CILJ KOLEGIJA
Fizikalna kemija je esencijalna prirodna znanost u području zaštite okoliša pa je razumijevanje i primjena temeljnih principa, zakona i teorija fizikalne kemije ključno u kemijsko-inženjerskoj praksi zaštite okoliša. Cilj kolegija je isto tako razvijanje sposobnosti logičkog rješavanja problema i izvođenja jednadžbi kojima se opisuju ravnotežno stanje i kinetika različitih fizikalno kemijskih sustava. Ovaj jednosemestralni kolegij prilagođen je studiju koji izučava okoliš.
IZVEDBENI PROGRAM KOLEGIJA
1. tjedan: Uvod; Svojstva i stanja plinova; Idealni i realni plinovi-jednadžbe stanja
Seminar-zadaci : Idealni i realni plinova-jednadžbe stanja
2. tjedan: Termodinamika I. zakon: unutarnja energija, entalpija, toplina i rad, toplinski
kapaciteti; Termokemija: Hessov stavak, Kirchoffov zakon
Seminar-zadaci : termokemijski zakoni i 1. zakon termodinamike
3. tjedan: II. zakon termodinamike: reverzibilni i spontani procesi i ravnoteža, Entropija,
Gibbsova energija;
Seminar-zadaci : termokemijski zakoni i 1. zakon termodinamike
4. tjedan: 3. zakon termodinamike, Ovisnost Gibbsove energije o temperaturi i tlaku, Kemijski
potencijal, Gibbs-Duhemova jednadžba
Laboratorijske vježbe: Uvodni kolokvij iz laboratorijskih vježbi
seminar-zadaci: entropija
5. tjedan: Fazne ravnoteže; Clapeyronova i Clausius Clapeyronova jendžba, Trojna točka,
Pravilo faza
Laboratorijske vježbe: Krioskopija
seminar-zadaci: fazne ravnoteže
6. tjedan: Topljivost i koligativna svojstva: Rauoltov zakon, smjese, Henryev zakon, Zakon
raspodjele, Kristalizacija, Osmotski tlak
Laboratorijske vježbe: Nernstov zakon raspodjele
seminar-zadaci: koligativna svojstva
7. tjedan: Kemijska ravnoteža: Konstanta ravnoteže; Ovisnost konstante ravnoteže o
temperaturi i tlaku
Laboratorijske vježbe: Dijagram vrenja
Seminar-zadaci iz kemijske ravnoteže
1. međuispit
8. tjedan: Ravnoteže na površini: Površinska napetost. Adsorpcija
Laboratorijske vježbe: adsorpcija-Freundlichova izoterma
Seminar-zadaci: adsorpcijske izoterme
9. tjedan: Ravnoteže u otopinama elektrolita, Električna i množinska provodnost elektrolita,
homogene ravnoteže
Laboratorijske vježbe: provodnost elektrolita
Seminar-zadaci: provodnost elektrolita
10. tjedan: Elektrodna ravnoteža, Galvanski članci
Laboratorijske vježbe: mjerenje elektromotorne sile galvanskog članka
Seminar-zadaci: elektrodne ravnoteže, EMS, elektrodni potencijal
11. tjedan: Fizikalni procesi: difuzija, viskoznost
12. tjedan : Kemijska kinetika: brzina i red reakcije, Molekularnost i mehanizam reakcija
Složene reakcije, Povratne,paralelne i slijedne
Laboratorijske vježbe: Određivanje konstante brzine kemijske reakcije-Raspad
H2O2
Seminar-zadaci: kemiska kinetika
13. tjedan: Lančane reakcije, Ovisnost brzine reakcije o temperaturi, Teorije brzine reakcije
Seminar-zadaci: kemijska kinetika
Laboratorijske vježbe: završni kolokvij
14. tjedan: Fotokemijske reakcije: osiromašenje ozona u stratosferi
15. tjedan: Kataliza: homogena, kiselo-bazna, usporavanje reakcija, heterogena kataliza.
