KÉMIA ANYAGMÉRNÖK MESTERKÉPZÉS Levelező munkarendben TANTÁRGYI KOMMUNIKÁCIÓS DOSSZIÉ MISKOLCI EGYETEM MŰSZAKI ANYAGTUDOMÁNYI KAR KÉMIAI TANSZÉK Miskolc, 2008.
Tartalomjegyzék 1. Tantárgyleírás, tárgyjegyző, óraszám, kreditérték 2. Tantárgytematika 3. Minta zárthelyi 4. Vizsgakérdések, vizsgáztatás módja 5. Egyéb követelmények 1. Tantárgyleírás
TANTÁRGYLEÍRÁS A tantárgy címe: Félév: 1 A tantárgy kódja: MAKKEM209ML KÉMIA A tantárgy előadója és jegyzője: Félévi i óraszám: 20+4 (a, k) Kreditek száma: 4 Dr. Kovács Károlyné dr.egy docens A tantárgy típusa: Anyagmérnök MSc szak természettudományos tárgy levelező munkarendben A tantárgy felvételének előfeltétele: --- Tantárgy gondozó intézmény: MISKOLCI EGYETEM Műszaki Anyagtudományi Kar Kémiai Tanszék A tárgy státusza a tanulmányi programon belül: A MSc anyagmérnök törzsanyagba tartozó kötelező tárgy A tantárgy célja: Általános, szervetlen és szerves kémiai alapismeretek rendszerezése.. A gyakorlatok során el kell sajátítani a legalapvetőbb szakmai ismereteket, melyek a laboratóriumi munkában elengedhetetlenek. A tantárgy leírása: Általános kémiai alapfogalmak: kémiai anyag, fizikai mező, az atomszerkezet elemei. Kémiai kötések: elsőrendű és másodrendű kötések. Az anyag halmazállapotai és jellemzésük. Állapothatározók és változásaik. Savak, bázisok, sók. Oldódás. Hidratáció, szolvatáció, hidrolízis. Elektrokémiai alapfogalmak. A periódusos rendszer és az elektronszerkezet kapcsolata. A kémiai elemek és vegyületeik tárgyalása a periódusos rendszer alapján. Nemfémes elemek és vegyületeik, illetve fémes elemek és vegyületeik (s-, p-, d- és f mező). Szerves kémiai alapfogalmak. Telített és telítetlen szerves vegyületek. Nyílt és zárt szénláncú vegyületek. Aromás gyűrűs vegyületek. Kondenzált gyűrűs vegyületek. Kén, oxigén és nitrogén tartalmú szerves vegyületek. Óriásmolekulák képződésének módjai. Követelmények: Kötelező óralátogatás. Gyakorlaton a témakörönkénti elégséges elérése szükséges az aláírás megszerzéséhez, illetve a félév folyamán egy alkalommal nagy zárthelyi eredményes írása az előadás anyagából (Az elégséges szint az 50% teljesítése). Kémiai laboratóriumi gyakorlatok legalább elégséges szintű elvégzése is követelmény. Oktatási módszer: A szóbeli előadások,, valamint számolási gyakorlatok és egyéni kémiai laboratóriumi gyakorlatok. Oktatási segédeszközök: Előadásnál: írásvetítő használata, esetenként fénymásolat kiegészítések a hallgatónál (pl. táblázatok stb). Tankönyv: Dr. Berecz Endre szerkesztésében: Kémia műszakiaknak Tankönyvkiadó, Budapest, 1991. Vizsgáztatási módszer: Szóbeli vizsga. Kell-e jelentkezni a kurzusra:
Igen, a regisztrációs héten, számítógépen a Neptun-rendszeren keresztül Értékelés: Kollokvium: 5 fokozatú értékelés Gyakorlat: aláírás megszerzéséhez a követelmények legalább elégséges (50 %) szinten való teljesítése. 2. Tantárgytematika Kémia
Anyagmérnök MSc szak I. évf. 1. félév Levelező munkarendben 20+4 (a, k ) Előadás: 1. alkalom: Kémiai anyag. A természeti törvények sajátságai. Szimmetriák a természetben. A természettudományos megismerés módszerei ( induktív -, deduktív és reduktív módszerek). Rendszer, komponens, fázis. Összetétel és megadásának különböző módjai. Halmazállapotok és jellemzésük. A tökéletes és reális viselkedés értelmezése gázok esetében. Állapotegyenletek. Állapotdiagrammok. A Gibbs-féle fázis- szabály és alkalmazása.:vegyjel, képlet, reakcióegyenlet. Atom, molekula, elem, vegyület. A kémiai anyagmennyiség, moláris tömeg. A kémiai reakciók osztályozása különböző szempontok alapján. Redox-egyenletek szerkesztése. Elektronszerkezet, kvantumszámok, Pauli-elv. A periódusos rendszer elektronszerkezeti magyarázata. Az atommag szerkezete, átalakítása. Magfúzió, maghasadás. Atomreaktorok. Elsőrendű kötések: ionos, kovalens, datív és fémes kötés. Kötések kialakulásánál az EN (elektronnegativítás) szerepe. Apoláros és poláros molekulák. Molekulák közötti (másodrendű ) kötések és jelentőségük. 