SZENT ISTVÁN EGYETEM GÉPÉSZMÉRNÖKI KAR LEVELEZŐ TAGOZAT Tanulmányi Tájékoztató http://www.koti.szie.hu/kemt/ http://elearning.szie.hu/ MŰSZAKI KÉMIA Tárgyfelelős: Mérőné Dr. Nótás Erika egyetemi docens GÖDÖLLŐ 2014.
2 TARTALOMJEGYZÉK oldal 1. BEVEZETÉS... 3 2. NÉHÁNY GYAKORLATI TANÁCS A KÉMIA TANULÁSÁHOZ... 3 3. A TANTÁRGY TANULÁSÁHOZ ELŐÍRT IRODALOM... 4 4. A RENDELKEZÉSÜNKRE ÁLLÓ EGYÉB AJÁNLOTT TANANYAG... 4 5. AZ ELSAJÁTÍTANDÓ TANANYAG ISMERTETÉSE... 5 6. VIZSGATEMATIKA... 8 7. A KÉMIA TANTÁRGY KÖVETELMÉNYRENDSZERE... 10
3 1. BEVEZETÉS A tantárgy neve: MŰSZAKI KÉMIA A tananyag témaköre: Általános, Szervetlen és Szerves Kémia A tananyag elsajátításához szükséges előismeret: a gimnáziumi kémia, fizika és matematika tanulmányok Tantárgyfelelős: Mérőné Dr. Nótás Erika, egyetemi docens A tantárgyat oktató tanszék: Kémia és Biokémia Tanszék 2103 Gödöllő, Páter K. u. 1. Telefon: (28) 522-073 A tárgy oktatásának és tanulásának célja A tárgyat a Gépészmérnöki Kar nappali és levelező tagozatain alapozó tárgy keretében oktatjuk. A gyakorlatban dolgozó gépészmérnök számára elengedhetetlen alapvető kémiai ismereteket kell, hogy elsajátítsák. A tárgy - alapoz. A megszerzett ismeretek jól hasznosíthatók a fizikában, gépészmérnöki alapismeretekben, mezőgazdasági ismeretekben, mezőgazdasági gépek javításának gyakorlati részében stb. 2. NÉHÁNY GYAKORLATI TANÁCS A KÉMIA TANULÁSÁHOZ Ez a tárgy részben olyan, mint a matematika, vagy a fizika. Először meg kell érteni, azután meg kell tanulni. Különösen az Általános és Szervetlen kémiában találkozunk olyan alapvető kémiai fogalmakkal, definíciókkal, amelyek pontos ismerete nélkül a tárgyalt törvényszerűségek, azok gyakorlati alkalmazása nem érthető, nem magyarázható. A fentiek miatt az egyéni tanuláshoz a következőket javasoljuk: a./ Adatokat, számokat ne magoljunk be, néhány kivételtől eltekintve, amelyekről az előadásokon szó lesz! A matematikában, fizikában, mechanikában használatos függvénytáblázatnak van kémiai része. Ott minden megtalálható, csak azt tanuljuk meg, milyen adatot hol keressünk. b./ Azt az anyagrészt, amelyet meg akarunk tanulni, kétszer-háromszor olvassuk át, mint egy regényt. Ne akadjunk meg egy érthetetlen részproblémánál! Összefüggéseiben csak akkor merüljünk el, ha általánosságban már érzékeljük a szóban forgó problémát. Ezeket az összefüggéseket emeljük ki és tanuljuk meg. c./ d./ A lényeg kiemelése érdekében célszerű néhány mondatos vázlatot írni. Ennek használata nagy segítséget nyújthat a vizsgára való felkészülésnél. A lényeget foglaljuk össze szóban. Igyekezzünk úgy tenni, mintha olyan valakinek magyaráznánk meg, aki ilyesmiről még soha nem hallott.
