje elektrod, standardowy (normalny) potencjał elektrody, Szereg standardowych potencjałów elektrod. Elektrody I-go i II-go rodzaju, elektrody jonoselektywne. Potencjometryczny pomiar pH. Biologiczne aspekty pomiarów elektrochemicznych.

Regulamin pracowni chemicznej. Zasady BHP. Postępowanie z odpadami chemicznymi. Podstawowe szkło laboratoryjne i czynności laboratoryjne, jak: wytrącanie osadów, sączenie, odmierzanie cieczy, miareczkowanie, sporządzanie roztworów. Pisanie sprawozdań z ćwiczeń.

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

Przykładowe reakcje zobojętniania, powstawania kompleksów, utleniania-redukcji, tworzenia soli, reakcje związków amfoterycznych.

Reakcje charakterystyczne (rozpoznawcze) niektórych anionów: NO3-, PO43- , Cl- , CO32- , S2- , C2O42- , SO42- oraz niektórych kationów: Pb2+ , Cu2+, Hg2+, Cd2+, Fe3+, Ni2+, Cr3+, Al3+, Zn2+, Ca2+, Mg2+, NH4+.

Podstawy analizy wagowej, stosowane przyrządy, zakres czynności, przykłady obliczeń. Ważenie substancji na wadze technicznej i analitycznej. Oznaczanie wilgotności skrobi oraz zawartości wody w próbkach soli uwodnionych.

Sporządzanie roztworów o dowolnym stężeniu procentowym.

Reakcje dysocjacji elektrolitycznej w roztworach wodnych - elektrolity słabe i mocne. Pomiar przewodzenia prądu przez roztwory różnych elektrolitów.

Iloczyn jonowy wody, pH i pOH, hydroliza soli – odczyn roztworów. Wyznaczanie pH roztworów soli, kwasów i zasad za pomocą wskaźników kwasowo-zasadowych oraz metodą potencjometryczną.

Podstawy objętościowej analizy ilościowej, zasady posługiwania się laboratoryjnymi naczyniami miarowymi, zakres czynności, przykłady obliczeń.

Sporządzanie roztworu HCl i NaOH o określonym stężeniu molowym przez rozcieńczenie roztworów stężonych.

Mianowanie sporządzonych roztworów HCl i NaOH oraz wykorzystanie ich do prostych oznaczeń alkacymetrycznych, takich jak: alkalimetryczne oznaczenie zawartości HCl, CH3COOH i H2SO4 oraz acydymetryczne oznaczanie zawartości NH3, NaOH i Na2CO3 w próbce.

Twardość wody i jej usuwanie. Oznaczanie metodą kompleksometryczną ogólnej twardości wody oraz zawartości jonów magnezu w roztworze.

Podstawy redoksymetrii, stosowane szkło laboratoryjne, zakres czynności, przykłady obliczeń.

Mianowanie roztworu Na2S2O3. Jodometryczne oznaczanie zawartości jonów miedzi(II) oraz żelaza(III) w roztworze.

Mianowanie roztworu KMnO4. Manganometryczne oznaczanie zawartości nadtlenku wodoru, jonów żelaza(II) oraz jonów siarczanowych(IV) w próbce.

Literatura podstawowa:

1. Atkins W.P., Jones L. Chemia ogólna. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 2009, 2016. Tom I i II

2. Mastalerz P. Elementarna chemia nieorganiczna . Wydawnictwo Chemiczne Wrocław. 2011.

3. Szymońska J., Szlachcic P., Michalski O., Kulig E., Wisła A. Chemia I – skrypt do ćwiczeń laboratoryjnych. Wydawnictwo UR w Krakowie, 2017.

Literatura uzupełniajaca:

1. Łukasiewicz M., Michalski O., Szymońska J. Obliczenia chemiczne. Skrypt do ćwiczeń rachunkowych z chemii. Wydawnictwo UR w Krakowie. 2015.

Wiedza

Definiuje podstawowe zjawiska, pojęcia i prawa chemiczne.

Opisuje właściwości najważniejszych pierwiastków i związków chemicznych.

Wyjaśnia zależność pomiędzy budową substancji a jej właściwościami fizycznymi i chemicznymi.

Klasyfikuje poszczególne rodzaje substancji nieorganicznych.

Prezentuje równania reakcji chemicznych z udziałem różnych substancji chemicznych.

