ÁLTALÁNOS és SZERVETLEN KÉMIA ANYAGMÉRNÖK ALAPKÉPZÉS 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: MAKKEM913BL Általános és szervetlen kémia A tantárgy előadója és jegyzője: Dr. Kovács Károlyné dr. egy. docens Heti óraszám: (20k +4a)/félév Kreditek száma: 7 A tantárgy típusa: Anyagmérnök BSc 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 BSc anyagmérnök törzsanyagba tartozó kötelező tárgy A tantárgy célja: Általános kémiai alapismeretek összefoglalása és a szervetlen kémia által nyújtott anyagismeret megszerzése. 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). Követelmények: Kötelező óralátogatás. 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 Előadás: Általános és szervetlen kémia Anyagmérnök BSc szak I. évf. 1. félév Levelező kiméretben 20ó ea + 4ó gy 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. 2. alkalom: 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. 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. 3. alkalom: 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. 4. alkalom: Az V. főcsoport elemei és vegyületeik. A nitrogén-oxidok és szerepük a légszennyezésben. A IV. és III. főcsoport nemfémes elemei és vegyületeik. A széndioxid-kibocsátás csökkentésének lehetősége 5. Zárthelyi írása 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).
Gyakorlat: Számolási gyakorlatok. Kémiai alapfogalmak átismétlése. Vegyületek elnevezésének szabályai. Oxidációs szám fogalma és alkalmazása a helyes képlet felírásában. Összetétel számítások. A kémiai reakcióegyenletek megszerkesztése Laboratóriumi gyakorlatok: kationok, anionok reakcióinak, valamint egyes fémionok lángfestéses vizsgálata. Víz változó és összes keménységének meghatározása térfogatosan
3. Minta zárthelyi Minta ZH feladatsor A feladatsor megoldására a rendelkezésre álló idő 100 perc) 1 Értelmezze a következő fogalmakat: ion, elektronnegativítás! (2 pont) 2. Adja meg a következő vegyületek képletét: lítium-nitrid, orto-foszforsav, perklórsav (3 pont) 3. Mit jelent az energiaminimumra való törekvés elve? (5 pont) 4. Mit mond ki az energiamegmaradás elve és milyen körülmények között érvényes? (4 pont) 5. Hogyan osztályozzuk a kémiai reakciókat a reakcióban átlépő részecske alapján? (példák) (7 pont) 6. Ismertesse a kovalens kötés lényegét! (6 pont) 7. Mit mond ki a legkisebb kényszer elve? (6 pont) 8. Mit jelent az erős sav kifejezés? (5 pont) 9. Írja fel egy tetszőlegesen kiválasztott bázis-anhidrid reakcióját vízzel! (4 pont) 10. Jellemezze röviden az alkálifémeket! (8 pont) A minta ZH megoldása és értékelése 1. A semleges atom elektronleadással vagy elektronfelvétellel elektromosan töltéssel rendelkező részecskévé alakul: a + iont kationnak, míg a iont anionnak nevezzük. A z elektronnegativítás az atom elektronvonzó képességének számszerű mértéke ( Pauling, Allread). (2 pont) 2. lítium-nitrid: Li 3 N, orto-foszforsav: H 3 PO 4, perklórsav: HClO 4 ( 3 pont) 3. A természetben lejátszódó folyamatok mindig a stabilisabb állapot elérése felé törekednek.egy állapot annál stabilabb, mínél kisebb a hozzátartozó energia. A nagyobb energia állapotban lévő rendszerek mindig igyekeznek a stabilabb állapotot elérni. Pl. kitüntetett energiaszint a betöltött elektronhéj, de a maximális párosítatlan elektronnal rendelkező állapot is, bár ezek energiája nagyobb, mint a teljesen betöltött héjaké. ( 5 pont )
