Fizikai Kémia törzsmodul

Átírás

1 Fizikai Kémia törzsmodul Bevezetés a fizikai kémiai mérésekbe (óraszám: 0+0+4, kreditszám: 0+0+3) Fizikai Kémia I. (óraszám: 2+2+0, kreditszám: 3+1+0) Fizikai kémia II. (óraszám: 3+2+4, kreditszám: 4+1+3) Magkémia (óraszám: 0+0+1, kreditszám: 0+0+1) Kolloidkémia (óraszám: 2+0+2, kreditszám: 3+0+1) Óraszám: (e+gy+l) Kreditszám: (e+gy+l) Modulfelelős: Dr. Bányai István Tárgyfelelősök: Dr. Kathó Ágnes, Dr. Országh István, Dr. Bányai István, Dr. Nagy Noémi, Dr. Joó Pál Meghirdető Tanszékek: Fizikai Kémia Tanszék Kolloid- és Környezetkémiai Tanszék és Izotóp Laboratórium Debrecen, 2005.

2 BEVEZETÉS A FIZIKAI KÉMIAI MÉRÉSEKBE Tantárgyfelelős: Dr. Kathó Ágnes A tárgy oktatója: Dr. Kathó Ágnes, Horváthné Csajbók Éva Óraszám/hét: 4 Kreditszám: 3 Számonkérés módja: gyakorlati jegy A kurzus célja: A tárgy bevezető jellegű, az Általános kémia tárgy teljesítése után vehető fel. Rövid tematika: Mérések tervezésének, mérési adatok feldolgozásának (hibaszámítás, szórás) alapjai, laboratóriumi jegyzőkönyv készítésének alapfokú elsajátítása. A fizikai kémiai mennyiségek meghatározásának, jelenségek megfigyelésének alapvető módszerei, hangsúlyozva a gyakorlati alkalmazások jelentőségét, valamint elsősegítve a következő féléves Fizikai kémiai laboratóriumi gyakorlat elvégzéséhez szükséges alapvető ismeretek elsajátítását. Vezetőképesség mérése, ph-potenciometria, gázvolumetria, spektrofotometria, polarimetria, elektrolízis, galvánelemek elektromotoros erejének mérése, elegyek sűrűségmérése, kolligatív sajátságok (fagyáspont-csökkenés), kalorimetria alapjai. Ajánlott irodalom: 1. Fizikai kémiai laboratóriumi gyakorlat leírások (összeállította: Csongorné Dr. Porzsolt Éva) (egyelőre házijegyzet formában) 2. Csongorné Porzsolt Éva, Nádasdi Levente, Tóth Zoltán: Fizikai kémiai laboratóriumi gyakorlatok gyógyszerészhallgatók számára, Kossuth Egyetemi Kiadó, Debrecen, Bevezetés a fizikai kémiai mérésekbe (szerk.: Kaposi O.), Tankönyvkiadó, Budapest, Tanszéki munkaközösség: Gyakorlatleírások a BEVEZETÉS A FIZIKAI KÉMIAI MÉRÉSEKBE című tárgyhoz (tervezet) A tárgy részletes tematikája: A hallgatók egyéni beosztás szerint dolgoznak, a beosztás a forgószínpad elvét követi, minden héten más végzi az adott gyakorlatot, és az egyes méréseknél használt vegyületek is változ(hat)nak hétről-hétre. 1. Sűrűségmérés piknométerrel. Oldószerelegy összetételének meghatározása A gyakorlat során két különböző oldószer kívánt mennyiségeinek összemérésével pontosan ismert összetételű folyadékelegyeket készítünk, piknométeres módszerrel mérjük ezek, ill. a tiszta oldószerek, valamint egy ismeretlen összetételű elegy sűrűségét, s a kapott adatokból készített sűrűség-összetétel grafikonról leolvassuk a mért sűrűségnek megfelelő ismeretlen összetételt. 2. Kalorimetria. Fémek hőkapacitásának meghatározása A gyakorlaton két különböző fém fajlagos- és moláris hőkapacitását határozzuk meg egyszerű, saját összeállítású kaloriméter segítségével. A kaloriméter hőkapacitásának

3 meghatározásához az ismert hőmennyiséget házilag készített kalorifer segítségével közöljük. 3. Oldatok vezetőképességének mérése. Az oldott anyag minőségének és koncentrációjának hatása az oldat vezetőképességére A gyakorlat során erős, gyenge és nemelektrolit oldatok vezetőképességét mérjük. Erős és gyenge elektrolit esetében tanulmányozzuk a koncentráció hatását az oldatok vezetőképességére. Megvizsgáljuk, a vezetőképesség mérésével hogyan követhető a csapadékos titrálás, hogyan határozható meg az ekvivalenciapont. 4. Spektrofotometria. Színes oldott anyag koncentrációjának meghatározása A gyakorlaton színes oldatok koncentrációját határozzuk meg spektrofotometriásan. Különböző hullámhosszaknál mérjük az adott oldat fényelnyelését, megállapítjuk az abszorbciós maximum helyét. Ezen a hullámhosszon különböző koncentrációjú oldatok abszorbanciájának mérésével ellenőrizzük a Lambert-Beer törvény érvényességét, meghatározzuk a moláris abszorbciós együtthatót. Ismeretlen koncentrációjú oldat abszorbanciájának mérésével meghatározzuk a koncentrációját. 5. Gázvolumetria. Szilárd minta NaHCO 3 tartalmának meghatározása a fejlődött CO 2 térfogata alapján A gyakorlat során tiszta NaHCO 3 -ból és NaHCO 3 -ot és egy inert komponenst tartalmazó porkeverékből HCl-val felszabadított CO 2 -gáz mennyiségét mérjük gázvolumetriásan. A módszer alkalmas a házi sütőpor NaHCO 3 -tartalmának meghatározására is. 6. ph-mérés. Erős sav és gyenge sav oldatok ph-metriás titrálási görbéjének tanulmányozása A gyakorlat során előbb az erős lúgoldat pontos koncentrációját határozzuk meg úgy, hogy pontosan ismert koncentrációjú erős savoldatot titrálunk az ismeretlen koncentrációjú NaOH-oldattal. Három titrálást végzünk. Az első két esetben különböző átcsapási tartománnyal rendelkező indikátorokat használunk végpontjelzésre, a harmadik esetben pedig ph-potenciometrikus titrálást végzünk. A gyakorlat második részében ismeretlen koncentrációjú gyenge sav oldatának pontos koncentrációját határozzuk meg az első részben meghatározott, immár pontosan ismert koncentrációjú lúgoldattal történő titrálással, ismét a fenti, háromféle végpontjelzést alkalmazva. Megfigyeljük a megfelelő átcsapási tartománnyal rendelkező indikátor kiválasztásának fontosságát. 7. Híg oldatok fagyáspontcsökkenésének mérése. Az oldószer krioszkópos állandójának meghatározása

