Kemi för fysiker

Mål

Denna kurs täcker grundläggande kemi på grundnivå för studenter som inte har denna kunskap med sig från sin kandidatutbildning. Kursen förbereder studenterna för avancerade kurser i materialkemi, polymerteknik och elektrokemi. Den behandlar i detalj grundläggande begrepp inom bindning, struktur och reaktivitet, samt vanliga analytiska metoder och praktiska tekniker inom kemi.

Efter avslutad kurs ska studenten kunna:

• beskriva de primära och sekundära strukturerna hos kovalenta, joniska och metalliska fasta ämnen samt förklara deras egenskaper med hjälp av begrepp som orbitalenergimatchning, laddningstäthet, Van der Waals-interaktioner och delokalisering.
• förutsäga entropiförändringar i en reaktion, använda Hess-cykler för att beräkna olika entalpier, beräkna Gibbs fria energier och beskriva kemiska jämvikter med hjälp av kvalitativa och kvantitativa metoder.
• förklara begreppet aromaticitet och förutsäga hur olika funktionella grupper påverkar ett konjugerat system.
• beskriva grundläggande organiska reaktioner, rita en organisk reaktionsmekanism, förklara reaktivitet eller förutsäga produkter för enkla reaktioner.
• utföra beräkningar av molaritet, molekylvikt, pH och pKa och använda kemisk kunskap för att bestämma reaktionsstökiometri.
• använda experimentell analys som stöd för bestämning av molekylstrukturer.
• utföra grundläggande separations- och reningstekniker inom organisk syntes.

Innehåll

Föreläsningarna kommer att följa innehållet nedan – varje frågeblad och handledningstillfälle kommer att befästa och tillämpa innehållet från en eller två föreläsningar.

Allmänna begrepp kring kovalent, jonisk och metallisk bindning. Struktur och egenskaper hos molekyler, joner och icke-molekylära material diskuteras i samband med icke-kovalenta interaktioner, trender i det periodiska systemet och lösnings-/gränssnittskemi.

Grundläggande kvantitativa färdigheter, inklusive beräkningar av molaritet, stökiometri och pH samt beräkningar baserade på ideala gaslagen, kommer att demonstreras, varefter studenterna introduceras till termodynamikens 1:a och 2:a lag ur ett kemiperspektiv. Detta kommer att inkludera begreppen energi, entalpi, entropi och Gibbs fria energi, och deras koppling till kemisk jämvikt.

De koncept kring orbitaler och bindning som behandlas i kursen Fysikalisk kemi för materialvetenskap kommer att sättas in i det organkemiska sammanhanget för att förklara konjugation, aromaticitet och elektrondragande och -donerande grupper. Studenterna kommer att introduceras till organiska reaktionsmekanismer genom grundläggande exempel på substitution, addition och eliminering, och lära sig att förklara och förutsäga reaktivitet med hjälp av begrepp som nukleofil styrka eller förmåga att agera som lämnande grupp. Mera specifika områden som radikalkemi och redoxreaktioner kommer också att introduceras för att förbereda studenterna för senare kurser.

Laborationerna kan komma att innefatta:

• titrering för att beräkna empiriska formler, molaritet eller pH för okända substanser eller lösningar;
• organisk syntes för att utveckla experimentella färdigheter såsom att använda tunnskiktskromatografi, vattenbaserad upparbetning eller omkristallisation;
• karakteriseringstekniker såsom IR, UV-Vis eller NMR.