1

Kod kolegija BIL302

Naziv kolegija Fizikalna kemija

Opći podaci

Studijski program Dodiplomski studij Biotehnologija i istraživanje lijekova

Godina održavanja 3. Semestar ( modul) održavanja

I

Status kolegija temeljni x Izborni

dopunska znanja(STCW)

Trajanje semestar modul x trimestar

Ciljevi , zadaci i planirani ishod kolegija

Ciljevi: Usvajanje temeljnih znanja iz područja kemijske termodinamike, elektrokemije, kemijske kinetike i atomske/molekulske spektroskopije, te njihova primjena u rješavanju teorijskih i računskih zadataka. Razvijanje analitičkog pristupa i samostalnosti u rješavanju računskih zadataka. Kroz vježbe koje su koncipirane u obliku kratkih istraživačkih eksperimenata te prate predavanu teoriju, upoznavanje studenata s tehnikama, metodama, i instrumentacijom u fizikalno-kemijskim mjerenjima. Usvajanje načela statističke obrade i prikaza eksperimentalnih podataka uz korištenje računala, te pisanja referata. Planirani ishodi: Temeljno znanje:

Znanje teorijskih postavki kemijske termodinamike, elektrokemije, kemijske kinetike te atomske i molekulske spektroskopije, kao podloga za razumijevanje kemijskih, biokemijskih i bioloških procesa. Sagledavanje i kvantitativno izražavanje makroskopskih stanja tvari i njihovih promjena u svjetlu termodinamičkih funkcija.

Kvantitativno izražavanje fizikalno-kemijskih veličina (numeričko, grafičko), te njihovo korištenje za opis stanja i procesa u kemiji i biokemiji.

Poznavanje interakcija materije i zračenja te njihovo korištenje za utvrđivanje kemijske građe materije. Uvod u kvantitativnu interpretaciju atomskih i molekulskih spektara.

Povezivanje znanja termodinamike (kemijske ravnoteže), kvantne kemije i molekulske spektroskopije s metodologijom i tehnikama koje se koriste u analitičkoj kemiji.

Sagledavanje fenomenologije kemijskih procesa koji se susreću kako u kemiji i biokemiji, tako i molekularnoj biologiji i biomedicini, u svjetlu fizikalno-kemijskih zakona.

Upoznavanje s instrumentacijom te razumijevanje principa osnovnih mjernih tehnika i metoda iz područja fizikalne kemije

Sposobnosti:

Sposobnost samostalnog rješavanja problema i računskih zadataka iz područja kemijske termodinamike, elektrokemije, kemijske kinetike, te atomske i molekularne spektroskopije. Prevođenje problema ili zadatka iz tekstualnog (realnog) u simboličko-matematički (apstraktan) oblik. Mogućnost prilagodbe na različite načine na koji zadaci mogu biti zadani, a odražavaju stvarne postupke rješavanja problema u laboratorijskoj praksi.

Sposobnost samostalne statističke obrade i prikaza mjernih podataka uz pomoć računala. Sposobnost izražavanja numeričkih podataka u grafičkom obliku. Pisanje referata u obliku kratkog znanstvenog izvještaja

Poznavanje osnovnog pristupa pri numeričkom rješavanju pojedinih problema iz gore navedenih područja, uz pomoć računala

2

Stjecanje dobre prakse u izvođenju mjerenja s instrumentima na različitom stupnju automatiziranosti i kompjuterzacije

Stjecanje dobre prakse u pripremi, planiranju te izvedbi eksperimenta, kao i pisanju izvještaja o izvedenom eksperimentu, unutar unaprijed zadanih vremenskih okvira

Okvirni sadržaj kolegija

Uvod u kolegij. Termodinamika. Sustav i okolina. Idealni plinovi. Parcijalni plinski zakoni. Kinetička teorija plinova. Realni plinovi. Međudjelovanja molekula. Kritična točka (p,Vm,T). Kompresijski faktor. Van der Waalsova jednadžba stanja. Fenomenološka termodinamika. Termodinamičke veličine - funkcije, varijable (p,V,T). Definicija temperature - 0-ti glavni stavak. 1. glavni stavak termodinamike: unutarnja energija, toplina, rad. Funkcije stanja nasuprot funkcijama ovisnim o putu promjene. Reverzibilna i ireverzibilna promjena stanja sustava. Ekspanzija i kompresija plina. Topliski kapacitet. Entalpija. Primjeri entalpijskih promjena (termokemija). Hessov zakon. Kirchoffov zakon. Totalni diferencijal. Rad pri adijabatskoj ekspanziji. 2. glavni stavak. Entropija. Spontani procesi. Entropija u ireverzibilnim procesima. Entropija faznih pretvorbi. Entropija pri ekspanziji id. plina. Ovisnost entropije o temperaturi. 3. (pomoćni) stavak termodinamike. Termodinamička skala

