DEBRECENI EGYETEM TERMÉSZETTUDOMÁNYI KAR. KÉMIA ALAPSZAK törzsanyaga

DEBRECENI EGYETEM TERMÉSZETTUDOMÁNYI KAR

KÉMIA ALAPSZAK törzsanyaga

2006.

Készült a HEFOP 3.3.1-P.-2004-06-0016/1.0 felsőoktatási pályázat támogatásával

1

A Debreceni Egyetemen 2006. szeptemberében induló Kémia alapképzési (BSc) szak szakmai törzsanyagának részletezett tematikáját tartalmazza ez a kiadvány. Az anyag összeállításával az volt a célunk, hogy a lehető legteljesebb képet adjuk a képzésben résztvevő oktatók, hallgatók, potenciális alkalmazók (ebbe beleértve a BSc szinten végzett hallgatókat fogadó MSc szakokat is) számára azon elméleti és gyakorlati kémiai ismeretkörökről, melyekben a képzést sikeresen teljesítő hallgatók szakirányuktól függetlenül alapvetően jártasak kell, hogy legyenek (1. Táblázat). Ezt az ismeretanyagot öleli fel a záróvizsga tételsora is. A kötelező kémiai blokkot előkészítik, illetve megalapozzák a szükséges matematikai, fizikai, kémiai informatikai kurzusok. Mindezek kiegészülnek – ugyancsak mindenki számára előírtan – környezettani, Európai Uniós, valamint általános gazdasági és menedzsment, valamint minőségbiztosítási alapismeretek elsajátítását biztosító tárgyakkal (2. Táblázat). Erre a törzsanyagra épülnek rá a szakirányok (vegyész, illetve kémia tanári szakirány), amelyek elvégzése elsősorban a megfelelő mesterképzésbe (MSc) való belépésre készít fel. A szakirány felvétele nélkül végzett Kémia alapszak is megfelel azonban az Európai Unióban működő European Chemistry Thematic Network által kidolgozott „Eurobachelor in Chemistry” általános és szakmai követelményeinek, így a végzettség nemzetközi dimenzióban is elfogadott és használható. Debrecen, 2006. augusztus

Dr. Somsák László s. k. egyetemi tanár a Kémia alapszak szakfelelőse .

2

Dr. Farkas Etelka s. k. egyetemi tanár a DE TTK Kémiai Intézete oktatási igazgatóhelyettese

1. Táblázat: A Kémia alapképzés (BSc) szakmai törzsanyaga Modul Tárgycsoport (Előírt kr.) Tárgy (Tematika o. szám)

Szakmai törzsanyag (82-92) Σmin 85 Általános kémia (≥8) Általános kémia (6-21.) Szervetlen kémia (≥10) Szervetlen kémia I. (23-29.; 34-41.) Szervetlen kémia II. (30-33.) Fizikai kémia (≥21) Fizikai kémia I. (48-54.) Fizikai kémia II. (55-66.) Bev. fiz.-kém. mérés. (44-47.) Kolloidkémia I. (70-74.) Magkémia (67-69.) Szerves kémia (≥20) Szerves kémia I. (78-82.) Szerves kémia II. (83-86.) Szerves kémia III.b (87-90.) Szerves kémia IV. (91-95.) Szerves kémia V.c (96-100.) Biokémia I. (101-105.) Analitikai kémia (≥14) Analitikai kémia I. (108-118.) Spektroszkópiai mód. (126-130.) b c

Félév (óraszám; számonkérés: k – kollokvium, g – gyakorlati jegy) 1.

2.

3.

4.

5.

Összesen 6.

óra/hét kredit 83

84

(8) 3k+2g+3g

8

(8) 8

(10) 2k+0+6g 2k+0+0

(10)

8

7

2

3 (22)

(2+2)k+0 (3+2)k+4g 0+0+4g 2k+0+2g 1k+0+0

(20)

4

4

9

8

4

3

4

4

1

1 (19)

(2+1)k+0

(20)

3

4

3

4

2k+0+0b

3

3

0+(1+3)g

3

3

0+(2+3)gc

5

3

2k+0+0

2

3

(2+1)k+0

(14) 2k+2g+4g 2k+0+0

(14)

8

8

2

3

Biológiai kémia. Helyette vegyész szakirányon: Szerves kémia VI. 0+(2+6)g (5) 3

1. Táblázat: A Kémia alapképzés (BSc) szakmai törzsanyaga Modul Tárgycsoport (Előírt kr.) Tárgy (Tematika o. szám)

Félév (folytatás) (óraszám; számonkérés: k – kollokvium, g – gyakorlati jegy) 1.

2.

Elválasztástechnika (119-125.) Alkalmazott kémia (≥12) Kémiai technológia I. (132-137.) Kémiai technológia II. (138-145.) Körny. kém. -technol. (146-149.) Üzemlátogatás (Ü) (150)

3.

4.

5.

Összesen 6.

1k+0+3g

óra/hét kredit 4

3 (10)

2k+1g+0 2k+2g+0 (2+1)k+0

(12)

3

4

4

4

3

4

5 nap/fé

(Ü)

2. Táblázat: A Kémia alapképzés (BSc) általános tárgyai Modul Tárgycsoport (Előírt kr.) Tárgy Term. tud. alap. (14-24) Matematika (≥6) Matematika I. Fizika (≥6) A fizika alapjai I. A fizika alapjai II.a Informatika (≥2) Kém. inform. alapok Ált. tárgyak EU ismeretek Ált. gazdasági és menedzsment ism. Minőségbiztosítás Környezettan

a

4

Félév (óraszám; számonkérés: k – kollokvium, g – gyakorlati jegy) 1. 2. 3. 4. 5. 6.

4k+3g+0 (2+1)k+0

(2+0)k+0a

0+0+3g 1k+0 1k+0 1k+0 (1+1)k+0

Alternatív tárgy (vegyész szakirányon javasolt): A fizika alapjai II. (2+1)k+0 (4).

Összesen óra/hét 20 (7) 7 (5) 3 2 (3) 3 (5) 1 1

kredit 21 (7) 7 (7) 4 3 (2) 2 (5) 1 1

1 2

1 2

Általános kémia (Óraszám: 3 + 2 + 3) (Kreditszám: 5 + 2 + 2) Tantárgyfelelős: Dr. Sóvágó Imre egyetemi tanár Meghirdető tanszék: Szervetlen és Analitikai Kémiai Tanszék

5

A tárgy neve:

ÁLTALÁNOS KÉMIA (ELŐADÁS)

A tárgy Neptun-kódja:

TKBE0101

Tantárgyfelelős:

Dr. Sóvágó Imre egyetemi tanár

A tárgy oktatója:

Dr. Sóvágó Imre egyetemi tanár

Óraszám/hét:

3 óra

Kreditszám:

5

Számonkérés módja:

kollokvium

A kurzus célja: A tárgy a tanulmányaikat kezdő, különböző alapképzettségű hallgatóknak bevezetést nyújt a kémiába, lehetővé teszi ismereteik összehangolását és előkészíti a további alapozó tárgyak (szervetlen, szerves, fizikai és analitikai kémia) oktatását. Tartalma: A kémia tárgya és fejlődése, kapcsolata más természettudományokkal. Az atom- és molekulafogalom kialakulása, az atomok felépítése, atommodellek. A kémiai kötés különböző formái, a molekulák és halmazok szerkezete. Gázok, folyadékok és szilárd testek jellemzése, halmazállapotváltozások. A sztöchiometria alaptörvényei. A kémiai reakciók energetikai és kinetikai jellemzése. A kémiai egyensúly és alkalmazási lehetőségei. A kémiai reakciók csoportosítása, sav-bázis és redoxireakciók, az elektrokémai alapjai. Ajánlott irodalom: 1. Brücher Ernő: Általános kémia (anyagszerkezet) (Egyetemi jegyzet, Debrecen, 2002.) 2. Gergely Pál: Általános és bioszervetlen kémia (Semmelweis Kiadó, Budapest, 2001.) 3. J. McMurray, R.C. Fay: Chemistry (Pearson Education, Inc., New Jersey, 2004.)

A tárgy részletes tematikája: 1. hét: A természettudományok tárgya és felosztása. A kémia kialakulása és fejlődésének rövid áttekintése. Az atom és molekulafogalom kialakulása és fejlődése, a kémiai és fizikai változás fogalma. A kémia felosztása és szerepe napjainkban. A tömeg és energiamegmaradás 6

törvénye, kapcsolatuk. A mérés szerepe a kémia tudománnyá válásában, a fontosabb fizikai mennyiségek és mértékegységeik. Az SI egységrendszer alapjai, a fontosabb alap- és származtatott mennyiségek és mértékegységeik. A kémia mennyiségi törvényei, a sztöchiometria alapjai. Az állandó és többszörös súlyviszonyok törvénye. A vegyülő gázok térfogati törvénye. A daltoni atomelmélet alapfeltevései és az Avogadro tétel. A relatív atomés molakulatömeg fogalma. A kémiai anyagmennyiség és mértékegysége, a mól fogalma, az Avogadro állandó. Az elemek és vegyületek jelölése, vegyjel, képlet (tapasztalati, molekula és szerkezeti képlet) jelentése. Az izoméria fogalma és egyszerűbb formái a szerves és koordinációs vegyületek körében. 2. hét: A vegyérték és oxidációs szám fogalma. Az oxidációs szám szerepe a szervetlen kémiában. A kémiai egyenlet és a kémiai számítások alapjai. A kémiai reakciók csoportosítási lehetőségei. Az anyag atomos szerkezetének és az atomok oszthatóságának kísérleti bizonyítékai. Az elektron és az atommag felfedezése, a Rutherford-féle szórási kísérlet. Az elemi részecskék (proton, neutron és elektron) jellemző paraméterei. Az atommag felépítése, izotópok fogalma, gyakorlati jelentőségük. A relatív atom- és molekulatömeg meghatározásának kísérleti módszerei. A tömegspektrometria alapelve és alkalmazási területei, a dublett módszer lényege. 3. hét: A radioaktivitás felfedezése, a radioaktív sugárzás típusai, élettani hatásaik és ipari, gyógyászati alkalmazásaik. A radioaktív bomlástörvény, természetes bomlási sorok. Az Einstein-féle tömeg-energia ekvivalencia elv, a tömegdeffektus. A magfúzió és maghasadás elvi alapjai és gyakorlati alkalmazásaik. Az atomok energiájának kvantumszerű változása, a foton hipotézis. A Bohr-féle atommodell és alkalmazása a hidrogénatom esetén. A hidrogénatom pályasugarainak és energiájának kiszámítása. Az elektromágneses sugárzás jellemzői, a sugárzás és az anyagi rendszerek kapcsolata, emisszió, abszorpció és a színképek eredete. A hidrogénatom vonalas színképének értelmezése a Bohr modell alapján. A röntgensugárzás eredete, értelmezése és gyakorlati jelentősége. 4. hét: Az anyag kettős természete, anyaghullámok. A Heisenberg-féle határozatlansági reláció. A kvantummechanikai atommodell alapjai és alkalmazhatósága a hidrogénatom esetén. Az 7

atompályák alakja, a pályafüggvény távolságtól és szögtől függő részeinek jelentése. A kvantumszámok és jelentésük. A többelektronos atomok kvantummechanikai tárgyalása. Az atompályák sugarának és energiájának változása a rendszám függvényében. A periódusos rendszer formáinak történeti fejlődése, a hosszú periódusos rendszer elektronszerkezeti felépítése, az energiaminimum elve, a Pauli elv és a maximális multiplicitás elve. 5. hét: A periódikusan változó atomi paraméterek (ionizációs energia, elektronaffinitás, atomméret, atomtérfogat) jelentése és változásuk a rendszám függvényében. A van der Waals-, fématomion- és kovalens sugár fogalma, változásaik. Az elektronegativitás fogalma, kiszámítási lehetőségei (Pauling, Mullikan és Allred-Rochov-féle skálák). Az elektronegativitás jelentősége és változása a rendszám függvényében. A kémiai kötés különböző formái, összehasonlító jellemzésük. Az ionkötés lényege a rácsenergia értékét befolyásoló tényezők. A fémes kötés jellemzése, kialakulásának feltételei. 6. hét: A kovalens kötés jellemzése, kialakulásának feltételei, a kötéselméletek fejlődése. A vegyértékkötés (VB) módszer alapjai és alkalmazhatósága. A rezonanciaelmélet és alkalmazásai, a delokalizált molekulapályák jelentősége. A pályahibridizáció fogalma, típusai, a szénatom lehetséges hibridállapotai és az egyszerűbb szerves vegyületek térszerkezetének értelmezése a hibridizáció alapján. A molekulapálya (MO) módszer alapjai és alkalmazása homonukleáris kétatomos molekulák (H2, N2 és O2) esetén. A molekulapályák típusai, kötő, nemkötő és lazító pályák. A σ- és π-típusú molekulapályák főbb jellemzői. A molekulák alakja, a hibridizáció és a vegyértékelektronpár taszítási elmélet alkalmazása az összetett molekulák térszerkezetének értelmezésére. Néhány egyszerűbb szervetlen és szerves vegyület térszerkezetének részletes tárgyalása. 7. hét: A kémiai kötés különböző formái közötti átmenet lehetőségei. Az ionok polarizációja, a polarizálóképesség és a polarizálhatóság mértékét befolyásoló tényezők, a viszontpolarizáció. A kovalens kötés polaritása, poláris és apoláris molekulák. A másodrendű kémiai kötőerők energetikai jellemzése és típusai. A dipólus-dipólus, dipólus-indukált dipólus és diszperziós kölcsönhatás eredete, értéküket befolyásoló tényezők. A hidrogénkötés kialakulásának feltételei, a hidrogén-florid és a víz szerkezete, a hidrogénkötés jelentősége a szerves 8

vegyületek körében. A makroszkópikus anyagi halmazok szerkezete, típusaik. A molekula-, ion-, atom- és fémrácsos anyagok kötésviszonyai és jellemző tulajdonságaik. A rácsszerkezet és a fizikai/kémiai tulajdonságok (olvadáspont, forráspont, szín, szag, keménység, megmunkálhatóság,

vezetés,

oldhatóság,

kémiai

reaktivitás)

közötti

összefüggések

értelmezése. 8. hét: Az anyagok mágneses és dielektromos sajátságai. A dielektromos polarizáció, dia- para- és ferromágneses anyagok. A halmazállapotok általános jellemzése, típusai, az összetartó erők és a rendezettség szerepe. A kinetikus gázelmélet alapjai, ideális és reális gázok. A gáztörvények (Boyle-Mariotte és Gay-Lussac törvények) az ideális gázok állapotegyenlete. Gázelegyek, parciális nyomások törvénye. A folyadékok általános jellemzése, felületi feszültség és viszkozitás fogalma. A folyadékkristályok. A szilárd testek általános jellemzése, csoportosításuk: kristályos, üvegszerű, és amorf anyagok. A halmazállapot-változások: olvadás, fagyás, párolgás, kondenzáció, szublimáció. 9. hét: Az összetett (többkomponensű) anyagi rendszerek típusai, homogén és heterogén rendszerek fogalma, fázisok. A kolloid rendszerek főbb jellemzői és felosztásuk. A fázisdiagramok jelentése, a víz, a szén-dioxid és az elemi kén fázisdiagramjának értelmezése. Az olvadás- és forráspont fogalma, értéküket befolyásoló tényezők. A hármaspont, a kritikus hőmérséklet és nyomás jelentése. A termodinamikai hőmérsékleti skála. Az oldatok jellemzése, az oldhatóságot befolyásoló tényezők, az oldatok töménysége, koncentráció-egységek. Elektrolit- és nemelektrolit oldatok, az elektrolitos disszociáció. A híg oldatok törvényei: az oldatok gőznyomása, a fagyáspontcsökkenés és forráspont emelkedés törvénye, gyakorlati alkalmazásaik. Az ozmózisnyomás kiszámítása, az ozmózis biológiai jelentősége. 10. hét: A termokémiai alapjai. A hőmennyiség fogalma, kiszámítása. A termodinamikai első főtétele, a belső energia és az entalpia jelentése. A reakcióhő jelentése, értékét befolyásoló tényezők, exoterm és endoterm folyamatok. A Hess-tétel. A képződéshő fogalma és gyakorlati jelentősége. A fázisátalakulási hők és az oldáshő jelentése, értéküket befolyásoló tényezők. A kötési energia fogalma, a reakcióhő és a kötési energia kapcsolata. A spontán végbemenő

9

kémiai folyamatok iránya, a termodinamika II. főtétele. A szabadentalpia és az entrópia jelentése. 11. hét: A kémiai folyamatok sebessége, a reakciósebesség függése a koncentrációtól és a hőmérséklettől. A reakciók rendűsége. Az aktiválási energia és szerepe a kémiai folyamatokban. Katalizátorok és működésük, homogén és heterogén katalitikus reakciók. Az enzimek. A fotokémiai folyamatok típusai, a kvantumhasznosítási tényező jelentése. A kémiai egyensúly jellemzése és az egyensúlyi állandó jelentése. Az egyensúlyok eltolásának lehetőségei. A Le-Chatelier elv, a kémiai egyensúly függése a hőmérséklettől és a nyomástól. 12. hét: A heterogén egyensúlyi rendszerek jellemzése. Oldékonysági egyensúlyok és az oldhatósági szorzat. Az oldhatóság hőmérsékletfüggése. Gáz-folyadék és folyadék-folyadék egyensúlyok, a megoszlás és extrakció jelentősége. Sav-bázis elméletek. Az Arrhénius sav-bázis elmélet alapfeltevései. A Brönsted-Lowry (protolitikus) elmélet lényege, savak és bázisok fogalma. A savak

és

bázisok

erőssége.

A

szupersavak

jellemzése.

A

disszociációfok

és

disszociációállandó jelentése, kapcsolatuk. 13. hét: A vizes oldatok jellemzése, a víz disszociációja, a vízionszorzat. A pH fogalma és kiszámítása. Az amfotéria fogalma, jelentősége. Pufferoldatok és indikátorok működése. A sóoldatok kémhatása. A Lewis-féle sav-bázis elmélet lényege. A komplexvegyületek fogalma, a komplexképződési egyensúly jellemzése. A kemény és lágy savak és bázisok (hard-soft savbázis elmélet) jelentősége. 14. hét: Az elektrokémai alapjai. A galvánelemek működése és az elektródpotenciál fogalma. A galvánelemek elektromotoros erejének kiszámítása, a standard elektródpotenciálok szerepe a kémiában, oxidáló- és redukálószerek. A redoxifolyamatok egyensúlya. A víz mint redoxi rendszer. Az elektrolízis, bomlásfeszültség és túlfeszültség fogalma. Az elektrolízis mennyiségi törvényei. Az oldat- és olvadékelektrolízis ipari alkalmazásai. A kémiai áramforrások típusai, szárazelemek és akkumulátorok.

10

A tárgy neve:

ÁLTALÁNOS KÉMIA (SZÁMOLÁSI GYAKORLAT)

A tárgy Neptun-kódja:

TKBG0101

Tantárgyfelelős:

Dr. Sóvágó Imre egyetemi tanár

A tárgy oktatója:

Dr. Várnagy Katalin egyetemi docens

Óraszám/hét:

2 óra

Kreditszám:

2

Számonkérés módja:

gyakorlati jegy

A kurzus célja: A szeminárium célja az alapvető sztöchiometriai-, koncentráció- és pH-számítási feladatok megoldási módszereinek , illetve az egyenletrendezés alapelveinek megismertetése. Tartalma: Az alapfogalmak (vegyjel, képlet, anyagmennyiség, relatív- és moláris tömeg) alkalmazása sztöchiometriai számítási feladatokban. Koncentrációegységek (százalékos összetétel, molaritás, molalitás, tömegkoncentráció) megismerése és alkalmazása koncentrációszámítási feladatokban. Az egyenletrendezés alapelvei (láncszabály és oxidációs szám alapján), alkalmazásuk kémiai számítási feladatokban. A gáztörvények megismerése, alkalmazásuk kémiai számítási feladatokban. A pH fogalma, egyértékű erős savak és bázisok pH-jának számítása. Ajánlott irodalom: 1. Farkas E., Fábián I., Kiss T., Posta J., Tóth I., Várnagy K: Általános és analitikai kémiai példatár (egyetemi jegyzet, Egyetemi Kiadó, Debrecen) 2. Villányi Attila: Ötösöm lesz kémiából (Műszaki Könyvkiadó, Budapest) 3. J. McMurray, R.C. Fay: Chemistry, (Pearson Education, Inc., New Jersey, 2004).