4. Az energia elszigetelt rendszer esetén érvényes; vagyis, amikor a rendszer és környezete között sem energia-, sem tömegátmenet nem lehetséges. Ilyen körülmények között az energia nem veszhet el. (( 4 pont ) 5. A reakciók osztályozása a reakcióban átlépő részecske milyensége alapján: - az átlépő részecske proton, ezek a sav-bázis reakciók, pl.: vas(iii)-hidroxid és sósav: Fe(OH) 3 + 3 HCl = FeCl 3 + 3 H 2 O - az átlépő részecske elektron, ezek e redox-reakciók, pl.: 2Fe + 6HCl = 2FeCl 3 + 3H 2 ( 7 pont) 6. A kovalens kötésnél a minimális energiaszintre való törekvés következtében közös elektronpár kialakításával éri el a stabilabb helyzetet. Az elsőrendű kötésekhez tartozik, lehet poláros, ill. apoláros a kialakuló molekula attól függően, hogy milyen a kötésben résztvevő kinduló atomoökm elektronnegativítása. (6 pont) 7. A legkisebb kényszer (Le Chatelier-Braun )elve kimondja, hogyha egy egyensúlyban lévő rendszer egyensúlyát külső hatással megzavarjuk, akkor a rendszer úgy mozdul el, hogy a külső kényszer hatását minimálisra csökkenthesse. (6 pont) 8. Erős savak azok a savak, melyeknek oldatában az ionokra esés nagy mértékben végbe ment.pl.: a sósavoldatban már csak hidrogénionokat és kloridionokat találunk a teljes disszociáció miatt. (5 pont) 9. A bázisanhidrid jelentése: víz nélküli bázis, vagyis a fémoxidok. Ezek vízzel kialakítják a megfelelő bázist, pl.: CaO + H 2 O = Ca (OH) 2 10.Alkálifémek: a periódusos rendszer I. főcsoportja, vagyis a legkülső elektronhéjukon egyetlen elektron van, ezt nagyon könnyen le tudják adni, így 1+ töltésű ionokat képeznek. Standard elektródpotenciáljuk erősen negatív. Elektronnegativításuk kicsi. Ide tartozó fémek: Li, Na, K, Rb. Cs és Fr. Hidroxidjaik erős bázisok, a legerősebb bázis a CsOH. Kis sűrűségűek, úsznak a vízen és a vízzel hevesen reagálnak: kémiailag bontják a vízet. A higannyal amalgámokat alkotnak. Előfordulásuk elsősorban halogenidjeikben, előállításuk is ezekből történik olvadékelektrolízissel. ( 8 pont) Összesen: 50 pont Értékelés: 0 24 = 1 (elégtelen) 25-30 = 2 ( elégséges) 31 36 = 3 (közepes) 37 41 = 4 (jó) 42 50 = 5 (jeles)
Általános és szerves kémia kommunikációs dosszié 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 2. Rendszer, komponens, fázis., összetétel 3. A tökéletesen viselkedő gázok állapotegyenletei, állapotdiagrammok. A reálisan viselkedő gázok állapotegyenlete 4. Vegyjel, képlet, reakcióegyenlet 5. Atom, molekula, elem, vegyület. Kémiai anyagmennyiség, moláris tömeg 6. A kémiai reakciók típusai. Az oxidációs szám 7. Elektronszerkezet, kvantumszámok, Pauli-elv 8. A periódusos rendszer elektronszerkezeti magyarázata 9. Az atommag szerkezete és átalakítása 10. Elsőrendű kötések 11. másodrendű kötések 12. Elegy, oldat, híg oldat. Telített oldat. Oldhatóság 13. Mikroheterogén (kolloid) rendszerek. Felületi feszültség 14. Reakcióhő, képződéshő, Hess-tétel 15. A kémiai egyensúly, egyensúlyi állandó. A legkisebb kényszer elve 16. A víz ionszorzata, ph. Bázisok és savak erőssége 17. A hidrolízis fogalma, sók hidrolízise 18. Galvánelemek, elektródpotenciál, Nernst-összefüggés 19. Elektrolízis, Faraday törvények 20. A hidrogén és a nemesgázok 21. A halogén elemek és vegyületeik 22. Az oxigén csoport elemei és vegyületei 23. A nitrogén csoport elemei és vegyületei 24. A széncsoport elemei és vegyületei. A bór és vegyületei 25. A fémek fizikai és kémiai tulajdonságai 26. Az s-mező fémei és vegyületei 27. A p-mező fémei és vegyületei 28. A d-mező fémei és vegyületei 29. Az f-mező fémei és vegyületei 30. Fémek előállítása tűzi úton 31. Fémek előállítása és tisztítása elektrokémiai úton 32. Fémek előállítása és tisztítása termikus disszociációval Miskolc, 2007. október 1. Dr. Kovács Károlyné tanszékvezető egy. docens
5. Egyéb követelmények Általános és szervetlen kémia kommunikációs dosszié