temperature. Gibbs-ova energija. Helmholtzova energija. Značenje G i A (maksimalni rad). Svojstva unutarnje energije. Temeljna jednadžba kemijske termodinamike. Svojstva Gibbs-ove energije. Ovisnost G o T i p. Kemijski potencijal čiste tvari. Svojstva kem. potencijala. Totalni diferencijal Gibbs-ove energije. Fugacitet. Promjene stanja čistih tvari. Fazni dijagram. Trojna točka. Stabilnost faza. Ovisnost ravnoteže faza o temp. i tlaku. Smjese. Fazne pretvorbe u dvokomponentnim smjesama. Dijagram tlaka pare. Dijagram temperatura-sastav. Destilacija (Zeotropne, azeotropne smjese). Kemijski potencijal komponenti u smjesi. Totalni diferencijal Gibbs-ove energije za smjesu. Parcijalne molarne veličine.

Gibbs-Duhem-ova jednadžba. mixG, mixS. Ovisnost kem. pot. komponenti o sastavu smjese, idealne tekućine, Raoult-ov zakon, Henry-ev zakon, idealno razrijeđene tekućine. Otopine - topljivost. Koligativna svojstva. Osmoza. Termodinamika reakcijskih smjesa. Aktivitet komponenti u smjesi. Entropija miješanja. Kemijska ravnoteža. Doseg reakcije. Reakcijska Gibbs-ova energija. Endergoni, egzergoni procesi. Ravnotežni sastav reakcijske smjese. Konstanta ravnoteže. Odnos između termodinamičke i praktičnih (npr. koncentracijske) konst. ravnoteže. Neki primjeri kem. ravnoteža (otapanje plinova, K-B ravnoteža, raspodjela prema liofilnosti) Odziv ravnoteže na promjenu uvjeta (T, p). Le Chatelier-ov princip.Van't Hoff-ova jednadžba. Kiselinsko-bazna ravnoteža. Autoprotoliza (disocijacija) vode. pH. Kiselinsko-bazne titracije. Hendersson-Hasselbalch-ova jednadžba – odnos pK i pH za monoprotonsku kiselinu. Kiselinsko-bazna ravnoteža u oligoprotičnim kiselinama i bazama. Dijagram specijacije. Izračun pH u smjesi kiselina i baza. Puferske smjese. Kiselinsko-bazna ravnoteža u otopinama proteina i izračun izoelektrične točke. Elektrokemija. Ravnotežna elektrokemija. Termodinamička svojstva ionskih otopina. Termodin. funkcije stvaranja. Hidratacija iona. Elektrokemijski članci. Polureakcije i elekrodni procesi. Vrste elektroda. Reakcije u člancima. Elektromotorna sila članka. Odnos EMF-G. Nernst-ova jednadžba. Koncentracijski članci. Potencijal spoja tekućina (Liquid junciton pot.). Članak u ravnoteži. Standardni elektrodni potencijal. Ovisnost elektrodnog pot. o sastavu. Mjerenje stand. redukcijskog potencijala. Mjerenje aktivitetnog koeficijenta iona. Elektrokemijski red. Konstanta topljivosti. Potenciometrija. Ion-selektivne elektrode. Mjerenje pH. Potenciometrijske titracije - određivanje pK vrijednosti. Termodinamičke funkcije iz EMF članka. Solvatacija iona. Ionski aktivitet. Ionska jakost. Bjerrum-ova teorija. Debye-Hueckel-ov zakon. Molekulska i ionska dinamika. Provodnost otopina. Jaki elektroliti. Zakon neovisnog gibanja iona. Kohlrausch-ov zakon. Slabi elektroliti. Ostwald-ov zakon razrjeđenja. Pokretljivost iona. Prijenos iona kroz biološke membrane. Kemijska kinetika i kataliza. Brzina reakcije. Red reakcije. Empirijski zakoni brzine reakcija. Određivanje reda reakcije: metoda početne brzine. Integrirani zakoni. Reakcija nultog, prvog i drugog reda. Poluživot reaktanata. Temperaturna ovisnost brzine reakcije. Arrhenius-ova jednadžba. Energija