2. alkalom: Elegy, oldat, híg oldat. Telített és túltelített oldat. Az oldódás. Mikroheterogén (kolloid) rendszerek. Felületi feszültség. Reakcióhő, képződéshő, Hess-tétel és alkalmazása. A kémiai egyensúly, egyensúlyi állandó. A legkisebb kényszer elve és alkalmazási lehetőségei. A víz ionszorzata, a ph. Savak és bázisok erőssége. Hidrolízis. Sók hidrolízise. Galvánelemek, elektródpotenciál. Nernst összefüggés és alkalmazása. Az elektrolízis fogalma, a Faraday-törvények. A periódusos rendszerben a különböző mezők értelmezése. Főcsoportok és mellékcsoportok. Fémes és nemfémes elemek. A hidrogén és vegyületei. A víz és a nehézvíz tulajdonságai. A nemesgázok. A VII. főcsoport (halogének) elemei és vegyületeik. A VI. főcsoport ( oxigéncsoport) elemei és vegyületeik. A magas légköri és talaj közeli ózon problémája. Savas esők. Füstködök (Los Angeles és London típusú). Az V. főcsoport elemei és vegyületeik. A nitrogén-oxidok és szerepük a légszennyezésben. A IV. és III. főcsoport nemfémes elemei és vegyületeik. A szén-dioxid-kibocsátás csökkentésének lehetőségei. 3. alkalom: A fémek fizikai és kémiai tulajdonságai. Az s-mező fémei és vegyületeik. A p-mező fémei és vegyületeik. A d-mező fémei és vegyületeik. Az f-mező fémei és vegyületeik. A fémek előállítási lehetőségeinek áttekintése (előállítás tűzi -, elektrokémiai úton, ill. termikus disszociációval). 4. alkalom: Szerves kémiai alapfogalmak. Térizoméria jelensége. Telített és telítetlen alifás vegyületek Nyílt - és zárt szénláncú vegyületek. Aromás gyűrűs vegyületek Alkoholok, aldehidek, ketonok. Éterek, szerves savak és származékaik. Benzolszármazékok. Kondenzált gyűrűs vegyületek. Alkaloidok. Dioxinok Óriásmolekulák képződésének lehetőségei. Műanyagok előállítása polimerzációval, polikondenzációval és poliaddicióval. Gyakorlat: 1. alkalom: Számolási gyakorlatok. Kémiai alapfogalmak átismétlése. Vegyületek elnevezésének szabályai. Oxidációs szám fogalma és alkalmazása a helyes
. képlet felírásában. A kémiai reakcióegyenletek megszerkesztése. A kémiai reakcióegyenlet használata a sztöchiometriai számításoknál. Laboratóriumi gyakorlatok: víz változó -, összes és kalciumkeménységének meghatározása térfogatosan 3. Minta zárthelyi Minta ZH feladatsor A feladatsor megoldására a rendelkezésre álló idő 45 perc)
1. A gázok többségére alacsony hőmérsékleten alkalmazhatjuk-e az általános gáztörvényt? (indoklás!) 2. Igaz-e a következő állítás: a fémek jó vezetők? 3. Mennyi annak a sósavoldatnak a koncentrációja, melynek 2 a ph-ja? Hányszorosára kell hígítani ezt az oldatot, ha a 4-es ph-t akarjuk beállítani? 4. Kémiai szempontból mikor mondjuk egy savra, hogy erős? 5. A kalciumfém vagy a kalciumion a stabilabb? Válaszát indokolja! 6. Ismert, hogy az etilalkohol nagyon jól oldódik vízben, mikor a szerves vegyületek többsége nem. Adja meg a jelenség magyarázatát! 7. Nemesfémek oldódnak-e savakban? Írjon példákat az oldódásokra! 