KURS-PM

Kurs:            Fysikalisk kemi, LKT053, 9 hp

Läsår:          Vårterminen 2021, läsperiod 3-4

För:              Kemiteknik högskoleingenjör  Åk 1

 

Examinator

Henrik Leion                      tel. 031-772 2818, leion@chalmers.se

 

Lärare

Jesper Liske, LP4                jesper.liske@chalmers.se

Henrik Leion, LP3              leion@chalmers.se

Maths Karlsson, LP3         maths.karlsson@chalmers.se

Handledare

Rasmus Lavén, LP4           rasmus.laven@chalmers.se

Niklas Hansson LP4          nikhans@chalmers.se 

 

Förkunskapskrav

För att vara behörig att delta i kursen Fysikalisk kemi LKT053 är kravet att du har läst Allmän och Oorganisk kemi LKT032.

 

 

Syfte

Kursen skall ge grundläggande kunskaper om främst fysikaliska men även kemiska egenskaper hos gaser, vätskor, (fasta ämnen), lösningar och blandningar. Vidare skall kursen ligga som grund för fortsatta studier i de kemitekniska ämnena. Laborationskursen skall som förberedelse för yrkeslivet ge träning i ansvarstagande, planering, instruktion och kommunikation.

 

Lärandemål (efter fullgjord kurs ska du kunna)

-Redogöra för begrepp och modeller, samt att beskriva och reflektera över de begränsningar och antaganden under vilka dessa gäller.

-Förklara och kommunicera fysikaliska begrepp.

-Ur ett ämnesmässigt perspektiv analysera applikationsnära fysikaliska processer.

-Formulera och utforma laborationer och att genomföra dem i praktiken.

-Kritiskt granska texter inom ämnesområdet.

 

Schematider, tentamen och kursförändringar

Schemat för kursen finns i TimeEdit och under läsperiod 4 kommer det att förekomma vissa avvikelser från ordinarie schemat när vi arbetar tillsammans med extern partner (troligtvis Universeum). Tyvärr kan dessa tider inte anges när detta KursPM publiceras.

 

Ordinarie tentamen är mars 15 på eftermiddagen, omtentamen är förmiddagar Juni 8 och Augusti 23.

 

Inga väsentliga förändringar av kursens innehåll är planerade sedan föregående år .Samarbetet med Universeum kommer att diskuteras tidigt under kursen och beror på praktiska omständigheter.

 

 

Innehåll och organisation

Kursen är uppdelad i två block, ett teoretiskt och ett laborativt:

 

-Teoretisk del med lektioner och övningar  – Läses under läsperiod 3

Lektioner och övningar som behandlar grundläggande fysikalisk kemi. Under första läsveckan kommer lärare från kursen LKT032 Allmän och oorganisk kemi undervisa moment som kopplar till kursen i Fysikalisk kemi. Detta för att ge en bra överbryggning mellan kurserna.

 

-Laborations- och projektdel – Läses under läsperiod 4

Det laborativa arbetet består i att ta fram intressanta och publikvänliga laborationer som i slutet av laborationskursen kommer att ges för allmänheten på någon publik arena (troligtvis Universeum). Arbetet bedrivs i projektgrupper. För godkänt betyg på laborationskursen krävs närvaro, aktivt deltagande, god dokumentation samt redovisning av utfört arbete.

 

 

Teoretisk del - Fysikalisk kemi (läsperiod 3)

Följande kursmoment kommer att presenteras under kursen: 

1. Intermolekylära krafter: Krafter mellan partiklar (atomer, molekyler, joner) – Henrik Leion
2. Gasers egenskaper – Henrik Leion
3. Vätskors egenskaper – Henrik Leion
4. Blandningar och kolligativa egenskaper I – Henrik Leion
5. Blandningar och kolligativa egenskaper II – Henrik Leion
6. Termokemi – Maths Karlsson
7. Fasdiagram – Maths Karlsson
8. Entropi och Gibbs energi – Maths Karlsson
9. Gibbs energi och kemisk potential – Maths Karlsson
10. Aktiviteter – Maths Karlsson
11. Jämvikt – Maths Karlsson
12. 12. Elektrokemi I – Maths Karlsson
13. Elektrokemi II – Maths Karlsson
14. Övrigt + repetition – Henrik Leion, Maths Karlsson

 

Följande typ av övningsuppgifter är centrala inom kursen och anknyter till respektive moment:

 

Moment	Typ av uppgift
Intermolekylära krafter	Polarisering Dipolmoment
Gaser	Partialtryck/molbråk (PC-typ)
Vätskor	Ångtryck-droppar-Kelvins ekv.  (PC-typ) Partiell molvolym (PC-typ)
Blandningar och kolligativa   egenskaper	Fryspunktssänkning (CHP-typ) Dissociationsgrad Osmos (CHP-typ)
Termokemi	Kalorimetri (CHP-typ) Bindningsentalpier (CHP-typ) Born-Haber cykeln (CHP-typ)
Fasdiagram	Molbråk och ämnesmängd i vätske- och gasfas för systemet H2O/MeOH, bubbel-punktskurva. (PC-typ)
Entropi och Gibbs energi	Reaktionsentalpi, entropi, Gibbs energi samt termodynamisk jämviktskonstant (CHP/PC-typ
Gibbs energi och aktiviteter	Fasövergångstemperaturer, Gibbs energi -Sönderfallstemperatur -Kokpunkter (CHP-typ)
Aktiviteter	Jonlösningar
Jämvikter	Salters löslighet med hänsyn tagen till jonaktiviteter (PC-typ) Gasjämvikter, löslighetsjämvikter (CHP-typ)
Elektrokemi	Normalpotentialer, redoxreaktioner (CHP-typ), Gibbs energi från cellpotentialen (CHP-typ) Elektrolys (CHP-typ)