3

aktivacije. Povratne reakcije. Odnos brzine reakcije i ravnoteže. Konstanta ravnoteže izražena preko konstanti brzine. Relaksacijska metoda. Reakcijski mehanizmi. Elemetarne reakcije. Uzastopne (konzekutivne) elementarne reakcije - promjena koncentracije, korak koji određuje brzinu, aproksimacija ustaljenog stanja. Kinetički naspram termodinamički kontroliranih reakcija. Difuzijski naspram aktivacijski kontroliranih reakcija. Michaelis Menten-ov mehanizam. Kompleksni enzimski mehanizmi (višestruka vezna mjesta za vezanje supstrata) Kataliza: Homogena kataliza. Autokataliza. Heterogena kataliza. Teorija sudara (sterička interakcija molekula, teorija aktiviranog kompleksa, reakcijska koordinata, prijelazno stanje). Uvod u kvantnu kemiju te atomsku i molekulsku spektroskopiju. Jednadžba elektromagnetskog vala. Spektar elektromagnetskog zračenja. Osnove kvantno-mehaničkog opisa građe materije i interakcije s EM zračenjem. Nedostaci klasične fizike u opisu elementarnih čestica. Fotoelektrički učinak. Kvantizacija energijskih razina i Planck-ova formula. Spektar molekule vodika. Rutherford-ov model atoma. Bohrov model atoma. Dualnost val-čestica, De Broglie-eva formula. Schrödinger-ova jednadžba. Hamiltonijan. Normizacija i interpretacija valne funkcije. Očekivana vrijednost Hamiltonijana. Superpozicija valnih funkcija. Heissenbergov princip neodređenosti. Primjena kvantne teorije u mehanici čestičnih gibanja: translacijsko gibanje (čestica u kutiji), vibracije, rotacije. Degeneracija energijskih stanja. Jednoelektronski atomi: Struktura. Schrödinger-ova jednadžba. Separacija internog gibanja. Atomske orbitale i energije. Energijski prijelazi elektrona. Atomi s više elektrona: helijev atom. Efekt zasjenjenja. Paulijev princip isključenja. Spin elektrona. Hundovo pravilo. Struktura molekula: Born-Oppenheimerovo približenje. Linearna kombinacija atomskih orbitala (LCAO). Teorija valentne veze. Teorija molekulskih orbitala. Hibridizacija. HOMO-LUMO teorija. Osnove atomske i molekulske spektroskopije: Interakcija EM zračenja i atoma odn. molekula. Spektroskopska mjerenja. Apsorpcijski i emisijski spektri u UV/VIS području spektra. Elektronski prijelazi i izborna pravila u atomskoj i molekulskoj UV/VIS spektroskopiji.

Razvijanje općih kompetencija (znanja i vještina)

Usvajanje znanja iz širokog područja fizikalne kemije stječu se kroz predavanja koja obuhvaćaju pet glavnih područja fizičke kemije: termodinamiku, kemijsku kinetiku, elektrokemiju, kvantnu kemiju te atomsku i molekulsku spektroskopiju. Prilagodba na različite instrumentalne preduvjete za izvedbu fizikalno-kemijskih mjerenja (automatizacija i kompjuterizacija instrumenata). Prilagodba na različite načine na koje mogu biti zadani računski zadaci (tekstualno, grafički, numerički i dr.)

Razvijanje specifičnih kompetencija (znanja i vještina)

Poseban naglasak je na samostalnosti u rješavanju teorijskih, računskih i praktičnih problema kroz seminare i laboratorijske vježbe. Prilagodba na različite načine na koji računski zadaci mogu biti zadani. Upoznavanje s mogućnostima korištenja računala za obradu i prikaz eksperimentalnih rezultata. Upoznavanje s mjernim tehnikama i metodama u fizikalnoj kemiji. Stjecanje dobre prakse u pripremi, planiranju i izvedbi laboratorijskih eksperimenata, te pisanja izvještaja (referata), sve unutar zadanih vremenskih okvira.

Oblici provođenja nastave i usvajanja znanja

Predavanja x Multimedija i Internet x

Vježbe x Konzultacije x

Pojedinačni rad Projekti ili terenski rad

Skupni seminari x Drugi praktičan rad x

Laboratorijski rad Ostalo

Komentari Od studenata se očekuje da u timovima vježbaju seminarske zadatke.

Način provjere znanja

4

Pohađanje nastave x Seminar

Aktivnost u nastavi x Istraživanje

Seminarski rad Projekt

Eksperimentalni rad Kontinuirana provjera znanja x

Pismeni ispit x Referat x

Usmeni ispit x Praktični rad x

Obvezna literatura za studij i polaganje ispita

1. P. W. Atkins, J. De Paula, Physical Chemistry for Life Sciences, Oxford University Press, 2006. 2. P.W. Atkins, Physical Chemistry, 9th Ed., Oxford University Press, 1994.

Dopunska literatura

1. P. W. Atkins, J. De Paula, The Elements of Physical Chemistry, 3rd Ed., Oxford University Press, 2000.

2. P. W. Atkins, M. J. Clugston, Načela fizikalne kemije, Školska knjiga, Zagreb, 1996. 3. V. Simeon, Termodinamika, Školska knjiga, Zagreb 1980.

