KÉMIA ANYAGMÉRNÖK MESTERKÉPZÉS 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: MAKKEM209M KÉMIA A tantárgy előadója és jegyzője: Heti óraszám: 3k+2a Dr. Kovács Károlyné dr.egy docens A tantárgy típusa: Anyagmérnök MSc szak természettudományos tárgy A tantárgy felvételének előfeltétele: --- Tantárgy gondozó intézmény: MISKOLCI EGYETEM Műszaki Anyagtudományi Kar Kémiai Tanszék Kreditek száma: 4 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 3 + 2 (a, k ) Előadás: 1. hét: 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. 2. hét: 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. 3. hét: 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. 4. hét: 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). 5. hét: 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 lehetőségei. 6. A fémek fizikai és kémiai tulajdonságai. Az s-mező fémei és vegyületeik 7. hét.: A p-mező fémei és vegyületeik. A d-mező fémei és vegyületeik. 8. hét: Az f-mező fémei és vegyületeik. A fémek előállítási lehetőségeinek áttekintése (előállítás tűzi -, elektrokémiai úton, ill. termikus disszociációval). 9. hét: Szerves kémiai alapfogalmak. Térizoméria jelensége. Telített és telítetlen alifás vegyületek 10. hét: Nyílt - és zárt szénláncú vegyületek. Aromás gyűrűs vegyületek 11. Alkoholok, aldehidek, ketonok. Éterek, szerves savak és származékaik. 12. hét: Benzolszármazékok. Kondenzált gyűrűs vegyületek. Alkaloidok. Dioxinok.
13. hét: Óriásmolekulák képződésének lehetőségei. Műanyagok előállítása polimerzációval, polikondenzációval és poliaddicióval. 14. hét: A petrolkémia alapjai Gyakorlat: 1. hét: Bevezetés. Számolási gyakorlatok. Kémiai alapfogalmak átismétlése. Vegyületek elnevezésének szabályai. Oxidációs szám fogalma és alkalmazása a helyes képlet felírásában 2. hét: Számolási gyakorlatok. Összetétel számítások. A kémiai reakcióegyenletek megszerkesztése 3. hét: Számolási gyakorlatok. A kémiai reakcióegyenlet használata a sztöchiometriai számításoknál I. 4. hét: Számolási gyakorlatok. A kémiai reakciók használata a sztöchiometriai számításoknál II. 5. hét: A számolási feladatokból kis zárthelyi írása, valamint a munkavédelmi szabályok ismertetése. 6. hét: Laboratóriumi gyakorlatok: kationok reakcióinak vizsgálata 7. hét: Laboratóriumi gyakorlatok: anionok reakcióinak, valamint egyes fémionok lángfestéses vizsgálata 8. hét: Laboratóriumi vizsgálatok: ismeretlen összetételű sók vizsgálata anionra és kationra 9. hét: Zárthelyi írása az előadás anyagából 10. hét: Laboratóriumi gyakorlatok: víz változó -, összes és kalciumkeménységének meghatározása térfogatosan 11. hét: Laboratóriumi gyakorlatok: sósav és szulfáttartalom meghatározása konduktometriás titrálással 12. hét: Laboratóriumi gyakorlatok: szulfáttartalom meghatározása gravimetriásan 13. hét: Laboratóriumi gyakorlatok: szulfáttartalom meghatározása jodometriásan 14. hét: Mérési eredmények kiértékelése, egyes módszerek összehasonlítása néhány teljesítőjellemző alapján (pl. a háromféle szulfát-meghatározás kiértékelése).
3. Minta zárthelyi Minta ZH feladatsor A feladatsor megoldására a rendelkezésre álló idő 100 perc) 1. Mit jelent az a tény, hogy két elem azonos sorban/oszlopban található a periódusos rendszerben? 2. Írja fel az ideálisan viselkedő gázokra vonatkozó gáztörvényt! Mikor mondhatjuk, hogy egy gáz ideálisan viselkedik? Egy gáz mikor közelíti meg jobban az ideális viselkedést alacsony vagy magas hőmérsékleten? 3. Milyen elsőrendű kötéseket ismer? Röviden jellemezze őket! 4. Igaz-e a következő állítás: A fémek jó vezetők.? 5. Mennyi annak a sósavoldatnak a koncentrációja, amelynek a ph-ja 2? 6. Kémiai szempontból mikor mondjuk egy savra, hogy erős sav? 7. Mik a katalizátorok és hogyan működnek? 8. A nátriumfém vagy a nátriumion a stabilisabb? Válaszát indokolja! (Z Na =11) 9. Ismert tény, hogy a benzol nem oldódik vízben. Adja meg a jelenség magyarázatát! 10. Mi a királyvíz? Mire használjuk? (egyenlet is!) 11. Jellemezze a nemesgázokat! 