Definiuje właściwości roztworów wodnych i układów koloidalnych.

Prezentuje równania reakcji przebiegających w roztworach wodnych i przewiduje ich skutki.

Określa wpływ czynników fizykochemicznych na stan równowagi chemicznej i szybkość reakcji chemicznych.

Diagnozuje procesy chemiczne zachodzące w procesie produkcji i przetwarzania żywności oraz w środowisku przyrodniczym.

Przewiduje szkodliwość substancji chemicznych stosowanych jako składniki żywności.

Umiejętności

Posługuje się podstawowym sprzętem i szkłem laboratoryjnym.

Rozwiązuje praktyczne zadania dotyczące analizy jakościowej i ilościowej substancji.

Opisuje wykonane doświadczenia chemiczne.

Interpretuje obserwowane wyniki reakcji chemicznych.

Używa praw chemicznych do ilościowego opisu reakcji chemicznych.

Używa właściwych metod postępowania z substancjami szkodliwymi i odpadami chemicznymi.

Przygotowuje pisemne sprawozdania na temat przeprowadzonych doświadczeń laboratoryjnych.

Wykorzystuje nowoczesne technologie informatyczne i zasoby internetowe.

Prezentuje umiejętność współpracy w zespole.

Kompetencje społeczne

Rozumie potrzebę odpowiedzialnego zachowania w laboratorium chemicznym oraz używania substancji chemicznych.

Wspiera działania na rzecz informowania społeczeństwa o rzeczywistym zagrożeniu środowiska przyrodniczego oraz wytwarzanej żywności przez stosowanie substancji chemicznych.

Identyfikuje i rozwiązuje problemy dotyczące stosowania związków chemicznych w produkcji żywności i w życiu codziennym.

Rozumie potrzebę ciągłego dokształcania się i podnoszenia kwalifikacji zawodowych

Na ocenę 2

- Nie wymienia i nie stosuje praw chemicznych.

- Nieprawidłowo nazywa najważniejsze pierwiastki i związki nieorganiczne, jak: tlenki, wodorotlenki, kwasy i sole.

- Nie rozpoznaje właściwości najważniejszych pierwiastków ani poszczególnych grup związków nieorganicznych.

- Nieprawidłowo układa równania reakcji chemicznych z udziałem różnych substancji chemicznych.

- Nie wymienia właściwości wody ani roztworów wodnych.

- Nie klasyfikuje reakcji zachodzących w roztworach wodnych (dysocjacja, hydroliza, zobojętnianie, wytrącanie osadów) i nie pisze ich równań.

- Nie definiuje odczynu roztworu, ani nie przewiduje jego zmian pod wpływem dodawania kwasów, zasad lub rozcieńczania roztworu.

- Nie wymienia przykładów roztworów buforowych, nie podaje ich działania ani przykładów zastosowania.

- Nie wymienia efektów energetycznych reakcji chemicznych i nie stosuje obliczeń termochemicznych.

- Nie wymienia czynników wpływających na szybkość reakcji chemicznych.

- Nie klasyfikuje reakcji katalitycznych.

- Nie opisuje układów koloidalnych i nie wymienia ich właściwości.

- Nie rozpoznaje zagrożeń dla żywności i żywienia człowieka wynikających z niewłaściwego stosowania nieorganicznych substancji chemicznych.

- Nie używa podstawowego sprzętu i szkła laboratoryjnego zgodnie z jego przeznaczeniem.

- Nie opisuje wyników przeprowadzonych doświadczeń i reakcji chemicznych.

- Nie wykonuje obliczeń stechiometrycznych i obliczeń dotyczących stężeń roztworów.

- Nie przygotowuje roztworów o określonym stężeniu procentowym i molowym.

- Nie potrafi doświadczalnie wyznaczyć dokładnego stężenia roztworów lub ilości substancji w próbce.

- Niepoprawnie stosuje metody wyznaczania odczynu roztworu, zwłaszcza wskaźniki kwasowo-zasadowe.

- Nie rozwiązuje zadań dotyczących analizy jakościowej i ilościowej.

- Nie prezentuje w wyznaczonym terminie wyników wykonanych doświadczeń chemicznych w formie pisemnego sprawozdania.

- Nie przestrzega zasad pracy obowiązujących w laboratorium chemicznym oraz konieczności odpowiedniego składowania wytworzonych tam odpadów.