Način polaganja ispita

Pismeni ispit x Program

Usmeni ispit x Praktičan rad

Pismeni rad Ostali načini provjere x

Seminarski rad

Satnica i bodovanje

ECTS – koeficijent opterećenja studenta 11

Broj tjedana po semestru,trimestru,modulu

Broj sati tjedno Predavanja

Vježbi / seminara

Drugi načini nastave

Ukupan broj sati Predavanja 40

Vježbi / seminara 30/20

Drugi načini nastave

Ukupno dana terenske nastave

Sveukupno sati (uključujući predviđeno vrijeme za polaganje ispita ) 90

Preduvjeti za upis kolegija

Kolegiji koje je potrebno položiti Opća kemija, Fizika

Preduvjeti za prijavu ispita: Prisutnost na seminarima, položena dva pismena kolokvija, izrada svih praktičnih vježbi i pozitivno ocijenjeni referati vježbi.

Prisutnost na kolegiju, izostanci

O prisutnosti studenata na nastavi se vodi evidencija. Sukladno pravilniku o studijima SuRi, dozvoljen je izostanak s 30 % nastave. Za vježbu s koje je student bio odsutan, dobiva nula ocjenskih bodova. Moguća je nadoknada jedne vježbe unutar cijelog kolegija, isključivo u terminu za nadoknade.

5

Način praćenja kvalitete i uspješnosti izvedbe kolegija

Provjera postizanja ishoda učenja, na temelju rezultata koje studenti postižu unutar: a) KONTINUIRANOG PRAĆENJA tijekom kolegija, što obuhvaća pismene kolokvije, ulazne kolokvije prije izvođenja svake vježbe, uspješnost u izvođenju vježbi, pisanje izvještaja (referata), te eventualno timski rad (u dogovoru s grupom). b) ZAVRŠNOG ISPITA koji obuhvaća pismeni i usmeni ispit.

Bodovanje: Ocjene:

max. min.

80-100 A 5

Ko

ntin

uira

ni

dio

VJEŽBE 30 12

70-79,99 B 4

I KOLOKVIJ 20 -

60-69,99 C 3

II KOLOKVIJ 20 -

50-59,99 D

2

Završ

ni

isp

it PISMENI ISPIT 20 10

40-49,99 E

USMENI ISPIT 10 0,01

(30-39,99)* (FX) -

0-29,99 F -

* ovi bodovi se odnose na kontinuirani dio, primijenjuje se jedino u slučaju da je student unutar kontinuiranog dijela ostvario 30,00-39,99 bodova

Ocjenjivanje studenata se provodi prema Pravilniku o studijima SuRi (veljača, 2015., vidi web stranice Odjela za biotehnologiju). Također vidi prilog 1. - Ocjenjivanje unutar kolegija BIL302 Fizikalna kemija – hodogram.

Ocjenjivanje studenata na kolokvijima i pismenom ispitu se provodi u odnosu na grupu.

Za ocjenu D (50,01 bodova) ili višu, student mora steći min. 40,00 bodova unutar kontinuiranog dijela kolegija, te položiti završni ispit koji se sastoji od pismenog i usmenog dijela. Student mora položiti oba dijela. Za polaganje pismenog ispita student mora ostvariti najmanje 10,00 bodova. Pravo izlaska na usmeni dio završnog ispita imaju svi studenti koji su položili pismeni ispit. Za polaganje usmenog ispita student mora ostvariti najmanje (simboličkih) 0,01 bodova (0 bodova iz usmenog znači pad na završnom ispitu). Student koji ne ostvari prolaznu ocjenu na pismenom ili usmenom dijelu završnog ispita, ima pravo na ponovni izlazak na završni ispit, ukupno najviše 3 puta, unutar jednog od najviše tri popravna roka. Studenti koji imaju pravo izlaska na završni ispit, obvezni su pristupiti prvom roku (u iznimnim slučajevima, dopušten je izostanak uz predočenje dokumenta koji podupire opravdanost izostanka), dok za ponovni izlazak mogu izabrati bilo koji slijedeći rok.

Ocjenu E (40,00-49,99 bodova) stječu studenti koji su unutar kontinuiranog dijela kolegija ostvarili ocjenu FX, odn. minimalno 30,00 bodova, te su ostatak bodova do najmanje 40,00 ostvarili na pismenom popravnom ispitu koji nosi maksimalno 10,00 bodova te na kojem se ne primjenjuje prag prolaza. Termin popravnog ispita će biti zakazan u dogovoru sa svim studentima koji imaju pravo izlaska. Izlazak na popravni ispit student ima pravo samo jedan put.