12. Milyen műanyag előállítási módokat ismer? (felsorolás) A minta ZH megoldása és értékelése 1. Azonos sor: azt jelenti, hogy az itt található elemek vegyértékelektronjai azonos periódusban vannak, vagyis azonos főkvantumszámhoz tartoznak. Az azonos oszlop: azt jelenti, hogy azonos számú vegyértékelektronnal rendelkeznek. (3 pont) 2. Ideális gáztörvény:pv = nrt, ahol P a myomás, V a térfogat, T az abszolút hőmérséklet, n a mólok száma. Az ideális viselkedéskor a gázrészecskéket pontszerűnek tételezzük fel, valamint a közöttük levő kölcsönhatást elhanyagoljuk. Ebből következik, hogy egy gáz az ideális viselkedést alacsony hőmérsékleten közelíti jobban meg. (5 pont) 3. Elsőrendű kötések: a.) ionos kötés: elektronleadás/elektronfelvétellel alakul ki a stabilis szerkezet pl.nacl b.) kovalens kötés: közös elektronpár(ok ) kialakításával. Lehet poláros pl. H 2 O és lehet apoláros, pl.: H 2 c.) fémes kötés: (csak nagy számú atom esetén értelmezhető): a fém szilárd, kristályos formában van, a rácspontokban a fématomtörzsek találhatók, míg a közöttük levő térben delokalizált elektronok tengere található. ( 6 pont) 4. Az állítás nem igaz, mert a vezetés nem a fémek, hanem a fémes kötés következménye. Így pl. a fémolvadékok, az amorf fémek vagy fémgőzök nem vezetnek. (2 pont) 5. ph= - lg [H + ], így 2-es ph-nak 10-2 mol/liter koncentráció felel meg. (3 pont) 6. Erős savak nagyon jól disszociálnak, oldataikban tehát már nem savmolekulák vannak, hanem hidrogénionok és savmaradék-ionok. (3 pont )
7. A katalizátorok olyan anyagok, amely a kémiai reakció számára új utak lehetőségét nyitják meg, amelyekhez jóval kisebb aktiválási energia tartozik, mint az eredeti reakcióhoz. Pl.: ammónia szintézis esetén az alkalmazott katalizátor: a vas. A katalizáló hatás a következőképpen értelmezhető: Az alapreakció az alábbi: N 2 + 3 H 2 = 2 NH 3 Vaskatalizátor jelenlétében: 2Fe + N 2 = 2FeN ; 2FeN + 3 H 2 = 2 Fe + 2 NH 3 (5 pont ) 8. A nátriumion a stabilisabb, mivel a nátriumfém az egyetlen vegyértékelektronját leadva jut el az ionállapotig, ami azt jelenti, hogy ionállapotban a külső héj elektronkonfigurációja: s 2 p 6., ami nagy stabilitással rendelkezik. (4 pont ) 9. A benzol 100%-ban apoláris vegyület, teljesen szimmetrikus töltésviszonyokkal, így nem oldódhat a jelentős polaritással bíró vízben. (4 pont ) 10. A királyvíz oldósavkeverék, amely 3 rész tömény sósavból és 1 rész tömény salétromsavból minden esetben frissen készítünk. A királyok fémét, az aranyat tudjuk vele oldani. 3 HCl + HNO 3 = 2 Cl +2 H 2 O + NOCl ; a keletkező nitrozilklorid gyorsan elbomlik NO-ra és Cl-re, így összességében a királyvízzel 3 klóratomhoz jutottunk, mely képes oxidálni az aranyat is: Au + 3Cl = AuCl 3 (6 pont ) 11. A nemesgázok a VIII: főcsoport elemei, tökéletes stabil elektronszerkezettel rendelkeznek : s 2 p 6. Nagyon nagy ionizációs energiával rendelkeznek. Nem vegyülnek könnyen, bár a nagyobb nemesgázoknak (Xe, Kr) már sikerült néhány vegyületét előállítani. Atomos állapotúak. (6 pont) 12. Műanyagok előállítási módjai: - polimerizáció - poliaddició - polikondenzáció ( 3 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)
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 tipusai 4. Elektronszerkezet, kvantumszámok. A periódusos rendszer elektronszerkezeti magyarázata Izotópok. Az atommag szerkezete és átalakítása 5. Elsőrendű kötések 6. Másodrendű kötések 7. Elegy, oldat, szilárd oldat. Kémiai egyensúly, egyensúlyi állandó. A legkisebb kényszer elve 8. Reakcióhő, képződéshő, Hess-tétel 9. A víz ionszorzata, ph. Bázisok és savak erőssége A hidrolízis fogalma, sók hidrolízise 10. Elektródpotenciál, elektromotoros erő. Nernst-összefüggés 11. Elektrolízis, Faraday törvények 12. A hidrogén és a nemesgázok 13. A halogén elemek és vegyületeik Az oxigén csoport elemei és vegyületei 14. A nitrogén csoport elemei és vegyületei A széncsoport 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. A szerves vegyületek felosztása, elnevezési szabályok. Izoméria 19. Telitett szénhidrogének 20. telítetlen szénhidrogének 21. A benzol, mint az aromás szénhidrogének alapvegyülete. Reakciói. Policiklusos aromás szénhidrogének 22. Alkoholok, aldehidek, éterek, ketonok 23. Karbonsavak, észterek 24. S- és N-tartalmú szerves vegyületek 25. Műanyagok Miskolc, 2007. október 1. Dr. Kovács Károlyné tanszékvezető egy. docens
5. Egyéb követelmények Kémia kommunikációs dosszié