11

A tárgy részletes tematikája: 1. hét: Alapfogalmak. Vegyjel, képlet, relatív- és moláris atomtömeg, molekulatömeg fogalma, számítása. Anyagmennyiség fogalma, az Avogadro állandó jelentése, alkalmazásuk sztöchiometriai feladatok megoldásában. Moláris térfogat fogalma, alkalmazása sztöchiometriai feladatok megoldásában. Az értékes jegy fogalma és alkalmazása a számítási eredmények megadásában. 2. hét: Koncentrációegységek. Az oldatok, elegyek, oldott anyag, oldószer, komponens fogalmának átismétlése, elmélyítése. Az

oldatok,

elegyek

koncentrációegységek

összetételének

megadási

lehetőségei.

(anyagmennyiség-koncentráció

A

legfontosabb

(molaritás),

molalitás,

tömegkoncentráció) fogalma, jelentése, alkalmazásuk a koncentrációszámítási feladatok megoldásában.

Az

koncentrációszámítási

oldatok

tömegszázalékos

feladatok

összetételének

megoldásában.

Sűrűség

megadása,

alkalmazása

fogalma,

alkalmazása

koncentrációszámítási feladatok megoldásában. 3. hét: Oldatkészítéssel kapcsolatos számítások. Koncentrációegységek átszámítása. Szilárd anyagból oldással történő oldatkészítéssel kapcsolatos számítások. Tömény oldatból hígítással történő oldatkészítéssel kapcsolatos számítások. A kétféle oldatkészítéssel kapcsolatos számítások jelentősége, fontossága a laboratóriumi gyakorlatban. Oldatok keverése. 4. hét: Kémiai képlettel kapcsolatos számítások, szilárd keverékek tömegszázalékos összetétele. Tapasztalati képlet, molekulaképlet fogalma. Vegyületek százalékos összetétele. Tapasztalati képlet, molekulaképlet meghatározása tömegszázalékos összetételből és egyéb analitikai adatokból. A képlettel, összetétellel kapcsolatos számítások jelentősége, fontossága az analitikai kémiában. Szilárd keverékek tömegszázalékos összetételének számítása.

12

5. hét: Oldhatósággal, kristályosítással kapcsolatos számítások. Oldhatóság, telített, telítetlen oldat fogalma. Telített oldatok készítésével kapcsolatos számítások. Kristályvízmentes és kristályvizes sók kristályosításával kapcsolatos számítások. A kristályosítással kapcsolatos számítások jelentősége, fontossága a gyakorlati munkában szennyezett anyagok átkristályosításával, tisztításával kapcsolatban. 6. hét: Gáztörvények. Reakcióegyenletek. Az általános gáztörvény és alkalmazása sztöchiometriai számításokban. Egyszerű (elsősorban nem redoxi) reakcióegyenletek felírása, rendezése. Sztöchiometriai feladatok megoldása reakcióegyenletek alapján. A reaktánsok és a termékek tömégével, térfogatával kapcsolatos számítások. A reakcióegyenletek alapján történő számítások gyakorlati felhasználásának lehetősége keverékek, elegyek összetételének meghatározásában. A gyakorlati élettel kapcsolatos számítások, kitermelés, veszteség fogalma, figyelembe vétele a számítások során. 7. hét: Sav-bázis titrálással kapcsolatos számítások. Oldatok hígításával kapcsolatos számítások. Sav-bázis titrálások elvi alapjai, oldatok koncentrációjának meghatározása titrálási eredmények alapján. A sav-bázis titrálások felhasználásának lehetőségei egyéb meghatározásokban: moláris tömeg, tisztaság, savak, bázisok értékűségének megadása. 8. hét: Oxidációs szám, redoxireakciók rendezése. Oxidáció, redukció, oxidációs szám fogalma, az oxidációsszámok változása. Egyszerű- és összetett ionok, elemek, semleges vegyületek atomjai oxidációs számának meghatározása. Redoxireakciók rendezése oxidációsszám-változás alapján. A reakcióegyenletek rendezésének jelentősége a kémia minden területén, alkalmazásuk a szervetlen és szerves kémiában. 9. hét: Számítás reakcióegyenletek alapján. Redoxireakció-egyenletek alapján történő számítások, ezek alkalmazása sztöchiometriai, koncentráció- és gáztörvényekkel kapcsolatos számítási feladatok megoldása során. Összetett 13

feladatokban annak felismerése, hogy milyen eddig megtanult fogalmak, összefüggések felhasználásával, alkalmazásával lehet a feladatot megoldani. 10. hét: Szilárd keverékek, folyadék- és gázelegyek összetételének meghatározása. Átlagos moláris tömeg fogalma, meghatározása szilárd keverékekben, folyadék- és gázelegyekben. Szilárd keverékek, folyadék- és gázelegyek összetételének meghatározása átlagos moláris tömeg alapján. Szilárd keverékek, folyadék- és gázelegyek összetételének meghatározása a komponensek reakciói alapján. A sztöchiometriai-, koncentrációszámítással, gáztörvényekkel kapcsolatos összefüggések alkalmazása a keverékekkel kapcsolatos feladatok megoldása során. 11. hét: Képletmeghatározás reakcióegyenletek alapján. A vegyjel, tapasztalati- és molekulaképlet fogalmának átismétlése, elmélyítése. Ismeretlen elem, vegyület vegyjelének, képletének meghatározása a reaktánsok, termékek tömegének, térfogatának, koncentrációjának ismeretében. 12. hét: Erős savak és bázisok pH-ja. Savak, bázisok, kémhatás, pH, pOH, vízionszorzat fogalma. Erős savak és bázisok pH-jának számítása koncentrációból, koncentráció számítása a pH ismeretében. Különböző koncentrációjú, pH-jú sav- és lúgoldatok készítésével, elegyítésével kapcsolatos számítások. Az erős savak és bázisok pH-ja fogalmának alkalmazása különböző sztöchiometriai-, koncentrációszámítási feladatokban. Az erős savak és bázisok pH-ja fogalmának alkalmazása gáztörvénnyel, reakcióegyenletekkel kapcsolos számítási feladatokban. . 13.-14. hét: Vegyes feladatok. Vegyes feladatok a sztöchiometria-, koncentráció- és pH-számítási, valamint a gáztörvénnyel, reakcióegyenletekkel kapcsolatos feladatokban. Összetett feladatok megoldása során annak felismerése, hogy az ismert összefüggések, fogalmak közül melyek alkalmazásával lehet az adott feladat megoldásához eljutni.

14

A tárgy neve:

ÁLTALÁNOS KÉMIA (LABORATÓRIUMI GYAKORLAT)

A tárgy Neptun-kódja:

TKBL0101

Tantárgyfelelős:

Dr. Sóvágó Imre egyetemi tanár

A tárgy oktatója:

Dr. Várnagy Katalin egyetemi docens

Óraszám/hét:

3 óra

Kreditszám:

2

Számonkérés módja:

gyakorlati jegy

A kurzus célja: A laboratóriumi gyakorlat célja, hogy a kezdő, különböző előképzettségű hallgatókat bevezesse a laboratórium munkába, ismereteiket egységes szintre hozza és előkészítse a további laboratóriumi gyakorlatok (szervetlen-, szerves-, fizikai- és analitikai kémiai gyakorlatok) oktatását. Tartalma: Az alapvető laboratóriumi (üveg-, fém- és fa-) eszközök használatának, a legegyszerűbb kémiai mérőmódszereknek (tömeg-, térfogat-, hőmérséklet-, sűrűségmérés) és az egyszerű laboratóriumi műveleteknek (melegítés, hűtés, oldatkészítés, hígítás, kristályosítás, dekantálás, szűrés, titrálás, gázfejlesztés, gázpalackok kezelése) a megismerése. Néhány egyszerű szervetlen kémiai preparátum előállítása és a kémiai alapjelenségek vizsgálata egyszerű kísérleteken keresztül az alapműveletek alkalmazását, gyakorlását szolgálja. Ajánlott irodalom: 1. Dr. Lengyel Béla, Általános és szervetlen kémiai praktikum (Nemzeti Tankönyvkiadó, Budapest) 2. Kollár György, Kis Júlia, Általános és szervetlen preparatív kémiai gyakorlatok (Nemzeti Tankönyvkiadó, Budapest) 3. Stephen Murov, Brian Stedjec, Experiments in basic chemistry (Wiley, New York)

15

A tárgy részletes tematikája: A heti 3 órás laboratóriumi gyakorlatra (3x14 = 42 óra) tömbösítve 10 héten keresztül heti 4 órában (+ 2 óra befejezés) kerül sor. 1. hét: Bevezetés a laboratóriumi munkába. A laboratóriumban a biztonságos és balesetmentes munkavégzés feltételei és módjai: a kísérletező munka legfontosabb szabályai: a laboratóriumi rend, baleseti források és balesetmegelőzés, a legfontosabb balesetvédelmi, tűzvédelmi szabályok, a vegyszerek használata. A laboratóriumi fa-, üveg-, fém-, parafa- és gumieszközök bemutatása, legfontosabb laboratóriumi alkalmazási lehetőségeik. A gázégő használata, üvegmegmunkálási lehetőségek a laboratóriumban. 2. hét: Tömegmérés, térfogatmérés. A tömeg- és térfogategységek átismétlése: a metrikus és az SI mértékrendszer. Az értékes jegy fogalma és alkalmazása a mérési eredmények megadásában. A helyesség és a precizitás jelentése. Megismerkedés a laboratóriumi tömegmérő eszközökkel, mérés tára- és analitikai mérlegen. A legfontosabb hiteles (pipetta, büretta, mérőlombik) és egyéb térfogatmérő eszközök (mérőhenger, főzőpohár) bemutatása, példák a laboratóriumi munkában való alkalmazásukra, használatuk elsajátítása. A térfogatmérő eszközök kalibrálásának jelentése, jelentősége. Egy adott térfogatmérő eszköz kalibrálásán keresztül egyrészt a bemutatott tömeg- és térfogatmérő eszközök használatának gyakorlására, másrészt a sűrűség, tömeg és térfogat közötti összefüggés alkalmazásával a kalibrálás fogalmának megértésére van lehetőség. Elvégzendő feladatok: Mérés tára- és analitikai mérlegen. A pipetta, büretta, mérőlombik használatának gyakorlása. Egy adott térfogatmérő eszköz kalibrálása.

16

3. hét: Oldatkészítés szilárd anyagból kiindulva, sűrűségmérés. Az oldatkészítés – a kísérleti munka során végzett egyik legfontosabb előkészítő művelet – lehetőségeinek megismertetése, a szilárd anyagból való oldatkészítés lépéseinek bemutatása. Egy adott koncentrációjú oldat készítésén keresztül a porítás műveletének megismerésére, a tömegmérés és a mérőlombik feltöltésének alkalmazására, és egyúttal az egyik legalapvetőbb laboratóriumi műveletet elsajátítására, valamint a koncentráció fogalmának elmélyítésére van lehetőség. A sűrűségmeghatározás eszközeinek (piknométer, areométer), használatának bemutatása, és ez alapján az oldatok (elegyek) koncentrációja meghatározásának megismertetése. A készített oldat pontos sűrűségének meghatározásával (piknométer segítségével) a sűrűség fogalmának elmélyítésére, és a készített oldat tömegszázalékos összetételének meghatározására van alkalom. Másrészt a sűrűségmérés ismeretlen összetételű oldatok, pl szörpök, üdítők vízben oldható szárazanyag-tartalmának, szeszesitalok etilalkohol-tartalmának a meghatározására is lehetőséget teremt, amit az élelmiszeriparban alkalmaznak. Egy gyümölcslé, szörp stb. sűrűségének mérése areométerrel és ebből a cukortartalom meghatározása egyrészt a módszer megismerésére, alkalmazására ad lehetőséget, másrészt a mindennapi élettel, a gyakorlati alkalmazással való kapcsolatra is rávilágít. Elvégzendő feladatok: Adott koncentrációjú oldat készítése kristályos sóból kiindulva. A készített oldat sűrűségének meghatározása piknométerrel, az oldat tömegszázalékos összetételének megadása. Egy gyümölcslé/szörp cukortartalmának meghatározása areométeres sűrűségméréssel. 4. hét: Dekantálás, centrifugálás, szűrés, kristályosítás. A szilárd anyagok és folyadékok elválasztási lehetőségeinek – dekantálás, centrifugálás és különböző szűrőberendezéseken (sima-, redős-, Büchner- és üvegszűrő) való szűrés – megismertetése, a szűrés gyakorlása. Példák bemutatása a különböző szűrőkön, különböző céllal történő szűrésre, ezen keresztül annak elmélyítése, hogy a laboratóriumi eszközök célnak megfelelő kiválasztása, alkalmazása nagyon fontos tényező a laboratóriumban végzett munkában. Egy szennyezett szilárd anyag megtisztításával az elválasztás és a kristályosítás elvének elmélyítésére, a különböző szűrőberendezéseken (szűrés redős szűrön légköri nyomáson, 17

Büchner- vagy üvegszűrön vákuum alkalmazásával) való szűrés gyakorlására, és az egyik komponens tömegének ismeretében a szilárd anyag tisztaságának százalékos megadására van alkalom. A feladat igényli a laboratóriumban melegítésre használt eszközök (gázégő, víz- és olajfürdő) és hűtőoldatok, -elegyek megismerését, alkalmazását. Elvégzendő feladatok: Szűrés sima-, redős-, Büchner és üvegszűrő alkalmazásával. Szennyezett szilárd anyag tisztítása átkristályosítással. 5. hét: Szilárd keverék tömegszázalékos összetételének meghatározása, preparátum készítése. Ismert komponensekből álló keverék összetételének meghatározása többféle módon lehetséges: a komponens(ek) valamely kémiai reakcióját követő tömegváltozásból, a reakció során keletkező termékek tömégének, térfogatának meghatározásából, illetve a fizikai tulajdonságokban levő különbségek (pl. oldhatóság, olvadás-, forráspontbeli különbség) alapján. Számos ilyen ún. „keverékes” típusú feladat szerepel a kémiai számítási feladatok között, így egy ilyen feladat elvégzése nemcsak az eddig megtanult laboratóriumi műveletek (tömegmérés, oldás, melegítés, hűtés, szűrés) gyakorlására ad alkalmat, de kapcsolatot jelent a korábban csak elméleti úton megoldott számítási feladatokkal is. Egy vegyület előállítása adott recept alapján egyrészt az eddig megtanult laboratóriumi alapműveletek alkalmazására ad lehetőséget, másrészt szükségessé teszi, hogy a hallgató a több lépésből álló feladat végzése során átgondoltan szervezze meg a saját munkáját, és az egyes lépéseknél a célnak legmegfelelőbb eszközök kiválasztásával, a műveletek pontos végrehajtásával megfelelő minőségű és mennyiségű vegyületet állítson elő. A kitermelés, elméleti hozam fogalmának, számításának megtanulása pedig a további mindennapi laboratóriumi munkához nélkülözhetetlen. Elvégzendő feladatok: Szilárd keverék tömegszázalékos összetételének meghatározása Preparátum készítése: kettős só előállítása 6. hét: Laboratóriumi gázfejlesztés, gáztörvények. Megismerkedés a gázok laboratóriumi előállításának módjaival, eszközeivel: gázpalack, egyszerű gázfejlesztő, csiszolatos gázfejlesztő, Kipp-készülék, Deville-palack. A gázok tisztításának, szárításának lehetőségei, feltételei, eszközei. Egy adott gáz (oxigén) csiszolatos 18

gázfejlesztő készülékben való előállítása és kísérletezés a fejlesztett gázzal módot ad annak elsajátítására, hogyan kell több részből álló, csiszolatos eszközöket összeszerelni, használni, gázokat felfogni, kimutatni, gázokkal kísérletezni. Egy illékony folyadék moláris tömegének meghatározása példa arra, hogyan lehet egyszerű eszközökkel és módszerrel valamely anyag moláris tömegét közelítően meghatározni. A kísérleti eredmények kiértékelése egyúttal az ideális gáz és reális gáz, az abszolút és relatív hiba fogalmának, valamint az általános gáztörvénynek az ismeretét, alkalmazását is igényli. Elvégzendő feladatok: Laboratóriumi gázfejlesztő készülékek és a gázpalack kezelésének bemutatása Oxigén előállítása csiszolatos gázfejlesztő készülékben, kísérletek oxigénnel. Moláris tömeg meghatározása az általános gáztörvény alapján 7. hét: Oldatkészítés, kémcsőkísérletek. Az oldatkészítés lehetőségeinek átismétlése, a tömény oldatból hígítással történő oldatkészítés bemutatása. Egy adott koncentrációjú sav- vagy lúgoldat készítésén keresztül a tömény oldatokkal való bánásmód, a tömény oldatok hígítási szabályainak megismerésére, elmélyítésére, az oldatkészítéssel kapcsolatos lépések, valamint a koncentrációszámítás átismétlésére, gyakorlására van lehetőség. Ugyanakkor az ily módon - tömény oldatból hígítással – történő oldatkészítéssel az oldat koncentrációjának közelítő jellege és a pontos koncentráció egyéb módszerrel való meghatározásának szükségessége is hangsúlyt kap. Néhány csapadékképződéssel és gázfejlődéssel járó reakció vizsgálata lehetőséget ad a kémcsőkísérletek kivitelezésének, a reagens oldatok használatának elsajátítására. A kísérletező munkához elengedhetetlen lépés a tapasztalatok pontos megállapítása, rögzítése, és ebből és a kémiai ismeretekből a tapasztalatok magyarázata. Ez egyúttal az egyszerű kémiai reakciók felírási, rendezési szabályainak átismétlésére, elmélyítésére, és bizonyos anyagismeret megszerzésére is lehetőséget teremt. A preparátum készítése a már megtanult laboratóriumi műveletek (tömegmérés, oldás, melegítés, szűrés, kristályosítás), valamint a kitermeléssel kapcsolatos számítások gyakorlására ad lehetőséget, és a laboratóriumi munka szervezésében, az eszközök helyes kiválasztásában, a recept alapján való pontos munkavégzésben további tapasztalatok szerzését biztosítja. Elvégzendő feladatok: Adott koncentrációjú sav/lúgoldat készítése tömény oldatból hígítással 19