Student koji je unutar kontinuiranog dijela kolegija ostvario min. 40,00 bodova ne može pristupiti popravnom ispitu. Također, student koji je unutar kontinuiranog dijela kolegija ostvario min. 30,00 a manje od 40,00 bodova, ne može pristupiti završnom ispitu.

6

Student koji je unutar kontinuiranog dijela kolegija ostvario manje od 30,00 bodova mora ponovo upisati kolegij.

Kontinuirani dio: unutar kontinuiranog djela praćenja, student može ostvariti do 70,00 bodova. U kontinuirani dio praćenja ulaze 2 kolokvija (na kojima se ne primjenjuje prag prolaza), te ocjena iz vježbi koja se formira kao aritmetička sredina svih ocjena iz ulaznih kolokvija te ocjena iz referata. Ukoliko se prati timski rad (u dogovoru s grupom), uspješnost tima u odnosu na grupu nosi do 5 bonus bodova unutar kontinuiranog dijela.

Korespondentnost i korelativnost programa

Program je korespondentan s programima referentnih sveučilišta: Program je u skladu s programom fizičke kemije na Sveučilištu u Zagrebu te na europskim i svjetskim sveučilištima

Program je u korelaciji sa sljedećim kolegijima: Opća kemija, Fizika, Matematka s osnovama statistike, Analitička kemija, Organska kemija.

Nositelj kolegija

Ime i prezime nositelja kolegija

Duško Čakara

Email: dcakara@uniri.hr

Web stranice

Ustanova nositelja kolegija Sveučilište u Rijeci, Odjel za biotehnologiju

Zvanje nositelja kolegija Docent, znanstveni suradnik

Datum zadnjeg izbora u zvanje

Popis relevantnih radova za izvođenje kolegija Radovi indeksirani u CC / SCI

1.

Salomão Pinto Zarth C., Fras Zemljič L., Čakara D, Bračič M., Pfeifer A., Stana-Kleinschek K.,

Heinze T., Studies on the Hydrolytic Stability of Water-Soluble Amino Group Containing Cellulose Esthers, Macromolecular Chemistry and Physics, 213, 1669 -1676 (2012) (impact factor: 2.361).

2. Borkovec M., Čakara D., Koper G.J.M, Resolution of Microscopic Protonation Enthalpies of Polyprotic Molecules by Means of Cluster Expansions, Journal of Physical Chemistry B, 116, 4300-4309 (2012) (impact factor: 3.603)

3. Fras-Zemljič L., Kokolj V., Čakara D., Antimicrobial and antioxidant properties of chitosan-based viscose fibres enzymatically functionalized with flavonoids, Textile research journal, 81, 1532-1540 (2011) (impact factor: 1.102)

4. Fras L., Čakara D., Michaelis N., Heinze T., Stana-Kleinschek K., Protonation behavior of 6-deoxy-6-(2-aminoethyl)amino cellulose: A potentiometric titration study, Cellulose, 18, 33-43 (2011) (impact factor: 2.817)

5. Čakara D., Fras L., Bračič M., Stana-Kleinschek K., Protonation behavior of cotton fabric with

7

irreversibly adsorbed chitosan: A potentiometric titration study, Carbohydrate polymers, 78, 36-40 (2009) (impact factor: 3.463)

6. Čakara D., Kobayashi M., Skarba M., Borkovec M., Protonation of Silica Particles in the Presence of a Strong Cationic Polyelectrolyte, Colloids and Surfaces A, 339, 20–25 (2009) (impact factor: 2.130)

7. Slim C., Ktari N., Čakara D., Kanoufi F., Combellas C., Polyaniline Film Based Ultramicroelectrodes Sensitive to pH, Journal of Electroanalytical Chemistry, 612, 53-62 (2008) (impact factor: 2.732)

8. Čakara D., Borkovec M., Microscopic Protonation Mechanism of Branched Polyamines: Poly(amidoamine) vs. Poly(propyleneimine) Dendrimers, Croatica Chemica Acta, 80, 421-428 (2007) (impact factor: 0.713)

9. Čakara D., Chassagne C., Gehin-Delval C., Borkovec M., Protonation of Carboxyl Latex Particles in the Presence of a Strong Cationic Polyelectrolyte, Colloids and Surfaces A, 294, 174-180 (2007) (impact factor: 1.988) (impact factor: 2.130)

10. Kobayashi M., Skarba M., Galletto P., Čakara D., Borkovec M., Effects of Heat Treatment on the Aggregation and Charging of Stöber-type Silica, Journal of Colloid and Interface Science, 292, 148-151 (2005) (impact factor: 3.066)

11. Čakara D., Kleimann J., and Borkovec M., Microscopic Protonation Equilibra of Poly(amidoamine) Dendrimers from Macroscopic Titrations, Macromolecules, 36, 4201-4207 (2003) (impact factor: 4.837)

12. Kallay, N., Čakara D., Reversible Charging of the Ice–Water Interface: I. Measurement of the Surface Potential, Journal of Colloid and Interface Science, 232, 81-85 (2000) (impact factor: 3.066)

Suradnici na kolegiju:

Mr. sc. Darko Gumbarević, asistent u nastavi Adelina Barukčić, laborant Demonstratori: Nino Požar, Ana Mihatović, Dario Matulja Prilog 1. Hodogram ocjenjivanja

8

Prilog 2: Kolegij BIL 302, Fizikalna kemija, izvedbeni plan za ak. godinu 2016/17.