4 A gyakorlat során lehűlési görbék alapján meghatározzuk az oldószer és az oldatok fagyáspontját. Az oldatok molalitását az oldószer és az oldott anyag tömegének mérésével, a moláris tömegek ismeretében számítjuk. Az egyes oldatok fagyáspontcsökkenését ábrázolva az oldott anyag molalitásban kifejezett koncentrációja függvényében megvizsgáljuk, érvényes-e a rendszerben az, hogy a fagyáspont-csökkenés kolligatív sajátság, vagyis, hogy csak az oldószer minőségétől és az oldott anyag mennyiségétől függ, az oldott anyag minőségétől független. 8. Elektrolízis. Az áthaladt töltés meghatározása különböző adatokból. A gyakorlat során összehasonlítjuk az áthaladt elektromos töltés meghatározására a gyakorlatban leggyakrabban alkalmazott módszereket (réz-coulombméter, durranógázcoulombméter) és ellenőrizzük ezek pontosságát. 9. Polarimetria. Fajlagos forgatóképesség és koncentráció meghatározása. Glükóz mutarotációjának tanulmányozása A gyakorlat során optikailag aktív anyag (valamilyen ismeretlen cukor) fajlagos forgatóképességének meghatározását végezzük el, különböző koncentrációjú oldatok elkészítésével és azok forgatóképességének mérésével, majd a koncentrációforgatóképesség görbéről a fajlagos forgatóképesség meghatározásával. Különböző cukrok irodalmi fajlagos forgatóképessége ismeretében minőségi beazonosítást végzünk. A kalibrációs görbe felhasználásával ugyanennek a cukornak ismeretlen koncentrációjú oldatára a koncentrációt meghatározzuk. Lúgos α-d-glükóz oldat forgatóképességének változását időben követve tanulmányozzuk a glükóz mutarotációját. 10. Galvánelemek elektromotoros erejének mérése. A Daniell-elem elektromotoros erejét befolyásoló tényezők (koncentráció, hőmérséklet) vizsgálata. A gyakorlat során a Daniell-elem összeállítását különböző Zn 2+, illetve Cu 2+ - koncentrációkkal végezzük el, és megmérjük az így összeállított galvánelem elektromotoros erejét. Egy adott összeállításnál különböző hőmérsékleteken is megmérjük a Daniell-elem elektromotoros erejét, így az egyensúlyi reakció hőmérsékletfüggésére is következtethetünk.

5 FIZIKAI KÉMIA I. (ELŐADÁS) Tantárgyfelelős: Dr. Országh István A tárgy oktatója: Dr. Országh István Óraszám/hét: 2 Kreditszám: 3 Számonkérés módja: Kollokvium A kurzus célja a reaktív és nem-reaktív rendszerekre vonatkozó fizikai-kémiai alapismeretek elsajátítása. Rövid tematika: A gázok fizikai-kémiai viselkedése. Gáztörvények, kinetikus gázelmélet. A termodinamika főtételei, alapfogalmai. A kémiai folyamatok energetikája, energiatermelés, hőerőgépek. A fázisátalakulások: párolgás, forrás, fagyás. Többkomponensű rendszerek: keverékek, elegyek, oldatok, vegyületek. A kémiai potenciál, a kémiai folyamatok iránya, a kémiai egyensúly. Ajánlott irodalom: P.W. Atkins: Fizikai Kémia I. Részletes tematika: 1. A gázhalmazállapot jellemzése. A tökéletes gáz és állapotegyenlete. A Dalton-törvény. Reális gázok. Kompresszibilitási tényező, és nyomásfüggése tökéletes és reális gázok esetén. A reális gázok van der Waals-féle állapotegyenlete, nyomás- és térfogatkorrekció. Kritikus állapot, kritikus állapotjelzők. 2. A gázok kinetikus elmélete. A kinetikus gázelmélet kiindulási feltételei. A gázok nyomása, átlagos nyomás. A molekulák sebessége; átlagsebesség a molekulasebesség négyzete átlagának négyzetgyöke. 3. A termodinamika első főtétele I. A termodinamika első főtételének (néhány) megfogalmazása. A belső energia és entalpia definíciója és jellemzése. A munka fogalma, térfogati és egyéb (hasznos) munka. A hő fogalma. A tökéletes gáz belső energiájának hőmérséklet- és térfogatfüggése. A Joule-kísérlet. A Joule Thomson-kísérlet. A Joule Thomson-együttható hőmérsékletfüggése. Gázok cseppfolyósítása. 4. A termodinamika első főtétele II. A tökéletes gáz térfogati munkája. A környezettel történő hőcsere, a belső energia és az entalpia megváltozása. Reverzibilis és irreverzibilis izoterm, izobár, izochor és adiabatikus folyamatok esetén. 5. Termokémia. A reakcióhő termodinamikai definíciója. Hess-tétel. A reakcióentalpia. Képződési entalpia, átlagos kötésenergia, égési entalpia fogalma és alkalmazása reakcióentalpia számítására. A reakcióhő kísérleti meghatározása, kalorimetria. A hőkapacitás, moláris hőkapacitás fogalma. Az állandó nyomáson és az állandó térfogaton vett hőkapacitások és különbségük. A reakcióhő függése a hőmérséklettől. A Kirchhoff-tétel. 6. A termodinamika második főtétele I. A hő átalakítása munkává. Carnot-ciklus. A hatásfok fogalma, Carnot-hatásfok. Hőerőgépek, hűtőgépek, hőszivattyúk működésének lényege és hatásfoka. A II. főtétel különféle megfogalmazásai. A rendszer, a környezet és ezek együttes entrópiájának változása tökéletes gázok irreverzibilis izoterm expanziója során. Adiabatikus folyamatok entrópiaváltozása.

