Wydział Technologii i Inżynierii Chemicznej - Chemia (S2)
Sylabus przedmiotu Chemia fizyczna III:
Informacje podstawowe
| Kierunek studiów | Chemia | ||
|---|---|---|---|
| Forma studiów | studia stacjonarne | Poziom | drugiego stopnia |
| Tytuł zawodowy absolwenta | magister inżynier | ||
| Obszary studiów | nauk ścisłych, studiów inżynierskich | ||
| Profil | ogólnoakademicki | ||
| Moduł | — | ||
| Przedmiot | Chemia fizyczna III | ||
| Specjalność | przedmiot wspólny | ||
| Jednostka prowadząca | Katedra Chemii Organicznej i Chemii Fizycznej | ||
| Nauczyciel odpowiedzialny | Jacek Soroka <Jacek.Soroka@zut.edu.pl> | ||
| Inni nauczyciele | Monika Gąsiorowska <Monika.Jedras@zut.edu.pl>, Ewa Mijowska <Ewa.Borowiak-Palen@zut.edu.pl>, Marta Sawicka <Marta.Sawicka@zut.edu.pl>, Elwira Wróblewska <Elwira.Wroblewska@zut.edu.pl> | ||
| ECTS (planowane) | 3,0 | ECTS (formy) | 3,0 |
| Forma zaliczenia | zaliczenie | Język | polski |
| Blok obieralny | — | Grupa obieralna | — |
Formy dydaktyczne
Wymagania wstępne
| KOD | Wymaganie wstępne |
|---|---|
| W-1 | Wymagana wiedza z zakresu matematyki, fizyki, chemii fizycznej I i II. |
| W-2 | Wymagana podstawowa wiedza z chemii organicznej |
Cele przedmiotu
| KOD | Cel modułu/przedmiotu |
|---|---|
| C-1 | Zapoznanie studentów z teorią budowy atomu i cząsteczki |
| C-2 | Uzyskanie umiejętności przewidywania struktury układów molekularnych stosując metody chemii kwantowej. |
| C-3 | Poznanie teorii dotyczących budowy związków organicznych oraz ich fizykochemicznych właściwości. |
| C-4 | Zdobycie umiejętności zastosowania teorii w praktyce |
Treści programowe z podziałem na formy zajęć
| KOD | Treść programowa | Godziny |
|---|---|---|
| ćwiczenia audytoryjne | ||
| T-A-1 | Sposób prowadzenia i zaliczenia ćwiczeń. Problemy interpretacyjne mechaniki klasycznej i narodziny teorii kwantowych. | 2 |
| T-A-2 | Rachunek operatorowy. Badanie właściwości operatorów. Zapisywanie równania Schrödingera. | 3 |
| T-A-3 | Rozwią zywanie prostych zagadnień kwantowo-mechanicznych: studnia potencjalu i cząstka w pudle. Zastosowania tych modeli do problemów chemicznych. Rotator i oscylator – klasyczny i kwantowy. | 3 |
| T-A-4 | Orbitale wodoropodobne. Właściwości przestrzenne orbitali s, p i d. Transformacja orbitali pomiedzy reprezentacjami. Obrazy części radialnych i kątowych. Badanie antysymetryczności funkcji | 2 |
| T-A-5 | Model hybrydyzacji orbitali. Przewidywanie struktury cząsteczek. | 2 |
| T-A-6 | Badanie energetycznych i elektronowych właściwości cząsteczek. | 2 |
| T-A-7 | Obliczanie stałych siłowych wiązań na podstawie widm oscylacyjnych cząsteczek. | 2 |
| T-A-8 | Obliczanie długości wiązań cząsteczek dwuatomowych. | 2 |
| T-A-9 | Wyznaczanie krzywych potencjalnych, energii dysocjacji oraz obsadzenia poszczególnych stanów kwantowych w oparciu o widma elektronowe. | 2 |
| T-A-10 | Określanie orientacji cząsteczek barwnika oraz kierunków momentów przejścia w jego cząsteczce. | 2 |
| T-A-11 | Zastosowanie praw w absorpcji w obliczeniach spektroskopowych | 2 |
| T-A-12 | Powstawanie wolnych rodników. Reakcje rodników. | 2 |
| T-A-13 | Czynniki wpływające na wydajność kawitacji. | 2 |
| T-A-14 | Zastosowanie elementów chemii korelacyjnej w obliczeniach | 2 |