2. međuispit
RAZVIJANJE OPĆIH I SPECIFIČNIH KOMPETENCIJA STUDENATA
Primjena temeljnih fizikalno kemijskih zakona kojima se opisuju fizikalno kemijske pojave u svijetu koji nas okružuje pri rješavanju problema u kemijsko inženjerskoj praksi: 1. procjene ponašanja idealnih i realnih plinova plinova u ovisnosti o tlaku, temperaturi i volumenu; primjena termokemijskih zakona, 2. izračunavanje termodinamičkih veličina unutarnje energije, entapije, entropije Gibbsove energije, 3. karakterizacije faznih ravnoteža, kemijske ravnoteže, 4. karakterizacije i primjene površinskih pojava površinske napetosti i adsorpcije; 5. opisivanje homogenih i heterogenih ravnoteža u otopinama elektrolita, 6. razumijevanje kemijske kinetike.
Planiranje i provođenje složenih eksperimenata te analitičko i grafičko obrađivanje mjernih podataka.
OBAVEZE STUDENATA U NASTAVI I NAČINI NJIHOVA IZVRŠAVANJA
Studenti su obavezni nazočiti predavanjima i seminarima
Studenti su obavezni izraditi 7 laboratorijskih vježbi.
Studenti su obavezni pristupiti provjerama znanja i kolokvijima.
UVJETI ZA DOBIVANJE POTPISA:
Uredno prisustvovanje predavanjima, seminarima te odrađene i kolokvirane laboratorijske vježbe.
NAČIN IZVOĐENJA NASTAVE:
Predavanja, seminari i laboratorijske vježbe
Konzultacije
NAČIN PROVJERE ZNANJA I POLAGANJA ISPITA:
Kolokvij iz laboratorijskih vježbi
Dva međuispita (numerički zadaci za oslobađanje od računskog dijela ispita)
Pismeni ispit ( 3 numerička zadatka, potrebno 50 % bodova za prolaz, uz uvjet jednog potpuno ispravno riješenog zadatka)
Usmeni ispit: obavezan
NAČIN PRAĆENJA KVALITETE I USPJEŠNOSTI KOLEGIJA:
Studentska anketa
METODIČKI PREDUVJETI:
Položeni predmeti: MATEMATIKA, OPĆA I ANORGANSKA KEMIJA
ISHODI UČENJA KOLEGIJA
1. Studenti će znati opisati temeljne zakone fizikalne kemije koji se odnose na plinove, termodinamiku, fazne ravnoteže, kemijsku ravnotežu, površinske fenomene, elektrokemijske ravnoteže i kemijsku kinetiku te ih prepoznati i primijeniti pri opisivanju ponašanja fizikalno kemijskih sustava
2. Studenti će znati primijeniti osnovna znanja iz matematike i izvoditi jednadžbe (koje jasno opisuju fizikalne fenomene koji se razmatraju)
3. Studenti su osposobljeni pripremiti i napraviti laboratorijske pokuse
4. Studenti su sposobni analizirati i interpretirati rezultate pokusa
5. Studenti su sposobni samostalno pripremiti laboratorijska izvješća
ISHODI UČENJA NA RAZINI PROGRAMA
1. Studenti će primjenjivati temeljna znanja iz prirodnih znanosti pri identificiranju i opisivanju jednostavnih inženjerskih problema
2. Studenti će biti osposobljeni pripremati i napraviti jednostavne laboratorijske pokuse korištenjem dostupne laboratorijske opreme i uređaja
3. Studenti će naučiti upravljati i planirati vremenom
4. Studenti će naučiti analizirati i prezentirati (usmeno i pismeno) rezultate istraživanja vezanih uz sadržaj studija
5. Studenti će primjenjivati fizikalno kemijske zakone u rješavanju problema vezanih za zaštitu okoliša i održivog razvoja
NASTAVNE JEDINICE S PRIPADAJUĆIM ISHODIMA UČENJA I KRITERIJIMA VREDNOVANJA
Nastavna jedinica
1. Plinovi
Ishodi učenja