Na ocenę 3

- Wymienia prawa chemiczne, ale ich nie stosuje.

- Nazywa najważniejsze pierwiastki i związki nieorganiczne i pisze ich wzory, ale nie podaje ich właściwości chemicznych.

- Układa równania reakcji tylko z udziałem niektórych substancji, ale ich nie objaśnia.

- Wymienia właściwości roztworów, ale ich nie tłumaczy i nie podaje ich praktycznego zastosowania.

- Wymienia reakcje zachodzące w roztworach wodnych (dysocjacja, hydroliza, zobojętnianie, wytrącanie osadów), ale ich nie objaśnia lub nieprawidłowo pisze ich równania.

- Definiuje odczyn roztworu, ale nie wykonuje obliczeń związanych z jego zmianami.

- Podaje przykłady roztworów buforowych, ale nie przewiduje ich działania pod wpływem dodawania kwasu, zasady lub rozcieńczania, nie wymienia przykładów ich zastosowania w żywieniu człowieka.

- Wymienia efekty energetyczne reakcji, ale nie wykonuje obliczeń termochemicznych.

- Definiuje szybkość reakcji, ale niepoprawnie określa jej zmiany zachodzące pod wpływem różnych czynników.

- Określa rodzaje reakcji katalitycznych, ale nie podaje przykładów.

- Klasyfikuje układy koloidalne ale nie wymienia sposobów ich otrzymywania ani właściwości.

- Rozpoznaje zagrożenia dla środowiska przyrodniczego i żywności wynikające z niewłaściwego stosowania nieorganicznych substancji chemicznych, ale nie uwzględnia ich w praktycznym działaniu.

- Używa niektóre szkło laboratoryjne i sprzęt zgodnie z przeznaczeniem.

- Opisuje wyniki wykonanych doświadczeń, ale ich nie interpretuje i nie uogólnia.

- Wykonuje ze znaczącymi błędami obliczenia stechiometryczne i dotyczące stężeń roztworów.

- Przygotowuje roztwory o określonym stężeniu w sposób niedokładny, nie uzasadnia użycia odpowiedniego naczynia laboratoryjnego.

- Określa dokładne stężenie roztworów (mianuje roztwory), ale nie uzasadnia użycia odpowiednich wskaźników czy substancji podstawowych.

- Identyfikuje prawidłowo odczyn roztworu, ale nie tłumaczy jego zmian.

- Rozwiązuje polecone zadania dotyczące analizy jakościowej lub ilościowej, ale nie umie samodzielnie zaprojektować przebiegu analizy i przewidywać jej wyniku.

- Przygotowuje pisemne sprawozdania z wykonanych doświadczeń chemicznych, ale ze znaczącymi błędami merytorycznymi lub po upływie wyznaczonego terminu.

- Stosuje zasady bhp obowiązujące w laboratorium chemicznym i sposoby postępowania z wytworzonymi tam odpadami chemicznymi.

Na ocenę 4

- Wymienia i stosuje w praktyce prawa chemiczne.

- Poprawnie nazywa pierwiastki i nieorganiczne związki chemiczne, opisuje ich właściwości chemiczne.

- Rozróżnia rodzaje reakcji, układa równania reakcji z udziałem większości związków chemicznych i przewiduje ich skutki.

- Wylicza i objaśnia właściwości wody i roztworów wodnych, wskazuje ich praktyczne wykorzystanie.

- Klasyfikuje reakcje zachodzące w roztworach wodnych, pisze ich równania i podaje ich interpretację.

- Definiuje odczyn roztworu, objaśnia jego znaczenie i wykonuje obliczenia związane z jego zmianami.

- Podaje przykłady roztworów buforowych, przewiduje ich działanie pod wpływem dodawania kwasu, zasady lub rozcieńczania, nie wymienia przykładów ich zastosowania w żywieniu człowieka.

- Wymienia efekty energetyczne reakcji chemicznych i z niewielkimi błędami wykonuje obliczenia termochemiczne.

- Definiuje szybkość reakcji chemicznych i poprawnie interpretuje wpływ różnych czynników na szybkość reakcji prostych.

- Poprawnie klasyfikuje rodzaje reakcji katalitycznych i podaje odpowiednie przykłady.

- Wymienia przykłady układów koloidalnych i opisuje ich właściwości, ale nie podaje ich znaczenia dla produkcji żywności.

