C1800 Chemistry for Physicists

Faculty of Science
Spring 2020
Extent and Intensity
3/1/0. 3 credit(s) (plus extra credits for completion). Type of Completion: zk (examination).
Teacher(s)
doc. Mgr. Dominik Heger, Ph.D. (lecturer)
Mgr. Jaromír Literák, Ph.D. (lecturer)
doc. Mgr. Markéta Munzarová, Dr. rer. nat. (lecturer)
Guaranteed by
doc. Mgr. Markéta Munzarová, Dr. rer. nat.
Department of Chemistry – Chemistry Section – Faculty of Science
Supplier department: Department of Chemistry – Chemistry Section – Faculty of Science
Timetable
Tue 8:00–9:50 F2 6/2012, Wed 8:00–9:50 F2 6/2012
Prerequisites
Finalization of basic physical courses in the extent of the recommended study plan for the first three semesters of study field Nanotechnology.
Course Enrolment Limitations
The course is also offered to the students of the fields other than those the course is directly associated with.
fields of study / plans the course is directly associated with
Course objectives
The goal of the course is to equip students with an insight in chemical terminology in the fields of general, physical, inorganic and organic chemistry.
Learning outcomes
Understanding of the electronic structure of atoms and molecules, mastering the foundations of chemical thermodynamics, the skill to draw mechanisms of simple reactions.
Syllabus
  • 1. Atoms: The quantum world. Pozorování atomů: vyzařování, kvanta a fotony. Vlnově-částicová dualita hmoty. Vlnové funkce a hladiny energie. Atomová spektra a hladiny energie. Hlavní kvantové číslo. Atomové orbitaly. Elektronový spin. Mnohaelektronové atomy a jejich elektronové konfigurace: orbitální energie, výstavbový princip, elektronová struktura a periodická tabulka. 2. Chemické vazby Tvorba iontových vazeb. Interakce mezi ionty. Elektronové konfigurace iontů. Lewisovy symboly. Povaha kovalentní vazby. Lewisovy struktury. Rezonance. Formální náboj. Výjimky z oktetového pravidla.Iontové vs. kovalentní vaby. Síly a délky kovalentních vazeb. 3. Molekulový tvar a struktura Základní VSEPR model. Molekuly s volnými páry na centrálním atomu. Polární molekuly. Sigma a pí vazby. Hybridizace orbitalů. Hybridizace ve složitějších molekulách. Vazby v uhlovodících. Charakteristiky dvojných vazeb. Limitace Lewisovy teorie. Molekulové orbitaly. 4. Věty termodynamiky v chemických aplikacích. První věta TD, nthalpie. Standardní reakční enthalpie. Kombinace reakčních enthalpií: Hessův zákon. Tepelný výstup reakcí. Born-Haberův cyklus. Druhá věta TD a spontánní změna. Změny entropie. Standardní molární a standardní reakční entropie. Okolí. Celková změna entropie. Rovnováha. Zaměření na systém. Reakční Gibbsova energie. 5. Znázorňování organických molekul. Vazebné poměry uhlíku, vazebné úhly. Konjugace, delokalizace, rezonanční struktury. Polarita a polarizace, rozložení náboje v molekulách. Základy názvosloví. Hierarchie funkčních skupin. Prostorové znázorňování molekul. Izomerie. Konformace a konfigurace. Geometrická izomerie alkenů a cyklických alkanů. Konformace ethanu, butanu, cyklopentanu a cyklohexanu. Symetrie a chiralita. Význam chirality, homochiralita života. 6. Zápis reakcí a nukleofilní substituce a adice. Zápis chemických reakcí organických molekul. Homolýza a heterolýza. Elektrofily a nukleofily. Mechanismus reakce a jeho zápis – "Arrow pushing". Redoxní změny. Nukleofilita a bazicita. Síla organických kyselin a bazí a faktory, které je ovlivňují. Nukleofilní substituce (halogenderiváty, alkoholy, aminy). Stabilita karbokationtů. Stereospecifita reakce. Nukleofilní adice na karbonylovou skupinu. Michaelova adice. Keto-enol tautomerie a odhad pozice rovnováhy. 7. Elektrofilní adice a eliminační reakce. Adiční reakce alkenů a alkynů. Regio- a stereospecifita adičních reakcí. 1,2- a 1,4-adiční reakce konjugovaných dienů. Eliminační reakce, základní mechanismy, stereospecifita. Aromaticita. Substituce elektrofilní aromatická. Reakce řízené symetrií hraničních orbitalů. Radikálová substituce. 8. Reakce karbonylových sloučenin a karboxylových kyselin a jejich derivátů. Acetaly, iminy, jejich význam v biochemii. Aldolové reakce a jejich uplatnění v biochemických reakcích. Substituční a funkční deriváty karboxylových kyselin.
Literature
    recommended literature
  • ATKINS, P. W. and Loretta JONES. Chemical principles : the quest for insight. 4th ed. New York: W.H. Freeman and Company, 2008, xxv, [1026. ISBN 9780716773559. info
  • MCQUARRIE, Donald A., Peter A. ROCK and Ethan B. GALLOGLY. General chemistry : atoms first. Illustrated by George Kelvin - Laurel Muller. 4th ed. Mill Valley: University Science Books, 2011, xxi, 1021. ISBN 9781891389603. info
Teaching methods
Lectures and exercies with the employment of a whiteboard.
Assessment methods
Written test with a maximum score of 60 points with a following oral discussion. For a mastering of the course, a minimum score of 30 points for the written part is required.
Language of instruction
Czech
Further comments (probably available only in Czech)
Study Materials
The course can also be completed outside the examination period.
The course is taught annually.
The course is also listed under the following terms Spring 2017, spring 2018, Spring 2019, Spring 2021, Spring 2022, Spring 2023, Spring 2024, Spring 2025.
  • Enrolment Statistics (Spring 2020, recent)
  • Permalink: https://is.muni.cz/course/sci/spring2020/C1800