6 7. A termodinamika második főtétele II. Az első és második főtétel egyesítése. A Helmholtz-függvény (szabadenergia) és Gibbs-függvény (szabadentalpia) definíciója. A termodinamikai potenciálfüggvény fogalma és alkalmazása folyamatok irányának megítélésében. A szabadentalpia hőmérséklet- és nyomásfüggése. 8. Folyadékok termodinamikája. Párolgás, forrás, párolgáshő, forráspont, telített gőznyomás. A gőznyomás függése a hőmérséklettől. Az egyensúly feltétele egykomponensű többfázisú rendszerekben. Fázisdiagram. Fázisstabilitás és fázismenet, a körülmények hatása a fázismenetre. A fázisokat elválasztó egyensúlyi görbék. A Clausius Clapeyron-egyenlet és alkalmazási lehetőségei. Párolgási entrópia. Trouton-szabály. Görbült felületek gőznyomása. 9. Elegyek termodinamikája. Ideális és reális elegyek. Szigorúan additív, nem szigorúan additív és sohasem additív elegysajátságok. Elegyedési és oldási entalpia. Az elegyedés termodinamikája. Elegyedési szabadentalpia és entrópia. Ideális és reális elegyek szabadentalpiája és entrópiája. Kémiai potenciál. 10. A kémiai potenciál. A kémiai potenciál fogalma egy- és többkomponensű rendszerekben. A komponensek kémiai potenciálja kétkomponensű gáz- és folyadékelegyekben, valamint oldatokban, ideális és reális esetben. Raoult-törvény, Henry-törvény. Fugacitás és aktivitás fogalma. Standard állapot választása. 11. Illékony folyadékok elegyei. Folyadékelegyek gőznyomása. Gőznyomás-összetétel, forráspont-összetétel, gőz-folyadék egyensúlyi összetétel diagramok ideális és reális elegyek esetén. Azeotrop elegyek. Desztilláció. Egymással nem elegyedő folyadékok gőznyomása, vízgőz-desztilláció. 12. Kémiai egyensúly I. A termodinamikai potenciálfüggvények. A szabadentalpia és a kémiai potenciál fogalma és kapcsolata. A kémiai folyamatok szabadentalpia változásai. A reakció-szabadentalpia fogalma, exergonikus és endergonikus reakciók. A standard szabadentalpia és az egyensúlyi állandó kapcsolata. A reakcióhányados és alkalmazása a változások irányának megítélésében. 13. Kémiai egyensúly II. A nyomás hatása az egyensúlyi állandóra és az egyensúlyi összetételre. A hőmérséklet hatása az egyensúlyi állandóra (van t Hoff-egyenlet) és az összetételre. Az egyensúlyi állandó kapcsolata a reakció-szabadentalpiával és a kémiai potenciálokkal. A különféle standard állapotokhoz rendelt egyensúlyi állandók (K a, K p, K x, K c ) kapcsolata. Egyensúlyi állandók kiszámítása táblázatos termodinamikai adatokból. Az egyensúlyi állandó kísérleti meghatározásának elve és módszerei. 14. Kémiai egyensúly III. Sav-bázis egyensúlyok. A savi disszociációs állandó és a protonálódási állandó fogalma, savak, illetve bázisok erőssége. A víz ionszorzata és a ph fogalma. Fémkomplexek képződése, koordinációs szám, stabilitási állandó, komplex szorzat, átlagos ligandumszám.

7 FIZIKAI KÉMIA I. (SZEMINÁRIUM) Tantárgyfelelős: Dr. Országh István A tárgy oktatója: Dr. Országh István Óraszám/hét: 2 Kreditszám: 1 Számonkérés módja: Gyakorlati jegy A kurzus célja a Fizikai Kémia I. előadást követő szemináriumként a tananyag feladatakon, számpéldákon keresztül feldolgozása, a fizikai kémiai alapelvek gyakorlati példákon keresztül bemutatása és alkalmazása. Rövid tematika: Feladat megoldás a gáztörvények és a kinetikus gázelmélet köréből. Példák megoldása a termodinamika főtételei és a kémiai folyamatok energetikája köréből. A fázisátalakulások (párolgás, forrás, fagyás) és a többkomponensű rendszerek (keverékek, elegyek, oldatok, vegyületek) tárgyalása számpéldákon keresztül. Kémiai potenciál, a kémiai folyamatok iránya és a kémiai egyensúly számítási példái. Ajánlott irodalom: P.W. Atkins: Fizikai Kémia I. és Tanszéki példatár Részletes tematika: 1. A tökéletes gáz állapotegyenlete. A Dalton-törvény. A reális gázok van der Waals-féle állapotegyenlete, nyomás- és térfogatkorrekció. Kritikus állapot, kritikus állapotjelzők. 2. A gázok nyomása. A molekulák sebessége; átlagsebesség a molekulasebesség négyzete átlagának négyzetgyöke. 3. A térfogati munka. A munka és a hő kapcsolata. A tökéletes gáz térfogati munkája. 4. A környezettel történő hőcsere, a belső energia és az entalpia megváltozása. Reverzibilis és irreverzibilis izoterm, izobár, izochor és adiabatikus folyamatok. 5. Hess-tétel. A reakcióentalpia, képződési entalpia, átlagos kötésenergia, égési entalpia számítása. Az állandó nyomáson és az állandó térfogaton vett hőkapacitások és különbségük. A reakcióhő függése a hőmérséklettől. Kirchhoff-tétel. 6. A hő átalakítása munkává. Carnot-ciklus. A Carnot-hatásfok. Hűtőgépek, hőszivattyúk. A rendszer, a környezet és ezek együttes entrópiájának változása tökéletes gázok irreverzibilis izoterm expanziója során. 7. A Helmholtz-függvény (szabadenergia) és Gibbs-függvény (szabadentalpia). A termodinamikai potenciálfüggvény alkalmazása folyamatok irányának megítélésében. A szabadentalpia hőmérséklet- és nyomásfüggése. 8. Párolgás, forrás, párolgáshő, forráspont, telített gőznyomás. A gőznyomás függése a hőmérséklettől. A Clausius Clapeyron-egyenlet és alkalmazási lehetőségei. Párolgási entrópia. Trouton-szabály. Görbült felületek gőznyomása.

