GA801 Chemické základy geologických procesů

Přírodovědecká fakulta
podzim 2014
Rozsah
1/1. 3 kr. Ukončení: kz.
Vyučující
doc. Ing. Jiří Faimon, Dr. (přednášející)
Mgr. Marek Lang, Ph.D. (pomocník)
Ing. Lucie Homolová (pomocník)
Garance
doc. RNDr. Rostislav Melichar, Dr.
Ústav geologických věd – Sekce věd o Zemi – Přírodovědecká fakulta
Kontaktní osoba: doc. Mgr. Martin Ivanov, Dr.
Dodavatelské pracoviště: Ústav geologických věd – Sekce věd o Zemi – Přírodovědecká fakulta
Předpoklady
! GA800 Pokročilá geochemie && ( (!(PROGRAM(B-GE)||PROGRAM(N-GE)||PROGRAM(D-GE4)||PROGRAM(D-GE)||PROGRAM(C-CV))) || (NOW( G0101 Školení BOZP a PO pro geology )&&NOW( C7777 Zacházení s chemickými látkami )))
Omezení zápisu do předmětu
Předmět je nabízen i studentům mimo mateřské obory.
Předmět si smí zapsat nejvýše 54 stud.
Momentální stav registrace a zápisu: zapsáno: 0/54, pouze zareg.: 0/54, pouze zareg. s předností (mateřské obory): 0/54
Mateřské obory/plány
předmět má 14 mateřských oborů, zobrazit
Cíle předmětu
Cílem kurzu je prohloubení znalostí obecné a anorganické chemie a upevnění chemického myšlení. Náplň kurzu je koncipována především pro studenty geochemie - snaží se o těsnou vazbu mezi čistě chemickou a geochemickou problematikou. Kurz vychází z principů kvantové chemie a teorie vazby. Na pozadí periodického systému jsou podrobně diskutovány geochemicky zajímavé prvky hlavních grup, přechodových kovů, lanthanoidů a aktinoidů.
Osnova
  • Elementární částice: Elektron, proton, neutron, foton. Elektromagnetické spektrum, vlnové délky. Radiová, mikrovlnná, infračervená, viditelná, ultrafialová, RTG a gama oblast.

    Atomy: Jádro, vnější a vnitřní elektronové slupky. Nuklidy a isotopy. Atomová a hmotová čísla. Výskyt prvků: sluneční systém, zemská kůra, meteority. Stabilní isotopy. Radioaktivita, radioaktivní prvky, radioktivní rozpad. Alfa, beta a gama radiace. Mateřské a dceřiné prvky, poločas rozpadu.

    Kvantová teorie: Kvantová mechanika, energetické hladiny. Excitace atomů, ionizační a excitační potencály. Absorpce a emise fotonu. Spektrální linie. Vlnová mechanika, dualismus hmoty, rovnice vlny.

    Schrodingerova rovnice Vlnová funkce. Odvození a řešení Schrodingerovy rovnice. Hlavní, vedlejší, magnetické a spinové kvantové číslo. Pauliho vylučovací princip. s, p, d a f-orbitaly.

    Výstavbový princip: Periodický zákon, periodická tabulka. Řady (periody) a sloupce (grupy). Hundovo pravidlo.

    Chemická vazba: Valence. Kovalentní a iontová vazba, elektronegativita, polarizace vazby, parcialní náboje. Hybridizace. Molekulární orbitaly. Vodíková molekula, molekula HF. Vodíková vazba. Van derWaalsova vazba.

    Koordinační vazba Vakantní orbitaly a ligandy. Hybridizace centrálního atomu. Molekulové orbitaly. Teorie ligandového pole, koordinační čísla. Komplexy, konstanty stability, význam v hydrogeochemii.

    I. a II. hlavní grupa: Geochemicky důležité prvky, alkalické kovy, kovy alkalických zemin, valence, chemické chování, reakce, minerály, rozbor vzorců. Rb-Sr systém, K-Ar systém. Hořčík. Brucitová trioktaedrická vrstva.

    III. hlavní grupa: Geochemicky důležité prvky, valence, chování, reakce, minerály. Hliník: vodné komplexy, gibbsitová dioktaedrická vrstva. IV. hlavní grupa, uhlík: Isotopy uhlíku, oxid uhličitý, karbonáty, cyklus uhlíku.

    Organická hmota: Proteiny, lipidy, uhlovodíky, lignin, organická hmota v recentních sedimentech a sedimentárních horninách, ropa, rašelina, lignit, bitumenní a antracitové uhlí, radio-karbonová metoda.

    IV. hlavní grupa, křemík Křemen, kyselina křemičitá, silikáty, alumosilikáty, rozbor struktur a vzorců. Normování CIPW.

    IV., V., VI. A VIII. hlavní grupa: Geochemicky důležité prvky, chování, reakce, minerály. Stabilní isotopy. Isotopy dusíku, kyslíku, a síry. Cykly dusíku a síry.

    Inertní plyny: He, Ne, Ar. Kr, Xe. Rozpadové řady a vznik isotopů radonu.

    Přechodové prvky (d-prvky): Tři řady d-prvků, chování ve vodách, reakce, minerály.

    Vnitřně přechodové prvky (f-prvky): Lantanoidy /Prvky vzácných zemin (REE), character, chování, geochemický význam. Lehké prvky (LREE), těžké prvky (HREE), chondritová normalizace, MORB-basalty. Negativní a positivní europiová anomálie. System Sm-Nd/. Aktinoidy /Nestabilní isotopy, uran, thorium, gama spektrometrie, systém U-Th-Pb/.

Literatura
    doporučená literatura
  • COTTON, F. Albert. Advanced inorganic chemistry. 6th ed. New York: John Wiley & Sons, 1999, xv, 1355. ISBN 0471199575. info
  • GREENWOOD, N. N. a Alan EARNSHAW. Chemistry of the elements. Second edition. Oxford: Butterworth-Heinemann, 1997, xxii, 1341. ISBN 0750633654. info
Výukové metody
přednášky, cvičení
Metody hodnocení
2 písemné testy, závěrečný test
Další komentáře
Předmět je vyučován jednou za dva roky.
Poznámka k periodicitě výuky: Bude otevřen v podzimním semestru 2015/2016.
Výuka probíhá každý týden.
Předmět je zařazen také v obdobích podzim 2003, podzim 2009, podzim 2011, podzim 2011 - akreditace, podzim 2012, podzim 2013, podzim 2015, podzim 2017, podzim 2019, podzim 2021, podzim 2023.