Studenti će znati: opisati plinske zakone i prikazati ih u p-V-T dijagramima; izvesti jednadžbu stanja idealnog plina na temelju termodinamičkog i kinetičko-molekularnog pristupa i izvesti Van der Waalsovu jednadžbu stanja realnih plinova
Kriteriji vrednovanja
Studenti odgovaraju na teorijska pitanja vezana za ponašanje idealnih i realnih plinova ponašanja pri čemu:
a) analiziraju i interpretiraju p-V-T dijagrame idealnih i realnih plinova
b) pokazaju vještinu matematičkog računanja parametara u jednadžbi stanja
c) interpretiraju matematičke izvode jednadžbi stanja
d) eksperimentalno određuju molekularnu masu nepoznate lako hlapljive kapljevine
Nastavna jedinica
2. Termokemija i termodinamika
Ishodi učenja
Studenti će znati:
a) razlikovati i definirati toplinske kapacitete pri konstantnom tlaku i konstantnom volumenu,
b) opisati I., II. i III. zakon termodinamike kao i termokemijske zakone (Hessov stavak, Kirchoffov zakon),
c) razlikovati i definirati veličine stanja (unutarnja energija, entalpija, entropija, Gibbsova energija)
d) opisati spontanost i povrativost procesa
e) Izvesti ovisnost Gibbsove energije o tlaku i temperaturi
f) pripremiti i napraviti laboratorijski pokus: Kalorimetrija: Određivanje topline reakcije
g) računski obraditi mjerne podatke i interpretirati rezultate pokusa te napisati laboratorijsko izvješće
Kriteriji vrednovanja
Studenti odgovaraju na pitanja vezana uz osnovne termodinamičke pojmove i principa pri čemu pokazaju poznavanje i vještinu primjene termodinamičkih i termokemijskih zakona i raspoloživih termodinamičkih podataka pri izračunavanju promjena veličina stanja unutarnje energije, entalpije, entropije i Gibbsove energije; interpretacije ravnotežnog stanja izoliranih sustava i zatvorenih sustava te matematičko izvođenje ovisnosti Gibbsove energije o tlaku i temperaturi
Nastavna jedinica
3. Fazne ravnoteže
Ishodi učenja
Studenti će znati:
a) opisati fazne ravnoteže u jednokomponentnim, dvokomponentnim i trokomponentnim sustavima putem faznih dijagrama i jednadžbi
b) izvesti Clapeyronovu i Clausius Clapeyronovu jednadžbu, Rauoltov zakon; Henryev zakon, Nernstov zakon razdjeljenja i Van't Hoffovu jednadžbu za osmotski tlak
c) pripremiti i napraviti laboratorijski pokuse: Dijagram vrenja i Nernstov zakon razdjeljenja
d) računski obraditi mjerne podatke i interpretirati rezultate pokusa te napisati laboratorijsko izvješće
Kriteriji vrednovanja
Studenti odgovaraju na pitanja vezana uz fazni dijagram za jednostavne, jednokomponentne sustave pri čemu pokazuju vještinu računanja i primjene Clapeyronove i Clausius- Clapeyronove jednadžbe te Augustove formule
Provjerava se grafička vještina obrade podataka
Studenti odgovaraju teorijski i eksperimentalno određuju dijagram vrenja i definirati sustav (zeotropni/azeotropni)
Provjerava se matematički izvod Clapeyronove i Clausius Clapeyronove jednadžbe, Rauoltovog zakona; Henryevog zakona, Nernstovog zakona razdjeljenja i Van't Hoffove jednadžbe za osmotski tlak
Nastavna jedinica
4. Kemijska ravnoteža
Ishodi učenja
Studenti će znati opisati kemijsku ravnotežu pri uvjetima konstantnog tlaka i temperature pomoću Gibbsove energije, izvesti konstantu kemijske ravnoteže, opisati ovisnost konstante kemijske ravnoteže o temperaturi i o tlaku te opisati homogenu i heterogenu kemijsku ravnotežu
Kriteriji vrednovanja