8 9. Szigorúan additív, nem szigorúan additív és sohasem additív elegysajátságok. Elegyedési és oldási entalpia. Elegyedési szabadentalpia és entrópia. Ideális és reális elegyek szabadentalpiája és entrópiája. 10. A kémiai potenciál egy- és többkomponensű rendszerekben. Raoult-törvény, Henrytörvény. Standard állapot. 11. Folyadékelegyek gőznyomása. Gőznyomás-összetétel, forráspont-összetétel, gőz-folyadék egyensúlyi összetétel diagramok ideális és reális elegyek esetén. Azeotrop elegyek. Desztilláció. Vízgőz-desztilláció. 12. A termodinamikai potenciálfüggvények. A kémiai folyamatok szabadentalpia változásai. A reakció-szabadentalpia fogalma, exergonikus és endergonikus reakciók. A standard szabadentalpia és az egyensúlyi állandó kapcsolata. A reakcióhányados és alkalmazása a változások irányának megítélésében. 13. A nyomás hatása az egyensúlyi állandóra és az egyensúlyi összetételre. A hőmérséklet hatása az egyensúlyi állandóra (van t Hoff-egyenlet) és az összetételre. A különféle standard állapotokhoz rendelt egyensúlyi állandók (K a, K p, K x, K c ) kapcsolata. Az egyensúlyi állandó kapcsolata a reakció-szabadentalpiával és a kémiai potenciálokkal, egyensúlyi állandók kiszámítása táblázatos termodinamikai adatokból. 14. Sav-bázis egyensúlyok. A savi disszociációs állandó és a protonálódási állandó számítása. Savak, illetve bázisok erőssége. A víz ionszorzata és a ph.

9 FIZIKAI KÉMIAI II. (ELŐADÁS) Tantárgyfelelős: Dr. Bányai István A tárgy oktatója: Dr. Bányai István Óraszám/hét: 3 Kreditszám: 4 Számonkérés módja: Kollokvium A kurzus célja, hogy a hallgatók elsajátítsák a kémiai kinetika alapjait és alkalmazzák azokat a homogén és heterogén reaktív és nem reaktív rendszerekre, illetve homogén és heterogén elektrokémiai rendszerekre. Rövid tematika: A kémiai kinetika alapjai, kísérleti módszerek, empírikus sebességi egyenlet, a reakciók mechanizmusa. Aktiválás, annak típusai, a katalízis, a homogén és heterogén és kvázi heterogén kémiai reakciók kinetikája. Homogén és heterogén elektrokémiai rendszerek termodinamikája és kinetikája. Elektrokémia. Ajánlott irodalom: 1. P.W. Atkins: Fizikai Kémia I-III., Nemzeti Tankönyvkiadó Zrínyi Miklós: A Fizikai kémia alapjai, Műszaki Könyvkiadó, Beck Mihály: Reakciókinetika (DE Fizikai Kémiai Tanszék, házijegyzet) Részletes tematika: 1. Transzport folyamatok. Gázok diffúziója, hővezetése és viszkozitása. A részecskék ütközése gázfázisban egymással, ütközések a fallal és felületekkel. Sokaságok vizsgálatának alapelvei, eloszlások. Cél: A részecskék mozgásának vizsgálata fizikai kémiai módszerekkel a kémiai reakciók kinetikájának előkészítése a gázrendszerekben bekövetkező fizikai mozgások kvantitatív leírásával. 2. Transzport folyamatok folyadékokban. Az elektrolitok vezetésének fenomenologikus leírása: ellenállás vezetés, fajlagos vezetés és moláris fajlagos vezetés. Az ionok vándorlási mechanizmusa, mozgékonysága. Diffúzió folyadékokban, a diffúzióegyenlet. Cél: A részecskék folyadékbeli mozgásának szerepének megvilágítása a kémiai reakciókban. A fizikai kémiai mérések értelmezése, kvantitatív leírása és a makroszkópikus és molekuláris jellemzők összekapcsolása. 3. A kémiai reakciók időbeli lefolyása. A kémiai reakciók időbeliségének leírása. A reakciósebesség fogalma és matematikai formája. A formálkinetika elemei. Rendűség és molekularitás. Az elemi reakciók fogalma. A reakciósebesség kísérleti meghatározása. Cél: Azoknak a matematikai fogalmaknak a megértése, amelyekkel az időben lejátszódó kémiai változásokat leírjuk. A kinetikai kísérletek végrehajtásának módszertani megismerése. 4. Az empírikus sebességi egyenletek. Az empírikus sebességi egyenletek meghatározásának értelme és célja. A rendűség és a sebességi együtthatók meghatározásának integrális és differenciális módszerei. Jellegzetes és speciális rendűségek (tört és zérus rendűségek).