| 30 | ||
| wykłady | ||
| T-W-1 | Mechanika klasyczna i kwantowa. Doświadczalne podstawy dualizmu korpuskularno-falowego. Powstanie teorii kwantów z elementami teorii Bohra i przyczyny jej niepowodzenia. | 1 |
| T-W-2 | Podstawy mechaniki kwantowej. Postulaty mechaniki kwantowej. Definicja funkcji falowej i jej probabilistyczna interpretacja. Definicja operatorów odpowiadających wielkościom mierzalnym. | 2 |
| T-W-3 | Podstawy mechaniki kwantowej II. Równanie Schrödingera. Wartości i funkcje własne równania Schrödingera. Wartości średnie wielkości mierzalnych. Właściwości funkcji własnych równania Schrödingera nie zawierającego czasu | 1 |
| T-W-4 | Atom wodoru. Równanie Schrödingera dla atomu wodoru i jonów wodoropodobnych. Rozwiązania równiania ze względu na energię i funkcje. Reprezentacje orbitali atomowych. | 1 |
| T-W-5 | Zakaz Pauliego. Spin. Pojęcie spinorbitalu. Zakaz Pauliego. Wyznacznik Slatera. Pojęcie konfiguracji elektronowej. Koncepcja układu okresowego pierwiastków. Reguły Hundta. | 1 |
| T-W-6 | Równania Hartree-Focka. Wyrażenie na energię w przybliżeniu jednoelektronowym. Wyprowadzenie równań Hartree-Focka. Reguły wyboru dla elektronowych przejść optycznych. | 1 |
| T-W-7 | Wiązanie chemiczne w związkach organicznych. Hybrydyzacja atomów węgla w związkach organicznych. | 2 |
| T-W-8 | Elektryczny moment dipolowy. | 1 |
| T-W-9 | Widma rotacyjne, oscylacyjno-rotacyjne, widma Ramana, widma elektronowo-oscylacyjno-rotacyjne. | 1 |
| T-W-10 | Magnetyzm jądrowy i elektronowy. | 1 |
| T-W-11 | Rodniki i stabilne wolne rodniki. Inicjatory reakcji rodnikowych. | 2 |
| T-W-12 | Elementy sonochemii, kawitacja. | 1 |
| 15 | ||
Obciążenie pracą studenta - formy aktywności
| KOD | Forma aktywności | Godziny |
|---|---|---|
| ćwiczenia audytoryjne | ||
| A-A-1 | Uczestnictwo w ćwiczeniach audytoryjnych. | 30 |
| A-A-2 | Konsultacje z prowadzącym | 5 |
| A-A-3 | Przygotowanie do zaliczenia ćwiczeń. | 10 |
| 45 | ||
| wykłady | ||
| A-W-1 | Uczestnictwo w wykładach. | 15 |
| A-W-2 | Konsultacje z prowadzącym wykłady | 5 |
| A-W-3 | Czytanie literatury wskazanej przez prowadzącego | 10 |
| A-W-4 | Przygotowanie do zaliczenia | 15 |
| 45 | ||
Metody nauczania / narzędzia dydaktyczne
| KOD | Metoda nauczania / narzędzie dydaktyczne |
|---|---|
| M-1 | wyklad multimedialny |
| M-2 | wykład problemowy |
| M-3 | Ćwiczenia audytoryjne |
Sposoby oceny
| KOD | Sposób oceny |
|---|---|
| S-1 | Ocena formująca: Zaliczenie pisemne po zakończeniu cyklu wykładów. |
| S-2 | Ocena formująca: Zaliczenie pisemne ćwiczeń audytoryjnych |
Zamierzone efekty kształcenia - wiedza
| Zamierzone efekty kształcenia | Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiów | Odniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształcenia | Odniesienie do efektów kształcenia prowadzących do uzyskania tytułu zawodowego inżyniera | Cel przedmiotu | Treści programowe | Metody nauczania | Sposób oceny |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Ch_2A_B03_W01 W wyniku przeprowadzonych zajęć student potrafi opanować techniki doświadczalne i numeryczne oraz metody budowy modeli matematycznych stosowane w obszarze chemii; potrafi samodzielnie odtworzyć podstawowe twierdzenia i prawa chemiczne i fizyczne oraz przeprowadzić ich dowody | Ch_2A_W03 | X2A_W03 | — | C-1, C-2 | T-W-5, T-W-6, T-W-1, T-W-2, T-W-3, T-W-4 | M-1 | S-1 |