 CHP:   Chemical Principles av Atkins

PC:      Physical Chemistry av Atkins

 

OBS!  Innehållet är preliminärt och kan eventuellt ändras. Kom på allt så missar du inget!

I slutet av detta kursPM finns en mycket detaljerad beskrivning av mål och litteraturhänvisningar för varje enskilt kursmoment. Detta är tänkt som ett hjälpmedel för din inläsning och din förståelse för vad som är centralt på kursen. Använd denna beskrivning flitigt under kursen genom att du ”bockar av” vilka fysikaliska begrepp och fenomen du förstår, och ”markerar” det som du vill fråga på. 

 

 

Laborationsprojekt i Fysikalisk kemi (läsperiod 4)

 Under laborationskursen kommer demonstration/workshop-laborationer att tas fram och visas upp för allmänheten på en publik arena. Vissa förberedelser för detta görs redan under läsperiod 3. Tanken är att du ska ha goda teoretiska kunskaper med dig när du utarbetar laborationerna! Vi startar kursen med en introduktion som följs av preparativa och laborativa tillfällen. Kursen avslutas med att vi visar upp våra laborationer.

 

I den inledande kursen i ”Allmän och oorganisk kemi” har du arbetat laborativt med teknikträning. Laborationerna har till stor del varit traditionella d.v.s. att du följt en färdigskriven laborationshandledning och utfört laborationer enligt ”recept”. Detta är viktigt att göra i ett inledningsskede av utbildningen för att du skall få god laborativ vana.

I denna laborationskurs i Fysikalisk kemi kommer du själv utforma ditt arbete. Det kommer inte att finnas några färdigskrivna laborationshandledningar utan du kommer att samla kunskap som skall ligga som grund för att formulera dina laborationsuppgifter. Du kommer alltså själv att utforma  en laboration som är intresseväckande för allmänheten. Tanken med detta är att ta ett ytterligare steg för att utveckla dina laborativa färdigheter och genom reflektioner över ditt öka förståelsen för ditt lärande. Att kunna arbeta självständigt och själv definiera vad som måste göras inom ett projekt är en viktig förutsättning för att du skall lyckas i din yrkesroll som kemiingenjör. Under denna kurs ges tillfälle att träna sig i detta!!

 

Du kommer under kursen att i projektgrupper ta fram laborationer. Varje laboration skall kunna fungera för en publik. Glöm inte att tänka på säkerheten!!

 

Förslag på arbetsgång under laborationskursen:

Planering I – Ni gör en planering. Denna skall ligga  som grund för det fortsatta arbetet. (detta arbete börjar redan i läsperiod 3).

Inläsning – Ni väljer ämnesområden. Inläsning på området börjar. Det är viktigt att arbeta aktivt med att samla in material som skall ligga som grund för på ett bra sätt att kunna definiera en laborationsuppgift.                     

 Planering II - Ni planlägger hur laborationen skall utföras och vilka försök som skall göras. Till er hjälp finns egen litteratur och material, instrumentbeskrivningar och labbledaren.

Preparativa tillfällen – Ni förbereder laborationerna på laboratoriet. Ni gör också en laborationshandledning, så att det fimns möjlighet för andra att utföra laborationen.. Vid dessa tillfällen är laborationsledaren tillgänglig på kurslaboratoriet. Använd er maximalt av dessa tillfällen!! Glöm inte att ta reda på säkerhetsrisker med kemikalier och utrustning och gör riskbedömningar av laborationerna!

Laboration–  Se till att all utrustning och alla kemikalier som behövs finns på plats. Ett speciellt schema för dessa kommer presenteras senare.

Efterarbete - Består av att sammanställa era laborationskamraters resultat och utvärderingar.

Laborationsseminarium/presentation – Efter utförda laborationer kommer vi att ha ett laborationsseminarium där vi diskuterar laborationerna. Ni gör också en personlig reflektion över ert arbete där frågor av typen ”vad var lätt/svårt”? mest/minst nöjd med?” ”vad kunde vi gjort annorlunda/vad gjorde vi bra? ”vad var bra/dåligt?” o.s.v. diskuteras.

  

”OBS! VIKTIGT MED SKRIFTLIG DOKUMENTATION  UNDER LABORATIONSPROJEKTET!”

 

 

Övrigt 

- Reflektionstillfällen där egna lärandemål sätts upp före och efter kursen är obligatoriska för att erhålla slutbetyg.

- Under kursen kommer det vara en Alumniträff med möjlighet att ställa frågor till yrkesaktiva som läst kemiteknik högskoleingenjör. I samband med detta förekommer  obligatoriska reflektionstillfällen.