10 Cél: Összetett fizikai kémiai jelenségek kísérletes felderítésének bemutatása, a kvantitatív vizsgálódás értelmének és hasznának megvilágítása. 5. A reakció mechanizmusa. Egyszerű reakciók, összetett reakciók és reakciórendszerek. A reakciómechanizmusok felírása elemi reakciókkal. A reakciósebesség felírása. Egyszerűsítő feltételek, stacionárius koncentráció (steady state) és a gyors (elő)egyensúlyok módszere. A reakciók mechanizmusa és az empírikus sebessségi egyenlet kapcsolata. Cél: A modellalkotás módja célja és jelentősége. A modell és valóság közötti kapcsolatok elemzése. A modellezés jelentősége az iparban, biológiában és környezeti tudományokban. 6. Az aktiválás. A hőmérséklet hatása a reakciók sebességére. Arrhenius elmélete. A termikus aktiválás leírása. Az aktiválási energia meghatározása kísérleti úton. Az aktiválási energia és pre-exponenciális tényező jelentése. A nyomás hatása a reakciókra, az aktiválási térfogat Az aktiválási paraméterek információ tartalma. Cél: A környezeti változók hatása a kémiai reakciókra. A kísérleti eredmények feldolgozásának megismerése. 7. A katalízis. A katalízis és a katalizátor fogalma. Inhibíció és promotor hatás. A katalízis mechanizmusai és az energetikai értelmezése. A katalízis szerepe az élettanban, iparban és a környezetvédelemben. A zöld kémia. Cél: A kémiai reakciók sokfélesége és időbeli diverzitása. A kémia és természeti valamint a társadalmi környezet közötti kapcsolatok megvilágítása. A kémia mint gyakorlati tudomány. 8. A kémiai reakciók mechanizmusának elméletei. A molekuláris történések megismerésének módszerei. Korszerű új mérési technikák. A molekuláris események leírása. Az ütközési és az átmeneti állapot elméletek alapelvei. Aktiválási szabadentalpia és entrópia. Cél: Az atomokról és molekulákról kialakult képünk kísérleti forrásai és a kémiai reakciók molekuláris szintű lejátszódása modelljeinek megismerése. 9. A heterogén reakciók. A felületeken való megkötődés elmélete és kísérleti tanulmányozása. Aktív helyek, az adszorpció leírása, a Langmuir-izoterma. A felületi részecskék kinetikai aktivitása, a heterogén katalízis. Heterogén katalízis a kémiai iparban. Cél: A felületek és fázishatárok különleges szerepének bemutatása a kémiai kinetikában. A kémia és a kémiai technológia valamint a gazdaság kapcsolatának megismerése. 10. Az elektrokémiai egyensúlyok. Az elektromos áram és a kémiai rendszerek kölcsönhatásának eredménye. Az elektródpotenciál fogalma és kialakulása, a Nernst-egyenlet. Az áramtermelő kémiai folyamatok termodinamikája. Elektródok, azok típusai és működésük. Az elektrokémia szerepe az analitikában, ionszelektív, mérő elektródok. Cél: Az elektromos áram és az anyag kémiai természetű kölcsönhatásnak megismerése és a jelentőségének bemutatása. 11. Az elektródfolyamatok kinetikája. Az elektródfolyamatok kinetikájának jellemzése, a csereáramsűrűség, túlfeszültség, polarizáció. Az elektromos kettősréteg szerkezete. A korrózió leírása és a korrózió elleni védelem alapelvei. Cél: Az elektrokémiai folyamatok időbeliségének megértése és a hozzákapcsolódó gyakorlati jelenségek megismerése.

11 12. A kémiai áramforrások. A kémiai áramforrások valós működésének leírása. Az elemek típusai, primer és szekunder elemek. A modern gyakorlati áramforrások működési elve. Az tüzelőanyag cellák működése és távlatai. Cél: A kémiai energiatermelés egy hatékony módjának megismerése. Az eddigi egyensúlyi és kinetikai ismeretek komplex egymást támogató alkalmazása. 13. Az elektromos áram kémiai hatása. Az elektromos árammal kiváltható reakció típusai. Az elektrolízis törvényei. Az elektrolízis leírása, a túlfeszültség és a polarizáció szerepe. Az elektrokémia ipari és szintetikus alkalmazásai. A voltammetria alapjai. Cél: Az elektromos áram kémiai hatásának megismerése, az elektródfolyamatok kinetikájának konkrét alkalmazásai 14. Nem termikus aktiválás. Az elektromágneses sugárzás és az anyag kölcsönhatása. A fotokémia alaptörvényei. A fotokémiai kinetikai egyenletek és mechanizmusok. A kvantumhatásfok és kvantumhasznosítási tényező. A fényképezés, fotoszintézis és az ózonlyuk-kialakulás példája. Mikrohullámú aktiválás. Sugárhatás kémia. Szilárdfázisú reakciók, szonokémia. Cél: A kémiai reakciók és az elektromágneses sugárzás kölcsönhatásának megértése és alkalmazásainak megismerése.

12 FIZIKAI KÉMIAI II. (SZEMINÁRIUM) Tantárgyfelelős: Dr. Bányai István A tárgy oktatója: Dr. Bányai István Óraszám/hét: 2 Kreditszám: 1 Számonkérés módja: Kollokvium A kurzus célja, hogy a hallgatók elsajátítsák a kémiai kinetika és az elektrokémia alapjaihoz kapcsolódó számításokat. A gyakorlati példákon keresztül megértsék a Fizikai Kémia II. tananyag nehezebb részeit, azokat kiscsoportos foglalkozás keretében problémamegoldásokon keresztül gyakorolják. Részletes tematika: 1. A sokaságok matematikai kezelése. Számolások az eloszlási görbékkel és a diffúzió Fick I. törvényével 2. Számolások az elektrolitok vezetésével kapcsolatban. Mozgékonyság, vándorlási sebesség. független vándorlás. 3. Az átviteli szám. Végtelem híg oldatok vezetése. Gyenge elektrolitok vezetésének számításai, Ostwald-törvény. (1. számonkérés) 4. Formálkinetikai differenciálegyenletek tulajdonságai, integrálásuk, linearizálásuk. 5. A reakciók felezési idejének és sebességének számításai különböző feltételek esetén. 6. Az empírikus sebességi egyenletek, a rendűség meghatározása grafikus és számításos módszerekkel. I. A differenciális módszerek. 7. Az empírikus sebességi egyenletek, a rendűség meghatározása grafikus és számításos módszerekkel. II. Az integrális módszerek. 8. A reakciók mechanizmusának megállapítása kísérleti adatokból és annak igazolása a stacionárius koncentrációk, illetve a gyors egyensúlyok módszerével. 9. Összetett reakciók leírása elemi reakciókkal. Az Arrhenius-féle aktiválási paraméterek meghatározása. (2. számonkérés) 10. Az adszorpcióval kapcsolatos számítások, Langmuir-izoterma, heterogén katalízis. 11. Az elektródpotenciálok, cellapotenciálok számítása, Nernst-egyenlet. 12. Termidnamikai paraméterek, reakció szabadentalpia és egyensúlyi állandó számítása elektrokémiai adatokból.