- Rozpoznaje zagrożenia dla środowiska przyrodniczego i żywności związane z niewłaściwym używaniem substancji chemicznych, uwzględnia je w praktycznym działaniu.

- Używa sprzęt i szkło laboratoryjne zgodnie z przeznaczeniem.

- Opisuje i interpretuje wyniki wykonanych doświadczeń, potrafi je uogólnić.

- Wykonuje z niewielkimi błędami obliczenia stechiometryczne oraz obliczenia dotyczące stężeń roztworów.

- Przygotowuje roztwory o określonym stężeniu procentowym i molowym posługując się właściwym szkłem laboratoryjnym.

- Prawidłowo mianuje roztwory, objaśnia użycie substancji podstawowych i wskaźników.

- Określa odczyn roztworu i tłumaczy jego zmiany pod wpływem dodania kwasu, zasady lub rozcieńczenia roztworu.

- Samodzielnie planuje i wykonuje wyznaczone zadania z analizy jakościowej i ilościowej.

- Przygotowuje z niewielkimi błędami pisemne sprawozdania z wykonanych doświadczeń, które prezentuje w wyznaczonym terminie.

- Postępuje zgodnie z zasadami bhp obowiązującymi w laboratorium chemicznym i stosuje zalecane sposoby utylizacji odpadów chemicznych.

Na ocenę 5

- Wymienia i stosuje w praktyce prawa chemiczne.

- Poprawnie nazywa pierwiastki i nieorganiczne związki chemiczne, klasyfikuje je i opisuje ich właściwości chemiczne.

- Rozróżnia rodzaje reakcji, bezbłędnie pisze równania reakcji z udziałem większości związków chemicznych i poprawnie przewiduje ich skutki.

- Objaśnia właściwości wody na podstawie budowy jej cząsteczek, rozróżnia roztwory właściwe od koloidów, wymienia ich właściwości i wskazuje praktyczne wykorzystanie.

- Rozróżnia reakcje zachodzące w roztworach wodnych kwasów, zasad i soli, pisze ich równania, objaśnia przebieg i skutki.

- Definiuje i określa doświadczalnie odczyn roztworu, objaśnia jego znaczenie, wykonuje obliczenia związane z jego zmianami.

- Wymienia przykłady roztworów buforowych, przewiduje ich działanie pod wpływem dodawania kwasu, zasady lub rozcieńczania, podaje przykłady ich zastosowania w żywieniu człowieka.

- Wymienia efekty energetyczne reakcji chemicznych i wykonuje obliczenia termochemiczne.

- Definiuje szybkość reakcji chemicznych i poprawnie interpretuje wpływ różnych czynników na przebieg reakcji prostych i złożonych.

- Poprawnie klasyfikuje rodzaje reakcji katalitycznych i podaje przykłady ich wykorzystania w produkcji żywności.

- Podaje przykłady układów koloidalnych i sposoby ich otrzymywania, opisuje ich właściwości oraz podaje ich znaczenia dla produkcji żywności.

- Przewiduje szkodliwe dla środowiska przyrodniczego i żywności skutki niewłaściwego stosowania substancji chemicznych, wskazuje działania bezpieczne.

- Używa sprzęt i szkło laboratoryjne zgodnie z przeznaczeniem.

- Opisuje i interpretuje wyniki wykonanych doświadczeń, projektuje doświadczenia weryfikujące postawione hipotezy.

- Wykonuje obliczenia stechiometryczne oraz dotyczące stężeń roztworów.

- Przygotowuje roztwory o określonym stężeniu procentowym i molowym posługując się własnymi obliczeniami i odpowiednim szkłem laboratoryjnym.

- Prawidłowo mianuje roztwory, objaśnia użycie substancji podstawowych i wskaźników pisząc równania odpowiednich reakcji.

- Wyznacza doświadczalnie odczyn roztworu i tłumaczy jego zmiany pod wpływem dodania kwasu, zasady lub rozcieńczenia roztworu.

- Samodzielnie planuje i wykonuje wyznaczone zadania z analizy jakościowej i ilościowej.

- Przygotowuje z niewielkimi błędami pisemne sprawozdania z wykonanych doświadczeń, które prezentuje w wyznaczonym terminie.

- Postępuje zgodnie z zasadami bhp obowiązującymi w laboratorium chemicznym i stosuje zalecane sposoby utylizacji odpadów chemicznych.