8. Semmelweis Ignác fedezte fel a klóros víz fertőtlenítő hatását, írja fel a reakcióegyenletet és mondja meg, minek köszönhető a fenti hatás? A minta ZH megoldása és értékelése 1. Az ideális viselkedés kritériuma az, hogy a gázrészecskéket pontszerűeknek tételezzük fel, valamint a köztük fellépő kölcsönhatástól is eltekintünk. Ezt az elhanyagolást a legkisebb hibával alacsony hőmérsékletek esetén tehetjük meg. (3 pont ) 2. Nem igaz, mert a jó vezetés nem a fémek tulajdonsága, hanem a fémes kötés következménye. Így a fémek csak akkor jó vezetők, ha fémes kötésben vannak: szilárd és kristályos állapotban. Pl. a fémolvadékok és a fémgőzök nem vezetnek. (2 pont ) 3. Az értelmezés alapján a 2-es ph megfelel 10-2 mol/liter hidrogénion koncentrációnak. Ha ph 4-re akarjuk higítani ezt az oldatot, akkor a higításnak 100x-nak kell lennie, hiszen a ph4 érték megfelel 10-4 mol/liter koncentrációnak. ( 6 pont) 4. Erős savról akkor beszélünk, amikor a sav disszociációja nagymértékű. Pl. a sósavnak, mint erős savnak az oldatában már csak hidrogénionokat ill. kloridionokat találunk a tökéletes disszociáció nyomán. (3 pont ) 5. A Ca a II. főcsoport eleme, a külső elektronhéján 2 elektron van, amit nagyon könnyen lead, mivel nagy a hajtóerő, hogy lezárt (stabil) nemesgáz konfigurációhoz jusson. Így a stabilabb formának az ionforma tekinthető. (4 pont ) 6. A szerves vegyületek közül azok, amelyek ún. tiszta szénhidrogénnek tekinthetők (vagyis csak szénből és hidrogénből állnak), a poláros vízben nem tudnak oldódni az apolaritásuk miatt. Viszont az etilalkohol, mely funkciós csoportja révén (OH-csoport) a nagy elektronnegativítású oxigént is tartalmazza, már elegendő polaritást mutat az oldódáshoz. (4 pont ) 7. A nemesfémek csak oxidáló savakban oldódhatnak, de néhányuk csak különleges savkeverékekkel vihető oldatba. A savakból nem fejlesztenek hidrogént, hiszen a standard potenciáljuk nagyobb, mint a hidrogéné. Cu + HCl 3 Cu + 8 HNO 3 = 3 Cu(NO 3 ) 2 + 2 NO + 4 H 2 O ( 6 pont ) 8. A klóros víz keletkezése a következő egyenlettel írható le: Cl 2 + H 2 O = HCl + HOCl, a keletkező hipoklorit gyorsan bomlik HCl-re és klóratomra. A fertőtlenítő hatást az atomos (naszcensz) klór oxidáló képessége váltja ki, hiszen gyorsan eloxidálja a baktériumokat. (3 pont ) Összesen: 31 pont
Értékelés: 0 15 = 1 (elégtelen) 16 18 = 2 (elégséges) 19 21 = 3 (közepes ) 22 25 = 4 (jó ) 26 31 = 5 (jeles ) 4. Vizsgakérdések, a vizsgáztatás módja A vizsga szóbeli. A hallgató 20 perc felkészülési időt kap, hogy a tételsorból húzott két kérdéshez vázlatot készíthessen. A vizsgázónak minden tételből 10 perc áll rendelkezésére ismereteinek folyamatos beszéddel történő bemutatására, melynél természetesen a vázlatát használhatja. Vizsgatételek:
1. Kémiai anyag. Megmaradási tételek és alkalmazhatóságuk Rendszer, komponens, fázis., összetétel 2. A tökéletesen viselkedő gázok állapotegyenletei, állapotdiagrammok. A reálisan viselkedő gázok állapotegyenlete 3. Vegyjel, képlet, reakcióegyenlet. A kémiai reakciók típusai 4. Elektronszerkezet, kvantumszámok. A periódusos rendszer elektronszerkezeti magyarázata. Izotópok 5. Elsőrendű kötések 6. Másodrendű kötések 7. Elegy, oldat, szilárd oldat. A kémiai egyensúly, egyensúlyi állandó. A legkisebb kényszer elve 8. Reakcióhő, képződéshő, Hess-tétel 9. A víz ionszorzata, ph. A hidrolízis fogalma, sók hidrolízise 10. Elektródpotenciál, elektromotoros erő, Nernst-összefüggés 11. Elektrolízis, Faraday törvények 12. A hidrogén és a nemesgázok 13. A halogén- és az oxigén- csoport elemei és vegyületei 14. A nitrogén- és a szén-csoport elemei és vegyületei. 15. A fémek fizikai és kémiai tulajdonságai 16. Az s- és a p-mező fémei és vegyületei 17. A d- és az f-mező fémei és vegyületei 18. Szerves vegyületek felosztása, elnevezési szabályok. Izoméria. 19. Telített szénhidrogének 20. Telítetlen szénhidrogének 21. Benzol, mint az aromás szénhidrogének alapvegyülete. Reakciói. Policiklikus aromás szénhidrogének 22. Alkoholok, aldehidek, éterek és ketonok 23. Karbonsavak és észterek 24. S- és N-tartalmú szerves vegyületek 25. Műanyagok Miskolc, 2007. október 1. Dr. Kovács Károlyné tanszékvezető egy. docens 5. Egyéb követelmények