| Ch_2A_B03_W02 Student wie jakie rodzaje wiązań wystepują w związkach organicznych. Zna typy hybrydyzacji atomów węgla i jej przełożenie na budowę cząsteczki. | Ch_2A_W02, Ch_2A_W01, Ch_2A_W04, Ch_2A_W06 | X2A_W01, X2A_W02, X2A_W04, X2A_W06 | — | C-3 | T-W-7, T-W-8 | M-1, M-3, M-2 | S-1, S-2 |
| Ch_2A_B03_W03 Student wie jakie informacje na temat budowy cząsteczki wynikają z różnego typu widm. | Ch_2A_W01, Ch_2A_W03, Ch_2A_W12, Ch_2A_W14 | X2A_W01, X2A_W03 | InzA2_W02, InzA2_W05 | C-3 | T-W-9, T-W-10 | M-1, M-3, M-2 | S-1, S-2 |
| Ch_2A_B03_W04 Student zna teorię dotyczącą rodników i wolnych rodnikowych. Ma wiedzę na temat przebiegu reakcji wolnorodnikowych oraz ich inicjatorów. | Ch_2A_W02, Ch_2A_W01, Ch_2A_W06, Ch_2A_W12 | X2A_W01, X2A_W02, X2A_W06 | InzA2_W02 | C-3 | T-W-11 | M-1, M-2 | S-1 |
| Ch_2A_B03_W05 Student zna podstawy sonochemii | Ch_2A_W02, Ch_2A_W01, Ch_2A_W12 | X2A_W01, X2A_W02 | InzA2_W02 | C-3 | T-W-12 | M-1, M-2 | S-1 |
Zamierzone efekty kształcenia - umiejętności
| Zamierzone efekty kształcenia | Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiów | Odniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształcenia | Odniesienie do efektów kształcenia prowadzących do uzyskania tytułu zawodowego inżyniera | Cel przedmiotu | Treści programowe | Metody nauczania | Sposób oceny |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Ch_2A_B03_U01 Student potrafi zastosować zdobyta wiedzę do pokrewnych dziedzin nauki i określić kierunki dalszego uczenia się. | Ch_2A_U04, Ch_2A_U07 | X2A_U04, X2A_U07 | — | C-1, C-2 | T-W-5, T-W-6, T-W-1, T-W-2, T-W-3, T-W-4 | M-1 | S-1 |
| Ch_2A_B03_U02 Student potrafi wyznaczyć cechy związków organicznych na podstawie różnego rodzaju widm | Ch_2A_U13, Ch_2A_U01, Ch_2A_U03 | X2A_U01, X2A_U03 | InzA2_U01, InzA2_U02, InzA2_U06 | C-3, C-4 | T-W-7, T-W-8, T-W-9, T-W-10, T-A-6, T-A-7, T-A-8, T-A-9, T-A-10, T-A-14, T-A-11 | M-3 | S-2 |
| Ch_2A_B03_U03 Student potrafi napisać równania reakcji z udziałem rodników. | Ch_2A_U01, Ch_2A_U03, Ch_2A_U04, Ch_2A_U10 | X2A_U01, X2A_U03, X2A_U04 | InzA2_U01, InzA2_U02, InzA2_U03 | C-4 | T-A-12 | M-3 | S-2 |
Zamierzone efekty kształcenia - inne kompetencje społeczne i personalne
| Zamierzone efekty kształcenia | Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiów | Odniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształcenia | Odniesienie do efektów kształcenia prowadzących do uzyskania tytułu zawodowego inżyniera | Cel przedmiotu | Treści programowe | Metody nauczania | Sposób oceny |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Ch_2A_B03_K01 Student rozumie potrzebę uczenia się, ma potrzebę systematycznego pogłebiania wiedzy. | Ch_2A_K01, Ch_2A_K05 | X2A_K01, X2A_K05 | — | C-1, C-2 | T-W-5, T-W-6, T-W-1, T-W-2, T-W-3, T-W-4 | M-1, M-2 | S-1 |
| Ch_2A_B03_K02 Student potrafi wykorzystac zdobytą wiedzę pracując samodzielnie lub w kilkuosobowym zespole | Ch_2A_K01, Ch_2A_K06, Ch_2A_K02, Ch_2A_K03 | X2A_K01, X2A_K02, X2A_K03, X2A_K06 | InzA2_K01 | C-4 | T-A-6, T-A-4, T-A-3, T-A-2, T-A-5 | M-3 | S-2 |
Kryterium oceny - wiedza
| Efekt kształcenia | Ocena | Kryterium oceny |