13 13. Az elektródpotenciálok hőmérsékletfüggése, az elektrolízissel kapcsolatos számítások. (3. számonkérés) 14. A nem termikus aktiválású kémiai reakciók leírásával kapcsolatos feladatok. Fényképezés, fénymásolás, polimerizáció, robbanások. Ajánlott irodalom: 1. P.W. Atkins: Fizikai Kémia I-III., Nemzeti Tankönyvkiadó, Zrínyi Miklós: A Fizikai kémia alapjai, Műszaki Könyvkiadó, Beck Mihály: Reakciókinetika (DE Fizikai Kémiai Tanszék, házijegyzet) 4. Bányai István (szerk): Példatár a kémiai a kinetikához (tervezet)

14 FIZIKAI KÉMIAI LABORATÓRIUMI GYAKORLAT Tantárgyfelelős: Dr. Kathó Ágnes A tárgy oktatója: Dr. Kathó Ágnes Óraszám/hét: 4 Kreditszám: 3 Számonkérés módja: gyakorlati jegy A kurzus célja a fizikai kémiai mennyiségek meghatározása, a fizikai kémiai összefüggések felismerése a Bevezetés a fizikai kémiai mérésekbe c. kurzus során elsajátított mérőmódszerek segítségével. Rövid tematika: Termodinamikai mennyiségek mérése, oldat- és fázisegyensúlyok vizsgálata, elektrokémiai és reakciókinetikai vizsgálatok. A gyakorlatok egy része arra tanítja meg a hallgatókat, hogy egyazon mérési módszer hányféle, és milyen jellegű fizikai kémiai probléma megoldására alkalmazható. A gyakorlatok másik részében egy bizonyos mennyiséget többféle módszerrel kell megmérni, és az eredmények összevetésével a módszerek teljesítőképességét kell összehasonlítani. Ajánlott irodalom: 1. Fizikai kémiai laboratóriumi gyakorlatok (szerk.: Kathó Á.), Tankönyvkiadó, Budapest, Csongorné Porzsolt Éva, Nádasdi Levente, Tóth Zoltán: Fizikai kémiai laboratóriumi gyakorlatok gyógyszerészhallgatók számára, Kossuth Egyetemi Kiadó, Debrecen, Bevezetés a fizikai kémiai mérésekbe (szerk.: Kaposi O.), Tankönyvkiadó, Budapest, 1988 A kurzus részletes tematikája (heti bontásban): A hallgatók a forgószínpad elvét követve- egyéni beosztás szerint dolgoznak. Minden héten más végzi az adott gyakorlatot, és az egyes méréseknél használt vegyületek is változ(hat)nak hétről-hétre. Az elvégzendő gyakorlatok rövid leírása: 1. Ismeretlen anyag égés- és képződéshőjének meghatározása vízkaloriméterben A bombakaloriméter hőkapacitásának meghatározása benzoesav, mint hőközlő anyag elégetésével. Ismeretlen anyag égési görbéjének felvétele, majd annak alapján az anyag állandó térfogatra ill. állandó nyomásra vonatkoztatott égéshőjének számítása. Az anyag összegképletének ismeretében a standard képződéshő számítása. 2. Folyadékok gőznyomásának mérése, párolgáshő számítása Egy adott folyadék gőznyomásának mérése izoteniszkópos gőznyomásmérő segítségével a szobahőmérséklet és a forráspont között 6-8 hőmérsékleten. A párolgáshő grafikus módszerrel való meghatározása a Clausius-Clapeyron egyenlet alapján. 3. Kevéssé oldódó só oldhatóságának és differenciális oldáshőjének meghatározása

15 A vezetőképességi edény cellaállandójának meghatározása. A rosszul oldódó sót tartalmazó telített vizes oldat vezetőképességének mérése négy különböző hőmérsékleten. Az oldáshő grafikus módszerrel való meghatározása a Clausius-Clapeyron egyenlet alapján. 4. Parciális moláris térfogat meghatározása Hét különböző koncentrációjú biner elegy sűrűségének meghatározása piknométer segítségével. Az elegyek móltérfogatának számítása a sűrűségek ill. az összetétel alapján kiszámított közepes móltömegek alapján. A móltérfogatok ábrázolása az összetétel függvényében, majd egy adott összetételnél a parciális moláris térfogat grafikus meghatározása. 5. Egyensúlyi folyamatok vizsgálata spektrofotometriás módszerrel Szerves oldószerben oldott jód abszorpciós spektrumának felvétele, a jód moláris abszorbanciájának meghatározása a maximális fényelnyeléshez tartozó hullámhosszon. A jód szerves fázis és víz közötti megoszlási hányadosának meghatározása a szerves fázis abszorbancia változásának alapján. Jodid ionok hatása a jód megoszlására: látszólagos - megoszlási hányadosok számítása, majd se gítségükkel a I 3 képződésére vonatkozó egyensúlyi állandó meghatározása grafikusan. 6. Gyengesav disszociációfokának és disszociációs állandójának meghatározása A vezetőképességi edény cellaállandójának meghatározása. Különböző koncentrációjú gyengesav oldatok vezetőképességének mérése és a fajlagos valamint a moláris vezetőképességek számítása. A disszociációs állandó és a végtelen híg oldat moláris vezetőképességének meghatározása grafikus módszerrel az Ostwald-féle hígítási törvény alapján. A különböző koncentrációjú oldatok disszociációfokának számítása 7. Pufferkapacitás vizsgálata Savat és sót azonos arányban tartalmazó pufferelegy pufferkapacitásának meghatározása savval ill. lúggal való titrálással. A kísérlet megismétlése a./ a puffer összetevők koncentrációit felére csökkentésével; b./ a sav koncentrációjának felére csökkentésével c./ asó koncentrációjának felére csökkentésével. Az egyes titrálások alapján számolt pufferkapacitás értékek értelmezése. 8. Koncentrációs galvánelemek vizsgálata Ezüst/ ezüst-nitrát koncentrációs galvánelemek elektromotoros erejének meghatározása. Ezüst-nitrátot tartalmazó oldat közepes ionaktivitásának meghatározása. Ezüst-halogenid oldhatósági szorzatának meghatározása. 9. Redoxirendszerek vizsgálata

16 Ugyanazon fémion(vagy komplex) eltérő oxidációs állapotú formáit különböző arányban tartalmazó oldatokban (Pt-elektród segítségével) redoxi potenciálok meghatározása. A Nerst-Peters egyenlet érvényességének vizsgálata valamint a standard redoxipotenciál meghatározása. A redoxirendszerek redoxikapacitásának vizsgálata. 10. Észterhidrolízis kinetikájának vizsgálata a./ sav-bázis titrálással Az észterhidrolízis időbeli követése sav-bázis titrálással. Az észter kiindulási koncentrációjának valamint az átalakult észter mennyiségének kiszámítása. Az észterhidrolízis sebességi állandójának meghatározása b./ vezetőképességméréssel

