C1020 Obecná chemie

Přírodovědecká fakulta
podzim 2022
Rozsah
4/0/0. 4 kr. (příf plus uk plus > 4). Ukončení: zk.
Vyučující
prof. RNDr. Jiří Pinkas, Ph.D. (přednášející)
Mgr. Aleš Stýskalík, Ph.D. (pomocník)
Garance
prof. RNDr. Jiří Pinkas, Ph.D.
Ústav chemie – Chemická sekce – Přírodovědecká fakulta
Kontaktní osoba: prof. RNDr. Jiří Pinkas, Ph.D.
Dodavatelské pracoviště: Ústav chemie – Chemická sekce – Přírodovědecká fakulta
Rozvrh
Út 12:00–13:50 B11/132, Čt 10:00–11:50 B11/132
Předpoklady
Znalost chemie ve středoškolském rozsahu
Omezení zápisu do předmětu
Předmět je nabízen i studentům mimo mateřské obory.
Mateřské obory/plány
předmět má 10 mateřských oborů, zobrazit
Cíle předmětu
Předmět uvádí studenty do kolekce chemických principů s cílem připravit je na podrobnější studium v dalších fázích studijních programů orientovaných na chemii. Vyklad konceptů a experimentálních skutečností směřuje k porozumění světa chemie na molekulární úrovni s využitím kvalitativní kvantové teorie. Molekulární přístup má podporovat chápání makroskopických jevů a zákonů spolehlivě popsaných chemickou termodynamikou a kinetikou.
Výstupy z učení
Student bude po absolvování předmětu: Ovládat základní chemické zákony a principy stechiometrie; Znát základní elementární částice, rozlišovat pojem prvku, nuklidu a izotopu; Umět vyjadřovat hmotnost atomů a molekul, látkové množství a molární hmotnost; Znát základní pojmy o radioaktivitě látek, zákony radioaktivních přeměn a posunová pravidla a umět zapsat jaderné reakce; Rozumět historickému významu Bohrova modelu vodíkového atomu, umět popsat vznik rtg. záření a Moseleyův zákon; Rozumět významu Schrödingerovy vlnové rovnice, vlnové funkce a pravděpodobnosti výskytu částice; Umět aplikovat výstavbový princip, Pauliho princip výlučnosti a Hundovo pravidlo na elektronové konfigurace víceelektronových systémů; Znát Periodický zákon a periodický systém prvků a umět předpovědět trendy atomových vlastností (kovalentní a iontové poloměry, ionizační potenciál, elektronová afinita, elektronegativita); Umět popsat kovalentní vazbu, překryv atomových orbitalů, vznik molekulových orbitalů (MO), molekulové diagramy biatomických molekul, polaritu, stupeň iontovosti, vazebný řád, délka kovalentní vazby a vazebná energie; Umět odvodit tvar molekul pomocí metody VSEPR, najít základní prvky symetrie; Rozumět pojmům centrální atom, ligand, znát koordinační polyedry a možnosti strukturní a prostorové izomerie, znát základy teorie ligandového pole pro oktaedrické a tetraedrické komplexy, rozlišit vysoko- a nízkospinové komplexy; Umět aplikovat stavovou rovnici, jednoduché zákony pro ideální plyn a van der Waalsovu rovnici; Znát popis struktury pevných látek, umět odlišit pojem strukturní motiv, krystalová mřížka a struktura, popsat vlastnosti pomocí mřížkové energie a vazby v pevných látkách pomocí pásové teorie, odlišit vodiče, polovodiče a izolanty; Umět popsat energetické změny při průběhu chemických reakcí, znát základní thermodynamické veličiny a zákony, zákon rovnováhy, význam rovnovážné konstanty a vliv změny stavových veličin na rovnováhu; Umět popsat rychlost chemické reakce a rychlostní zákon, rozumět významu rychlostní konstanty, vliv teploty a aktivační energie na reakční rychlost; Znát různé způsoby vyjadřování koncentrace roztoků, rozumět pojmu elektrolytická disociace, popsat rovnováhy ve vícefázovém systému pomocí Gibbsova pravidla; Znát Arrheniovu, Brönsted-Lawryho a Lewisovu teorii kyselin a zásad, umět vyjádřit aciditu a bazicitu vodných roztoků a sílu kyselin a bazí; Znát Faradayův zákon, standardní elektrodové potenciály, umět aplikovat Nernstovu a Nernst-Petersovu rovnici; Znát základní principy a výstupy z rentgenové strukturní analýzy, hmotnostní spektrometrie a spektroskopie NMR
Osnova
  • 1. Předmět obecné chemie, pojem hmoty, její vlastnosti a formy existence, základní chemické zákony, chemické vzorce, chemické látky, čistota látek, stupně čistoty, směsi, fyzikální a chemické charakteristiky čistých látek.

