Fysikalisk kemi
Denna kurs belyser de fysikaliska aspekterna av kemi och ger en djupare förståelse varför kemiska processer går på ett visst sätt.
Utgångspunkten är att materia består av atomer, som i sin tur består av atomkärnor och elektroner. Dessa partiklar växelverkar enligt de kvantmekaniska lagarna. Om man är bekant med dessa universella lagar, kan man bestämma molekylernas struktur, hur molekyler växelverkar med varandra och vad som behövs för att en kemisk reaktion ska kunna ske.
Med hjälp av statistisk termodynamik kan man härleda makroskopiska egenskaper hos materia bestående av molekyler. Fysikalisk kemi ger oss också hjälp med att svara på frågan varför koldioxid, men inte syre eller kväve, bidrar till växthuseffekten, och varför vissa läkemedelsmolekyler går lätt genom cellmembran medan andra inte, eller vilka kunskapsverktyg som behövs för att konstruera ett effektivt laddningsbart batteri.
-
Kursupplägg
Kursen består av två delar.
Den första delen, kvantkemi och spektroskopi, behandlar grundläggande kvantmekaniska lagar och hur de används för att beskriva molekylernas elektronstruktur och energinivåer.
Vidare går man genom spektroskopiska metoder som ultraviolett och infraröd spektroskopi samt kärnmagnetisk resonans, och hur dessa metoder används för att experimentellt bestämma molekylärstruktur.
Den andra delen av kursen, jämvikt, omfattar klassisk fysikalisk kemi:
- gasens egenskaper
- klassisk och statistisk termodynamik samt deras tillämpning på bl a vätskor
- lösningar, fas- och kemisk jämvikter
- elektrokemi
Vidare behandlar man kemisk kinetik och modeller för molekylär beskrivning av reaktionsdynamik samt molekylära växelverkningar.
Förutom föreläsningar och räkneövningar, ingår ett laborativt moment i kursen som inkluderar både experimentella och dator-laborationer
Delkurser
- Kvantmekanik och spektroskopi teori, 5 hp
- Jämvikt och kinetik, teori, 5 hp
- Laborationer 5 hp
Undervisning
- Föreläsningar
- Räkneövningar
- Laborationer
Laborationer är obligatoriska för godkänt betyg. Övrig undervisning är det starkt rekommenderat att delta i, det här är en svår kurs.
Lärandemål
Kvantmekanik och spektroskopi, teori, 5 hp:
- förklara kvantmekanikens grundprinciper
- redogöra för atomstruktur baserad på grundläggande kvantmekaniska teorier
- genom matematiska beräkningar inom såväl kvantmekanik som spektroskopi uppskatta relevanta kemiskastorheter.
Jämvikt och kinetik, teori, 5 hp
- redogöra för begreppet kemisk jämvikt och dess konsekvenser för kemiska reaktioner
- förstå principer för kemisk kinetik samt kunna redogöra för skillnader mellan makroskopisk och molekylärbeskrivning av reaktionshastigheter
- redogöra för molekylära tillståndssummor och koppla dessa med termodynamiska storheter
- genom matematiska beräkningar inom såväl termodynamik som kinetik uppskatta relevanta kemiskastorheter.
Laborationer, 5 hp
- ge förslag på lämplig spektroskopisk metod för att studera molekylära egenskaper
- bestämma molekylstruktur och dynamiska parametrar från IR- och NMR-experiment
- visa insikter i kvantkemiska beräkningsmetoder och program
- använda grafiska verktyg för att visualisera atomorbitaler och beräkna elektrontätheter.
- använda fysikaliska metoder för att studera fasövergångar i vätskor och kolloidala system
Examination
Kursen examineras genom två skriftliga tentamina samt skriftliga labbrapporter
Examinator
Alexander Lyubartsev
E-mail: alexander.lyubartsev@mmk.su.se
-
Schema
Schema finns tillgängligt senast en månad före kursstart. Vi rekommenderar inte utskrift av scheman då vissa ändringar kan ske. Vid kursstart meddelar utbildningsansvarig institution var du hittar ditt schema under utbildningen. -
Kurslitteratur
Observera att kurslitteraturen kan ändras fram till två månader före kursstart.
P. Atkins, J. de Paula, R. Friedman, “Physical Chemistry: Quanta, Matter and Change”, Second edition, Oxford, 2014
-
Kursrapporter
-
Kontakt
Kursansvarig
Alexander Lyubartsev
E-mail: alexander.lyubartsev@mmk.su.se
Kemiska sektionens kansli & studentexpedition
Office: Kemiska övningslaboratoriet M345
E-mail: exp@kol.su.se