17 A tárgy neve: Magkémia (előadás) Tantárgyfelelős: Dr. Nagy Noémi egyetemi docens A tárgy oktatója: Dr. Nagy Noémi egyetemi docens Óraszám/hét: 1 óra Kreditszám: 1 Számonkérés módja: kollokvium Tematika: Az előadás célja alapvető ismeretek szerzése az atommaggal, a radioaktivitással, annak környezeti megjelenésével és alkalmazásával kapcsolatban. Tartalma: Az atommag és tulajdonságai. Az izotópia fogalma, izotópeffektusok. Radioaktív atommagok. A radioaktív bomlás típusai, kinetikája. Radioaktív egyensúlyok. Földtörténeti és történeti kormeghatározás. A magsugárzás kölcsönhatása az anyaggal. Magreakciók. Atomreaktorok (energiatermelés). A magsugárzás mérése. A sugárzás és anyag kölcsönhatásán alapuló alkalmazások. Radioaktív indikátorok. Radioizotópok kémiai, analitikai, orvosi, biológiai alkalmazásai. Környezetünkben előforduló természetes és mesterséges radioaktív izotópok Ajánlott irodalom: 1. Nagy Lajos György, Nagyné László Krisztina, Radiokémia és izotóptechnika (Műegyetemi Kiadó, 1997) 2. Kiss István, Vértes Attila: Magkémia (Akadémiai Kiadó, 1979) 3. Németh Zoltán: Radiokémiai és izotóptechnikai alapismeretek (Veszprémi Egyetemi Kiadó, 1996) A tárgy részletes tematikája:

18 1. óra: Radioaktivitás felfedezése, következményei az anyagszerkezet kutatásában. Az atommag és tulajdonságai, az atommag alkotórészei. Stabil és radioaktív atommagok. Izobár magok energiaviszonyai. A radioaktív bomlás oka, következménye. 2. óra: Az izotópia fogalma, izotópeffektusok. Fizikai, fázisegyensúlyi, spektroszkópiai, reakciókinetikai, kémiai egyensúlyi és biokémiai izotópeffektusok. 3. óra: Radioaktív atommagok. A radioaktív bomlás típusai. Alfa-, béta-bomlás, elektronbefogás, izomer átalakulás (gamma-sugárzás). Spontán hasadás. 4. óra: A radioaktív bomlás kinetikája. Egyszerű radioaktív bomlás. Összetett bomlások: elágazó és sorozatos bomlások. Radioaktív egyensúlyok: szekuláris és tranziens egyensúly. 5. óra: Természetes bomlási sorok. Földtörténeti és történeti kormeghatározás. Föltörténeti korok meghatározása ólomizotópok aránya, a kálium-argon módszer, hélium-koncentráció segítségével. Történelmi korok meghatározása C-14 izotópok koncentrációja alapján. 6. óra: A magsugárzás kölcsönhatása az anyaggal. A kölcsönhatás következménye az anyagra és a sugárzásra nézve. A kölcsönhatás kinetikája. Alfa-sugárzás és anyag kölcsönhatása: fékeződés és szóródás. 7. óra: Béta-sugárzás és anyag kölcsönhatása: ionizáció, röntgensugárzás keletkezése, Cserenkov-sugárzás, annihiláció (pozitron emissziós tomográfia), visszaszórás, abszorpció, önabszorpció. 8. óra: Gamma-sugárzás és anyag kölcsönhatása: Compton-szórás, fotoeffektus, párkeltés, Mössbauer-hatás. Magreakciók. Magreakciók megmaradási szabályai, kinetikája. Magreakciók neutronnal. Magreakciók töltött részecskékkel. 9. óra: Atomreaktorok (energiatermelés). Hasítási reakciók lassú neutronnal. Az atomreaktor legfontosabb alkotórészei. Új hasadó anyag előállítása gyors neutronnal, tenyésztő reaktorok. Az atomenergia-termelés környezetvédelmi problémái, radioaktív hulladék elhelyezése. 10. óra: A magsugárzás mérése. A mérések alapelve, detektorok és elektronikai egységek. Ionizációs, szcintillációs, félvezető és egyéb detektorok. 11. óra: Dozimetria. Besugárzó, elnyelt és effektív dózisok. A magsugárzás hatása az élőszervezetre: fizikai, kémiai és biológiai változások. A víz radiolízise. Dóziskorlátok. 12. óra: Radioaktív indikátorok, a radioaktív nyomjelző kiválasztásának szabályai. Fontosabb nyomjelző izotópok és előállításuk. Atomreaktorban és ciklotronban előállítható izotópok. Természetben előforduló izotópok felhasználása nyomjelzésre. 13. óra: Radioaktív sugárzás és anyag kölcsönhatásán alapuló ipari alkalmazások. Szint-, határérték, vastagság és sűrűség meghatározása. Az iparban használt sugárzó izotópok és

19 mérőberendezések típusai, mérési elrendezések. Gyakorlati példák ismertetése. Radioizotópok kémiai, analitikai, orvosi, biológiai alkalmazásai. 14. óra: Környezetünkben előforduló természetes és mesterséges radioaktív izotópok. A radioaktív izotópok keletkezése a természetben. A radioaktív izotópok mesterséges forrásai. Radioaktív izotópok az atmoszférában, hidroszférában és litoszférában, bekerülésük az élő szervezetekbe.