 

Litteratur

 -P. Atkins Chemical Principles, - The Quest for Insight, 6:th edition, Macmillan.

 -P. Atkins, Physical Chemistry, 10^th edition, Oxford University Press.                    

 -G. Aylward och T. Findlay, SI Chemical Data, Wiley, London.

  

Examination

Betyg i skala 3-5 ges på teoridelen baserat på resultatet på den skriftliga tentamen (6 hp). Betyg (G) ges på laborationskursen  (3 hp) vid godkänd närvaro (100%), godkänt genomförande och godkända laborationsredovisningar.

 

Slutbetyg i skala 3-5 ges på kursen i Fysikalisk kemi 9 hp. Laborationskursen måste också vara godkänd samt obligatoriska moment och reflektioner.

 

Hjälpmedel vid skriftlig tentamen: Miniräknare med tömt minne, mm-papper, G. Aylward och T. Findlay, SI Chemical Data, Wiley, London. De tillåtna hjälpmedel skall vara utan anteckningar!

 

Mål och litteraturhänvisningar för kursdelen Intermolekylära krafter

Kunna beskriva och tillämpa följande begrepp på atomer, joner och molekyler:

 

Polariserbar, polariserbarhet, polariserande förmåga, elektrisk dipol och dipolmoment, polär bindning, polär och icke-polär molekyl. Du ska kunna analysera en given molekyls egenskaper.

 

Du skall kunna beskriva vilka krafter som verkar mellan molekyler och joner, dess inbördes storlek samt hur de varierar med avståndet mellan molekylerna (jonerna etc). (Jon-jon, jon-dipol, dipol-dipol,dipol-inducerad dipol, London, vätebindning).

 

Du skall kunna relatera kok- och smältpunkter, förångnings- och smältentalpier och andra makroskopiska egenskaper till de intermolekylära krafter som finns i ämnet.

 

Du skall kunna förklara skillnader i uppförande mellan olika ämnen utifrån dessa krafter.

 

Du skall ha en bild av hur gaser, vätskor och fasta ämnen är uppbyggda.

 

Litteratur:

”CHP”: (Atkins: Chemical Principles 7th edition)
Topic: 3F-3F.6

”CHP”: (Atkins: Chemical Principles 6^th edition)

Kap. 6-6.6

 

“PC”: (Atkins: Physical Chemistry 11^th edition)

Kap. 14A.1, 14A.2 – 14A.3 läses kursivt, 14B.1 – 14B.2

“PC”: (Atkins: Physical Chemistry 10^th edition)

Kap. 16A.1, 16A.2 – 16A.3 läses kursivt, 16B.1 – 16B.3

“PC”: (Atkins: Physical Chemistry 9t^h edition)

Kap. 17.1, 17.2 – 17.3 läses kursivt, 17.5

 

Övningsuppgifter:

CHP (7^th ed): 3F.1, 3F.3, 3F.5, 3F.9, 3F.11, 3F.13, 3F.15, 3F.17

CHP (6^th ed):  6.1, 6.3, 6.5, 6.9, 6.11, 6.13, 6.17, 6.23a

 

PC (10^th ed) Exerc: Inga övningar
PC (9^th ed) Exerc: Inga övningar

 

Mål och litteraturhänvisningar för kursdelen Gasers egenskaper

Kunna definiera, beskriva och tillämpa följande:

 

En perfekt gas, tryck, enheter för tryck, hur man mäter tryck, temperatur, temperaturskalor, isobar, adiabatisk, isoterm, standard temperatur och tryck, partialtryck och molbråk hos gaser, molvolym.

 

Kunna beskriva och kunna använda tillståndsekvationen för ideala gaser. Kunna beskriva hur den byggs upp av de individuella gaslagarna och därvid kunna tolka p,V,T-diagram. Kunna tillämpa Daltons lag.

 

Kunna redogöra för den kinetiska gasteorin och vilka samband den leder till för såväl hela gasen som dess molekyler.

 

Kunna beskriva hur medelhastigheten och fördelningen av molekylernas hastigheter (Maxwell) varierar med temperaturen och med molmassan.

 

Kunna grovt beräkna gasers medelhastighet.

 

 Kunna kvalitativt redogöra för begreppen diffusion och effusion.

 

Kunna tillämpa Grahams effusionslag på enkla gaser.

 

Beskriva varför reala gaser avviker från att vara en perfekt gas och när detta sker.

 

Definiera, beskriva och tillämpa begreppen: Kompressionsfaktor, ångtryck, kritisk punkten och kritiska konstanterna för ett ämne, överkritisk vätska, Joule-Thomson effekten.

 

Beskriva vad som menas med Boyle temperaturen för en real gas och därvid utnyttja tekniken med virialtillståndsekvationen.

 

Kunna beskriva uppbyggnaden av och enkelt tillämpa van der Waals ekvation för reala gaser.

 

Kunna i praktiska kemiska problem koppla samman gaslagarna med stökiometri vid omsättningar av gaser vid kemiska reaktioner.

 

(Begreppet fugacitet ingår i det senare avsnittet om kemisk potential och aktiviteter.)