4 e./ Az önellenőrzés nagyon fontos eszköze a megtanult anyagrészhez kapcsolodó feladatok megoldása. Otthoni tanuláshoz jelentős segítséget nyújthat a Mezőgazdasági kémia című jegyzet, Általános kémia fejezete, amelyben rövid elméleti összefoglalót és számos kidolgozott feladatot találhatnak. Minden kidolgozott feladathoz a gyakorló feladatok között találhatnak 1-2 megoldási menet nélküli példát, amelyen lemérhetik, hogy elsajátították-e az elméletet. (Ellenőrzési lehetőség is van, hiszen valamennyi feladat végeredménye megtalálható.) Lehetőségük lesz a január elején e-learning számítógépes módszerrel megírandó teszt jellegű vizsgára felkészülni gyakorló tesztek segítségével, amelyeket a http://elearning.szie.hu címen találnak meg. Az egyetemi e-learning rendszerbe a következő adatok megadásával léphetnek be: Felhasználói név: a neptun kódjuk Jelszó: a születési év, hónap és nap utolsó 6 karaktere Beiratkozási kulcs: műszakikémia2014 (egybeírva) A gyakorló feladatokat a Gépészmérnöki Kar kurzuskategóriában találják meg, Műszaki kémia (SMKKB2011XL) név alatt. A tesztekbe a megadott jelszavakkal lehet belépni. Nagyon ajánlatos a gyakorlás, mivel a vizsga azonos módon, hasonló tesztek felhasználásával fog történni! 3. A TANTÁRGY TANULÁSÁHOZ ELŐÍRT IRODALOM Mérőné Dr. Nótás Erika, Dr. Mészárosné Dr. Bálint Ágnes, Dr. Heltai György: Mezőgazdasági kémia, SZIE jegyzet. Gödöllő, 2014. 4. A RENDELKEZÉSÜNKRE ÁLLÓ EGYÉB AJÁNLOTT TANANYAG: 1 Berecz Endre: Kémia Műszakiaknak Budapest, 1991 2 Szabó Zoltán, Nyilasi János (1979): A szervetlen kémia alapjai, Műszaki Könyvkiadó, Budapest
5. AZ ELSAJÁTÍTANDÓ TANANYAG ISMERTETÉSE: ÁLTALÁNOS, SZERVETLEN ÉS SZERVES KÉMIA 5 Tananyag A kémiai anyag jellemzésének alapvető törvényszerűségei. A kémiai anyag szerkezetének alapjai: -Az atommag szerkezete. -Az elektronburok szerkezete. Atommodellek. A kémiai kötések típusai. A molekulák szerkezete. 1.tankönyv: 8-22.o. Makroszkópos (összefüggő) anyagrendszerek. Halmazok, halmazállapotok (gázok, folyadékok, szilárd anyagok). A kémiai anyag mennyiségi és minőségi leírásának módszerei. Reakciótípusok: hagyományos osztályozás. Sav-bázis és redoxi reakciók. 1.tankönyv: 23-44. o. Homogén rendszerek kémiai egyensúlyai. (ph, hidrolízis, pufferek). 1.tankönyv: 45-56. o. A kémiai termodinamika alapjai: főtételek, affinitás. 1.tankönyv: 57-66. o. Útmutató A kémiai anyag fogalma. Tömeg, energia, megmaradási törvények. Az Einstein-féle ekvivalencia elv. Tisztázzuk a proton és neutron szerepét az atommagban. Értsük meg az abszolút tömeg, töltés, a relatív tömeg, töltés közötti különbséget. Itt feltétlenül szükséges a pontos csoportosítás (első és másodrendű kötéstípusok, azok létrejöttének okai). Az elektronegativitás szerepe a kötéstípus meghatározásában. A tankönyvben leírt matematikai összefüggések értelmezése nagyon fontos! Állapotjelzők fogalma. Gáztörvények, oldatok, Sztöchiometria. A példák gyakorlása nagyon fontos! Fel kell tudni írni egyszerű sav-bázis és redoxi reakciók egyenleteit. A tömeghatás törvényének alkalmazása egyenletekre. Ki tudjuk számolni az erős savak és bázisok ph-ját. A gyenge savak és bázisok ph számításának alapja. A sók hidrolízise és kémhatása közötti összefüggés értelmezése, egyenletek felírása alapján! Az energiamegmaradás törvényének értelmezése zárt és nyitott rendszerekre. A szabadenergia, a szabadentalpia függvények és a kémiai reakciók iránya közötti összefüggés. A kristályos és az amorf anyagok nullapont entrópiája közötti különbség.