Egyszerű

kémcsőkísérletek:

csapadékképződéssel

és

gázfejlődéssel

járó

reakciók

tanulmányozása Preparátum készítése: fémsók előállítása fémből kiindulva 8. hét: Sav-bázis titrálás. A sav-bázis titrálás – az egyik legalapvetőbb analitikai meghatározási módszer – elvének és kivitelezésének bemutatása, megismertetése. A készített sav- vagy lúgoldat koncentrációjának sav-bázis titrálással való meghatározása a titrálás lépéseinek, a szükséges térfogatmérő- és egyéb eszközök használatának megismerését, gyakorlását teszi lehetővé. A titrálási eredmények kiértékelése, a pontos koncentráció kiszámítása a koncentráció fogalmának, számításának elmélyítését is szolgálja, és egyúttal elősegíti más titrálással kapcsolatos számítási feladat megoldási menetének megértését. A sav-bázis titrálás nemcsak közvetlen koncentrációmeghatározásra alkalmas, hanem szilárd anyagok, folyadékok sav- vagy lúgtartalmának, tisztaságának, ismeretlen savak, bázisok moláris tömegének, értékűségének megadására is alkalmazható. Ilyen eljárásokat az élelmiszeriparban és egyéb ipari eljárások során is alkalmaznak. Egy háztartási ecet, vízkőoldó, egyéb élelmiszer összsavtartalmának, egy szilárd sav tisztaságának meghatározása egyrészt a sav-bázis titrálás alkalmazására ad lehetőséget, másrészt a mindennapi élettel, a gyakorlati alkalmazással való kapcsolatra is rávilágít. Elvégzendő feladatok: A készített sav/lúgoldat pontos koncentrációjának meghatározása sav-bázis titrálással Egy mindennapokban használt anyag (háztartási ecet, vízkőoldó stb.) savtaralmának meghatározása sav-bázis titrálással. Szilárd anyag moláris tömegének, illetve tisztaságának meghatározása sav-bázis titrálással 9. hét: Kémia alapjelenségek vizsgálata egyszerű kísérleteken keresztül. A kémiai mérőmódszerek alkalmazása nagyon gyakran a mérési adatok megfelelő matematikai műveletek utáni ábrázolásat, az ábrázolásból a szükséges paraméterek leolvasását jelenti. Ez ma már elsősorban számítógépes adatkezelést és kiértékelést jelent. Egy egyszerű kémiai alapjelenség vizsgálata különböző adatok mérésén, ábrázolásán és kiértékelésén keresztül ugyanakkor az értékelés hátterének megértését, a szükséges matematikai ismeretek elmélyítését igényli. A gyakorlaton elvégzendő három feladat három 20

egymástól teljesen különböző jelenséget vizsgál. Mindhárom esetben azonban az adatok táblázatban való rögzítésére, ábrázolására, megfelelő matematikai művelettel való átszámítására, egyenes vagy görbe illesztésére, és ebből következtetések levonására van szükség. A kiértékeléshez így szükséges a függvény, az egyenes meredeksége, egyenlete, tengelyekkel való metszéspontjának meghatározása, jelentése ismerete. A gyakorlat során emellett a csapadékképződéssel járó reakciók, az abszolút hőmérsékleti skála és a reakciósebességgel kapcsolatos elméleti ismeretek átismétlése, elmélyítése is szükséges. Elvégzendő feladatok: Csapadék összetételének meghatározása Abszolút hőmérsékleti skála alsó pontjának közelítő meghatározása A reakciósebesség hőmérséklet- és koncentrációfüggésének tanulmányozása 10. hét: Extrakció, egyszerű kémcsőkísérletek, elektrokémiai alapjelenségek. Az extrakció – egy újabb alapvető elválasztási művelet – lehetőségeinek, eszközeinek, végrehajtásának bemutatása. Egy szilárd keverékből az egyik komponens extrakció útján történő kinyerésével az extrakció műveletének megtanulására, alkalmazására van lehetőség. Ez alkalmat ad az apoláris, poláris oldószerről, egymással nem elegyedő folyadékokról, megoszlásról, oldhatóságról tanultak átismétlésére, elmélyítésére. A kémhatásról, pH-ról, egyensúlyi folyamatokról, komplexképződésről, komplexek stabilitásáról, az alapvető elektrokémiai jelenségekről, elektródpotenciálról tanultak megértésére, elmélyítésére több egyszerű kémcsőkísérlet végrehajtása ad alkalmat. Egyúttal a kémcsőkísérletek végrehajtásáról korábban tanultak átismétlésére, gyakorlására van lehetőség. A Daniell-elem összeállítása, tanulmányozása pedig az elektrokémiai ismeretek átismétlésén, elmélyítésén túl a kémiatörténettel való kapcsolatra is rávilágít. Elvégzendő feladatok: Folyadék-folyadék extrakció bemutatása, alkalmazása elválasztásra Sóoldatok kémhatásának vizsgálata Komplexképződési egyensúlyok tanulmányozása A reakciók irányának megbecsülése a standardpotenciál alapján Daniell-elem összeállítása

21

Szervetlen kémia (Óraszám: II. félév: 2 + 0 + 6 III. félév: 2 + 0 + 0) (Kreditszám: 10 = 3 + 0 + 4 3 + 0 + 0) Tantárgyfelelős: Dr. Sóvágó Imre egyetemi tanár Meghirdető tanszék: Szervetlen és Analitikai Kémiai Tanszék

22

A tárgy neve:

SZERVETLEN KÉMIA I. (ELŐADÁS)

A tárgy Neptun-kódja:

TKBE0201

Tantárgyfelelős:

Dr. Sóvágó Imre egyetemi tanár

A tárgy oktatója:

Dr. Lázár István egyetemi docens

Óraszám/hét:

2 óra

Kreditszám:

3

Számonkérés módja:

kollokvium

A kurzus célja: A szervetlen kémiai alapjainak megismertetése, a p-mezőbeli elemekre és a hidrogénre vonatkozó ismeretek tárgyalása, az elméleti és a gyakorlati ismeretek elsajátítása. Tartalma: A nemfémes elemek, valamint a p-mező félfémes és fémes elemeinek fizikai és kémiai tulajdonságai, előfordulásuk, előállításuk elvi alapjai. A vegyületek szerkezeteinek fontosabb típusai, kémiai reakcióik, termikus stabilitásuk, sav-bázis és redoxi tulajdonságaik áttekintése, különös tekintettel a hidridekre, hidroxidokra, oxidokra, oxisavakra és szulfidokra. A szóban forgó elemek és vegyületeik élettani hatásai. A fontosabb vegyületek laboratóriumi és ipari előállításának kémiai alapjai. A vegyületek és ionok ligandum tulajdonságainak az áttekintése, analitikai kémiájuknak az alapjai. A fontosabb elemek és vegyületeik alkalmazása a laboratóriumi gyakorlatban és az iparban. Az egyes elemekkel és vegyületekeikkel kapcsolatos környezetvédelmi kérdések. Ajánlott irodalom: 1. Dr. Emri József, Szervetlen kémai I/a, (oktatásai segédanyag), A hidrogén, a nemesgázok, a halogének és az oxigéncsoportbeli elemek kémiája, DE Szervetlen és Analitikai Kémiai Tanszék, 2003/2004 2. Dr. Győri Béla, A IV/1 és III/1 csoport, (oktatási segédanyag), KLTE Szervetlen és Analitikai Kémiai Tanszék 3. Dr. Győri Béla, Az V. oszlop főcsoportjának elemei és vegyületei, (oktatási segédanyag), DE Szervetlen és Analitikai Kémiai Tanszék 4. Greenwood, Earnshaw, Az elemek kémiája I-III, Tankönyvkiadó, Budapest, 2004

23

A tárgy részletes tematikája: 1. hét: Az elemek eredete és kozmikus gyakorisága a világegyetemben és a földkéregben. Hidrogénhélium ciklus, energiatermelés, elemek keletkezése a csillagokban és a csillagközi térben. A Föld keletkezése, az elemek földi gyakorisága, a vulkáni tevékenység szerepe, az ősi légkör összetétele és változása. Az elemek előfordulási formái, dúsulásaik, kémiai összetétel szerinti csoportosításaik. Az elemek elektronszerkezete, az azokból következő lehetséges oxidációs állapotok, hibridizációjuk, a legelterjedtebb hibridállapotok típusa, térszerkezete. Az elemek kinyerésének ill. előállításának általános módszerei. 2. hét: A hidrogén legfontosabb fizikai tulajdonságai, a nagy diffúziósebesség jelentősége. A hidrogén oldódása az egyes anyagokban és ennek gyakorlati következményei. A hidrogén izotópjai, azok tulajdonságai, az izotópok jelentősége, gyakorlati alkalmazásaik. Az atommag spinje, az orto- és parahidrogén előfordulása, szerepe és felhasználása. A hidrogén elektronszerkezete, lehetséges oxidációs számai, redoxi tulajdonságai, legfontosabb kémiai tulajdonságai, reakciói. A hidrogén előfordulása, laboratóriumi és ipari előállításának a módszerei, laboratóriumi és ipari felhasználásai. A hidrogén mint alternatív üzemanyagforrás, a hidrogéntárolás lehetőségei. A hidrogén legfontosabb vegyületeinek típusai, kovalens hidrogénvegyületek, sószerű hidridek, intersticiális hidridek. A hidrogénkötés jellemzése. A hidrogén legfontosabb vegyületei, azok előállítása és gyakorlati felhasználásai. 3. hét: A nemesgázok általános jellemzése. A nemesgázok előfordulása, felfedezésük történe, fizikai tulajdonságaik, a szuperfolyékonyság jelensége. A nemesgázvegyületek felfedezése, vegyületeik felosztása. A xenon elektronszerkezete, lehetséges oxidációs állapotai, a xenonvegyületek sztereokémiája. A xenon fluoridjainak, oxidjainak, oxosavainak és oxosavsóinak lehetséges összetételei, előállításuk lehetőségei, stabilitásuk, kémiai reakcióik, gyakorlati felhasználásaik. A nemesgázok kinyerése, laboratóriumi és ipari felhasználásai. A halogéncsoport elemeinek általános jellemzése. A halogének atomi paraméterei, fizikai tulajdonságai, kémiai tulajdonságai, reakcióképességük, lehetséges oxidációs számaik. A halogénelemek kölcsönhatása a különböző oldószerekkel, hidratációjuk, a halogének 24

zárványvegyületei

és

azok

szerkezete.

A

halogénelemek

kémiai

reakciói,

a

polihalogenidionok szerkezete, a halogénelemek előfordulása, élettani hatásuk, a halogenidek biológiai jelentősége. A halogénelemek laboratóriumi és ipari előállítása, felhasználásaik. 4. hét: Az elemek halogenidjeinek általános összetétele, legfontosabb típusaik, szerkezetük, főbb fizikai és kémiai jellemzőik. A hidrogén-halogenidek fizikai tulajdonságai, szerkezetük, legfontosabb kémiai tulajdonságaik, laboratóriumi és ipari előállításuk, gyakorlati felhasználásaik. Az interhalogének típusai, általános összetételük, a molekulageometria értelmezése a vegyérték-elektronpár taszítási elmélet segítségével. Az interhalogének előállítása, fizikai és kémiai tulajdonságaik. A halogének oxigénnel alkotott vegyületei, a halogén-oxidok fizikai és kémiai tulajdonságai, előállításuk, felhasználásaik. A halogénoxosavak és sóik általános összetétele, a bennük lévő halogének oxidációs száma, laboratóriumi és ipari előállítási módszereik, kémiai reakcióik, gyakorlati felhasználásaik. A vízfertőtlenítésben használatos halogénszármazékok tulajdonságai, alkalmazási köreik. 5. hét: Az oxigéncsoport elemeinek előfordulása, általános jellemzése, elektronszerkezetük, jellemző oxidációs számok, fizikai tulajdonságaik. Az oxigén szerkezete, allotrop módosulai, oldékonysága vízben. Az oxigénmolekula lehetséges átalakulásai, kémiai reakciói. Az ózon szerkezete, előfordulása, fizikai és kémiai tulajdonságai, előállítása. Az ózonréteg szerepe a földi élet megőrzésében. Az ózonréteget károsító vegyi anyagok szerepe, aktuális környezetvédelmi problémák. Az oxidok általános jellemzése, sav-bázis tulajdonságaik, rácstípusaik. A kén allotrop módosulatai, fizikai tulajdonságai, lehetséges oxidációs számai, oldékonysága, reaktivitása, legfontosabb kémiai reakciói. A szulfidok általános jellemzése, sav-bázis tulajdonságaik, szerkezetük, főbb típusaik, előfordulásuk, előállításuk. A szelén és tellúr

allotrop

módosulatai,

fizikai

tulajdonságaik,

szerkezetük,

kémiai

reakcióik,

legfontosabb vegyületeik, előállításuk és felhasználásaik. Az oxigén és a kén előfordulási formái, biológiai jelentősége, körforgása a természetben, előállításuk laboratóriumi és ipari módszerei, gyakorlati felhasználásaik. Ózonizátorok, felhasználásaik. 6. hét: Az oxigéncsoport elemeinek hidrogénnel alkotott vegyületei összetétele, előfordulása, fizikai tulajdonságaik, kémiai reakcióik, sav-bázis tulajdonságaik, redoxi-sajátságaik. A víz 25

tulajdonságai, előfordulása, felhasználása, előállítása és tisztítása. A vizek keménysége, a keménység megszüntetésének módszerei. A hidrogén-peroxid szerkezete, fizikai és kémiai tulajdonságai, laboratóriumi és ipari előállítása, felhasználása. A hidrogén-peroxid szerepe az élő szervezetekben. A kén, szelén, tellúr hidrogénvegyületeinek összetétele, fizikai tulajdonságai, előfordulása, kémiai reakciói, előállítása és gyakorlati felhasználásaik. 7. hét: A kalkogén elemek halogénekkel alkotott vegyületeinek az összetétele, szerkezete, előfordulása, fontosabb fizikai és kémiai tulajdonságaik, előállításuk laboratóriumi és ipari módszerei, gyakorlati felhasználásaik. A kén, szelén és tellúr oxidjai, oxosavai és sói. Az oxidok összetétele, szerkezete, előfordulása, fizikai és kémiai tulajdonságaik. A kén oxidjai és oxosavai szerkezete, előállítása, fizikai és kémiai tulajdonságaik, előállításuk laboratóriumi és ipari módszerei, oxosavak legfontosabb sói, a savak és sók gyakorlati felhasználásai. Peroxokénsavak és kén-kén kötést tartalmazó kén-oxosavak szerkezete, előállítása, felhasználásaik. A kén-oxidok környezeti hatásai, savas esők. A kén-oxidok eltávolítási lehetőségei. 8. hét: A nitrogéncsoport elemeinek elektronszerkezete, lehetséges hibridizációs állapotaik, a hibridállapotok

szerkezete,

legfontosabb

képviselőik.

A

nitrogéncsoport

elemeinek

előfordulási formái a természetben, allotrop módosulataik. Az elemek fizikai tulajdonságai, lehetséges oxidációs állapotaik, fizikai és kémiai tulajdonságaik, laboratóriumi és ipari előállításuk módszerei, az elemek gyakorlati felhasználásai. A nitrogéncsoport elemei hidridjeinek összetétele, általános fizikai és kémiai tulajdonságaik, legfontosabb képviselőik. 9. hét: Az ammónia és a hidrazin fizikai és kémiai tulajdonságai, szerkezete, sav-bázis és redoxi tulajdonságai, oldószertulajdonságai, laboratóriumi és ipari előállításának módszerei, gyakorlati felhasználásaik. A foszfor, arzén, antimon hidridjei. A nitrogéncsoport elemeinek halogenidjei, halogenokomplexei, összetételük, stabilitásuk, előállításuk, fizikai és kémiai tulajdonságaik. A nitrogén és a foszfor oxidjainak és oxosavainak az összetétele, szerkezete, kötésviszonyaik, előállításukra használható laboratóriumi és ipari módszerek, sav-bázis és redoxi tulajdonságaik, fizikai tulajdonságaik és kémiai reakcióik. A nitrogén-oxidok élettani hatásai. A nitrogén-monoxid szerepe az élő szervezetekben.

26

10. hét: A nitrogén és a foszfor oxosavainak és oxosavak legfontosabb sóinak a laboratóriumi és ipari előállítása, felhasználási lehetőségeik. A nitrogéncsoport további eleminek oxidjai, oxosavai, hidroxidjai, azok fizikai és kémiai tulajdonságaik, előállításuk, felhasználásuk. A nitrogéncsoport elemeinek szulfidjai, azok szerkezete, fizikai tulajdonságai, előállítása, analitikai felhasználásaik. 11. hét: A széncsoport elemeinek előfordulása és körforgása a természetben, elektronszerkezetük, lehetséges oxidációs számaik. A szén elektronszerkezete, lehetséges kötésviszonyai, a szén sztereokémiájának tárgyalása a hibridizációs lehetőségek alapján. A szén és a szilícium szerkezetének és kötésviszonyainak az összehasonlítása, az eltérések magyarázata atomszerkezeti alapon. A szén előfordulása, az allotropok előállításának ipari és laboratóriumi módszerei, fizikai tulajdonságai, allotrop módosulatai, legfontosabb izotópjai, a radiokarbon kormeghatározás alapjai. A szilícium és a germánium előfordulása, fizikai és kémiai tulajdonságaik,

reaktivitásuk,

előállításukra

használható

módszerek,

gyakorlati

felhasználásaik. Az ón és az ólom előfordulása, fizikai és kémiai tulajdonságaik, reaktivitásuk, előállításukra használható módszerek, gyakorlati felhasználásaik. A szilicium és a germánium hidridjeinek összetétele, szerkezete, termikus, redoxi és oxidatív stabilitásuk, hidrolízisük. A hidridek előállítására szolgáló módszerek, ipari és laboratóriumi felhasználásaik. Az ón és az ólom hidridjeinek összetétele, stabilitásuk, előállításuk. 12. hét: A szén és a szilícium halogenidjeinek összetétele, szerkezete, fizikai tulajdonságaik. A szén és a szilícium halogenidjei hidrolítikus és redoxi tulajdonságai, az eltérések magyarázata. A germánium, ón és ólom halogenidjeinek összetétele, fizikai és kémiai tulajdonságaik, reaktivitásuk, oldékonyságuk, hidrolítikus és redoxi tulajdonságaik. A szén és a szilícium oxidjainak

a

szerkezete,

kötésviszonyaik,

sav-bázis

tulajdonságaik,

előfordulásuk,

mesterséges előállításuk laboratóriumi és ipari módszerei, gyakorlati felhasználásaik. A széndioxid környezeti szerepe, az üvegházhatás értelmezése, a globális felmelegedés és a széndioxid koncentráció összefüggése. A szén és a szilícium oxosavainak fizikai és kémiai tulajdonságai, szerkezeti jellegzetességeik áttekintése és magyarázata, stabilitásuk, sav-bázis tulajdonságaik, előállításukra szolgáló módszerek, gyakorlati felhasználásaik. Az előforduló legfontosabb karbonátok és hidrogénkarbonátok. az ón és az ólom oxidjai. Szén-nitrogén 27

kötést tartalmazó szervetlen vegyületek, hidrogén-cianid, dicián, ciánsav és izociánsav. Szénkén kötést tartalmazó szervetlen vegyületek, szén-diszulfid, tiosavak és tiobázisok. A karbidok összetétele, csoportosítása és szerkezete, fizikai tulajdonságaik, gyakorlati felhasználásaik. 13. hét: A bórcsoport elemeinek előfordulási formái, legfontosabb ásványaik, előállításukra használható eljárások. A bór és az alumínium elállítása. A bórcsoport elemeinek elektronszerkezete, lehetséges hibridizációs állapotaik, az elektronszerkezetből következő sav-bázis tulajdonságaik. A bórcsoport elemei halogenidjeinek összetétele, szerkezete, fizikai és kémiai tulajdonságai, sav-bázis tulajdonságaik értelmezése. A bór hidridjeinek lehetséges összetétele, szerkezeti jellegzetességeik, semleges és anionos boránok és bór-hidridek. A kétés többcentrumú kötések bemutatása a bór-hidridek vonatkozásában. A diborán előállítása, tulajdonságai. A bór poliéderes hidridjeinek szerkezete, stabilitása. 14. hét: A karboránok szerkezete, kötésviszonyai, reaktivitása, gyakorlati felhasználásaik. Az alumínium és a bór komplex hidridjei, azok reaktivitása, gyakorlati felhasználásaik. A bórtrioxid, a bórsav, a bórax és az ortobórsav-észterek összetétele, szerkezete, fizikai és sav-bázis tulajdonságaik, kémiai reakcióik, előállításuk, gyakorlati felhasználásaik. Az alumínium oxidjai és összetett oxidjainak az öszetétele, szerkezete, előfordulása a természetben. Az alumínium-hidroxidok tulajdonságai, ipari előállításuk, gyakorlati felhasználásaik. Nagy felületű alumínium-oxid előállítása és alkalmazásai. Az ipari alumíniumgyártás legfontosabb lépései.

Az

alkalmazásaik.