|---|---|---|
| Ch_2A_B03_W01 W wyniku przeprowadzonych zajęć student potrafi opanować techniki doświadczalne i numeryczne oraz metody budowy modeli matematycznych stosowane w obszarze chemii; potrafi samodzielnie odtworzyć podstawowe twierdzenia i prawa chemiczne i fizyczne oraz przeprowadzić ich dowody | 2,0 | |
| 3,0 | Student opanował wiedzę z zakresu podstaw chemii kwantowej w 60 %. | |
| 3,5 | ||
| 4,0 | ||
| 4,5 | ||
| 5,0 | ||
| Ch_2A_B03_W02 Student wie jakie rodzaje wiązań wystepują w związkach organicznych. Zna typy hybrydyzacji atomów węgla i jej przełożenie na budowę cząsteczki. | 2,0 | |
| 3,0 | Student opanował typy hybrydyzacji w stopniu podstawowym | |
| 3,5 | ||
| 4,0 | ||
| 4,5 | ||
| 5,0 | ||
| Ch_2A_B03_W03 Student wie jakie informacje na temat budowy cząsteczki wynikają z różnego typu widm. | 2,0 | |
| 3,0 | Student zna podstawowe informacje wynikające z widm | |
| 3,5 | ||
| 4,0 | ||
| 4,5 | ||
| 5,0 | ||
| Ch_2A_B03_W04 Student zna teorię dotyczącą rodników i wolnych rodnikowych. Ma wiedzę na temat przebiegu reakcji wolnorodnikowych oraz ich inicjatorów. | 2,0 | |
| 3,0 | Student posiadł wiedzę na temat rodników w stopniu podstawowym | |
| 3,5 | ||
| 4,0 | ||
| 4,5 | ||
| 5,0 | ||
| Ch_2A_B03_W05 Student zna podstawy sonochemii | 2,0 | |
| 3,0 | Student opanował podstawowe pojęcia z zakresu sonochemii | |
| 3,5 | ||
| 4,0 | ||
| 4,5 | ||
| 5,0 |
Kryterium oceny - umiejętności
| Efekt kształcenia | Ocena | Kryterium oceny |
|---|---|---|
| Ch_2A_B03_U01 Student potrafi zastosować zdobyta wiedzę do pokrewnych dziedzin nauki i określić kierunki dalszego uczenia się. | 2,0 | |
| 3,0 | Student potrafi w stopniu dostatecznym zastosować swoją wiedzę do pokrewnych dziedzin nauki i określić kierunki dalszego uczenia się. | |
| 3,5 | ||
| 4,0 | ||
| 4,5 | ||
| 5,0 | ||
| Ch_2A_B03_U02 Student potrafi wyznaczyć cechy związków organicznych na podstawie różnego rodzaju widm | 2,0 | |
| 3,0 | Student potrafi odczytać podstawowe informacje z widm prostych cząsteczek dwuatomowych | |
| 3,5 | ||
| 4,0 | ||
| 4,5 | ||
| 5,0 | ||
| Ch_2A_B03_U03 Student potrafi napisać równania reakcji z udziałem rodników. | 2,0 | |
| 3,0 | Zapisuje proste reakcje z udziałem rodników | |
| 3,5 | ||
| 4,0 | ||
| 4,5 | ||
| 5,0 |
Kryterium oceny - inne kompetencje społeczne i personalne
| Efekt kształcenia | Ocena | Kryterium oceny |
|---|---|---|
| Ch_2A_B03_K01 Student rozumie potrzebę uczenia się, ma potrzebę systematycznego pogłebiania wiedzy. | 2,0 | |
| 3,0 | Student w stopniu dostatecznym rozumie potrzeby uczenia się i ma potrzebę pogłębiania wiedzy. | |
| 3,5 | ||
| 4,0 | ||
| 4,5 | ||
| 5,0 | ||
| Ch_2A_B03_K02 Student potrafi wykorzystac zdobytą wiedzę pracując samodzielnie lub w kilkuosobowym zespole | 2,0 | |
| 3,0 | Student potrafi pracować w zespole | |
| 3,5 | ||
| 4,0 | ||
| 4,5 | ||
| 5,0 |
Literatura podstawowa
- W. Kołos, J. Sadlej, Atom i Cząsteczka, WNT, Warszawa, 1998
- W. Kołos, Chemia Kwantowa, PWN, Warszawa, 1975
- Jack Sylvester Hine, Fizyczna chemia organiczna, Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa, 1962
- H.D. Forsterling, H.Kuhn, Eksperymentalna chemia fizyczna, WNT, Warszawa
Literatura dodatkowa
- D. O. Hayward, Mechanika Kwantowa dla Chemików, PWN, Warszawa, 2007