 

Litteratur

 ”CHP”: (Atkins: Chemical Principles 7^th edition)
Topic: 3A-3A.3, 3B-3B.3, 3C-3C.2, 3D-3D.3, 3E-3E.3, 5B.2

”CHP”: (Atkins: Chemical Principles 6th edition)

Kap. 6-6.6

 

“PC” (Atkins: Physical chemistry 11th edition Kap 1A-1C

“PC” (Atkins: Physical chemistry 10th edition Kap 1A-1C

“PC” (Atkins: Physical chemistry 9th edition Kap 1 s 19-43

Kap 21 745-755

Kap. 1-1.5 (s 3-23)

Kap. 24-24.2 (s 815-822)

 

Övningsuppgifter:

CHP (7^th ed): 3A.7, 3B.3a-c, 3B.5, 3B.9, 3B.11, 3B.13, 3B.19, 3B.25, 3B.27, 3C.1, 3C.5, 3C.9, 3D.1, 3D.5, 3D.9, 3E.1, 3E.5

 CHP (6^th ed): 6.1, 6.3, 6.5, 6.9, 6.11, 6.13, 6.17, 6.23a

 

PC (10th ed) Exerc: 1A.5(a), 1A.6(a), 1A.10(a), 1B.1(a), 1B.3(a), 1B.5a), 1B.7(a), 1C.1(a), 1C.3(a), 1C.4(a)

PC (10th ed) Exerc: 1A.4(a), 1A.8(a), 1A.12(a), 1B.1(a), 1B.3(a), 1B.4(a), 1B.5(a), 1C.1(a), 1C.3(a), 1C.4(a)

PC (9th ed) Exerc: 1.4a-1.16a

 

Mål och litteraturhänvisningar för kursdelen Vätskors egenskaper

 

Kunna beskriva på molekylär nivå:

-hur en vätska är uppbyggd,

-vad som menas med vätskans ångtryck

-vad som sker när vätskan kokar

-hur kokpunkter och smältpunkter beror på de intermolekylära krafterna i vätskan

 

Kunna beskriva hur ångtrycket varierar med temperaturen och därvid förklara begreppet kokpunkt.

 

Kunna förklara skillnaden mellan bubblor, håligheter, droppar och aerosoler.

 

Kunna förklara skillnaden adhesion och kohesion.

 

Kunna definiera och beskriva uppkomsten utav ytspänning (ej matematiskt).

 

Kunna förklara fenomen som vattendroppars form, molnbildning, övermättad ånga, överhettad och underkyld vätska, kapillärkrafter och uppkomst av bubblor utifrån begreppet ytspänning, vätskans intermolekylära krafter samt Laplace och Kelvins ekvationer för ytspänning och tryck.

 

Litteratur:

”CHP”: (Atkins: Chemical Principles 7^th edition)

Topic: 3G.1-3G.2, 5A.1-5A.4, 5B (endast inledande text före 5B.1)

”CHP”: (Atkins: Chemical Principles 6th edition)

Kap. 6.7, 6.8, 10.1-10.5

 

“PC” (Atkins: Physical chemistry 11th edition)

Kap 14C.2 –14C.4

“PC” (Atkins: Physical chemistry 10th edition)

Kap 16C.2 –16C.4

“PC” (Atkins: Physical chemistry 9th edition)

Kap 17.8-17.10 (s 645-653)

 

Övningsuppgifter:

CHP (7^th ed): 3G.1, 3G.3, 3G.5, 5A.1, 5A.3, 5A7, 5A.11

CHP (6^th ed): 6.23b-c, 6.25, 6.27, 10.1, 10.3, 10.7, 10.11

 

 

PC (11^th ed): Exerc. 14C.1(a), 14C.2(a)

PC (10^th ed): Exerc. 16C.1(a), 16C.2(a)

PC (9^th ed): Exerc. 17.13a

 

Mål och litteraturhänvisningar för kursdelen Ideala och icke-ideala lösningar

  

Kunna analysera likheter och skillnader i olika typer av blandningar av gaser, vätskor och fasta ämnen i vätskor.

 

Kunna beskriva, även på molekylär nivå, hur trycket och temperaturen påverkar lösligheten av en gas i en vätska.

 

Kunna beskriva och tillämpa Henrys lag på gaser lösta idealt i en vätska och på situationen med en liten mängd vätska löst i en annan vätska.

 

Kunna förklara uppkomsten av dykarsjuka och bubblig läsk.

 

Kunna beskriva och använda Raoults lag för att beräkna ångtryck över blandningar av två vätskor (idealt)

 

Kunna beskriva och använda Raoults lag för att beräkna lösningsmedlets ångtryck vid upplösning av ett svårflyktigt ämne.

 

Kunna beskriva uppkomsten av ideala respektive icke-ideala lösningar utifrån de intermolekylära krafterna i rena vätskor och blandningar.

 

Kunna tolka tryck-molbråksdiagram med hjälp av begreppen idealitet/ickeidealitet samt visa var i diagrammen Henrys respektive Raoults lag är tillämpbara.

 

Kunna konstruera enkla tryck-sammansättningsdiagram utifrån Raoults och Daltons lagar.