28

alumíniumcsoport

elemei

vegyületeinek

élettani

hatásai,

gyógyászati

A tárgy neve:

SZERVETLEN KÉMIA II. (ELŐADÁS)

A tárgy Neptun-kódja:

TKBE0202

Tantárgyfelelős:

Dr. Sóvágó Imre egyetemi tanár

A tárgy oktatója:

Dr. Sóvágó Imre egyetemi tanár

Óraszám/hét:

2 óra

Kreditszám:

3

Számonkérés módja:

kollokvium

A kurzus célja: A tárgy az előző félévben a "Szervetlen Kémia I" tárgyban elkezdett ismeretek tárgyalásának folytatása és célja a fémes elemekre vonatkozó elméleti és gyakorlati ismeretek elsajátítása. Tartalma: Az alkáli- és alkáliföldfémek általános jellemzése, tulajdonságaik és fontosabb vegyületeik. Az átmenetifémek általános jellemzése, tulajdonságaik, előállításuk és fontosabb vegyületeik. A komplexvegyületek képződése, típusai, tulajdonságaik. A fémionok és ligandumok komplexképző hajlama. A lantanoidák és aktinoidák általános jellemzése, fontosabb vegyületeik. A kémiai elemek biológiai szerepe, a szervetlen vegyületek környezeti hatásai, a bioszervetlen kémia alapjai. A fémorganikus vegyületek fogalma, típusai és ismertebb képviselőik. Ajánlott irodalom: 1. Brücher Ernő, Szervetlen kémia (A fémek és vegyületeik) (Egyetemi jegyzet, Debrecen, 2001.) 2. N.N. Greenwood, A. Earnshaw, Az elemek kémiája (Nemzeti Tankönyvkiadó, Budapest, 2004.) 3. Bodor Endre, Szervetlen kémia (Tankönyvkiadó, Budapest)

A tárgy részletes tematikája: 1. hét: A fémek általános jellemzése, a fémek szerkezete, a fémes kötés. A sávelmélet alapjai, vezetők, félvezetők és szigetelők. A fémek alapvető fizikai és kémiai tulajdonságai, alkalmazási területeik, ötvözetek típusai. Az alkálifémek általános jellemzése, fizikai és

29

kémiai tulajdonságaik, előfordulásuk, előállításuk és felhasználásuk. Az alkálifémek oldódása cseppfolyós ammóniában. Az alkálifémek és vegyületeik élettani hatásai. 2. hét: Az alkálifémek fontosabb vegyületei: hidridek, halogenidek, oxidok, hidroxidok és oxoanionokkal alkotott sóik. A nátrium-klorid gyakorlati jelentősége, a nátrium-hidroxid és a szóda előállítása. Az ionrácsos vegyületek általános jellemzői, az ionrács típusai. Az alkálifémek kovalens vegyületei, a lítium eltérő sajátságainak értelmezése. Az alkálifémek komplexképző sajátságai, koronaéterek és kriptándok. Az alkáliföldfémek általános jellemzése, fizikai és kémiai tulajdonságaik, előfordulásuk, előállításuk és felhasználásuk. Az alkáliföldfémek és vegyületeik élettani hatásai, szerepük az emberi környezetben. 3. hét: Az alkáliföldfémek fontosabb vegyületei: hidridek, halogenidek, oxidok, hidroxidok és oxoanionokkal alkotott sóik. A kalcium és magnézium, valamint vegyületeik gyakorlati jelentősége, a mészégetés, mészoltás, gipsz, foszfátok és egyéb kalciumsók jelentősége. A berillium és vegyületeinek eltérő sajátságai. Az alkáliföldfémek kovalens vegyületei, a Grignard-reagens és gyakorlati alkalmazásai. Az alkáliföldfémek komplexképző sajátsága. 4. hét: Az átmenetifémek általános jellemzése. Az elektronszerkezet, ionizációs energia, elektronegativitás, atom- és ionméret, valamint az oxidációs szám változása a d-mezőben. Az átmenetifémek fontosabb fizikai és kémiai sajátságai, a tulajdonságok "vízszintes és függőleges" hasonlósága, az átmenetifémek csoportosítása. Az átmenetifémek gyakorisága és előfordulása, az előfordulás különböző formái, a gyakoriság/előfordulás és a fém jelentőségének/ismertségének kapcsolata. 5. hét: Az átmenetifémek előállításának módszerei. A nemesfémek kinyerése, a ciánlúgozás és a hidrometallurgia alapjai. A redukciós módszerek típusai, a redukálószerek kiválasztásának elvi és gyakorlati szempontjai. A szulfidok feldolgozása, a fémkohászat környezeti vonatkozásai. Az elektrokémiai módszerek, az oldat-és olvadékelektrolízis. Termikus módszerek. 6. hét: Koordinációs kémiai alapfogalmak. A komplexvegyületek geometriája, izomériája és nevezéktana. A komplexképződés termodinamikai és kinetikai jellemzése, inert és labilis komplexek. A stabilitási állandó és értékét befolyásoló tényezők, a "hard-soft" (kemény-lágy) sav-bázis elmélet alkalmazhatósága a koordinációs/szervetlen vegyületek stabilitásának 30

értelmezésére. A komplexvegyületek és ligandumok csoportosítása, σ-donor és π-akceptor ligandumok. A kelát és a makrociklusos effektus fogalma, jelentősége. Az elektrosztatikus kristálytérelmélet alapjai, a komplexvegyületek színe és mágneses visselkedése, kis és nagy spinszámú komplexek. A kristálytér stabilizációs energia fogalma és jelentősége. 7. hét: Az átmenetifémek vegyületeinek általános jellemzése. Az átmenetifémek hidridjei és gyakorlati alkalmazásaik. A Pd/H2 rendszer jellemzése. A halogenidek csoportosítása összetétel, kötésviszonyok és szerkezet szerint. A halogenidek előállításának módszerei. Az oxidok, hidroxidok és oxosavak jellemzése. Az oxidok csoportosítása összetétel és kötésviszonyok szerint. Az oxidok termikus stabilitása, a kémiai tulajdonságok és az oxidációs szám összefüggése. Az oxidok előállításának módszerei. 8. hét: Az átmenetifémionok létezése vizes oldatokban: kationok, oxokationok és oxoanionok. Az izo-és heteropolisavak kialakulásának feltétele, a képződést befolyásoló tényezők. Az összetett oxidok fontosabb képviselői, jellemző rácstípusok. Oxidbronzok, ferritek, szupravezető oxidok. Az átmenetifémek szulfidjai, a szulfidok analitikai és geokémiai jelentősége. A fémionok analitikai besorolása (Fresenius rendszer). Az átmenetifémek karbidjai. 9. hét: A titáncsoport (Ti, Zr, Hf) elemeinek fizikai és kémiai tulajdonságai, előfordulásuk, előállításuk és felhasználásuk. A titáncsoport elemeinek jellemző oxidációs állapotai és vegyületeik általános jellemzése. A titán-tetraklorid, titán-dioxid és cirkónium-dioxid tulajdonságai és gyakorlati jelentőségük. A vanádiumcsoport (V, Nb, Ta) elemeinek fizikai és kémiai tulajdonságai, előfordulásuk, előállításuk és felhasználásuk. A vanádiumcsoport elemeinek jellemző oxidációs állapotai és vegyületeik általános jellemzése. A vanádiumpentaoxid és a vanadátok, izopolivanadátok jellemzése. A vanádium koordinációs kémiája. 10. hét: A krómcsoport (Cr, Mo, W) elemeinek fizikai és kémiai tulajdonságai, előfordulásuk, előállításuk és felhasználásuk. A krómcsoport elemeinek jellemző oxidációs állapotai és vegyületeik általános jellemzése. Halogenidek, oxidok, izo- és heteropolisavak. A krómcsoport elemeinek koordinációs kémiája. A mangáncsoport (Mn, Tc, Re) elemeinek fizikai és kémiai tulajdonságai, előfordulásuk, előállításuk és felhasználásuk. A mangáncsoport elemeinek jellemző oxidációs állapotai és vegyületeik általános jellemzése. A mangán koordinációs kémiája és a mangán-dioxid és kálium-permanganát reakciói, alkalmazásaik. A technécium szerepe az orvosi diagnosztikában. 31

11. hét: A vascsoport (Fe, Co, Ni) elemeinek fizikai és kémiai tulajdonságai, előfordulásuk, előállításuk és felhasználásuk. A vas és acélgyártás. A vascsoport elemeinek jellemző oxidációs állapotai és vegyületeik általános jellemzése, fontosabb halogenidek, oxidok, hidroxidok és sóik. A vascsoport elemeinek koordinációs kémiája. A platinafémek fizikai és kémiai tulajdonságai, előfordulásuk, előállításuk és felhasználásuk. A platinafémek jellemző oxidációs állapotai és vegyületeik általános jellemzése. A platinafémek koordinációs kémiája: Wilkinson-komplex, Vaska- komplex, ciszplatin, transz-hatás. 12. hét: A rézcsoport (Cu, Ag, Au) elemeinek fizikai és kémiai tulajdonságai, előfordulásuk, előállításuk és felhasználásuk. A rézcsoport elemeinek jellemző oxidációs állapotai és vegyületeik általános jellemzése. Fontosabb halogenidek, oxidok és sóik. A fényképezés kémiája. A rézcsoport elemeinek koordinációs kémiája. A cinkcsoport (Zn, Cd, Hg) elemeinek fizikai és kémiai tulajdonságai, előfordulásuk, előállításuk és felhasználásuk. A cinkcsoport elemeinek jellemző oxidációs állapotai és vegyületeik általános jellemzése. Fontosabb halogenidek, oxidok és sóik. A higany(I)vegyületek jellemzése. A cinkcsoport elemeinek koordinációs kémiája. 13. hét: Az átmenetifémek biológiai hatása: létfontosságú és toxikus elemek, a bioszervetlen kémia alapjai. A fémorganikus vegyületek csoportosítási lehetőségei. A hapticitás fogalma. Kovalens fémorganikus vegyületek, alkének, alkinek és a ciklopentadién komplexvegyületei. A karbonilkomplexek jellemzése: összetétel, előállítás, reakciók. 14. hét: Az f-mező elemeinek elektronszerkezete és az elemek általános jellemzése. A lantanoidák fizikai és kémiai tulajdonságai, előfordulásuk, előállításuk és felhasználásuk. A lantanoidák, hidridjei, halogenidjei, oxidjai és komplexképző sajátságai. A lantanoidák és aktinoidák összehasonlító jellemzése. A tórium és urán fizikai és kémiai tulajdonságai, előállításuk és fontosabb vegyületeik. A transzurán elemek előállítása. Az atomenergia hasznosításának lehetőségei. Maghasadás és magfúzió, az atomreaktorok és atombomba működésének elve. Mesterséges elemek, a periódusos rendszer "vége".

32

A tárgy neve:

SZERVETLEN KÉMIA I. (LABORATÓRIUMI GYAKORLAT)

A tárgy Neptun-kódja:

TKBL0201

Tantárgyfelelős:

Dr. Sóvágó Imre egyetemi tanár

A tárgy oktatója:

Dr. Buglyó Péter egyetemi adjunktus

Óraszám/hét:

6 óra

Kreditszám:

4

Számonkérés módja:

gyakorlati jegy

A kurzus célja és tartalma: A szervetlen kémia laboratóriumi gyakorlat célja, hogy – építve az általános kémia gyakorlaton megszerzett elméleti ismeretekre és manuális készségekre – megismertesse a hallgatókkal a nemfémes és fémes elemek valamint fontosabb vegyületeik legalapvetőbb tulajdonságait előállítási és átalakítási lehetőségeit, reakcióit, segítségül szolgáljon az atomszerkezet és kémiai viselkedés közötti összefüggések mértéséhez, elmélyítse a hallgatók anyagismeretét és manuális készségét, korszerű alapokat nyújtson a preparatív kémiai, a klasszikus és műszeres analitikai területekhez. A gyakorlaton elvégzett vagy bemutatott kísérletek egy része modellül szolgálhat ipari

technológiák

megismerésére

vagy

felhívhatja

a

figyelmet

környezeti

vagy

környezetvédelmi vonatkozásokra továbbá fejleszteni kívánja a hallgatók környezettudatos viselkedését és munkavégzését. Ajánlott irodalom: 1. Dr. Lengyel Béla, Általános és szervetlen kémiai praktikum (Nemzeti Tankönyvkiadó, Budapest) 2. Dr. Győri Béla, Dr. Emri József, Szervetlen kémiai gyakorlatok (Kossuth Egyetemi Kiadó, Debrecen)

A tárgy részletes tematikája: A laboratóriumi gyakorlat (14 oktatási hét x 6 óra) az 1. héten 6 órás, a 2–14. héten pedig 5 órás. A 2–14. héten a gyakorlathoz 1–1 óra szemináriumi foglalkozás is tartozik. A szemináriumok (amelyek anyaga szorosan kapcsolódik a gyakorlat anyagához) célja, hogy tisztázzák a gyakorlaton szereplő anyag elméleti alapjait és konzultációs lehetőséget

33

teremtsenek a gyakorlatra történő egyéni hallgatói felkészülés során felmerült problémák megbeszélésére. A feladatok túlnyomó részét a hallgatók önállóan végzik. Néhány idő-, eszköz- vagy anyagigényes gyakorlaton (ún. bemutatókísérlet) 10-12 fő együtt vesz részt, ahol egy-két kijelölt hallgató végzi el a feladatot a gyakorlatvezető jelenlétében. A feladatok egy további részét ismeretlenek analízise jelenti vagy a hallgató egy előre kijelölt preparátumot készít el. Az elvégzett munkáról, az észlelésekről, kísérleti tapasztalatokról a hallgatók jegyzőkönyvet vezetnek, amely elkülönülten tartalmazza a gyakorlatra való felkészülés során otthon, előre írtakat és a gyakorlaton tett bejegyzéseket. 1. hét: Bevezetés a laboratóriumi munkába, a hidrogén és a halogének. A laboratóriumi munka szabályai, laboratóriumi rend, közös felszerelések használata. A biztonságos és balesetmentes munkavégzés feltételei és módjai. Balesetmegelőzés, egyéni és laboratórumi védőfelszerelések és használatuk, baleseti források, baleset- és tűzvédelmi szabályok. Tennivalók baleset esetén. A laboratóriumi veszélyes hulladékok kezelése, tárolása. A hidrogén és a halogén elemek előállítási lehetőségei laboratóriumban, fizikai tulajdonságaik megismerése. A hidrogénnel kapcsolatos munka szabályai, durranógáz próba. A molekuláris és atomos hidrogén viselkedése: a reakciókészség és szerkezet kapcsolata. Elvégzendő feladatok: Hidrogén fejlesztése sav és bázis vizes oldatából Hidrogén fejlesztése Kipp-készülékben, tisztítása és meggyújtása, atomos hidrogén (csoportos kísérlet) Klór előállítása sósav oxidálásával Jód és bróm előállítása redukcióval 2. hét: A halogének reakciói, halogénvegyületek. Ismerkedés a halogének tulajdonságaival. Az elemek vagy vegyületeik fizikai tulajdonságainak (pl. szín, oldhatóság) változása egy oszlopon belül a periódius rendszerben. A csoportos kísérlet mint eszköz a csoportban való munkavégzés (team work) és a hallgatóság előtti szereplés (tanárjelöltek) készségének a fejlesztésére. A komplexképződés hatása az oldhatóságra. Elemek, vegyületek vagy anyagkeverékek potenciális veszélyességének megismerése, veszélyes anyagokkal való munkavégzés.

34

Elvégzendő feladatok: Klór reakciója fémekkel (kettesével) Halogének színe (csoportos kísérlet) Jód oldódása vízben és KI-oldatban A hidrogén égése klórban (csoportos kísérlet) Alkáli-klorid, -bromid, -jodid reakciója tömény kénsavval Ezüst-halogenidek előállítása és oldódása Kálium-klorát reakciója vörös foszforral (csoportos kísérlet) 3. hét: Preparátumok készítése. A meglévő manuális készségre is figyelemmel, a hallgatók eltérő nehézségű preparátumok elkészítését végzik. A feladat tervezőmunkát igényel (a feladat lépései, szükséges anyagok és eszközök), sztöchiometriai számításokat, a reaktánsok és oldószer tömeg- és térfogatmérését. A munkához szükséges eszközök kiválasztása, a készülék összeszerelése, a már megtanult laboratóriumi alapműveletek (pl. oldás, szűrés, bepárlás, kristályosítás, gázfejlesztés, gázpalack használata) és új műveletek (pl. munka csiszolatos eszközökkel, vízmentes körülmények) alkalmazása kiszélesíti és elmélyíti a manuális ismereteket. A kísérlet közbeni várható és váratlan észlelések és az elvégzett feladatok részletes rögzítése fejleszti a jegyzőkönyv-vezetési készséget. A termék hozamának kiszámítása és tisztaságának ellenőrzése is ösztönzi a hallgatót a jóminőségű és megfelelő mennyiségű vegyület előállítására. Elvégzendő feladatok: Hipohalogenitionok vizsgálata Oxigén előállítása kálium-klorát hőbontásával. Ózon előállítása elektrolízissel (csoportos kísérlet) Prepatátumok: a./ [I(C5H5N)]Cl b./ KClO3 c./ NaIO3 d./ CuCl2 . 2H2O e./ CuCl f./ PbCl2 4. hét: A hatodik oszlop elemeinek hidridjei, oxidjai és oxosavai. Az egyszerű eszközökkel kivitelezhető, látványos kísérleteknek (ilyenek pl. az égéssel kapcsolatosak is) fontos didaktikai szerepe van a kémia tantárgy népszerűsítésében, így ezek közül néhány megismerése alapvető a kémia szakos hallgatók számára.

35

A köztes oxidációs állapotú formát tartalmazó vegyületek redukáló vagy oxidáló tulajdonságának a megismerése a redoxi partner függvényében. Gázfejlesztés, speciális gáztisztítás és szárítás. Környezetszennyező füstgázok ártalmatlanítására szolgáló ipari technológia

laboratóriumi

modellezése.

A

kén-hidrogén

analitikai

jelentősége.

A

laboratóriumban leggyakrabban használt, a szervetlen kémia tárgykörébe tartozó anyagok fizikai és kémiai tulajdonságainak alapos megismertetése. Elvégzendő feladatok: Preparátumok befejezése és beadása Oxigén előállítása hidrogén-peroxidból kálium-dikromáttal, elemek égetése oxigénben (csoportos kísérlet) A hidrogén-peroxid oxidáló és redukáló tulajdonságának megfigyelése Kén-hidrogén előállítása vas(II)-szulfidból sósavval (olvasmány) Kén-dioxid laboratóriumi előállítása (olvasmány) Kén-hidrogén reakciója kén-dioxiddal (csoportos kísérlet) A kénsav kémiai tulajdonságai Tioszulfátionok reakciói 5. hét: Az ötödik oszlop elemei, hidridjei, nitrogén-oxidok, oxosavak. A foszfor allotróp módosulatainak eltérő fizikai, kémiai és fiziológiai tulajdonságai, az erősen mérgező anyagokkal való munkavégzés. Alacsony hőmérséklet biztosítása a laboratóriumban, hűtőközegek. A folyékony ammónia mint oldószer; oldószer- és sav-bázis tulajdonságainak összehasonlítása a vízével. A hidridek stabilitásának változása egy oszlopon belül. Gázfejlesztés szilárd anyag termikus bontásával, ismerkedés a nitrogén-oxidokkal. Oxidáló savak reakciókészségének változása a koncentrációval. Elvégzendő feladatok: A fehér- és vörösfoszfor tulajdonságainak összehasonlítása Cu(II)ionok redukciója fehérfoszforral (kettesével) Ammónia cseppfolyósítása, anyagok oldódása cseppfolyós ammóniában (csoportos kísérlet) Az ammónia kémiai tulajdonságai (olvasmány) Foszfin előállítása foszforból (olvasmány) A nitrogén-dioxid előállítása és kísérletek nitrogén-dioxiddal (csoportos kísérlet) Kísérletek salétromsavval A nitrátok stabilitása (olvasmány) A nitrition reakciói

36

6. hét: Az ötödik oszlop elemeinek oxovegyületei, a negyedik oszlop elemei és hidridjei. Az

eltérő

oxidációs

állapotú

központi

atomot

tartalmazó

oxosavak/oxoanionok

redoxitulajdonságainak változása az oszlopban lefelé haladva. Az illékonyság és termikus stabilitás valamint a savi erősség kapcsolata. A (fél)fémek amfoter sajátságának megismerése. A fémek oldódása nem oxidáló savakban; az oldódás termodinamikai és kinetikai kérdései. A negyedik oszlopbeli hidridek és halogenidek termikus, oxidatív és hidrolitikus stabilitásának összehasonlítása és a különbségek értelmezése. Elvégzendő feladatok: Foszforossav képződése és vizsgálata Foszfor(V)-oxid reakciója vízzel és tömény kénsavval A foszforsav tulajdonságai Az arzén(III)- és arzén(V)-oxid kémiai tulajdonságai (olvasmány) Az arzenit- és arzenátionok redoxitulajdonságai (olvasmány) A szilícium oldódása nátrium-hidroxidban Az ón kölcsönhatása savakkal és lúgokkal Az ólom kölcsönhatása savakkal Szilán képződése magnézium-szilicidből (csoportos kísérlet) A szén-tetraklorid és a szilícium-tetraklorid valamint a szilícium-tetraklorid és a szilán hidrolitikus stabilitásának összehasonlítása 7. hét: A negyedik oszlop elemeinek vegyületei. A szén mint az élővilág és a szilícium mint az élettelen természet építőköve. A szén oxidjainak élettani hatása és kémiai tulajdonságaik kapcsolata. Valódi és formális savanhidridek tulajdonságai. Adott oxidációs állapot redoxitulajdonságainak változása az oszlopban lefelé haladva ón- és ólomvegyületek viselkedésének összehasonlításával. A karbonátok oldhatóságával kapcsolatos jelenségek a természetben és környezetünkben. Elvégzendő feladatok: Szilícium-tetrafluorid képződése és hidrolízise Az ón(II)-klorid tulajdonságai Az ólom(II)-halogenidjei A szén-monoxid előállítása és tulajdonságai (csoportos kísérlet) hidrogén-karbonátok és karbonátok Szilikátásványok feltárása (olvasmány) Az ón oxigénvegyületei Az ólom oxigénvegyületei