20 KOLLOID- ÉS HATÁRFELÜLETI KÉMIA I. Tantárgyfelelős: Dr. Joó Pál A tárgy oktatója: Dr. Joó Pál Óraszám/hét: 2e Kreditszám: 3 Számonkérés módja: k A kurzus célja, hogy a hallgatók a kolloid rendszerek kémiája és határfelületi kémia területén olyan elméleti alapismereteket szerezzenek, amelyeket az ipar, a mezőgazdaság, az egészségügy, stb. gyakorlati kolloidkémiai problémáinak megoldásához eredményesen tudjanak felhasználni. Rövid tematika: A kolloid állapot, a kolloid rendszerek, intermolekuláris kölcsönhatások. Határfelületi kémia: Tiszta folyadékok felületi feszültsége és az ezzel kapcsolatos jelenségek. Oldatok határfelületi kémiája. Felületi rétegek állapotegyenlete, monomolekuláris hártyák. Folyadék-folyadék határfelület. szétterülés. Gázok és gőzök adszorpciója szilárd testek felületén. adszorpciós hő. Az adszorpció állapotegyenletei. Adszorpciós izotermaegyenletek (Langmuir,- Langmuir-Hückel). A BET izotermaegyenlet. termodinamikai potenciálelméletek, az adszorpciós potenciál. Adszorpciós hiszterézis és kapilláriskondenzáció. gázelegyek adszorpciója. Határfelületi reakciók. heterogén katalízis. Lioszorpció. kontakt nedvesedés. nedvesedési hő. Nedvesedést befolyásoló tényezők, nedvesítőszerek. Tenzidkémia. Nem elektrolitoldatok adszorpciója. kromatográfia. Elektrolitoldatok adszorpciója. ioncsere, a víztisztítás kolloidkémiája. Elektromos kettősréteg elméletek. Elektrokinetikai potenciál és meghatározó tényezői, elektrokinetikai jelenségek. A kolloid rendszerek kémiája: A diszperz rendszerek állapotjellemzői, a diszperzitásfok jellemzése. Részecskemorfológia, a diszperz rendszerek térbeli eloszlása. A kolloid rendszerek állandósága. állapotváltozások. Aerodiszperz rendszerek. Gázdiszperziók és habok. Emulziók, szuszpenziók és szolok. A szolok szerkezete. a koagulálás kinetikája. Szolstabilitási elméletek. Az adhézió. A szuszpenziók állandósága. diszperziós kolloidok optikai tulajdonságai. Reológiai sajátságok, a diszperz rendszerek reológiája. Makromolekulás kolloidok. a lineáris makromolekula mérete, alakja. Makromolekulás oldatok termodinamikája. Polimerek frakcionálása. molekulatömeg meghatározási módszerek. Asszociációs kolloidok. kritikus micellaképződési koncentrációt befolyásoló tényezők. A micellaképződés termodinamikája. micellaszerkezet. szolubilizáció. Koherens rendszerek. talajkolloidika. Ajánlott irodalom: Szántó Ferenc: A kolloidkémia alapjai, Gondolat, Budapest,1987 (JATE Press, utánnyomás.) A kurzus részletes tematikája (heti bontásban): 1. Bevezetés és alapfogalmak; történeti áttekintés. 2. A kolloid állapot; a kolloid rendszerek; intermolekuláris kölcsönhatások. 3. (Határ)felületi kémia; tiszta folyadékok felületi feszültsége és a kapcsolódó jelenségek; oldatok határfelületi kémiája.

21 4. Felületi rétegek állapotegyenlete; monomolekulás hártyák (filmek); folyadék-folyadék határfelület, szétterülés. 5. Gázok és gőzök (ad)szorpciója szilárd felületeken. 6. Izotermaegyenletek. 7. Adszorpciós hiszterézis, kapilláriskondenzáció. 8. Lioszorpció, kontaktnedvesedés, nedvesedési hő; nedvesedést befolyásoló tényezők, nedvesítőszerek. 9. Nem elektrolitoldatok adszorpciója, elektrolitoldatok adszorpciója, ioncsere. 10. Elektromos kettősréteg elméletek; elektrokinetikai potenciál és meghatározó tényezői, elektrokinetikai jelenségek. 11. A kolloid rendszerek kémiája: A diszperz rendszerek állapotjellemzői, a diszperzitásfok jellemzése; részecskemorfológia, a diszperz rendszerek térbeli eloszlása; a kolloid rendszerek állandósága, állapotváltozások; aerodiszperz rendszerek; gázdiszperziók és habok. 12. Emulziók, szuszpenziók és szolok; szolstabilitási elméletek; az adhézió. 13. A szuszpenziók állandósága; diszperziós kolloidok optikai tulajdonságai; a diszperz rendszerek reológiája; makromolekulás kolloidok; a lineáris makromolekula mérete, alakja; (makromolekulás oldatok termodinamikája); polimerek frakcionálása; molekulatömeg meghatározási módszerek. 14. Asszociációs kolloidok, kritikus micellaképződési koncentráció és befolyásoló tényezői; (a micellaképződés termodinamikája); micellaszerkezet; szolubilizáció; koherens rendszerek.

22 KOLLOID- ÉS HATÁRFELÜLETI KÉMIAI LABORATÓRIUMI GYAKORLAT Tantárgyfelelős: Dr. Joó Pál A tárgy oktatója: Dr. Berka Márta Óraszám/hét: 4 gy Kreditszám: 3 Számonkérés módja: gyak. j. A gyakorlat célja és feladata az, hogy az elméleti ismereteket tovább mélyítse, illusztrálja a gyakorlati életben jelentkező kolloidkémiai problémákat, s azok megoldási lehetőségeit. Adjon jártasságot a gyakorlati kolloidkémiában, segítve a kolloidkémiai szemlélet kialakulását. Rövid tematika: Adszorpció szilárd- folyadék határfelületen. Oldatok felületi feszültségének tanulmányozása. Szolok elektrokinetikus potenciáljának mérése. Makromolekulák hatása a szolok stabilitására, védő és érzékenyítő hatás. Makromolekulák izoelektromos pontjának meghatározása. Hidrofób szólok koaguálásának vizsgálata. Diszperz rendszerek részecskeméret eloszlásának meghatározása szedimentációs analízissel. Asszociációs kolloidok CMC értékének meghatározása vezetőképesség mérésével. Ajánlott irodalom: Szántó Ferenc : A kolloidkémia alapjai, Gondolat, Budapest, 1987.( JATE Press, utánnyomás) A kurzus részletes tematikája (heti bontásban): 1. hét. Adszorpció szilárd- folyadék határfelületen. 2. hét. Oldatok felületi feszültségének tanulmányozása..3. hét. Színezékek elválasztása papírelektroforézissel. 4. hét. Makromolekulák hatása a szolok stabilitására, védő és érzékenyítő hatás. 5. hét. Polimerek átlagos molekulatömegének meghatározása viszkozitás méréssel. 6. hét. Szolubilizáció vizsgálata. 7. hét. Diszperz rendszerek részecskeméret eloszlásának meghatározása szedimentációs analízissel. 8. hét. Asszociációs kolloidok CMC értékének meghatározása vezetőképesség mérésével.