    2. Atomová symbolika, základní elementární částice, pojem prvku, nuklidu, izotopu, izotonu a izobaru, hmotnost atomů a molekul, atomová hmotnostní jednotka m, vyjadřování hmotnosti v chemii, látkové množství, molární hmotnost.Atomové jádro, hmotnostní defekt, stabilita jader a-, b- a g- radioaktivita, spontánní štěpení, základní pojmy o radioaktivitě látek, základní zákon radioaktivních přeměn, Fajans-Soddyho posunová pravidla, jaderné reakce a jejich symbolika.

    3. Fyzikální rozdíly mikro- a makrosvěta, korpuskulárně-vlnový charakter mikročástic, dualismus hmoty, Heisenbergův princip neurčitosti, Bohrův a Sommerfeldův model atomu, Bohrova teorie vodíkového atomu, emisní spektra atomu vodíku, rtg. záření, Moseleyův zákon. Schrödingerova vlnová rovnice, elektronová vlnová funkce a její význam, pravděpodobnost výskytu částice, hustota pravděpodobnosti, atomový orbital, kvantová čísla n, l, m a s, tvary atomových orbitalů, energetické stavy a degenerace, výstavbový princip víceelektronových systémů, Pauliho princip výlučnosti, Hundovo pravidlo.

    4. Periodický zákon a periodický systém prvků, primární a sekundární periodicita vlastností prvků. Vlastnosti atomů (ionizační potenciál, elektronová afinita, elektronegativita).Historický vývoj názorů na chemickou vazbu, tvorba iontů, ionty s 18 a 20 valenčními elektrony, iontové poloměry, iontové krystaly, metody studia iontových krystalů.

    5. Kovalentní a donor-akceptorová vazba, vlnově-mechanický model vazby, překryv atomových orbitalů, integrál překryvu, typy překryvů (s, p, d), molekulové orbitaly (MO) a metoda MO-LCAO, výstavbový princip MO, molekulové diagramy biatomických homo- a heteronukleárních molekul, ostatní molekuly, polarita, stupeň iontovosti, vazebný řád a vaznost atomu, délka kovalentní vazby, vazebná energie.

    6. Tvar molekul, teorie hybridizace, typy hybridizace, metoda VSEPR.Delokalizované p-systémy, rezonance, sloučeniny s nedostatkem elektronů, slabé interakce (van der Waalsovy síly, vazba vodíkovým můstkem).

    7. Koordinační částice (centrální atom, ligand), koordinační polyedry, cheláty, chelátový efekt, vícejaderné komplexy, klastry, strukturní izomerie (vazebná, koordinační a ionizační); prostorová izomerie (geometrická, optická). Názvosloví koordinačních sloučenin.Koordinační vazba, donor-akceptorové vlastnosti ligandů, základy teorie ligandového pole, oktaedrické, tetraedrické a tetragonální komplexy, vysoko- a nízkospinové komplexy, Jahn-Tellerův efekt, spektrální a magnetické vlastnosti komplexů. Komplexní rovnováha, stabilita komplexů, mechanismy komplexotvorných reakcí, trans-efekt.

    8. Stavová rovnice a jednoduché zákony pro ideální plyn, transportní jevy v plynech, Grahamův zákon, stavová rovnice reálného plynu, kritický stav, zkapalňování plynů, redukovaná van der Waalsova rovnice. Stavová rovnice pro kapaliny, tenze páry, povrchové napětí, viskozita kapalin.

    9. Obecné vlastnosti pevných látek, krystalová mřížka, Madelungova konstanta, Born-Haberův cyklus, mřížková energie, prvky a operace symetrie, symetrie molekul a iontů. Pásová teorie vazby v pevných látkách, vlastnosti kovů, kovová vazba, vodiče, polovodiče a izolanty.

    10. Typy a mechanismy chemických reakcí, energetické změny při průběhu chemických reakcí, základní thermodynamické veličiny (U,H,G,S) a zákony, thermodynamické podmínky průběhu chemických reakcí. Vratné reakce, zákon rovnováhy, rovnovážná konstanta, vliv změny koncentrace, tlaku a teploty na rovnováhu, Le Chatelier-Brownův princip, reakční kinetika, rychlost reakce, rychlostní zákon, rychlostní konstanta, řád reakce, molekularita reakce, vliv teploty na reakční rychlost, Arrheniova rovnice, aktivační energie, reakční koordináta, homogenní a heterogenní katalýza.