37

8. hét: A harmadik oszlop elemei és fontosabb vegyületeik. A fémek oxidációja, a korrózióvédelem témakörébe tartozó kémiai változások rendszerezése. A cianiddal való munkavégzés szabályai. A kémiai reakciók során használt redukálószerek típusai, alkalmazhatóságuk lehetőségei. Oxigén- és vízmentes körülmények biztosítása a laboratóriumban, oldószerek tisztítása és szárítása, a Schlenk technika alapjai. A melegítés különböző megvalósítási módjai a laboratóriumban, melegítőfürdők. Komplexképzők analitikai alkalmazásának lehetőségei. Elvégzendő feladatok: A cianidionok reakciói Az ón és az ólom szulfidjai Az alumínium oxidációja Az alumínium kölcsönhatása savakkal és lúgokkal A nátrium-[tetrahidro-borát] tulajdonságai Kísérletek lítium-[tetrahidro-aluminát]-tal (csoportos kísérlet) Nátrium-[hexafluoro-aluminát] képződése Sósav felszabadítása bórsavval (olvasmány) Alumínium-hidroxid képződése és amfoter jellege 9. hét: Az s mező fémei és fontosabb vegyületeik. Higanyötvözetek (amalgámok) típusai, előállításuk és tulajdonságaik. Szervetlen vegyipari folyamatok modellezése: a higanykatódos kősó elektrolízis megvalósítása, környezetvédelmi vonatkozásai. A magyarországi szervetlen kémiai vegyipar fontosabb termelőegységei, termékskálájuk. A fázistranszfer katalízis fogalma, jelentősége a kémiában. A legegyszerűbb makrociklusos ligandumok és komplexképző tulajdonságaik demonstálása. Vegyületek előállítása elemi szintézissel. Elvégzendő feladatok: Nátriumamalgám előállítása és tulajdonságai Nátrium-klorid-oldat elektrolízise Hg-katóddal Vízben rosszul oldódó alkálifémsók vizsgálata Alkálifémionok koronaéter komplexei Kalcium-hidrid előállítása Magnéziumionok reakciói Alkáliföldfém-ionok reakciói

38

10. hét: Preparátumok. Fémelőállítási lehetőségek; az aluminotermia mint módszer megismerése nehezen redukálható fémek előállítására. A nagy hőfejlődéssel járó kémiai reakciókkal kapcsolatos munkavégzés szabályai. A félév során megszerzett manuális ismeretekre támaszkodva, általában összetettebb feladatot jelentő vegyületek előállítása, az ismert alapműveletek alkalmazásával, néhány esetben tűzveszélyes szerves oldószer használatával. Elvégzendő feladatok: Átmenetifémek aluminotermiás előállítása. (Cr vagy Mn előállítása, kettesével) Preparátumok: a./ KNO3 b./ Mg(ClO4)2 ⋅ 6 H2O c./ (NH4)6V10O28 ⋅ 6 H2O d./ K3[Mn(C2O4)3] ⋅ 3 H2O e./ [{(NH3)5Cr}2 (µ-OH)]Cl5 f./ [Co(NH3)6]Cl3 g./ [Co(NH3)4(NO2)2]Cl h./ [Co(SCN)2(NC5H5)2] i./ [Trisz(pentán-2,4-dionáto)-vas(III)] 11. hét: Átmenetifém-halogenidek és oxidok. Ismerkedés az átmenetifém-halogenidekkel. Vízmentes átmenetifém-halogenidek előállítási lehetőségei és felhasználási területei. A halogenokomplexek sztöchiometriáját, geometriáját, stabilitását befolyásoló legfontosabb tényezők. A fényképezés alapjai. Elvégzendő feladatok: A preparátumok befejezése és beadása Átmenetifémek fluoridjai és fluorokomplexei Ezüst-klorid, [dikloro-argentát(I)]- komplex és higany(I) klorid képződése és vizsgálata Ezüst-, Higany(I)- és higany(II)-jodidok képződése és vizsgálata 12. hét: Átmenetifém-oxidok és hidroxidok. Kémcsőkísérletek az átmenetifém-oxidok és hidroxidok témakörében; sav-bázis és redoxitulajdonságaik megismerése és értelmezése. A Mn2O7 potenciális veszélyességének megismerése. 39

Elvégzendő feladatok: Vízmentes vas(III)-klorid előállÍtása (csoportos kísérlet) Átmenetifém-oxidok képződése oxoanionokból vizes oldatokban. Króm(VI)-oxid előállítása és tulajdonságai Mangán-heptaoxid képződése és oxidáló tulajdonsága Átmenetifém-oxidok képződése vizes közegben 13. hét: Átmenetifém-oxoanionok és szulfidok. Átmenetifém-oxoanionok képződésének és kémiai tulajdonságainak a megismerése. Izo- és heteropolisavak képződése, szerkezetük, analitikai jelentőségük. Elvégzendő feladatok: Átmenetifém-hidroxidok és hidroxokomplexek képződése és tulajdonságai Átmenetifém-hidroxidok leválÁsa és oldódása ammónia vizes oldatában (amminkomplexek) Kromát- és dikromátionok képződése és tulajdonságaik Permanganátionok képződése A kálium-permanganát oxidáló tulajdonsága 14. hét: Elektrokémiai oxidáció nagy oxidációs állapotok kialakítására. Az átmenetifém-szulfidok csoportosítása, analitikai jelentőségük megismerése. Átmenetifém-cianokomplexek és analitikai jelentőségük. Elvégzendő feladatok: Oxoanionok képződése anódos oxidációval (csoportos kísérlet) Átmenetifém-szulfidok képződése és vizsgálata Átmenetifém-cianidok és cianokomplexek képződése és vizsgálata A felszerelés tisztítása és leadása.

40

Fizikai Kémiai Tárgycsoport Bevezetés a fizikai kémiai mérésekbe (óraszám: 0+0+4, kreditszám: 0+0+3) Fizikai Kémia I. (óraszám: 2+2+0, kreditszám: 3+1+0) Fizikai kémia II. (óraszám: 3+2+4, kreditszám: 4+1+3) Magkémia (óraszám: 0+0+1, kreditszám: 0+0+1) Kolloidkémia (óraszám: 2+0+2, kreditszám: 3+0+1) Óraszám: 8+4+10 (e+gy+l) Kreditszám: 11+2+7 (e+gy+l) Modulfelelős: Dr. Bányai István Tárgyfelelősök: Dr. Kathó Ágnes, Dr. Országh István, Dr. Bányai István, Dr. Nagy Noémi, Dr. Joó Pál Meghirdető Tanszékek: Fizikai Kémiai Tanszék Kolloid- és Környezetkémiai Tanszék és Izotóp Laboratórium

41

A tárgy neve:

BEVEZETÉS A FIZIKAI KÉMIAI MÉRÉSEKBE (LABORATRIUMI GYAKORLAT)

A tárgy Neptun-kódja:

TKBL0401

Tantárgyfelelős:

Dr. Kathó Ágnes

A tárgy oktatója:

Dr. Kathó Ágnes, Dr. Horváthné Dr. Csajbók Éva

Óraszám/hét:

4

Kreditszám:

3

Számonkérés módja: gyakorlati jegy

A kurzus célja: A tárgy bevezető jellegű, az Általános kémia tárgy teljesítése után vehető fel. Tartalma: Mérések tervezésének, mérési adatok feldolgozásának (hibaszámítás, szórás) alapjai, laboratóriumi jegyzőkönyv készítésének alapfokú elsajátítása. A fizikai kémiai mennyiségek meghatározásának, jelenségek megfigyelésének alapvető módszerei, hangsúlyozva a gyakorlati alkalmazások jelentőségét, valamint elsősegítve a következő féléves Fizikai kémiai laboratóriumi

gyakorlat

elvégzéséhez

szükséges

alapvető

ismeretek

elsajátítását.

Vezetőképesség mérése, pH-potenciometria, gázvolumetria, spektrofotometria, polarimetria, elektrolízis, galvánelemek elektromotoros erejének mérése, elegyek sűrűségmérése, kolligatív sajátságok (fagyáspont-csökkenés), kalorimetria alapjai. Ajánlott irodalom: 1.

Fizikai kémiai laboratóriumi gyakorlat leírások (összeállította: Csongorné Dr. Porzsolt Éva) (egyelőre házijegyzet formában)

2.

Csongorné Porzsolt Éva, Nádasdi Levente, Tóth Zoltán: Fizikai kémiai laboratóriumi gyakorlatok gyógyszerészhallgatók számára, Kossuth Egyetemi Kiadó, Debrecen, 2003

3.

Bevezetés a fizikai kémiai mérésekbe (szerk.: Kaposi O.), Tankönyvkiadó, Budapest, 1988

4.

Tanszéki munkaközösség: Gyakorlatleírások a BEVEZETÉS A FIZIKAI KÉMIAI MÉRÉSEKBE című tárgyhoz (tervezet)

42

A tárgy részletes tematikája: A hallgatók egyéni beosztás szerint dolgoznak, a beosztás a „forgószínpad” elvét követi, minden héten más végzi az adott gyakorlatot, és az egyes méréseknél használt vegyületek is változ(hat)nak hétről-hétre. 1. hét: Sűrűségmérés piknométerrel: Oldószerelegy összetételének meghatározása. A gyakorlat során két különböző oldószer kívánt mennyiségeinek összemérésével pontosan ismert összetételű folyadékelegyeket készítünk, piknométeres módszerrel mérjük ezek, ill. a tiszta oldószerek, valamint egy ismeretlen összetételű elegy sűrűségét, s a kapott adatokból készített sűrűség-összetétel grafikonról leolvassuk a mért sűrűségnek megfelelő ismeretlen összetételt. 2. hét: Kalorimetria: Fémek hőkapacitásának meghatározása. A gyakorlaton két különböző fém fajlagos- és moláris hőkapacitását határozzuk meg egyszerű, saját összeállítású kaloriméter segítségével. A kaloriméter hőkapacitásának meghatározásához az ismert hőmennyiséget házilag készített kalorifer segítségével közöljük. 3. hét: Oldatok vezetőképességének mérése: Az oldott anyag minőségének és koncentrációjának hatása az oldat vezetőképességére. A gyakorlat során erős, gyenge és nemelektrolit oldatok vezetőképességét mérjük. Erős és gyenge elektrolit esetében tanulmányozzuk a koncentráció hatását az oldatok vezetőképességére. Megvizsgáljuk, a vezetőképesség mérésével hogyan követhető a csapadékos titrálás, hogyan határozható meg az ekvivalenciapont. 4. hét: Spektrofotometria: Színes oldott anyag koncentrációjának meghatározása. A gyakorlaton színes oldatok koncentrációját határozzuk meg spektrofotometriásan. Különböző hullámhosszaknál mérjük az adott oldat fényelnyelését, megállapítjuk az abszorbciós maximum helyét. Ezen a hullámhosszon különböző koncentrációjú oldatok abszorbanciájának mérésével ellenőrizzük a Lambert-Beer törvény érvényességét,

43

meghatározzuk a moláris abszorbciós együtthatót. Ismeretlen koncentrációjú oldat abszorbanciájának mérésével meghatározzuk a koncentrációját. 5. hét: Gázvolumetria: Szilárd minta NaHCO3 tartalmának meghatározása a fejlődött CO2 térfogata alapján. A gyakorlat során tiszta NaHCO3-ból és NaHCO3-ot és egy inert komponenst tartalmazó porkeverékből HCl-val felszabadított CO2-gáz mennyiségét mérjük gázvolumetriásan. A módszer alkalmas a házi sütőpor NaHCO3-tartalmának meghatározására is. 6. hét: pH-Mérés: Erős sav és gyenge sav oldatok pH-metriás titrálási görbéjének tanulmányozása. A gyakorlat során előbb az erős lúgoldat pontos koncentrációját határozzuk meg úgy, hogy pontosan ismert koncentrációjú erős savoldatot titrálunk az ismeretlen koncentrációjú NaOHoldattal. Három titrálást végzünk. Az első két esetben különböző átcsapási tartománnyal rendelkező indikátorokat használunk végpontjelzésre, a harmadik esetben pedig pHpotenciometrikus titrálást végzünk. A gyakorlat második részében ismeretlen koncentrációjú gyenge sav oldatának pontos koncentrációját határozzuk meg az első részben meghatározott, immár pontosan ismert koncentrációjú lúgoldattal történő titrálással, ismét a fenti, háromféle végpontjelzést alkalmazva. Megfigyeljük a megfelelő átcsapási tartománnyal rendelkező indikátor kiválasztásának fontosságát. 7. hét: Híg oldatok fagyáspontcsökkenésének mérése: Az oldószer krioszkópos állandójának meghatározása. A gyakorlat során lehűlési görbék alapján meghatározzuk az oldószer és az oldatok fagyáspontját. Az oldatok molalitását az oldószer és az oldott anyag tömegének mérésével, a moláris tömegek ismeretében számítjuk. Az egyes oldatok fagyáspontcsökkenését ábrázolva az oldott anyag molalitásban kifejezett koncentrációja függvényében megvizsgáljuk, érvényes-e a rendszerben az, hogy a fagyáspont-csökkenés kolligatív sajátság, vagyis, hogy csak az oldószer minőségétől és az oldott anyag mennyiségétől függ, az oldott anyag minőségétől független.

44

8. hét: Elektrolízis: Az áthaladt töltés meghatározása különböző adatokból. A gyakorlat során összehasonlítjuk az áthaladt elektromos töltés meghatározására a gyakorlatban leggyakrabban alkalmazott módszereket (réz-coulombméter, durranógázcoulombméter) és ellenőrizzük ezek pontosságát. 9. hét: Polarimetria: Fajlagos forgatóképesség és koncentráció meghatározása. Glükóz mutarotációjának tanulmányozása. A gyakorlat során optikailag aktív anyag (valamilyen ismeretlen cukor) fajlagos forgatóképességének meghatározását végezzük el, különböző koncentrációjú oldatok elkészítésével és azok forgatóképességének mérésével, majd a koncentráció-forgatóképesség görbéről a fajlagos forgatóképesség meghatározásával. Különböző cukrok irodalmi fajlagos forgatóképessége ismeretében minőségi beazonosítást végzünk. A kalibrációs görbe felhasználásával ugyanennek a cukornak ismeretlen koncentrációjú oldatára a koncentrációt meghatározzuk. Lúgos α-D-glükóz oldat forgatóképességének változását időben követve tanulmányozzuk a glükóz mutarotációját. 10. hét: Galvánelemek elektromotoros erejének mérése: A Daniell-elem elektromotoros erejét befolyásoló tényezők (koncentráció, hőmérséklet) vizsgálata. A gyakorlat során a Daniell-elem összeállítását különböző Zn2+, illetve Cu2+-koncentrációkkal végezzük el, és megmérjük az így összeállított galvánelem elektromotoros erejét. Egy adott összeállításnál különböző hőmérsékleteken is megmérjük a Daniell-elem elektromotoros erejét, így az egyensúlyi reakció hőmérsékletfüggésére is következtethetünk.

45

A tárgy neve:

FIZIKAI KÉMIA I. (ELŐADÁS)

A tárgy Neptun-kódja:

TKBE0401

Tantárgyfelelős:

Dr. Országh István

A tárgy oktatója:

Dr. Országh István

Óraszám/hét:

2

Kreditszám:

3

Számonkérés módja:

kollokvium

A kurzus célja: Reaktív és nem-reaktív rendszerekre vonatkozó fizikai-kémiai alapismeretek elsajátítása. Tartalma: A gázok fizikai-kémiai viselkedése. Gáztörvények, kinetikus gázelmélet. A termodinamika főtételei, alapfogalmai. A kémiai folyamatok energetikája, energiatermelés, hőerőgépek. A fázisátalakulások: párolgás, forrás, fagyás. Többkomponensű rendszerek: keverékek, elegyek, oldatok, vegyületek. A kémiai potenciál, a kémiai folyamatok iránya, a kémiai egyensúly. Ajánlott irodalom: P.W. Atkins: Fizikai Kémia I.

A tárgy részletes tematikája: 1. hét: A gázhalmazállapot jellemzése. A tökéletes gáz és állapotegyenlete. A Dalton-törvény. Reális gázok. Kompresszibilitási tényező, és nyomásfüggése tökéletes és reális gázok esetén. A reális gázok van der Waals-féle állapotegyenlete, nyomás- és térfogatkorrekció. Kritikus állapot, kritikus állapotjelzők. 2. hét: A gázok kinetikus elmélete. A kinetikus gázelmélet kiindulási feltételei. A gázok nyomása, átlagos nyomás. A molekulák sebessége; átlagsebesség a molekulasebesség négyzete átlagának négyzetgyöke. 46

3. hét: A termodinamika első főtétele I. A termodinamika első főtételének (néhány) megfogalmazása. A belső energia és entalpia definíciója és jellemzése. A munka fogalma, térfogati és egyéb (hasznos) munka. A hő fogalma. A tökéletes gáz belső energiájának hőmérséklet- és térfogatfüggése. A Joule-kísérlet. A Joule–Thomson-kísérlet. A Joule–Thomson-együttható hőmérsékletfüggése. Gázok cseppfolyósítása. 4. hét: A termodinamika első főtétele II. A tökéletes gáz térfogati munkája. A környezettel történő hőcsere, a belső energia és az entalpia megváltozása. Reverzibilis és irreverzibilis izoterm, izobár, izochor és adiabatikus folyamatok esetén. 5. hét: Termokémia. A reakcióhő termodinamikai definíciója. Hess-tétel. A reakcióentalpia. Képződési entalpia, átlagos kötésenergia, égési entalpia fogalma és alkalmazása reakcióentalpia számítására. A reakcióhő kísérleti meghatározása, kalorimetria. A hőkapacitás, moláris hőkapacitás fogalma. Az állandó nyomáson és az állandó térfogaton vett hőkapacitások és különbségük. A reakcióhő függése a hőmérséklettől. A Kirchhoff-tétel. 6. hét: A termodinamika második főtétele I. A hő átalakítása munkává. Carnot-ciklus. A hatásfok fogalma, Carnot-hatásfok. Hőerőgépek, hűtőgépek, hőszivattyúk működésének lényege és hatásfoka. A II. főtétel különféle megfogalmazásai. A rendszer, a környezet és ezek együttes entrópiájának változása tökéletes gázok irreverzibilis izoterm expanziója során. Adiabatikus folyamatok entrópiaváltozása. 7. hét: A termodinamika második főtétele II. Az első és második főtétel egyesítése. A Helmholtz-függvény (szabadenergia) és Gibbsfüggvény (szabadentalpia) definíciója. A termodinamikai potenciálfüggvény fogalma és

47

alkalmazása folyamatok irányának megítélésében. A szabadentalpia hőmérséklet- és nyomásfüggése. 8. hét: Folyadékok termodinamikája. Párolgás, forrás, párolgáshő, forráspont, telített gőznyomás. A gőznyomás függése a hőmérséklettől.

Az

egyensúly

feltétele

egykomponensű

többfázisú

rendszerekben.