6 Tananyag Elektrokémia: Galvánelemek; elektromotoros erő, elektródpotenciál, redoxipotenciál. Vezetőképesség. Elektrolízis. 1.tankönyv: 67-80.o. Bevezetés a szervetlen kémiába. A periódusos rendszer alapján: - elemcsaládok és tulajdonságaik - a vegyületek rendszerezése és fontosabb vegyület csoportok 1.tankönyv: 83-123.o. A szerves vegyületek csoportosítása. Paraffinok, olefinek, acetilén szénhidrogének, nyílt, gyűrűs és aromás szénhidrogének. l. tankönyv: 124-135.o. Halogénszármazékok. Hidroxivegyületek: alkoholok,fenolok. Éterek és oxovegyületek: aldehidek és ketonok. l. tankönyv: 136-148.o. Útmutató A reakcióhővel és a képződésihővel kapcsolatos feladatok. Fontos, a Daniell-elem működésének alapos ismerete. A fémek és elektrolit oldatok vezetőképessége és a hőmérséklet változás közötti összefüggés magyarázata. A fajlagos és az ekvivalens vezetőképesség függése az elektrolitoldatok koncentrációjától. Lényeges az elektrolízis folyamatának helyes ismerete is! Az ólomakkumulátor működése is fontos. Az elektrolízis gyakorlati alkalmazása a fémek előállításában, tisztításában és a korrózióvédelemben. A galvánelemek elektromotoros erejének kiszámítása. Az anyag kifejezetten lexikális, a periódusos rendszer segítségével kell megtanulni, de nem bemagolni. Figyeljünk a magyarázatokra! Ismerni kell a főcsoportok elemeinek vegyjelét és a legfontosabb vegyületeknek a képleteit. Az egyszerűbb kémiai reakciókat fel kell tudni írni egyenletekkel. A szerkezeti (konstitúciós) izoméria értelmezésénél lényeges, hogy a molekulák szerkezetében van különbség. Fontos, hogy az aromás szénhidrogének szerkezeti tulajdonságait megértsék, alaposan elsajátítsák. A szubsztitúció, az addíció és a polimerizáció folyamatát egyenletekkel fel tudják írni. Az általános jellemzés mellett alaposan sajátítsák el az alkoholos OH csoport tulajdonságait, reakcióit, vessék össze a fenolokéval! Ne keverjük az alkoholok rendűségét és értékűségét! Figyeljenek fel az aldehidek és ketonok szerkezete és kémiai tulajdonságai közötti hasonlóságra és különbségekre!
7 Tananyag Útmutató Karbonsavak és származékaik. Észterek. l. tankönyv: 149-153. és 155-156. o. Aminosavak és fehérjék. l. tankönyv: 160-164. o. Fontos az értékűség definíciója, reakcióik, a karboxilcsoport szerkezete. Fontos az aminosavak, a fehérjék felépítő elemeinek pontos ismerete, a peptidkötés szerkezete, valamint a fehérjék térszerkezete, szerkezeti szintjeinek ismerete. A szénhidrátok. Az optikai izoméria jelensége. l. tankönyv:165-170. és 153-154.o. Megértésük és megtanulásuk alapos figyelmet igényel. Figyeljenek a cukrok optikai izomériájának megértésére, a gyűrűs szerkezetre és az ennek következtében kialakuló alfa és béta hidroxil csoportokra. Értsék meg a cukrok redukáló és nem redukáló típusainak szerkezeti alapját.
VIZSGATEMATIKA a Mezőgazdasági kémia 8 tárgyból a BSC levelező képzés hallgatóinak 1. Általános kémia 1.1. Kémiai anyagszerkezet 1. Anyagi jellemzők: A tömeg, az energia, a tömeg- és energiamegmaradás törvénye. A tömeg-energia ekvivalencia elv. Az anyagi rendszerek csoportosítása szerkezetük szerint (folytonos és részecsketermészetű anyagfajták). 2. Az atom, mint összetett rendszer: Az atommag és elektronburok. Az atommag szerkezete, rendszám, tömegszám, izotópok kötési energia. 3. Atommodellek alapelvei (Rutherford, Bohr) és hiányosságai. A kvantummechanikai atommodell lényege. 4. A kvantumszámok jelentése és összefüggése. A kvantummechanikai atompálya fogalma. A különböző mellékkvantum számú atompályák térbeli alakja. 5. A periódusos rendszer elmélete: az atompályák egymásra épülésének szabályai. Az atomok jellemzőinek (ionizációs energia, atomtérfogat) változása a rendszám függvényében. 6. Az ionkötés és kialakulása. Ionképződés elektron leadással és elektronfelvétellel. Ionizációs energia, elektronaffinitás, elektronegativitás. 8. Molekulageometria (BeCl 2, BCl 3, CH 4, NH 3, H 2 O, etilén). Vegyértékelektron-taszítási modell. A molekulák polaritását meghatározó tényezők. 9. Lokalizálható és nem lokalizálható MO-k, kötésrend, kötéstávolság. 10. Átmenet a kötéstípusok között. Az elektronegativitások összegének és különbségének szerepe. Másodlagos kötések: van der Waals és hidrogénhíd kötés. 1.2. A fizikai kémia alapjai 1.2.1. A kémiai termodinamika alapjai 11. A kémiai termodinamika I. főtétele: belső energia, hőmennyiség. Képződéshő. Termokémiai egyenletek. 12. A kémiai reakciók osztályozása formálisan és alapfolyamatok szerint. Sav-bázis elméletek, redoxi folyamatok, oxidációs szám. A kémiai egyenlet. 13. Megfordítható folyamatok, kémiai egyensúlyok. A tömeghatás törvénye, a le Chatelier-Braun elv. 14. Disszociációs egyensúlyok, oldhatósági szorzat. 15. A víz elektrolitos disszociációja, a ph fogalma. Erős savak, erős bázisok ph számítása. Gyenge savak és bázisok disszociációja, ph számítása, (röviden a lényeg). 16. A semlegesítési és hidrolízis egyensúly. 7. A molekulák képződése, a kovalens kötés. és kötések. A molekulapálya fogalma. A molekulapályák betöltésének rendje.