Br. teme

Naslov Predavanja Seminar

1 Uvod u kolegij. Termodinamika. Sustav i okolina. Idealni

plinovi. Parcijalni plinski zakoni. Kinetička teorija plinova. P1

S1

2 Realni plinovi. Međudjelovanja molekula. Kritična točka (p,Vm,T). Kompresijski faktor. Van der Waalsova jednadžba stanja.

P2

3

Fenomenološka termodinamika. Termodinamičke veličine - funkcije, varijable (p,V,T). Definicija temperature - 0-ti glavni stavak.

P3

S2

4

1. glavni stavak termodinamike: unutarnja energija, toplina, rad. Funkcije stanja nasuprot funkcijama ovisnim o putu promjene. Reverzibilna i ireverzibilna promjena stanja sustava. Ekspanzija i kompresija plina.

P4

5 Topliski kapacitet. Entalpija. Primjeri entalpijskih promjena (termokemija).

P5, V5

S3

6 Hessov zakon. Kirchoffov zakon. Totalni diferencijal. Rad pri adijabatskoj ekspanziji.

P6

7 2. glavni stavak. Entropija. Spontani procesi. Entropija u ireverzibilnim procesima.

P7

S4

8

Entropija faznih pretvorbi. Entropija pri ekspanziji id. plina. Ovisnost entropije o temperaturi. 3. (pomoćni) stavak termodinamike. Termodinamička skala temperature.

P8

9

Gibbs-ova energija. Helmholtzova energija. Značenje G i A (maksimalni rad). Svojstva unutarnje energije. Temeljna jednadžba kemijske termodinamike.

P9

S5

10

Svojstva Gibbs-ove energije. Ovisnost G o T i p. Kemijski potencijal čiste tvari. Svojstva kem. potencijala. Totalni diferencijal Gibbs-ove energije. Fugacitet.

P10

11

Promjene stanja čistih tvari. Fazni dijagram. Trojna točka. Stabilnost faza. Ovisnost ravnoteže faza o temp. i tlaku. Smjese. Fazne pretvorbe u dvokomponentnim smjesama. Dijagram tlaka pare. Dijagram temperatura-sastav. Destilacija (Zeotropne, azeotropne smjese)

P11

12

Kemijski potencijal komponenti u smjesi. Totalni diferencijal Gibbs-ove energije za smjesu. Parcijalne molarne veličine.

Gibbs-Duhem-ova jednadžba. mixG, mixS.

P12

S6

13

Ovisnost kem. pot. komponenti o sastavu smjese, idealne tekućine, Raoult-ov zakon, Henry-ev zakon, idealno razrijeđene tekućine. Otopine - topljivost. Koligativna svojstva. Osmoza.

P13

14

Termodinamika reakcijskih smjesa. Aktivitet komponenti u smjesi. Entropija miješanja. Kemijska ravnoteža. Doseg reakcije. Reakcijska Gibbs-ova energija. Endergoni, egzergoni procesi

P14

9

(reakcije).

15

Ravnotežni sastav reakcijske smjese. Konstanta ravnoteže. Odnos između termodinamičke i praktičnih (npr. koncentracijske) konst. ravnoteže. Neki primjeri kem. ravnoteža (otapanje plinova, K-B ravnoteža, raspodjela prema liofilnosti) Odziv ravnoteže na promjenu uvjeta (T, p). Le Chatelier-ov princip.Van't Hoff-ova jednadžba.

P15, V1, V3, V6

S7

16

Kiselinsko-bazna ravnoteža. Autoprotoliza (disocijacija) vode. pH. Kiselinsko-bazne titracije. Hendersson-Hasselbalch-ova jednadžba – odnos pK i pH za monoprotonsku kiselinu.

P16, V8 S8

17 Kiselinsko-bazna ravnoteža u oligoprotičnim kiselinama i bazama. Dijagram specijacije.

P17 S9

18

Izračun pH u smjesi kiselina i baza. Puferske smjese. Kiselinsko-bazna ravnoteža u otopinama proteina i izračun izoelektrične točke.