Fázisdiagram. Fázisstabilitás és fázismenet, a körülmények hatása a fázismenetre. A fázisokat elválasztó egyensúlyi görbék. A Clausius–Clapeyron-egyenlet és alkalmazási lehetőségei. Párolgási entrópia. Trouton-szabály. Görbült felületek gőznyomása. 9. hét: Elegyek termodinamikája. Ideális és reális elegyek. Szigorúan additív, nem szigorúan additív és sohasem additív elegysajátságok. Elegyedési és oldási entalpia. Az elegyedés termodinamikája. Elegyedési szabadentalpia és entrópia. Ideális és reális elegyek szabadentalpiája és entrópiája. Kémiai potenciál. 10. hét: A kémiai potenciál. A kémiai potenciál fogalma egy- és többkomponensű rendszerekben. A komponensek kémiai potenciálja kétkomponensű gáz- és folyadékelegyekben, valamint oldatokban, ideális és reális esetben. Raoult-törvény, Henry-törvény. Fugacitás és aktivitás fogalma. Standard állapot választása. 11. hét: Illékony folyadékok elegyei. Folyadékelegyek gőznyomása. Gőznyomás-összetétel, forráspont-összetétel, gőz-folyadék egyensúlyi összetétel diagramok ideális és reális elegyek esetén. Azeotrop elegyek. Desztilláció. Egymással nem elegyedő folyadékok gőznyomása, vízgőz-desztilláció.

48

12. hét: Kémiai egyensúly I. A termodinamikai potenciálfüggvények. A szabadentalpia és a kémiai potenciál fogalma és kapcsolata. A kémiai folyamatok szabadentalpia változásai. A reakció-szabadentalpia fogalma, exergonikus és endergonikus reakciók. A standard szabadentalpia és az egyensúlyi állandó kapcsolata. A reakcióhányados és alkalmazása a változások irányának megítélésében. 13. hét: Kémiai egyensúly II. A nyomás hatása az egyensúlyi állandóra és az egyensúlyi összetételre. A hőmérséklet hatása az egyensúlyi állandóra (van’t Hoff-egyenlet) és az összetételre. Az egyensúlyi állandó kapcsolata a reakció-szabadentalpiával és a kémiai potenciálokkal. A különféle standard állapotokhoz rendelt egyensúlyi állandók (Ka, Kp, Kx, Kc) kapcsolata. Egyensúlyi állandók kiszámítása táblázatos termodinamikai adatokból. Az egyensúlyi állandó kísérleti meghatározásának elve és módszerei. 14. hét: Kémiai egyensúly III. Sav-bázis egyensúlyok. A savi disszociációs állandó és a protonálódási állandó fogalma, savak, illetve bázisok erőssége. A víz ionszorzata és a pH fogalma. Fémkomplexek képződése, koordinációs szám, stabilitási állandó, komplex szorzat, átlagos ligandumszám.

49

A tárgy neve:

FIZIKAI KÉMIA I. (SZEMINÁRIUM)

A tárgy Neptun-kódja:

ld. előadás

Tantárgyfelelős:

Dr. Országh István

A tárgy oktatója:

Dr. Országh István

Óraszám/hét:

2

Kreditszám:

1

Számonkérés módja:

a gyakorlati teljesítmény a kollokvium értékelésébe számít be

A kurzus célja: A Fizikai Kémia I. előadást követő szemináriumként a tananyag feladatakon, számpéldákon keresztül feldolgozása, a fizikai kémiai alapelvek gyakorlati példákon keresztül bemutatása és alkalmazása. Tartalma: Feladat megoldás a gáztörvények és a kinetikus gázelmélet köréből. Példák megoldása a termodinamika főtételei és a kémiai folyamatok energetikája köréből. A fázisátalakulások (párolgás, forrás, fagyás) és a többkomponensű rendszerek (keverékek, elegyek, oldatok, vegyületek) tárgyalása számpéldákon keresztül. Kémiai potenciál, a kémiai folyamatok iránya és a kémiai egyensúly számítási példái. Ajánlott irodalom: P.W. Atkins: Fizikai Kémia I. és Tanszéki példatár

A tárgy részletes tematikája: 1. hét: A tökéletes gáz állapotegyenlete. A Dalton-törvény. A reális gázok van der Waals-féle állapotegyenlete, nyomás- és térfogatkorrekció. Kritikus állapot, kritikus állapotjelzők. 2. hét: A gázok nyomása. A molekulák sebessége; átlagsebesség a molekulasebesség négyzete átlagának négyzetgyöke. 50

3. hét: A térfogati munka. A munka és a hő kapcsolata. A tökéletes gáz térfogati munkája. 4. hét: A környezettel történő hőcsere, a belső energia és az entalpia megváltozása. Reverzibilis és irreverzibilis izoterm, izobár, izochor és adiabatikus folyamatok. 5. hét: Hess-tétel. A reakcióentalpia, képződési entalpia, átlagos kötésenergia, égési entalpia számítása. Az állandó nyomáson és az állandó térfogaton vett hőkapacitások és különbségük. A reakcióhő függése a hőmérséklettől. Kirchhoff-tétel. 6. hét: A hő átalakítása munkává. Carnot-ciklus. A Carnot-hatásfok. Hűtőgépek, hőszivattyúk. A rendszer, a környezet és ezek együttes entrópiájának változása tökéletes gázok irreverzibilis izoterm expanziója során. 7. hét: A

Helmholtz-függvény

(szabadenergia)

és

Gibbs-függvény

(szabadentalpia).

A

termodinamikai potenciálfüggvény alkalmazása folyamatok irányának megítélésében. A szabadentalpia hőmérséklet- és nyomásfüggése. 8. hét: Párolgás, forrás, párolgáshő, forráspont, telített gőznyomás. A gőznyomás függése a hőmérséklettől. A Clausius–Clapeyron-egyenlet és alkalmazási lehetőségei. Párolgási entrópia. Trouton-szabály. Görbült felületek gőznyomása. 9. hét: Szigorúan additív, nem szigorúan additív és sohasem additív elegysajátságok. Elegyedési és oldási entalpia. Elegyedési szabadentalpia és entrópia. Ideális és reális elegyek szabadentalpiája és entrópiája.

51

10. hét: A kémiai potenciál egy- és többkomponensű rendszerekben. Raoult-törvény, Henry-törvény. Standard állapot. 11. hét: Folyadékelegyek gőznyomása. Gőznyomás-összetétel, forráspont-összetétel, gőz-folyadék egyensúlyi összetétel diagramok ideális és reális elegyek esetén. Azeotrop elegyek. Desztilláció. Vízgőz-desztilláció. 12. hét: A termodinamikai potenciálfüggvények. A kémiai folyamatok szabadentalpia változásai. A reakció-szabadentalpia fogalma, exergonikus és endergonikus reakciók. A standard szabadentalpia és az egyensúlyi állandó kapcsolata. A reakcióhányados és alkalmazása a változások irányának megítélésében. 13. hét: A nyomás hatása az egyensúlyi állandóra és az egyensúlyi összetételre. A hőmérséklet hatása az egyensúlyi állandóra (van’t Hoff-egyenlet) és az összetételre. A különféle standard állapotokhoz rendelt egyensúlyi állandók (Ka, Kp, Kx, Kc) kapcsolata. Az egyensúlyi állandó kapcsolata a reakció-szabadentalpiával és a kémiai potenciálokkal, egyensúlyi állandók kiszámítása táblázatos termodinamikai adatokból. 14. hét: Sav-bázis egyensúlyok. A savi disszociációs állandó és a protonálódási állandó számítása. Savak, illetve bázisok erőssége. A víz ionszorzata és a pH.

52

A tárgy neve:

FIZIKAI KÉMIAI II. (ELŐADÁS)

A tárgy Neptun-kódja:

TKBE0402

Tantárgyfelelős:

Dr. Bányai István

A tárgy oktatója:

Dr. Bányai István

Óraszám/hét:

3

Kreditszám:

4

Számonkérés módja:

kollokvium

A kurzus célja: A kémiai kinetika alapjainak elsajátítása és alkalmazása a homogén és heterogén reaktív és nem reaktív rendszerekre, illetve homogén és heterogén elektrokémiai rendszerekre. Tartalma: A kémiai kinetika alapjai, kísérleti módszerek, empírikus sebességi egyenlet, a reakciók mechanizmusa. Aktiválás, annak típusai, a katalízis, a homogén és heterogén és kvázi heterogén kémiai reakciók kinetikája. Homogén és heterogén elektrokémiai rendszerek termodinamikája és kinetikája. Elektrokémia. Ajánlott irodalom: 1.

P.W. Atkins: Fizikai Kémia I-III., Nemzeti Tankönyvkiadó 2002

2.

Zrínyi Miklós: A Fizikai kémia alapjai, Műszaki Könyvkiadó, 2004

3.

Beck Mihály: Reakciókinetika (DE Fizikai Kémiai Tanszék, házijegyzet)

A tárgy részletes tematikája: 1. hét: Transzport folyamatok. Gázok diffúziója, hővezetése és viszkozitása. A részecskék ütközése gázfázisban egymással, ütközések a fallal és felületekkel. Sokaságok vizsgálatának alapelvei, eloszlások. Cél: A részecskék mozgásának vizsgálata fizikai kémiai módszerekkel a kémiai reakciók kinetikájának előkészítése a gázrendszerekben bekövetkező fizikai mozgások kvantitatív leírásával. 53

2. hét: Transzport folyamatok folyadékokban. Az elektrolitok vezetésének fenomenologikus leírása: ellenállás vezetés, fajlagos vezetés és moláris fajlagos vezetés. Az ionok vándorlási mechanizmusa, mozgékonysága. Diffúzió folyadékokban, a diffúzióegyenlet. Cél: A részecskék folyadékbeli mozgásának szerepének megvilágítása a kémiai reakciókban. A fizikai kémiai mérések értelmezése, kvantitatív leírása és a makroszkópikus és molekuláris jellemzők összekapcsolása. 3. hét: A kémiai reakciók időbeli lefolyása. A kémiai reakciók időbeliségének leírása. A reakciósebesség fogalma és matematikai formája. A formálkinetika elemei. Rendűség és molekularitás. Az elemi reakciók fogalma. A reakciósebesség kísérleti meghatározása. Cél: Azoknak a matematikai fogalmaknak a megértése, amelyekkel az időben lejátszódó kémiai változásokat leírjuk. A kinetikai kísérletek végrehajtásának módszertani megismerése. 4. hét: Az empírikus sebességi egyenletek. Az empírikus sebességi egyenletek meghatározásának értelme és célja. A rendűség és a sebességi együtthatók meghatározásának integrális és differenciális módszerei. Jellegzetes és speciális rendűségek (tört és zérus rendűségek). Cél: Összetett fizikai kémiai jelenségek kísérletes felderítésének bemutatása, a kvantitatív vizsgálódás értelmének és hasznának megvilágítása. 5. hét: A reakció mechanizmusa. Egyszerű reakciók, összetett reakciók és reakciórendszerek. A reakciómechanizmusok felírása elemi reakciókkal. A reakciósebesség felírása. Egyszerűsítő feltételek, stacionárius koncentráció (steady state) és a gyors (elő)egyensúlyok módszere. A reakciók mechanizmusa és az empírikus sebessségi egyenlet kapcsolata. Cél: A modellalkotás módja célja és jelentősége. A modell és valóság közötti kapcsolatok elemzése. A modellezés jelentősége az iparban, biológiában és környezeti tudományokban. 54

6. hét: Az aktiválás. A hőmérséklet hatása a reakciók sebességére. Arrhenius elmélete. A termikus aktiválás leírása. Az aktiválási energia meghatározása kísérleti úton. Az aktiválási energia és preexponenciális tényező jelentése. A nyomás hatása a reakciókra, az aktiválási térfogat Az aktiválási paraméterek információ tartalma. Cél: A környezeti változók hatása a kémiai reakciókra. A kísérleti eredmények feldolgozásának megismerése. 7. hét: A katalízis. A katalízis és a katalizátor fogalma. Inhibíció és promotor hatás. A katalízis mechanizmusai és az energetikai értelmezése. A katalízis szerepe az élettanban, iparban és a környezetvédelemben. A „zöld kémia”. Cél: A kémiai reakciók sokfélesége és időbeli diverzitása. A kémia és természeti valamint a társadalmi környezet közötti kapcsolatok megvilágítása. A kémia mint gyakorlati tudomány. 8. hét: A kémiai reakciók mechanizmusának elméletei. A molekuláris történések megismerésének módszerei. Korszerű új mérési technikák. A molekuláris események leírása. Az ütközési és az átmeneti állapot elméletek alapelvei. Aktiválási szabadentalpia és entrópia. Cél: Az atomokról és molekulákról kialakult képünk kísérleti forrásai és a kémiai reakciók molekuláris szintű lejátszódása modelljeinek megismerése. 9. hét: A heterogén reakciók. A felületeken való megkötődés elmélete és kísérleti tanulmányozása. Aktív helyek, az adszorpció leírása, a Langmuir-izoterma. A felületi részecskék kinetikai aktivitása, a heterogén katalízis. Heterogén katalízis a kémiai iparban. Cél: A felületek és fázishatárok különleges szerepének bemutatása a kémiai kinetikában. A kémia és a kémiai technológia valamint a gazdaság kapcsolatának megismerése.

55

10. hét: Az elektrokémiai egyensúlyok. Az elektromos áram és a kémiai rendszerek kölcsönhatásának eredménye. Az elektródpotenciál fogalma és kialakulása, a Nernst-egyenlet. Az áramtermelő kémiai folyamatok termodinamikája. Elektródok, azok típusai és működésük. Az elektrokémia szerepe az analitikában, ionszelektív, mérő elektródok. Cél: Az elektromos áram és az anyag kémiai természetű kölcsönhatásnak megismerése és a jelentőségének bemutatása. 11. hét: Az elektródfolyamatok kinetikája. Az elektródfolyamatok kinetikájának jellemzése, a csereáramsűrűség, túlfeszültség, polarizáció. Az elektromos kettősréteg szerkezete. A korrózió leírása és a korrózió elleni védelem alapelvei. Cél: Az elektrokémiai folyamatok időbeliségének megértése és a hozzákapcsolódó gyakorlati jelenségek megismerése. 12. hét: A kémiai áramforrások. A kémiai áramforrások valós működésének leírása. Az elemek típusai, primer és szekunder elemek. A modern gyakorlati áramforrások működési elve. Az tüzelőanyag cellák működése és távlatai. Cél: A kémiai energiatermelés egy hatékony módjának megismerése. Az eddigi egyensúlyi és kinetikai ismeretek komplex egymást támogató alkalmazása. 13. hét: Az elektromos áram kémiai hatása. Az elektromos árammal kiváltható reakció típusai. Az elektrolízis törvényei. Az elektrolízis leírása, a túlfeszültség és a polarizáció szerepe. Az elektrokémia ipari és szintetikus alkalmazásai. A voltammetria alapjai. Cél: Az elektromos áram kémiai hatásának megismerése, az elektródfolyamatok kinetikájának konkrét alkalmazásai

56

14. hét: Nem termikus aktiválás. Az elektromágneses sugárzás és az anyag kölcsönhatása. A fotokémia alaptörvényei. A fotokémiai kinetikai egyenletek és mechanizmusok. A kvantumhatásfok és kvantumhasznosítási tényező. A fényképezés, fotoszintézis és az ózonlyuk-kialakulás példája. Mikrohullámú aktiválás. Sugárhatás kémia. Szilárdfázisú reakciók, szonokémia. Cél: A kémiai reakciók és az elektromágneses sugárzás kölcsönhatásának megértése és alkalmazásainak megismerése.

57

A tárgy neve:

FIZIKAI KÉMIAI II. (SZEMINÁRIUM)

A tárgy Neptun-kódja:

ld. előadás

Tantárgyfelelős:

Dr. Bányai István

A tárgy oktatója:

Dr. Bányai István

Óraszám/hét:

2

Kreditszám:

1

Számonkérés módja:

a gyakorlati teljesítmény a kollokvium értékelésébe számít be

A kurzus célja: A hallgatók sajátítsák el a kémiai kinetika és az elektrokémia alapjaihoz kapcsolódó számításokat. A gyakorlati példákon keresztül értsék meg a Fizikai Kémia II. tananyag nehezebb részeit, azokat kiscsoportos foglalkozás keretében probléma-megoldásokon keresztül gyakorolják. Tartalma: A kémiai kinetika differenciálegyenletei, a formálkinetikai számítások. A gyakorlati kinetika mérési adatinak feldolgozása. A reakciómechanizmusok származtatása. Izotermaegyenletek. Elektrokémiai számítások: cellapotenciálok, működő elemek számításai, elektrolitokkal kapcsolatos számítások. Oldékonysági egyensúlyok. Ajánlott irodalom: 1.

P.W. Atkins: Fizikai Kémia I-III., Nemzeti Tankönyvkiadó, 2002

2.

Zrínyi Miklós: A Fizikai kémia alapjai, Műszaki Könyvkiadó, 2004

3.

Beck Mihály: Reakciókinetika (DE Fizikai Kémiai Tanszék, házijegyzet)

4.

Bányai István (szerk): Példatár a kémiai a kinetikához (tervezet)

A tárgy részletes tematikája: 1. hét: A sokaságok matematikai kezelése. Számolások az eloszlási görbékkel és a diffúzió Fick I. törvényével

58

2. hét: Számolások az elektrolitok vezetésével kapcsolatban. Mozgékonyság, vándorlási sebesség. független vándorlás. 3. hét: Az átviteli szám. Végtelen híg oldatok vezetése. Gyenge elektrolitok vezetésének számításai, Ostwald-törvény. (1. számonkérés) 4. hét: Formálkinetikai differenciálegyenletek tulajdonságai, integrálásuk, linearizálásuk. 5. hét: A reakciók felezési idejének és sebességének számításai különböző feltételek esetén. 6. hét: Az empírikus sebességi egyenletek, a rendűség meghatározása grafikus és számításos módszerekkel. I. A differenciális módszerek. 7. hét: Az empírikus sebességi egyenletek, a rendűség meghatározása grafikus és számításos módszerekkel. II. Az integrális módszerek. 8. hét: A reakciók mechanizmusának megállapítása kísérleti adatokból és annak igazolása a stacionárius koncentrációk, illetve a gyors egyensúlyok módszerével. 9. hét: Összetett reakciók leírása elemi reakciókkal. Az Arrhenius-féle aktiválási paraméterek meghatározása. (2. számonkérés) 10. hét: Az adszorpcióval kapcsolatos számítások, Langmuir-izoterma, heterogén katalízis.

59

11. hét: Az elektródpotenciálok, cellapotenciálok számítása, Nernst-egyenlet. 12. hét: Termodinamikai paraméterek, reakció szabadentalpia és egyensúlyi állandó számítása elektrokémiai adatokból. 13. hét: Az elektródpotenciálok hőmérsékletfüggése, az elektrolízissel kapcsolatos számítások. (3. számonkérés) 14. hét: A nem termikus aktiválású kémiai reakciók leírásával kapcsolatos feladatok. Fényképezés, fénymásolás, polimerizáció, robbanások.

60

A tárgy neve:

FIZIKAI KÉMIAI LABORATÓRIUMI GYAKORLAT

A tárgy Neptun-kódja:

TKBL0402

Tantárgyfelelős:

Dr. Kathó Ágnes

A tárgy oktatója:

Dr. Kathó Ágnes

Óraszám/hét:

4

Kreditszám:

3

Számonkérés módja:

gyakorlati jegy

A kurzus célja: A fizikai kémiai mennyiségek meghatározása, a fizikai kémiai összefüggések felismerése a „Bevezetés a fizikai kémiai mérésekbe” c. kurzus során elsajátított mérőmódszerek segítségével. Tartalma: Termodinamikai mennyiségek mérése, oldat- és fázisegyensúlyok vizsgálata, elektrokémiai és reakciókinetikai vizsgálatok. A gyakorlatok egy része arra tanítja meg a hallgatókat, hogy egyazon mérési módszer hányféle, és milyen jellegű fizikai kémiai probléma megoldására alkalmazható. A gyakorlatok másik részében egy bizonyos mennyiséget többféle módszerrel kell megmérni, és az eredmények összevetésével a módszerek teljesítőképességét kell összehasonlítani. Ajánlott irodalom: 1.

Fizikai kémiai laboratóriumi gyakorlatok (szerk.: Kathó Á.), Tankönyvkiadó, Budapest, 1988

2.

Csongorné Porzsolt Éva, Nádasdi Levente, Tóth Zoltán: Fizikai kémiai laboratóriumi gyakorlatok gyógyszerészhallgatók számára, Kossuth Egyetemi Kiadó, Debrecen, 2003

3.

Bevezetés a fizikai kémiai mérésekbe (szerk.: Kaposi O.), Tankönyvkiadó, Budapest, 1988

61

A tárgy részletes tematikája: A hallgatók – a „forgószínpad” elvét követve – egyéni beosztás szerint dolgoznak. Minden héten más végzi az adott gyakorlatot, és az egyes méréseknél használt vegyületek is változ(hat)nak hétről-hétre.