 

Kunna beskriva vad som sker med en vätskas ångtryck, kokpunkt, fryspunkt och osmotiska egenskaper när man löser ett ickeflyktigt ämne i vätskan.

 

Kunna analysera uppkomsten av dessa kolligativa egenskaper: ångtryckssänkning, kokpunktshöjning, fryspunktssänkning och osmotiskt tryck på en molekylär nivå.

 

Kunna matematiskt beskriva sambandet mellan ångtryck, kokpunkt och fryspunkt och sammansättningen hos lösningen.

 

Kunna, utifrån kolligativa egenskaper, förklara fenomen som vintersaltning av vägar, isbergs salthalt, zonrening, glykol i kylarvatten, köldblandningar på lab, konservering av kött genom saltning, vattenbalans i celler, vattenrening med bakvänd osmos.

 

Kunna bestämma molmassan för en molekyl med hjälp av osmos och därvid utnyttja en expanderad form av van´t Hoff ekvationen

 

Kunna matematiskt och grafiskt definiera begreppet partiell molvolym för ett ämne i en blandning.

 

Kunna förstå och beräkna (enkelt) hur volymen kan ändras när två vätskor blandas.

 

Kunna gör en analys på molekylär nivå av vad som sker då fasta ämnen löser sig i vätskor och vad som menas med regeln ”lika löser lika”.

 

Kunna använda detta för att förklara uppbyggnaden utav tvål och tvättmedel samt hur de utför sin rengörande funktion.

 

Kunna definiera och förklara begreppen löslighet och mättad lösning, hydrofoba och hydrofila egenskaper.

 

Kunna beskriva hur man mäter ledningsförmågan hos en elektrolytlösning.

 

Kunna förklara vad konduktivitet är och hur den kan erhållas från experiment.

 

Kunna förklara skillnaden mellan en stark och en svag elektrolyt, samt ge exempel på båda typerna.

 

Litteratur:

”CHP”: (Atkins: Chemical Principle 7^th edition)

Topic: 5C.1, 5C.2, 5D-5F, I1 (sid F66-F67)

”CHP”: (Atkins: Chemical Principles 6^th edition)

Kap. 10.8-10.18, I1 (F73-F74)

 

”PC”: (Atkins: Physical Chemistry 11^th edition)

Kap 5A.1, 5B.2(e), 16B.1(b) läses kursivt

 

”PC”: (Atkins: Physical Chemistry 10^th edition)

Kap 5A.1, 5B.2(e), 19B.1(b) läses kursivt

”PC”: (Atkins: Physical Chemistry 9^th edition)

Kap 5-5.1a (s 156-158)

Kap 5.5e (s 173-176) Kap 20.6 (759-760) läses kursivt

 

Övningsuppgifter:

CHP (7^th ed): 5C3, 5C5, 5C11, 5D1, 5D3, 5D.9, 5D11, 5E.1, 5E11, 5F1, 5F3, 5F7, 5F5, På sidan F71: I3

CHP (6^th ed): 10.21, 10.23, 10.29, 10.31, 10.37, 10.45, 10.51, 10.53, 10.57, 10.59, 10.63, 10.65, 10.73, I3

 

PC (11^th ed): Exerc. 5A.6(a), 5A.7(a), 5A.8(a), 5A.10(a)

PC (10^th ed): Exerc. 5A.7(a), 5A.8(a), 5A.9(a), 5A.11(a)

PC (9^th ed): Exerc. 17.13a 5.1a – 5.7a, 5.11a

 

 

Mål och litteraturhänvisningar för kursdelen Termokemi - entalpier

 

Kunna definiera (i ord, med matematiskt uttryck, med kemisk formel eller grafiskt):

tillståndsstorhet, entalpi (H), entalpiändring (DH), värmekapacitet (Cp), standard entalpiändring (DH^o), exoterm och endoterm reaktion,

 

förångningsentalpi, standard enthalpy of vaporization, D_vapH^o,

smältentalpi, standard enthalpy of fusion, D_fusH^o,

sublimeringsentalpi, standard enthalpy of sublimation, D_subH^o,

lösningsentalpi, standard enthalpy of solution, D_solH^o,

blandningsentalpi, standard enthalpy of mixing, D_mixH^o,

hydratiseringsentalpi, standard enthalpy of hydration, D_hydH^o,

bindningsentalpi, bond dissociation enthalpy, DH^o(A-B),

atomiseringsentalpi, standard enthalpy of atomization, D_atH^o,

reaktionsentalpi, standard enthalpy of reaction, D_rH^o,

förbränningsentalpi, standard enthalpy of combustion, D_cH^o,

bildningsentalpi, standard enthalpy of formation, D_fH^o,

 

Kunna tillämpa de ovan beskrivna entalpierna på olika kemiska system

 

Kunna kombinera de olika entalpierna ovan till nya, okända reaktionsentalpier med hjälp av Hess lag.

 

Speciellt viktigt är att kunna:

• använda förbränningsentalpier för att beräkna bildningsentalpier
• bryta ned reaktanter och produkter i en reaktion till atomer och använda atomiserings- och bindningsentalpier för att uppskatta reaktionsentalpin
• beräkna reaktionsentalpin utifrån reaktanternas och produkternas bildningsentalpier
• ordna cykliska förlopp för att beräkna gitterentalpi och hydratiseringsentalpi (ex Born-Haber cykel)

 

Kunna beskriva hur ett kalorimeterförsök går till och kunna analysera resultaten från försök för att på så sätt ta reda på entalpiändringar vid kemiska eller fysikaliska förlopp.