P18 S10

19

Elektrokemija. Ravnotežna elektrokemija. Termodinamička svojstva ionskih otopina. Termodin. funkcije stvaranja. Hidratacija iona.

P19

S11

20

Elektrokemijski članci. Polureakcije i elekrodni procesi. Vrste elektroda. Reakcije u člancima. Elektromotorna sila članka. Odnos EMF-G. Nernst-ova jednadžba. Koncentracijski članci. Potencijal spoja tekućina (Liquid junciton pot.). Članak u ravnoteži. Standardni elektrodni potencijal.

P20, V7

21

Ovisnost elektrodnog pot. o sastavu. Mjerenje stand. redukcijskog potencijala. Mjerenje aktivitetnog koeficijenta iona. Elektrokemijski red. Konstanta topljivosti. Potenciometrija. Ion-selektivne elektrode. Mjerenje pH. Potenciometrijske titracije - određivanje pK vrijednosti. Termodinamičke funkcije iz EMF članka.

P21, V7

S12

22

Solvatacija iona. Ionski aktivitet. Ionska jakost. Bjerrum-ova teorija. Debye-Hueckel-ov zakon. Molekulska i ionska dinamika. Provodnost otopina. Jaki elektroliti. Zakon neovisnog gibanja iona. Kohlrausch-ov zakon. Slabi elektroliti. Ostwald-ov zakon razrjeđenja. Pokretljivost iona. Prijenos iona kroz biološke membrane.

P22, V4

I kolokvij (1 sat)

23

Kemijska kinetika i kataliza. Brzina reakcije. Red reakcije. Empirijski zakoni brzine reakcija. Određivanje reda reakcije: metoda početne brzine.

P23

S13

24

Integrirani zakoni. Reakcija nultog, prvog i drugog reda. Poluživot reaktanata. Temperaturna ovisnost brzine reakcije. Arrhenius-ova jednadžba. Energija aktivacije.

P24

10

25

Povratne reakcije. Odnos brzine reakcije i ravnoteže. Konstanta ravnoteže izražena preko konstanti brzine. Relaksacijska metoda.

P25

S14

26

Reakcijski mehanizmi. Elemetarne reakcije. Uzastopne (konzekutivne) elementarne reakcije - promjena koncentracije, korak koji određuje brzinu, aproksimacija ustaljenog stanja.

P26

27 Kinetički naspram termodinamički kontroliranih reakcija. Difuzijski naspram aktivacijski kontroliranih reakcija.

P27

S15

30

Michaelis Menten-ov mehanizam. Kompleksni enzimski mehanizmi (višestruka vezna mjesta za vezanje supstrata) Kataliza: Homogena kataliza. Autokataliza. Heterogena kataliza. Teorija sudara (sterička interakcija molekula, teorija aktiviranog kompleksa, reakcijska koordinata, prijelazno stanje).

P28

28

Uvod u kvantnu kemiju te atomsku i molekulsku spektroskopiju. Jednadžba elektromagnetskog vala. Spektar elektromagnetskog zračenja. Osnove kvantno-mehaničkog opisa građe materije i interakcije s EM zračenjem. Nedostaci klasične fizike u opisu elementarnih čestica.

P29

S16 29

Fotoelektrički učinak. Kvantizacija energijskih razina i Planck-ova formula. Spektar molekule vodika. Rutherford-ov model atoma. Bohrov model atoma.

P30

30

Dualnost val-čestica, De Broglie-eva formula. Schrödinger-ova jednadžba. Hamiltonijan. Normizacija i interpretacija valne funkcije. Očekivana vrijednost Hamiltonijana. Superpozicija valnih funkcija. Heissenbergov princip neodređenosti.

P31

31

Primjena kvantne teorije u mehanici čestičnih gibanja: translacijsko gibanje (čestica u kutiji), vibracije, rotacije. Degeneracija energijskih stanja.

P32

33

Jednoelektronski atomi: Struktura. Schrödinger-ova jednadžba. Separacija internog gibanja. Atomske orbitale i energije. Energijski prijelazi elektrona. Atomi s više elektrona: helijev atom. Efekt zasjenjenja. Paulijev princip isključenja. Spin elektrona. Hundovo pravilo.

P33

34

Struktura molekula: Born-Oppenheimerovo približenje. Linearna kombinacija atomskih orbitala (LCAO). Teorija valentne veze. Teorija molekulskih orbitala. Hibridizacija. HOMO-LUMO teorija.

P34

35 Osnove atomske i molekulske spektroskopije: Interakcija EM zračenja i atoma odn. molekula. Spektroskopska mjerenja.

P35 S17

36

Apsorpcijski i emisijski spektri u UV/VIS području spektra. Elektronski prijelazi i izborna pravila u atomskoj i molekulskoj UV/VIS spektroskopiji.