1.2.2. Elektrokémia 17. A fajlagos és az ekvivalens vezetőképesség. Áramvezetés elektrolitokban összefüggése a koncentrációval és a disszociációfokkal. 18. Az elektródpotenciál kialakulása, fémes vezető és elektrolit fázishatárán lejátszódó folyamatok. Galvánelemek összeállítása és elektromotoros ereje. 19. Redoxi rendszerek, redoxi potenciálok. Redukálószerek, oxidálószerek. 20. Az elektrolízis. Faraday törvények. Az elektrolízis ipari alkalmazásai. 2. Szervetlen kémia 21. Az elemek csoportosítási egységei a periódusos rendszerben: periódusok, oszlopok, elemcsaládok. 22. A hidrogén. A nemesgázok. 23. A halogénelemek (F, Cl, Br, I). 24. Az oxigéncsoport nemfémes elemei (O, S, Se). 25. A nitrogéncsoport nemfémes elemei (N, P). 26. A szén kémiai viselkedése. 27. A félfémek (Al). 28. Az alkáli és alkáli földfémek. (Li, Na, K, Ca, Sr, Ba). 29. Az átmeneti fémek és a másodfajú fémek. 30. A vegyületek általános jellemzése. A fizikai tulajdonságok (olvadáspont, keménység, szín, oldékonyság) és a kötéstípusok összefüggései. A vegyületek kémiai viselkedése. Stabilitás. Savbázis és redoxi tulajdonságok. 31. A hidrogén vegyületei (hidridek). 32. A halogének vegyületei (haloidok). 9 33. Az oxidok. Bázisos, savas, semleges oxidok. 34. Az oxidok vízzel képzett vegyületei a hidroxidok és oxisavak összefoglaló jellemzése. 35. A nitrogén és foszfor oxidjai és oxisavai. 36. Az oxisavak sói; szulfátok, nitrátok, foszfátok. A fontosabb műtrágya hatóanyagok. 3. Szerves kémia 37. Telített szénhidrogének. A paraffinok előfordulása, előállítása, fizikai és kémiai tulajdonságai. 38. Telítetlen szénhidrogének. Olefinek, diolefinek. Előfordulásuk, előállításuk, fizikai és kémiai tulajdonságaik. 39. Acetilén szénhidrogének. Előfordulásuk, előállításuk, fizikai és kémiai tulajdonságaik. 40. Aromás szénhidrogének. A benzol és származékai. A benzol előállítása, fizikai és kémiai tulajdonságai. 41. Az alkoholok csoportosítása. Előállításuk, fizikai és kémiai tulajdonságaik. Az optikai izoméria fogalma. 42. Aldehidek és ketonok. Előállításuk, fizikai és kémiai tulajdonságaik. 43. Karbonsavak csoportosítása. Előállításuk, fizikai és kémiai tulajdonságaik. 44. Észterek, zsírok, olajok. 45. Szénhidrátok. Csoportosításuk, fizikai és kémiai tulajdonságaik. 46. Aminosavak, peptidek és fehérjék. Az aminosavak csoportosítása, tulajdonságaik. A peptid kötés. A fehérjék szerkezete.
7. A MŰSZAKI KÉMIA TANTÁRGY KÖVETELMÉNYRENDSZERE A GÉPÉSZ LEVELEZŐ HALLGATÓK RÉSZÉRE A tantárgyat év végén kollokviummal zárjuk: 10 Általános, Szervetlen és Szerves Kémia: 100 pont Értékelés: jeles (5) 86-100 jó (4) 76-85 közepes (3) 61-75 elégséges (2) 51-60 elégtelen (1) < 50 A tantárgy követelményei: 1. Írásbeli feladatmegoldás: 40 pont (minimum: 20 pont) Ennek teljesítése az aláírás feltétele, valamint csak ezután lehet az elméleti részből szóbelizni. 2. Szóbeli vizsga: 60 pont (Minimum 31pont) (Megváltható egy zárthelyi dolgozat megírásával, amihez az e-learning számítógépes módszert fogják használni) Sikeres teljesítés minimuma: 51 pont Gödöllő, 2014. szeptember 01. Mérőné dr. Nótás Erika egyetemi docens