1. hét: Ismeretlen anyag égés- és képződéshőjének meghatározása vízkaloriméterben. A bombakaloriméter hőkapacitásának meghatározása benzoesav, mint hőközlő anyag elégetésével. Ismeretlen anyag égési görbéjének felvétele, majd annak alapján az anyag állandó térfogatra ill. állandó nyomásra vonatkoztatott égéshőjének számítása. Az anyag összegképletének ismeretében a standard képződéshő számítása. 2. hét: Folyadékok gőznyomásának mérése, párolgáshő számítása. Egy adott folyadék gőznyomásának mérése izoteniszkópos gőznyomásmérő segítségével a szobahőmérséklet és a forráspont között 6-8 hőmérsékleten. A párolgáshő grafikus módszerrel való meghatározása a Clausius-Clapeyron egyenlet alapján. 3. hét: Kevéssé oldódó só oldhatóságának és differenciális oldáshőjének meghatározása. A vezetőképességi edény cellaállandójának meghatározása. A rosszul oldódó sót tartalmazó telített vizes oldat vezetőképességének mérése négy különböző hőmérsékleten. Az oldáshő grafikus módszerrel való meghatározása a Clausius-Clapeyron egyenlet alapján. 4. hét: Parciális moláris térfogat meghatározása. Hét különböző koncentrációjú biner elegy sűrűségének meghatározása piknométer segítségével. Az elegyek móltérfogatának számítása a sűrűségek ill. az összetétel alapján kiszámított közepes móltömegek alapján. A móltérfogatok ábrázolása az összetétel függvényében, majd egy adott összetételnél a parciális moláris térfogat grafikus meghatározása.

62

5. hét: Egyensúlyi folyamatok vizsgálata spektrofotometriás módszerrel. Szerves oldószerben oldott jód abszorpciós spektrumának felvétele, a jód moláris abszorbanciájának meghatározása a maximális fényelnyeléshez tartozó hullámhosszon. A jód szerves fázis és víz közötti megoszlási hányadosának meghatározása a szerves fázis abszorbancia változásának alapján. Jodid ionok hatása a jód megoszlására: látszólagos megoszlási hányadosok számítása, majd se gítségükkel a I3- képződésére vonatkozó egyensúlyi állandó meghatározása grafikusan. 6. hét: Gyengesav disszociációfokának és disszociációs állandójának meghatározása. A vezetőképességi edény cellaállandójának meghatározása. Különböző koncentrációjú gyengesav oldatok vezetőképességének mérése és a fajlagos valamint a moláris vezetőképességek számítása. A disszociációs állandó és a végtelen híg oldat moláris vezetőképességének meghatározása grafikus módszerrel az Ostwald-féle hígítási törvény alapján. A különböző koncentrációjú oldatok disszociációfokának számítása. 7. hét: Pufferkapacitás vizsgálata. Savat és sót azonos arányban tartalmazó pufferelegy pufferkapacitásának meghatározása savval ill. lúggal való titrálással. A kísérlet megismétlése a./ a puffer összetevők koncentrációit felére csökkentésével; b./ a sav koncentrációjának felére csökkentésével c./ asó koncentrációjának felére csökkentésével. Az egyes titrálások alapján számolt pufferkapacitás értékek értelmezése. 8. hét: Koncentrációs galvánelemek vizsgálata. Ezüst/ ezüst-nitrát koncentrációs galvánelemek elektromotoros erejének meghatározása. Ezüst-nitrátot tartalmazó oldat közepes ionaktivitásának meghatározása. Ezüst-halogenid oldhatósági szorzatának meghatározása. 9. hét: Redoxirendszerek vizsgálata. Ugyanazon fémion(vagy komplex) eltérő oxidációs állapotú formáit különböző arányban 63

tartalmazó oldatokban (Pt-elektród segítségével) redoxi potenciálok meghatározása. A NernstPeters egyenlet érvényességének vizsgálata valamint a standard redoxipotenciál meghatározása. A redoxirendszerek redoxikapacitásának vizsgálata. 10. hét: Észterhidrolízis kinetikájának vizsgálata. a./ sav-bázis titrálással Az észterhidrolízis időbeli követése sav-bázis titrálással. Az észter kiindulási koncentrációjának valamint az átalakult észter mennyiségének kiszámítása. Az észterhidrolízis sebességi állandójának meghatározása b./ vezetőképességméréssel

64

A tárgy neve:

MAGKÉMIA (ELŐADÁS)

A tárgy Neptun-kódja:

TKBE0405

Tantárgyfelelős:

Dr. Nagy Noémi egyetemi docens

A tárgy oktatója:

Dr. Nagy Noémi egyetemi docens

Óraszám/hét:

1

Kreditszám:

1

Számonkérés módja:

kollokvium

A kurzus célja: Az előadás célja alapvető ismeretek szerzése az atommaggal, a radioaktivitással, annak környezeti megjelenésével és alkalmazásával kapcsolatban. Tartalma: Az atommag és tulajdonságai. Az izotópia fogalma, izotópeffektusok. Radioaktív atommagok. A radioaktív bomlás típusai, kinetikája. Radioaktív egyensúlyok. Földtörténeti és történeti kormeghatározás. A magsugárzás kölcsönhatása az anyaggal. Magreakciók. Atomreaktorok (energiatermelés). A magsugárzás mérése. A sugárzás és anyag kölcsönhatásán alapuló alkalmazások. Radioaktív indikátorok. Radioizotópok kémiai, analitikai, orvosi, biológiai alkalmazásai. Környezetünkben előforduló természetes és mesterséges radioaktív izotópok Ajánlott irodalom: 1. Nagy Lajos György, Nagyné László Krisztina, Radiokémia és izotóptechnika (Műegyetemi Kiadó, 1997) 2. Kiss István, Vértes Attila: Magkémia (Akadémiai Kiadó, 1979) 3. Németh Zoltán: Radiokémiai és izotóptechnikai alapismeretek (Veszprémi Egyetemi Kiadó, 1996)

65

A tárgy részletes tematikája: 1. hét: Radioaktivitás felfedezése, következményei az anyagszerkezet kutatásában. Az atommag és tulajdonságai, az atommag alkotórészei. Stabil és radioaktív atommagok. Izobár magok energiaviszonyai. A radioaktív bomlás oka, következménye. 2. hét: Az

izotópia

fogalma,

izotópeffektusok.

Fizikai,

fázisegyensúlyi,

spektroszkópiai,

reakciókinetikai, kémiai egyensúlyi és biokémiai izotópeffektusok. 3. hét: Radioaktív atommagok. A radioaktív bomlás típusai. Alfa-, béta-bomlás, elektronbefogás, izomer átalakulás (gamma-sugárzás). Spontán hasadás. 4. hét: A radioaktív bomlás kinetikája. Egyszerű radioaktív bomlás. Összetett bomlások: elágazó és sorozatos bomlások. Radioaktív egyensúlyok: szekuláris és tranziens egyensúly. 5. hét: Természetes bomlási sorok. Földtörténeti és történeti kormeghatározás. Föltörténeti korok meghatározása ólomizotópok aránya, a kálium-argon módszer, hélium-koncentráció segítségével. Történelmi korok meghatározása C-14 izotópok koncentrációja alapján. 6. hét: A magsugárzás kölcsönhatása az anyaggal. A kölcsönhatás következménye az anyagra és a sugárzásra nézve. A kölcsönhatás kinetikája. Alfa-sugárzás és anyag kölcsönhatása: fékeződés és szóródás. 7. hét: Béta-sugárzás és anyag kölcsönhatása: ionizáció, röntgensugárzás keletkezése, Cserenkovsugárzás, annihiláció (pozitron emissziós tomográfia), visszaszórás, abszorpció, önabszorpció.

66

8. hét: Gamma-sugárzás és anyag kölcsönhatása: Compton-szórás, Mössbauer-hatás.

Magreakciók.

Magreakciók

megmaradási

fotoeffektus,

párkeltés,

szabályai,

kinetikája.

Magreakciók neutronnal. Magreakciók töltött részecskékkel. 9. hét: Atomreaktorok (energiatermelés). Hasítási reakciók lassú neutronnal. Az atomreaktor legfontosabb alkotórészei. Új hasadó anyag előállítása gyors neutronnal, tenyésztő reaktorok. Az atomenergia-termelés környezetvédelmi problémái, radioaktív hulladék elhelyezése. 10. hét: A magsugárzás mérése. A mérések alapelve, detektorok és elektronikai egységek. Ionizációs, szcintillációs, félvezető és egyéb detektorok. 11. hét: Dozimetria. Besugárzó, elnyelt és effektív dózisok. A magsugárzás hatása az élőszervezetre: fizikai, kémiai és biológiai változások. A víz radiolízise. Dóziskorlátok. 12. hét: Radioaktív indikátorok, a radioaktív nyomjelző kiválasztásának szabályai. Fontosabb nyomjelző izotópok és előállításuk. Atomreaktorban és ciklotronban előállítható izotópok. Természetben előforduló izotópok felhasználása nyomjelzésre. 13. hét: Radioaktív sugárzás és anyag kölcsönhatásán alapuló ipari alkalmazások. Szint-, határérték, vastagság és sűrűség meghatározása. Az iparban használt sugárzó izotópok és mérőberendezések típusai, mérési elrendezések. Gyakorlati példák ismertetése. Radioizotópok kémiai, analitikai, orvosi, biológiai alkalmazásai. 14. hét: Környezetünkben előforduló természetes és mesterséges radioaktív izotópok. A radioaktív izotópok keletkezése a természetben. A radioaktív izotópok mesterséges forrásai. Radioaktív izotópok az atmoszférában, hidroszférában és litoszférában, bekerülésük az élő szervezetekbe.

67

A tárgy neve:

KOLLOID- ÉS HATÁRFELÜLETI KÉMIA I. (ELŐADÁS)

A tárgy Neptun-kódja:

TKBE0404

Tantárgyfelelős:

Dr. Joó Pál

A tárgy oktatója:

Dr. Joó Pál

Óraszám/hét:

2

Kreditszám:

3

Számonkérés módja:

kollokvium

A kurzus célja: A kolloid rendszerek kémiája és a határfelületi kémia területén olyan elméleti alapismeretek megszerzése, amelyek az ipar, a mezőgazdaság, az egészségügy, stb. gyakorlati kolloidkémiai problémáinak megoldásához eredményesen felhasználhatók. Tartalma: A kolloid állapot, a kolloid rendszerek, intermolekuláris kölcsönhatások. Határfelületi kémia: Tiszta folyadékok felületi feszültsége és az ezzel kapcsolatos jelenségek. Oldatok határfelületi kémiája. Felületi rétegek állapotegyenlete, monomolekuláris hártyák. Folyadék-folyadék határfelület. szétterülés. Gázok és gőzök adszorpciója szilárd testek felületén. adszorpciós hő. Az adszorpció állapotegyenletei. Adszorpciós izotermaegyenletek (Langmuir,- LangmuirHückel). A BET izotermaegyenlet. termodinamikai potenciálelméletek, az adszorpciós potenciál. Adszorpciós hiszterézis és kapilláriskondenzáció. gázelegyek adszorpciója. Határfelületi reakciók. heterogén katalízis. Lioszorpció. kontakt nedvesedés. nedvesedési hő. Nedvesedést befolyásoló tényezők, nedvesítőszerek. Tenzidkémia. Nem elektrolitoldatok adszorpciója.

kromatográfia.

Elektrolitoldatok

adszorpciója.

ioncsere,

a

víztisztítás

kolloidkémiája. Elektromos kettősréteg elméletek. Elektrokinetikai potenciál és meghatározó tényezői, elektrokinetikai jelenségek. A kolloid rendszerek kémiája: A diszperz rendszerek állapotjellemzői, a diszperzitásfok jellemzése. Részecskemorfológia, a diszperz rendszerek térbeli eloszlása. A kolloid rendszerek állandósága. állapotváltozások. Aerodiszperz rendszerek. Gázdiszperziók és habok. Emulziók, szuszpenziók és szolok. A szolok szerkezete. a koagulálás kinetikája. Szolstabilitási elméletek. Az adhézió. A szuszpenziók állandósága. diszperziós kolloidok optikai tulajdonságai. Reológiai sajátságok, a diszperz rendszerek reológiája.

Makromolekulás

Makromolekulás 68

oldatok

kolloidok.

a

termodinamikája.

lineáris

makromolekula

Polimerek

frakcionálása.

mérete,

alakja.

molekulatömeg

meghatározási módszerek. Asszociációs kolloidok. kritikus micellaképződési koncentrációt befolyásoló tényezők. A micellaképződés termodinamikája. micellaszerkezet. szolubilizáció. Koherens rendszerek. talajkolloidika. Ajánlott irodalom: Szántó Ferenc: A kolloidkémia alapjai, Gondolat, Budapest,1987 (JATE Press, utánnyomás.)

A tárgy részletes tematikája: 1. hét: Bevezetés és alapfogalmak; történeti áttekintés. 2. hét: A kolloid állapot; a kolloid rendszerek; intermolekuláris kölcsönhatások. 3. hét: (Határ)felületi kémia; tiszta folyadékok felületi feszültsége és a kapcsolódó jelenségek; oldatok határfelületi kémiája. 4. hét: Felületi rétegek állapotegyenlete; monomolekulás hártyák (filmek); folyadék-folyadék határfelület, szétterülés. 5. hét: Gázok és gőzök (ad)szorpciója szilárd felületeken. 6. hét: Izotermaegyenletek. 7. hét: Adszorpciós hiszterézis, kapilláriskondenzáció.

69

8. hét: Lioszorpció, kontaktnedvesedés, nedvesedési hő; nedvesedést befolyásoló tényezők, nedvesítőszerek. 9. hét: Nem elektrolitoldatok adszorpciója, elektrolitoldatok adszorpciója, ioncsere. 10. hét: Elektromos kettősréteg elméletek; elektrokinetikai potenciál és meghatározó tényezői, elektrokinetikai jelenségek. 11. hét: A kolloid rendszerek kémiája: A diszperz rendszerek állapotjellemzői, a diszperzitásfok jellemzése; részecskemorfológia, a diszperz rendszerek térbeli eloszlása; a kolloid rendszerek állandósága, állapotváltozások; aerodiszperz rendszerek; gázdiszperziók és habok. 12. hét: Emulziók, szuszpenziók és szolok; szolstabilitási elméletek; az adhézió. 13. hét: A szuszpenziók állandósága; diszperziós kolloidok optikai tulajdonságai;

a diszperz

rendszerek reológiája; makromolekulás kolloidok; a lineáris makromolekula mérete, alakja; (makromolekulás oldatok termodinamikája); polimerek frakcionálása; molekulatömeg meghatározási módszerek. 14. hét: Asszociációs kolloidok, kritikus micellaképződési koncentráció és befolyásoló tényezői; (a micellaképződés termodinamikája); micellaszerkezet; szolubilizáció; koherens rendszerek.

70

A tárgy neve:

KOLLOID- ÉS HATÁRFELÜLETI KÉMIAI LABORATÓRIUMI GYAKORLAT

A tárgy Neptun-kódja:

TKBL0404

Tantárgyfelelős:

Dr. Joó Pál

A tárgy oktatója:

Dr. Berka Márta

Óraszám/hét:

4

Kreditszám:

3

Számonkérés módja:

gyakorlati jegy

A kurzus célja: Az elméleti ismereteket elmélyítése, a gyakorlati életben jelentkező kolloidkémiai problémáknak, s azok megoldási lehetőségeinek illusztrálása. Jártasság szerzése a gyakorlati kolloidkémiában, segítve a kolloidkémiai szemlélet kialakulását. Tartalma: Adszorpció szilárd- folyadék határfelületen. Oldatok felületi feszültségének tanulmányozása. Szolok elektrokinetikus potenciáljának mérése. Makromolekulák hatása a szolok stabilitására, védő és érzékenyítő hatás. Makromolekulák izoelektromos pontjának meghatározása. Hidrofób szólok koaguálásának vizsgálata. Diszperz rendszerek részecskeméret eloszlásának meghatározása szedimentációs

analízissel. Asszociációs kolloidok CMC értékének

meghatározása vezetőképesség mérésével. Ajánlott irodalom: Szántó Ferenc : A kolloidkémia alapjai, Gondolat, Budapest, 1987.( JATE Press, utánnyomás)

A tárgy részletes tematikája: 1. hét: Adszorpció szilárd- folyadék határfelületen. 2. hét: Oldatok felületi feszültségének tanulmányozása. 71

3. hét: Színezékek elválasztása papírelektroforézissel. 4. hét: Makromolekulák hatása a szolok stabilitására, védő és érzékenyítő hatás. 5. hét: Polimerek átlagos molekulatömegének meghatározása viszkozitás méréssel. 6. hét: Szolubilizáció vizsgálata. 7. hét: Diszperz rendszerek részecskeméret eloszlásának meghatározása szedimentációs analízissel. 8. hét: Asszociációs kolloidok CMC értékének meghatározása vezetőképesség mérésével.

72

Szerves Kémiai Tárgycsoport Szerves kémia I.-III. (Óraszám:

II. félév: 2 + 1 + 0/4 kr III. félév: 2 + 1 + 0/4 kr IV. félév: 2 + 0 + 0/3 kr) (Kreditszám: 11) Tantárgyfelelős: Dr. Antus Sándor akadémikus Meghirdető tanszék: Szerves Kémiai Tanszék

Szerves kémia IV.-VI.* (Óraszám:

IV. félév: 0 + 1 + 3/3 kr V. félév: 0 + 1 + 3/3 kr) (Kreditszám: 6) Tantárgyfelelős: Dr. Somsák László egyetemi tanár Meghirdető tanszék: Szerves Kémiai Tanszék *A Szerves kémia VI. tárgy a vegyész szakirányon kötelező ráképzés

Biokémia I. (Óraszám: V. félév: 2 + 0 + 0/3 kr) (Kreditszám: 3) Tantárgyfelelős: Dr. Kerékgyártó János tud. főmunkatárs Meghirdető tanszék: Biokémiai Tanszék

73

A tárgy neve:

SZERVES KÉMIA I. (ELŐADÁS)

A tárgy Neptun-kódja:

TKBE0301

Tantárgyfelelős:

Dr. Antus Sándor akadémikus

A tárgy előadója:

Dr. Antus Sándor akadémikus

Óraszám/hét:

(2 + 1) óra

Kreditszám:

4

Számonkérés módja:

kollokvium

A kurzus célja: A tárgy alapozó tárgy és szorosan illeszkedik az „Általános kémia” című tárgyhoz, így felvétele annak sikeres teljesítéséhez kötött. A tárgy heti kétórás előadáson és az azt követő heti egyórás szemináriumon kerül ismertetésre. A kollokviumra való jelentkezés feltétele a szemináriumi munka eredményes végzése. A szemináriumokon a hallgatók a megelőző előadás anyagát oktatói irányítással konkrét példákon dolgozzák fel, és a félév során 4 felmérő dolgozatot írnak. Ezek eredményes teljesítése szükséges a kollokviumra való bocsátáshoz. Tartalma: Szerves kémiai alapismeretek összefoglalása. Alkánok, cikloalkánok, alkének, cikloalkének, alkinok, mono- és policiklusos aromás szénhidrogének, halogén- és hidroxivegyületek, éterek, valamint egyes fémorganikus vegyületek előfordulásának, nevezéktanának, előállításának és reakcióinak tárgyalása. Ajánlott irodalom: 1. Antus Sándor-Mátyus Péter: Szerves Kémia I-III., Nemzeti Tankönyvkiadó Rt., Budapest

(2005) ISBN: 963 195 716 0 2. Hollósi Miklós-Lackó Ilona-Asboth Bence: Biomolekuláris kémia I., Nemzeti

Tankönyvkiadó Rt., Budapest (2005) ISBN: 963 195 698 9 3. Dr. Szántay Csaba: Elméleti Szerves Kémia 4. kiadás, Műegyetemi Kiadó, Budapest

(1996) ISBN: 963 420 501 1 4. Dr. Nógrádi Mihály: Bevezetés a sztereokémiába, Műszaki Könyvkiadó, Budapest (1975)

ISBN: 963 100 681 6

74

5. T.W.G. Solomons, C.B. Fryhle: Organic Chemistry, Wiley INC (2003) ISBN: 0-

47141999-8

A tárgy részletes tematikája: 1. hét: A szerves kémia tudománnyá válásának rövid történeti áttekintése, és életünkben betöltött központi szerepének bemutatása. A kovalens kötés elméleteinek ismétlő jellegű rövid összefoglalása, és bemutatásuk egyszerű szerves molekulákon (metán, etán, etén, etin, formaldehid, ecetsav). LCAO-MO elmélet alapjai, atom- és molekulapályák típusai. Bi- és policentrumos molekulapályák, delokalizáció. VB-módszer, határszerkezetek és felírásuk szabályai. Szerves kémiai reakciók csoportosítása hagyományos módon, a reakciók mechanizmusa szerint, és egyéb felosztási módok alapján. Szerves kémiai reakciók kinetikai és termodinamikai jellemzőinek tárgyalása, átmeneti állapot és köztitermék fogalma, kimutatásuk lehetőségei és szerepe. Hammond-elv. 2. hét: Sorozatreakciók, párhuzamos reakciók. A termodinamikai és kinetikai kontroll fogalma és szerepük a szerves reakciók mechanizmusának és termékösszetételének megadásakor. Szerves vegyületek szerkezet-reaktivitás összefüggésének tárgyalása. Az elektronos (induktív és mezomer)

és

szterikus

effektusok

ismertetése.