 

Kunna använda Kirchhoffs lag för att beräkna DH^o vid olika temperaturer. Du skall kunna räkna med ett Cp som är konstant dvs oberoende av temperaturen, men också med ett Cp som varierar med temperaturen.

 

Litteratur:

”CHP”: (Atkins: Chemical Principle 7^th edition)

Topic: 4A.4-4A.5, 4C.5 4D-4E

”CHP”: (Atkins: Chemical Principles 6^th edition)

Kap. 8.13-8.20

 

 

”PC”: (Atkins: Physical Chemistry 11^th edition) Kap 2A.4(a) (42), 2C (51-58)

”PC”: (Atkins: Physical Chemistry 10^th edition) Kap 2A.4-2A.4 (a) (71-72), Kap 2C (80-89)

”PC”: (Atkins: Physical Chemistry 9^th edition)

Kap 2.4-2.4a (53-54), 2.7-2.9 (65-74) Kap 2.5c (59-63)

 

Övningsuppgifter:

CHP (7^th ed): 4a9, 4a11, 4c15, 4d1, 4d11, 4d13, 4d15, 4d17, 4d21, 4E1, 4d25, 4d27, 4e5, 4e9, på sid 342: 4.16, 4.27

CHP (6^th ed): 8.21, 8.23, 8.43, 8.45, 8.55, 8.57, 8.59, 8.63, 8.65, 8.69, 8.73, 8.77, 8,79, 8.81, 8.85, 8.100, 8.109

 

PC (9^th ed): Exerc. 2.18a – 2.29a

PC (10^th ed): Exerc. 2C.1a – 2C.10a

PC (11^th ed): Exerc. E2C1(a) - E2C8(b)

 

 

Mål och litteraturhänvisningar för kursdelen Fasdiagram

 

Kunna beskriva de olika delarna i ett fasdiagram för ett rent ämne.

 

Kunna vad som menas med trippelpunkt, fasgräns, fasövergång och kunna beskriva var dessa återfinns i fasdiagram.

 

Kunna använda fasdiagrammet för att analysera vad som sker med ämnet vid ändringar av temperatur och/eller tryck.

 

Kunna Gibbs fasregel, kunna beskriva dess delar och kunna tillämpa den på enklare system i jämvikt.

 

Kunna använda Gibbs fasregel för att avgöra om system är i jämvikt.

 

Kunna använda Gibbs fasregel i fasdiagram för en- och tvåkomponent system och förstå hur den begränsar dess utseende.

 

Kunna vad som menas med en isoplet (”isopleth”) och en sammanbindningslinje (”tie line”) i ett fasdiagram.

 

Kunna beskriva och tillämpa hävstångsregeln i fasdiagram.

 

Kunna konstruera, beskriva och använda ett tryck-sammansättnings diagram (P-x) för ett idealt tvåkomponent system.

 

Kunna konstruera, beskriva och använda ett temperatur-sammansättnings diagram (T-x) för ett idealt tvåkomponent system.

 

Kunna använda T-x diagrammet för att beskriva vad som sker vid fraktionerad destillation.

 

Kunna ytligt förklara begreppet teoretisk botten.

 

Kunna vad en azeotrop är. Kunna beskriva varför och hur den uppstår samt analysera vilka konsekvenser den får för destillation av denna typ av blandningar.

 

Följande läses kursivt:

 

Kunna bakgrunden till ångdestillation.

 

Kunna beräkna ångtryck mm för enklare fall av oblandbara vätskor.

 

Kunna beskriva, tolka och använda (vid destillation) fasdiagram för delvis blandbara vätskor.

 

Kunna beskriva, tolka och använda fasdiagram för enkla tvåkomponent vätske-fastfas system (ej för situationer då de två komponenterna bildar en förening i den fasta fasen).

Kunna beskriva vad som menas med en eutektisk blandning samt kunna hitta den i fasdiagram. Kunna kort beskriva zonrening utifrån ett T-x fasdiagram.

 

Litteratur:

”CHP”: (Atkins: Chemical Principle 7^th edition)

Topic: 5B.1, 5C.3, 5C.4

”CHP”: (Atkins: Chemical Principles 6^th edition)

Kap. 10.6, 10.19, 10.20

 

”PC”: (Atkins: Physical Chemistry 9^th edition)

Kap. 4-4.3

Kap. 5.6-5.7

Kursivt Kap. 5.8-5.9

”PC”: (Atkins: Physical Chemistry 10^th edition)

Kap 4A

Kap 5C.1-5C.2

Kursivt Kap 5C.3-5C.4, 5D

 ”PC”: (Atkins: Physical Chemistry 11^th edition)

Kap 4A (120-127), 5C1-5C3 (166-172).