Studenti odgovaraju na pitanja iz teorijske osnove iznesenih koncepata uz provjeru vještine računanja konstante kemijske ravnoteže na primjerima homogenih i heterogenih ravnoteža
Nastavna jedinica
5. Površinski fenomeni: površinska napetost i adsorpcija
Ishodi učenja
Studenti su teorijski upoznati s površinskim fenomenima na granici faza: čvrsto-plinovito, čvrsto-kapljevito i kapljevito-plinovito te osnovnim pomovima vezanim za tu grupu fenomena
Studenti će znati definirati i razlikovati površinski aktivne i neaktivne tvari te znati opisati površinske filmove i njihovu praktičnu primjenu u zaštiti okoliša
Studenti će znati teorijski definirati fenomen adsorpcije i čimbenike koji utječu na adsorpciju, te adsorpcijsku ravnotežu, prepoznati tipove adsorpcijskih izotermi, pripremiti i napraviti laboratorijsku vježbu iz adsorpcije na primjeru Freundlichove izoterme te ju znati interpretirati
Kriteriji vrednovanja
Studenti odgovaraju na teorijska pitanja vezana uz značenje površinski aktivnih tvari i njihove primjene u praksi
Provjerava se razumijevanje važnosti eksperimentalnih uvjeta određivanja adsorpcijske izoterme
Studenti se provjeravaju da li su usvojili vještinu računanja i primjene Frundlichove, Langmuirove i B.E.T. izoterme
Nastavna jedinica
7. Elektrokemija: vodljivost elektrolita i elektrodne ravnoteže
Ishodi učenja
Studenti će znati definirati i razlikovati jake od slabih elektrolita kroz I. i II. Kohlraushov zakon
te Ostwaldov zakon
Studenti će biti upoznati s pojmom aktiviteta te znati objasniti Debye-Huckelovu teoriju jakih elektrolita
Studenti će naučiti opisati ravnotežu elektroda-otopina, izvesti termodinamički izraz za elektrodni potencijal, znati definirati elektromotornu silu galvanskih članaka i izvesti Nernstovu jednadžbu
U laboratoriju studenti će naučiti pripremiti i napraviti laboratorijsku vježbu iz Vodljivosti elektrolita i EMS te računski obraditi mjerne podatke i interpretirati rezultate pokusa te napisati laboratorijsko izvješće
Kriteriji vrednovanja
Studenti se usmeno provjeravaju odgovarajući na pitanja iz teorijske osnove nastavne jedinice te eksperimentalno vrednuju elektrokemijske zakonitosti
Nastavna jedinica
7. Kemijska kinetika
Ishodi učenja
Studenti će upoznati značenje brzine kemijske reakcije te se upoznati s faktorima koji utječu na brzinu kemijske reakcije, znati definirati red reakcije te naučiti kojim se metodama određuje konstanta brzine reakcije i red reakcije.
Naučit će razvrstati reakcije prema kinetičkom mehanizmu, opisati kinetiku povratnih reakcija, upoznati se s Arrheniusovom jednadžbom koja pokazuje ovisnost konstante brzine reakcije o temperaturi te opisati teoriju prijelaznog stanja (aktiviranog kompleksa).
Definirati osnovne katalitičke pojmove.
Pripremiti i napraviti laboratorijsku vježbu iz Kemijske kinetike: Raspad H2O2.
Računski obraditi mjerne podatke i interpretirati rezultate pokusa te napisati laboratorijsko izvješće.
Kriteriji vrednovanja
Studenti odgovaraju na teorijska pitanja vezana uz kemijsku kinetiku te se provjerava matematička vještina određivanja kinetičkih veličina kao što su konstanta brzine kemijske reakcije, vrijeme poluraspada, red reakcije, energije aktivacije, faktor učestalosti sudara.
|