    11. Rovnováha ve vícefázovém systému, Gibbsovo pravidlo fází, definice fáze, složky a stupně volnosti, roztoky, rozpustnost, vyjadřování koncentrace, vodivost roztoků, elektrolytická disociace, solvatace a asociace iontů, iontová síla, aktivita a aktivitní koeficient. Srážení a součin rozpustnosti, vlastnosti zředěných roztoků, Raoultův zákon, ebulioskopie a kryoskopie, základní fázové diagramy jedno- a dvousložkových systémů, destilace, rektifikace a destilace s vodní parou, sublimace, tavení.

    12. Arrheniova, Brönstedova-Lawryho a Lewisova teorie kyselin a zásad, solvoteorie kyselin a zásad, superkyselá prostředí, acidita a bazicita vodných roztoků, síla kyselin, stupnice pH, hydrolýza solí, tlumivé roztoky, kapacita tlumivých roztoků.

    13. Základní pojmy v oblasti elektrolýzy, Faradayovy zákony, coulometrie, elektrochemické potenciály, typy elektrod, standardní elektrodové potenciály, standardní vodíková elektroda, Nernstova a Nernst-Petersova rovnice, galvanické články.

    14. Absorpce elektromagnetického záření, funkce spektrometru. Molekulární spektra, infračervená a Ramanova spektroskopie, elektronová spektroskopie, luminiscence (fosforescence a fluorescence). Magnetické vlastnosti látek, magnetický moment atomu a jádra, dia- a s, ferro- a antiferromagnetismus. Rentgenová strukturní analýza, hmotnostní spektroskopie.
Literatura
    doporučená literatura
  • POLÁK, Rudolf a Rudolf ZAHRADNÍK. Obecná chemie : stručný úvod. Vyd. 1. Praha: Academia, 2000, 224 s. ISBN 8020007946. info
  • ATKINS, P. W. a Loretta JONES. Chemical principles : the quest for insight. 3rd ed. New York: W.H. Freeman and Company, 2005, 1 sv. ISBN 071675701X. info
  • ZUMDAHL, Steven S. a Susan A. ZUMDAHL. Chemistry. 6th ed. Boston: Houghton Mifflin Company, 2003, xxiv, 1102. ISBN 0618221565. info
  • HILL, John W. General chemistry. 4th ed. Upper Saddle River, N.J.: Pearson Prentice Hall, 2005, xxvii, 107. ISBN 0131180037. info
  • HÁLA, Jiří. Pomůcka ke studiu obecné chemie. 1. vyd. Brno: Masarykova univerzita, 1993, 85 s. ISBN 8021002891. info
  • KLIKORKA, Jiří, Bohumil HÁJEK a Jiří VOTINSKÝ. Obecná a anorganická chemie [Klikorka, 1989] a. 2. nezměn. vyd. Praha: SNTL - Nakladatelství technické literatury, 1989, 592 s. info
  • HOUSECROFT, Catherine E. a A. G. SHARPE. Anorganická chemie. Vyd. 1. Praha: Vysoká škola chemicko-technologická v Praze, 2014, xxx, 1119. ISBN 9788070808726. info
Výukové metody
Předmět je tvořen 22 přednáškami, které se konají dvakrát týdně po 2 vyučovacích hodinách.
Metody hodnocení
Předmět tvoří 22 přednášek. Ukončení předmětu má formu písemné zkoušky (2 hodiny).
Navazující předměty
Další komentáře
Studijní materiály
Předmět je dovoleno ukončit i mimo zkouškové období.
Předmět je vyučován každoročně.
Nachází se v prerekvizitách jiných předmětů

Zobrazit další předměty

Předmět je zařazen také v obdobích podzim 2007 - akreditace, podzim 1999, podzim 2010 - akreditace, podzim 2000, podzim 2001, podzim 2002, podzim 2003, podzim 2005, podzim 2007, podzim 2009, podzim 2010, podzim 2011, podzim 2011 - akreditace, podzim 2012, podzim 2013, podzim 2014, podzim 2015, podzim 2016, podzim 2017, podzim 2018, podzim 2019, podzim 2020, podzim 2021, podzim 2023, podzim 2024.