Kursivt Kap 5C4, 5E

 

Övningsuppgifter:

CHP (7^th ed): 5b3, 5b5, 5b7,

CHP (6^th ed): 10.15, 10.17, 10.19

PC (9^th ed): Exerc. 4.1a, 4.4a, 5.32, Problems 5.1

PC (10^th ed): Exerc. 4A.1a, 4A.3a, 5C.7a, Problems 5C.1

PC (11t^h ed): Exerc. E4A1(a), EA3(a), P5C.5, P5C.4

 

 

Mål och litteraturhänvisningar för kursdelen Entropi, Gibbs energi, kemisk potential, aktivitet och fugacitet

  

Du skall kunna förklara varför vissa kemiska processer är spontana, genom att använda begrepp som system, omgivning, entalpi, oordning, entropi och termodynamikens andra lag.

 

Du skall också kunna avgöra, genom resonemang eller enkla beräkningar vilka processer som är spontana (termodynamiskt).

 

Kunna beräkna standard reaktionsentropin, DrSo för en reaktion utifrån data i tabell. Kunna beräkna reaktionens påverkan på omgivningens entropi (-DH/T, vid konstant p).

 

Kunna definiera Gibbs fria energi, G, och kunna beskriva hur den anger riktningen för spontan ändring i systemet och hur den visar jämviktsläget.

 

Kunna beräkna DG för en reaktion utifrån värden på DS, T och DH.

 

Kunna definiera vad som är standard Gibbs bildningsenergi (DfGo) för ett ämne och kunna använda dessa för att beräkna standard Gibbs energi för en reaktion (DrGo).

 

Kunna använda DfGo för ett ämne för att avgöra hur termodynamiskt stabilt ämnet i fråga är relativt sina grundämnen.

 

Kunna beskriva skillnaden mellan DrG och DrGo .

 

Kunna beskriva hur Gibbs energi varierar med tryck, temperatur och sammansättning både i ord och matematiskt.

 

Kunna definiera begreppet kemisk potential matematiskt och grafiskt.

 

Vara orienterad om begreppet kemisk potential så att du kan beskriva vad som menas med uttryck som µ=µo+RTln(p/po) (för en ideal gas), µ=µo+RTln(f/po) (för en reell gas)

µA(l)=µA*(l)+RTln(xA) (för en ideal lösning), µA(l)=µA*(l)+RTln(aA) (för en verklig lösning )

 

Kunna matematiskt beskriva hur DrG varierar med sammansättningen på reaktionsblandningen och den kemiska potentialen för de ingående ämnena (DrG= Snjµj, DrG=-RTln(K/Q), DrG=DrGo + RTlnQ).

 

Kunna konstruera Q och K för kemiska reaktioner i ideala och icke-ideala system. Kunna tillämpa detta på kemiska reaktioner för att avgöra i vilken riktning reaktionen går.

 

Kunna beräkna jämviktskonstanter utifrån standard Gibbs reaktionsentalpier och vice versa.

 

Kunna beskriva vad som menas med termodynamisk jämviktskonstant.

 

(Kunna definiera fugacitet och fugacitetskoefficient och i ord beskriva vad begreppet innebär. Att kunna utföra enkla beräkningar av fugaciteten för en gas (med given formel).)

 

Kunna definiera aktivitet och aktivitetskoefficient för lösningsmedel och upplöst ämne i icke-ideala lösningar. Kunna grafiskt (i P-x diagram) och i ord beskriva vad begreppet innebär. Att kunna utföra beräkningar av aktivitetskoefficienter utifrån experimentella data.

 

Kunna definiera aktiviteter, aktivitetskoefficienter och medel-aktivitetskoefficienter för elektrolyter (jonlösningar).

 

Kunna analysera vad som ligger bakom att elektrolyter avviker (f<0 eller f>0) från idealitet.

 

Kunna beräkna jonstyrkan i en elektrolytlösning.

 

Kunna beräkna aktivitetskoefficienter utifrån givna Debye-Hückel uttryck.

 

Litteratur:

”CHP”: (Atkins: Chemical Principle 7^th edition)

Topic: 4F-4J

”CHP”: (Atkins: Chemical Principles 6^th edition)

Kap. 9.1-9.15 (9.3, 9.6, 9.14 kursivt)

 

”PC”: (Atkins: Physical Chemistry 9^th edition)

Kap. 3.5 a,b,d

Kap. 3.6

Kap. 6-6.2

Kap. 3.9 a, b

Kursivt Kap. 3.9 c

Kap. 5.3a

Kap 5.6-5.9

 

”PC”: (Atkins: Physical Chemistry 10^th edition)

Kap. 3C.1 a,b,d

Kap. 3C.2

Kap. 6A

Kap. 3D.2 a, b

Kursivt Kap. 3D.2 c

Kap. 5A.3a

Kap 5C

 

”PC”: (Atkins: Physical Chemistry 11^th edition)

Kap 3D1a,b,d

Kap 3D2

Kap 6A

Kap 3E2a,b

Kursivt Kap. 3E2c, 5A3a, 5C

 

Övningsuppgifter:

CHP (7^th ed): 4f13, 4h3, 4h7, 4i7, 4j1, 4j5, 4j7, 4j9, 4j11, 4j15, 4j17, på sid 345: 4.61

 

CHP 6^th ed: 9.15, 9.23, 9.29, 9.33, 9.37, 9.45, 9.51, 9.55, 9.57, 9.59, 9.61, 9.65, 9.67, 9.103, 9.105, 9.107

PC (9^th ed): Exerc. 3.8a-3.12a, 5.15a, 5.17a, 5.18a, 5.20a

PC (10^th ed): Exerc. 3B.2a, 3C.1a, 3C.4a, 3C.5a, 5E.1a, 5F.1a, 5.Fa

PC (11^th ed): Exerc. E3C2(a), P3D1, E3D4(a), E3D5(a), E5F2(a), E5F5(a)

 

 

 

Mål och litteraturhänvisningar för kursdelen jämvikt och elektrokemi

  

Kunna beräkna jämviktskonstanter utifrån termokemiska data som ∆rGo och vice versa.