P36, V9 S18

37

Čisti rotacijski spektri i izborna pravila. Vibracijski spektri. Aproksimacija harmonijskog oscilatora. Morse-ov potencijal. Raman-ova spektroskopija. Izborna pravila i simetrija u IR i Raman-ovoj spektroskopiji.

P37 S19

11

II kolokvij (1 sat)

pismeni ispit (2 sata)

usmeni ispit

Vježbe Popis vježbi

BROJ VJEŽBE

NAZIV VJEŽBE ASISTENT

1 ADSORPCIJA 1 DG

2 VISKOZIMETRIJA DG

3 ADSORPCIJA 2 DG

4 KONDUKTOMETRIJA (2 SATA) DG

5 KALORIMETRIJA (2 SATA) DČ

6 ODREĐIVANJE POVRŠINSKE NAPETOSTI

DČ

7 POTENCIOMETRIJA (2 SATA) DČ

8 POTENCIOMETRIJSKA TITRACIJA DČ

9 SPEKTROFOTOMETRIJA (2 SATA) DČ

10 REFERAT (2 SATA) Raspored vježbi po grupama i terminima

GRUPA 1; 8 ;15 2; 9; 16 3; 10; 17 4; 11; 18 5; 12; 19 6; 13; 20 7; 14; 21

TERMIN

1 1,5 1,5 6 2 4 8 7, 9

2 4 6 1,5 1,5 7, 9 2 8

3 3 2 7, 9 8 1,5 1,5 6

4 6 3 8 7, 9 2 4 1,5

5 2 7, 9 3 3 8 6 4

6 7, 9 8 4 6 3 3 2

7 8 4 2 4 6 7, 9 3

12

Satnica za ak. godinu 2016/2017. Sva predavanja, seminari i ispiti se održavaju u prostoriji O-030, ukoliko u tablici nije navedeno drugačije. Vježbe se održavaju u praktikumima 1 i 2.

1. tjedan P U S Č P

sat 03.10. 04.10. 05.10. 06.10. 07.10.

12:00 P1 S1 S2

13:00 P2 P3 P5

14:00 P4 P6 S3 P9

15:00 P7 S4 P10

16:00 P8 P11

2. tjedan P U S Č P

sat 10.10. 11.10. 12.10. 13.10. 14.10.

14:00 S5 S6 S7 S8 P19

15:00 P12 P14 P16 S9 P20

16:00 P13 P15 P17 S10 P21

17:00 P18 P22

3. tjedan P U S Č P

sat 17.10. 18.10. 19.10. 20.10. 21.10.

14:00 S11 Kolokvij I S13 S14 S15

15:00 S12 P25 P27 P29

16:00 konzultacije P23 P26 P28 P30

17:00 P24 P31

13

4. tjedan P U S Č P

sat 24.10. 25.10. 26.10. 27.10. 28.10.

8:00 PRAKT

Turnus 1

Termin 1

9:00

10:00

11:00

12:00 S16 P34 S19

13:00 P32 P35

Uvod u

praktikum

14:00 P33 P36 S17 konzultacije PRAKT

Turnus 2

Termin 1

15:00 S18

16:00 P37

17:00

5. tjedan P S Č P

sat 31.10. 02.11. 03.11. 04.11.

08:00 PRAKT

Turnus 1

Termin 2

PRAKT

Turnus 3

Termin 2

PRAKT

Turnus 2

Termin 3

09:00 Kolokvij II

10:00

11:00

14:00 PRAKT

Turnus 3

Termin 1

PRAKT

Turnus 2

Termin 2

PRAKT

Turnus 1

Termin 3

PRAKT

Turnus 3

Termin 3

15:00

16:00

17:00

14

6. tjedan P U S Č P

sat 07.11. 08.11. 09.11. 10.11. 11.11.

08:00 PRAKT

Turnus 1

Termin 4

PRAKT

Turnus 3

Termin 4

PRAKT

Turnus 2

Termin 5

PRAKT

Turnus 1

Termin 6

PRAKT

Turnus 3

Termin 6

09:00

10:00

11:00

14:00 PRAKT

Turnus 2

Termin 4

PRAKT

Turnus 1

Termin 5

PRAKT

Turnus 3

Termin 5

PRAKT

Turnus 3

Termin 6

PRAKT

Turnus 1

Termin 7

15:00

16:00

17:00

7. tjedan P U S

sat 14.11. 15.11. 16.11.

08:00 PRAKT

Turnus 3

Termin 7

Ispravak

kolokvija

09:00

10:00

11:00

12:00 ZAVRŠNI ISPIT –pismeni

(termin usmenog će biti

objavljen naknadno) 13:00

14:00 PRAKT

Turnus 3

Termin 7

PRAKT

Nadoknade

15:00

16:00

17:00