 

Kunna sätta upp reaktionskvoter (Q) och jämviktsuttryck (K) för kemiska reaktioner uttryckta i aktiviteter eller koncentrationer och partialtryck.

 

Kunna, utifrån värdet på Q, analysera vart reaktionen är på väg samt utifrån storleken på K tolka var jämviktsläget ligger.

 

Kunna beräkna Kp utifrån Kc (och vice versa) för gasreaktioner.

 

Kunna analysera en given enkel jämviktssituation (enbart en jämvikt i systemet) och därvid beräkna: K utifrån kännedom om sammansättningen hos jämviktsblandningar

samt jämviktssammansättning utifrån K och begynnelsesammansättning

 

Kunna analysera hur sammansättningen av produkter och reaktanter ändras när reaktionsvillkor som temperatur, koncentration, tryck eller jonstyrka ändras. (Le Chateliers princip)

 

Kunna beräkna K vid en annan temperatur än den givna

 

Kunna beskriva en galvanisk cell respektive en elektrolys cell och hur den fungerar med hjälp av begreppen:

elektrod, anod, katod, oxidation, reduktion, saltbrygga, elektrolyt, poltecken, jonledning, mV-meter, amperemeter.

 

Kunna, med hjälp av normalpotentialtabell, ange elektrod- och totalförlopp för celler.

 

Kunna teckna och analysera celldiagram för galvaniska celler.

 

Kunna beskriva och beräkna hur DG för totalreaktionen och cellpotentialen, E är matematiskt kopplade till varandra och kunna analysera vad detta har för betydelse för cellens arbete och för spontaniteten för redoxreaktioner i allmänhet.

 

Kunna använda Nernst ekvation för att beräkna E för en reaktion eller ett cellförlopp utifrån given sammansättning.

 

Kunna använda en elektrodpotentialtabell för beräkningar av Eo för celler eller redoxreaktioner

 

Kunna beräkna jämviktskonstanter för reaktioner utifrån kunskap om Eo

 

Kunna beskriva och beräkna hur man, utifrån Nernst ekvation, kan bestämma joners aktiviteter i lösning med hjälp av elektroder.

 

Kunna beskriva användning och funktion hos några referenselektroder som Normalvätgaselektroden, Kalomelelektroden, Ag/AgCl elektroden.(kursivt)

 

Kunna beskriva enkelt den elektrokemiska bakgrunden till korrosion av metaller i luft.

 

Kunna beskriva hur några olika kommersiella batterisorter fungerar: ”ficklampsbatterier”, Ni-Cd batterier, blybatterier.

 

Kunna beskriva Faradays lag och tillämpa den på elektrolyser.

 

Kunna beräkna vilken spänning som krävs för att elektrolysera och då ta hänyn till begreppet överpotential samt elektrolytens motstånd.

 

Litteratur:

”CHP”: (Atkins: Chemical Principle 7^th edition)

Topic: 5G-5J, 6K-6O

 

”CHP”: (Atkins: Chemical Principles 6^th edition)

Kap. 11.1-11-11, 14.1-14.15 (14.10 läses kursivt)

”PC”: (Atkins: Physical Chemistry 9^th edition)

Kap. 6.3- 6.4

Kap. 6.5-6.9

 

”PC”: (Atkins: Physical Chemistry 10^th edition)

6B, 6C, 6D

 

”PC”: (Atkins: Physical Chemistry 11^th edition)

6B, 6C, 6D

 

Övningsuppgifter:

CHP (7^th ed): 5g1, 5g3, 5g11, 5g13, 5g21, 5h5, 5i4, 5i5, 5i7, 5j5, 5j11,

6k1, 6k3, 6L1, 6L3, 6L5, 6m3, 6m5, 6n1, 6n5, 6n21, 6n23, 6O1, 6O7, 6O9, 6O13

 

CHP 6^th ed: 11.1, 11.3, 11.13, 11.15, 11.19, 11.25, 11.27, 11.29, 11.35, 11.73, 11.77,

14.1, 14.3, 14.9, 14.11, 14.13, 14.17, 14.21, 14.23, 14.35, 14.39, 14.55, 14,61, 14.63, 14.67, 14.73, 14.75

 

PC 9^th: Exerc 6.4a-6.9a, 6.20a, 6,21a, 6.23a

 

PC 10^th: Exerc 6B.3, 6B.4 6C.1(a), 6C.2(a)

 

PC 11^th: Exerc E6B5, E6B6, E6C1(a), E6C2(a).