Intermolekuláris

kölcsönhatások,

hidrogénkötés, dipol-dipol és van der Waals-kölcsönhatás bemutatása és szerepük ismertetése szerves vegyületek fizikai sajátságainak kialakulásában. 3. hét: Sav-bázis tulajdonságok bemutatása szerves vegyületek körében. Brønsted-Lowry-elmélet. Anion és kationstabilizáció jelentősége a savasság, illetve a bázicitás mértékében. Induktív és mezomer effektus, valamint elektronegativitás, hidrogénkötés és hibridizáció, szolvatáció hatása a szerves vegyületek savi erősségére és bázicitására. A Lewis- és az Oláh-féle elmélet ismertetése. A sztereokémia alapjainak tárgyalása: szerkezeti vagy konstitúciós izoméria, tautoméria bemutatása. Konformációs, konfigurációs izomerek tárgyalása.

75

4. hét: Kiralitás definíciója, királis molekulák típusai. Enantiomerek és diasztereomerek fogalma, kémiai és fizikai tulajdonságaik összehasonlítása. Abszolút és relatív konfiguráció fogalma. Optikai aktivitás. Szerves molekulák ábrázolása. Királis vegyületek konfigurációjelölése, Fischer-féle és Cahn-Ingold-Prelog szabály. Szerves vegyületek nevezéktanának ismertetése. Triviális és féltriviális nevek. Szisztematikus nevezéktan általános szabályai. Szubsztitúciós, csoportfunkciós, additív, szubsztraktív, konjunktív és helyettesítéses név. Gyógyszerek nevének képzése. 5. hét: Alkánok és monocikloalkánok, többgyűrűs cikloalkánok, izolált gyűrűs policikloalkánok, spiránok, kondenzált és áthidalt gyűrűs policikloalkánok. Előfordulásuk és nevezéktanuk ismertetése, kötésrendszerük jellemzése, térszerkezetük, és konformációs viszonyaik, stabilitásuk. Alkánok előállítása: természetes forrásból és szintetikus módszerekkel: katalitikus hidrogénezéssel, egyéb funkciós csoportok redukciójával, lebontási reakcióval, szén-szén kötés kialakításával, (Oláh-féle lánchosszabbítás, Wurtz és Grignard reakció). Alkánok és cikloalkánok fizikai tulajdonságai. Alkánok kémiai tulajdonságai. Alkánok halogénezése. Statisztikus termékarány, regioszelektív halogénezés és értelmezése a gyökstabilitások alapján. Alkánok szulfonálása, szulfoklórozása, nitrálása, oxidációja, az égés folyamata. Petrolkémia alapfolyamatai (pirolízis, krakkolás, izomerizáció) és vegyipari jelentőségük. Cikloalkánok reakciókészsége. 6. hét: Alkének és cikloalkének előfordulása és nevezéktana. Alkének di- és poliének szerkezete és stabilitása. Kötésrendszer, gátolt rotációs és következménye a molekula konfigurációs viszonyaira. Cisz/transz (E/Z) izoméria. Alkének előállítása alkánokból hőbontással, alkoholokból

vízelvonással,

alkil-halogenidekből

hidrogén-halogenid

eliminációval,

alkinekből részleges hidrogénezéssel és oxovegyületekből lánchosszabbításos reakciókban. 7. hét: Alkének és cikloalkének fizikai és kémiai tulajdonságai. Elektrofil és gyökös addíciós reakciók. Markovnyikov-szabály. Az anti-Markovnyikov orientáció megjelenése a gyökös addícióknál. Szubsztitúció allil helyzetben allilkation, -gyök és -anion stabilitásának értelmezése. Alkének π-kötés felszakadásával, illetve lánchasadással járó oxidációs reakciói. 76

Konjugált diének addíciós reakciói, részleges és teljes addíció. 1,2- és 1,4-addíció és értelmezése. Diels-Alder cikloaddíció. 8. hét: Alkinek előfordulása és nevezéktana. Szerkezetük és stabilitásuk. Alkinek előállítása és kémiai tulajdonságai. Addíciós reakciók. C-H savasságból eredő reakciók, etinilezés. Az acetilén vegyipari szerepe. Aromás szénhidrogének nevezéktana, a benzol szerkezete. Aromaticitás definíciója semleges és töltéssel rendelkező aromás rendszerek, annulének. Monociklusos aromás szénhidrogének és származékaik előállítása természetes forrásból, karbonsavakból, illetve Wurtz és Friedel-Crafts reakcióval. 9. hét: Monociklusos

aromás

szénhidrogének

fizikai

tulajdonságai.

Monociklusos

aromás

szénhidrogének kémiai tulajdonságai. Aromás elektrofil szubsztitúció alapesetei (halogénezés, nitrálás, szulfonálás, Friedel-Crafts acilezés és -alkilezés) és reakciómechanizmusa. 10. hét: Szubsztituensek hatása az aromás elektrofil szubsztitúciós reakciók sebességi viszonyaira (reaktivitás)

és

az

irányítási

szabályok

(regioszelektivitás).

Monociklusos

aromás

szénhidrogének addíciós reakciói. Alkil oldalláncot tartalmazó aromás szénhidrogének reakciói, a benzilkation, -gyök és -anion stabilitásának értelmezése. Policiklusos aromás szénhidrogének fontosabb képviselőinek (bifenil, trifenilmetán, naftalin, antracén és fenantrén) bemutatása. A Clar-szabály. 11. hét: Szénhidrogének halogénszármazékainak csoportosítása és nevezéktana. Kötésrendszerük jellemzése, a szénhidrogéncsoport szerkezetének és a halogén minőségének szerepe a C-Hlg kötés erősségében. Alifás és aromás halogénvegyületek előállítása. Fizikai tulajdonságaik és értelmezésük a dipol-dipol kölcsönhatások alapján és kémiai tulajdonságaik. Csökkent, normál és fokozott reakciókészségű halogenidek, a reakciókészség értelmezése a C-Hlg kötés jellege és a szénhidrogén csoport szerkezete alapján. Nukleofil szubsztitúció és alkalmazása különböző funkciós csoportok kialakítására.

77

12. hét: Eliminációs reakciók, α- és β-elimináció. Halogénvegyületek reakciója fémekkel. Fémorganikus vegyületek kémiájának alapjai, Umpolung, Grignard-reakció. Gyökös reakciók. 13. hét: Szénhidrogének hidroxiszármazékainak (alkoholok, fenolok) előfordulása, csoportosítása és nevezéktana. Alkoholok, fenolok savassága és saverőssége. Alkoholok előállítása alkénekből, alkilhalogenidekből, oxovegyületekből, karbonsavakból és származékaikból. Fenolok előállítása

természetes

forrásból,

aril-halogenidekből

és

aril-szulfonsavakból

alkáliömlesztéssel és diazóniumsók hidrolitikus bontásával. A fenol ipari szintézise. 14. hét: A C-O-H kötés jellemzése, az oxigén nukleofil centrum jellegéből levezethető reakciók. Észter- és éterképzési reakciók. Eliminációs átalakulások. Alkoholok és fenolok oxidációs reakciói. Éterek csoportosítása és nevezéktana. Éterek előállítása alkoholok dehidratálásával, alkoholok vinilezésével, alkoholok vagy fenolok O-alkilezésével (Williamson-szintézis). Fenolok és vinil-alkoholok O-alkilezése diazoalkánokkal. Éterek kémiai tulajdonságai. Éterek alkilezése (Meerwein-só szintetikus jelentősége). Éterek hasítása. Speciális éterek (epoxidok, koronaéterek, félacetálok és acetálok, enoléterek) jellemzése és szintetikus jelentőségük.

78

A tárgy neve:

SZERVES KÉMIA II. (ELŐADÁS)

A tárgy Neptun-kódja:

TKBE0302

Tantárgyfelelős:

Dr. Antus Sándor akadémikus

A tárgy előadója:

Dr. Antus Sándor akadémikus

Óraszám/hét:

(2 + 1) óra

Kreditszám:

4

Számonkérés módja:

kollokvium

A kurzus célja: A tárgy alapozó tárgy és folytatását jelenti a „Szerves kémia I.” című tárgyban tárgyaltaknak, így felvétele annak sikeres teljesítéséhez kötött. A tárgy heti kétórás előadáson és az azt követő heti egyórás szemináriumon kerül ismertetésre. A kollokviumra való jelentkezés feltétele a szemináriumi munka eredményes végzése. A szemináriumokon a hallgatók a megelőző előadás anyagát oktatói irányítással konkrét példákon dolgozzák fel és a félév során 4 felmérő dolgozatot írnak. Ezek eredményes teljesítése szükséges a kollokviumra való bocsátáshoz. Tartalma: Kén- és nitrogéntartalmú szerves vegyületek, az oxovegyületek, karbonsavak és származékaik, szénsavszármazékok, láncban helyettesített karbonsavak, és a fontosabb heterociklusos vegyületek nevezéktanának, előállításának és kémiai tulajdonságainak tárgyalása. Fizikai és kémiai tulajdonságaik értelmezése felépítésük alapján. A legfontosabb természetes

vegyületek

(szénhidrátok,

peptidek,

fehérjék,

nukleinsavak)

alapvető

sajátságainak bemutatása. Ajánlott irodalom: 1. Antus Sándor-Mátyus Péter: Szerves Kémia I-III., Nemzeti Tankönyvkiadó Rt., Budapest

(2005) ISBN: 963 195 716 0 2. Hollósi Miklós-Lackó Ilona-Asboth Bence: Biomolekuláris kémia I., Nemzeti

Tankönyvkiadó Rt., Budapest (2005) ISBN: 963 195 698 9 3. Dr. Szántay Csaba: Elméleti Szerves Kémia 4. kiadás, Műegyetemi Kiadó, Budapest

(1996) ISBN: 963 420 501 1

79

4. Dr. Nógrádi Mihály: Bevezetés a sztereokémiába, Műszaki Könyvkiadó, Budapest (1975)

ISBN: 963 100 681 6 5. T.W.G. Solomons, C.B. Fryhle: Organic Chemistry, Wiley INC (2003) ISBN: 0-

47141999-8

A tárgy részletes tematikája: 1. hét: Szerves kénvegyületek csoportosítása, elnevezése. Összehasonlítás a hidroxivegyületekkel: analógiák és eltérések. Tiolok előállítása alkilhalogenidekből és olefinekből. Ariltiolok előállítása diazóniumvegyületekből és arilszulfonsavkloridokból. Szulfidok és diszulfidok előállítása és reakcióik. Szulfonsavak előállítása és reakcióik. 2. hét: Nitrovegyületek előfordulása és nevezéktana. Alifás, aromás nitrovegyületek előállítása és reakcióik (aciditás, Nef-reakció, nitroaldol-reakció, redukció, aromás elektrofil és nukleofil szubsztitúció). Alifás és aromás aminok csoportosítása, nevezéktana és szerkezetük. Aminok előállítása ammónia alkilezésével, Gábriel szintézissel, nitrovegyületek, karbonsavnitrilek, savamidok és oxovegyületek nitrogéntartalmú kondenzációs származékainak redukciójával, valamint lebontási reakciókkal (Hofmann- és Curtius-féle lebontás). 3. hét: Aminok fizikai és kémiai tulajdonságai. Aminok bázicitása, a bázicitás függése az amin szerkezetétől. Az aminok nukleofil sajátsága. Aminocsoport reakciói és aromás aminok gyűrűreakciói. Aminok biológiai jelentősége. Diazo- és diazónium vegyületek főbb típusai. Előállításuk és reakcióik. Azovegyületek és ipari jelentőségük. 4. hét: Oxovegyületek csoportosítása és nevezéktana. Aldehidek, ketonok szerkezete és előállításuk: alkoholok Cr(VI)-oxidációja, Rosenmund-, Gattermann-Koch-, Gattermann-, Vilsmeierszintézis, Fries-féle átrendeződés. Aldehidek, ketonok kémiai tulajdonságai. α-Helyzetben történő deprotonálódás könnyű volta (C-H savasság), keto-enol tautomeria. Nukleofil addíciós reakciók és reverzibilitásuk. 80

5. hét: Oxovegyületek kondenzációs reakciói, reduktív és oxidatív átalakítása. Az α-szénatomon végbemenő reakciók: aldoldimerizáció, Cannizzaro-reakció, α-halogénezési reakció. Az α,βtelítetlen oxovegyületek nukleofil addíciós reakciói. 6. hét: Karbonsavak és származékaik szerkezete és nevezéktana. Savszármazékok stabilitási viszonyai, a stabilitási sor jelentősége a karbonsavszármazékok egymásba alakíthatóságában. Karbonsavak és származékainak előállítása és fizikai tulajdonságaik. 7. hét: Karbonsavak és karbonsavszármazékok kémiai tulajdonságai: sav-bázis reakciók, aciditás, acilezési reakciók, lebontási és oldalláncon lejátszódó reakciók. 8. hét: Szénsavszármazékok csoportosítása, nevezéktana és fontosabb képviselőinek előállítása és kémiai tulajdonságai. Szénsavszármazékok gyakorlati jelentősége. 9. hét: Helyettesített (halogénezett, hidroxi és oxo) karbonsavak nevezéktana, előállítása, fizikai és kémiai tulajdonságaik. 1,3-Dikarbonil vegyületek és szintetikus jelentőségük. 10. hét: Aminosavak előállítása, fizikai és kémiai tulajdonságaik. Az α-aminosavak kiralitása és rezolválása. Az aminocsoport és a karboxilcsoport, valamint együttes reakcióik. A peptidkötés kialakítása, védőcsoportok. A fehérjék legfontosabb tulajdonságainak és biológiai jelentőségének bemutatása. 11. hét: Heterociklusos vegyületek típusainak ismertetése és nevezéktanuk. Három- és négytagú, egy vagy több heteroatomot tartalmazó vegyületek. Előállításuk és kémiai tulajdonságaik. Öttagú, egy heteroatomot tartalmazó vegyületek (furán, pirrol, tiofen) előállítása és kémiai

81

tulajdonságaik. Aromás elektrofil szubsztitúcióban mutatott fokozott reakciókészség jellemzése, értelmezése. Irányítási szabályok. 12. hét: Öttagú, több heteroatomot tartalmazó vegyületek szerkezete, elnevezése. Oxazolok, tiazolok és imidazolszármazékok előállítása és kémiai tulajdonságaik. Imidazol sav-bázis sajátsága és biológiai szerepe. Néhány más, jellegzetes, természetes vegyületekben előforduló öttagú heterociklus bemutatása. 13. hét: Hattagú, egy heteroatomot tartalmazó vegyületek szerkezete és elnevezése. Piridin és származékainak előállítása és kémiai tulajdonságaik. Piridinszármazékok bázicitása. Az aromás elektrofil szubsztitúcióban mutatott csökkent reakciókészség jellemzése, nukleofil szubsztitúciós reakciók. Hattagú, több heteroatomot tartalmazó vegyületek szerkezete és elnevezése, kondenzált heterociklusok, és néhány fontosabb képviselőjük (uracil, citozin, timin, purinszármazékok) ismertetése. 14. hét: Szénhidrátok

előfordulása,

csoportosítása.

Monoszacharidok

szerkezete,

cukrok

mutarotációja, nyílt láncú és gyűrűs szerkezet.. Konfigurációs és konformációs viszonyok, anomer és epimer cukrok. A glikozidkötés (O- és N-glikozidok). Di- és poliszacharidok egyes képviselőinek bemutatása. Szénhidrátok biológiai és ipari jelentősége. Nukleinsavak építőkövei, nukleozidok, nukleotidok, pentózok és nitrogén-bázisok szerkezete. Nukleinsavak (DNS, RNS) elsődleges, másodlagos, harmadlagos szerkezete és biológiai funkciója.

82

A tárgy neve:

SZERVES KÉMIA III. (ELŐADÁS)

A tárgy Neptun-kódja:

TKBL0301

Tantárgyfelelős:

Dr. Antus Sándor akadémikus

A tárgy előadója:

Dr. Antus Sándor akadémikus

Óraszám/hét:

2 óra

Kreditszám:

3

Számonkérés módja:

kollokvium

A kurzus célja: A tárgy alapozó tárgy és folytatását jelenti a „Szerves kémia II.” című tárgyban tárgyaltaknak, így felvétele annak sikeres teljesítéséhez kötött. Tartalma: A biológiailag legjelentősebb természetes vegyületek főbb csoportjainak, mégpedig: az aminosavak (peptidek és fehérjék), szénhidrátok, nukleinsavak, flavonoidok, alkaloidok, antibiotikumok és izoprénvázas, valamint porfinvázas vegyületek kémiájának tárgyalása. Szerves vegyületek öszetételének és szerkezetének meghatározása, fizikai szerkezetvizsgáló módszerek elvének és alkalmazási lehetőségeiknek bemutatása. Ajánlott irodalom: 1. Antus Sándor-Mátyus Péter: Szerves Kémia I-III., Nemzeti Tankönyvkiadó Rt., Budapest

(2005) ISBN: 963 195 716 0 2. Hollósi Miklós-Lackó Ilona-Asboth Bence: Biomolekuláris kémia I., Nemzeti

Tankönyvkiadó Rt., Budapest (2005) ISBN: 963 195 698 9 3. Dr. Szántay Csaba: Elméleti Szerves Kémia 4. kiadás, Műegyetemi Kiadó, Budapest

(1996) ISBN: 963 420 501 1 4. Dr. Nógrádi Mihály: Bevezetés a sztereokémiába, Műszaki Könyvkiadó, Budapest (1975)

ISBN: 963 100 681 6 5. T.W.G. Solomons, C.B. Fryhle: Organic Chemistry, Wiley INC (2003) ISBN: 0-

47141999-8

83

A tárgy részletes tematikája: 1. hét: Természetes anyagok bioszintézisének rövid áttekintése. α-Aminosavak (természetes és esszenciális aminosavak), peptidek, fehérjék csoportosítása, és nevezéktana. A fehérjealkotó aminosavak jellemzése. 2. hét: Peptidek, fehérjék szerkezete. Másodlagos, harmadlagos és negyedleges szerkezet. Peptidkötés jellemzése, α-helix, β-redő. Peptidek szekvenciameghatározásának alapjai. Enzimkatalízis alkalmazása a szerves kémiában. Peptidek szintézise; oldat és szilárdfázisú, valamint az osztásos-keveréses technika bemutatása. 3. hét: Monoszacharidok kémiai tulajdonságai. Az oxocsoport reakciói; oxidatív és reduktív átalakítások, kondenzációs reakciók. A hidroxilcsoportok reakciói: észter-, éter-, és acetálképzés, glikozidok előállítása. A C-vitamin ipari és bioszintézise. 4. hét: Oligoszacharidok és poliszacharidok fontosabb képviselőinek (szacharóz, maltóz, cellobióz, laktóz, ciklodextrin, cellulóz, keményítő, glikogén) tárgyalása. Mukopoliszacharidok. Biológiai szerepük, vázanyagok és tartaléktápanyagok. Glikokonjugátumok és a szénhidrát kód. Poliszacharidok lebontása, ipari jelentősége. 5. hét: Nukleozidok és nukleotidok előállítása. Nukleotidok kémiai tulajdonságai. Nukleinsavak (DNS, RNS) elsődleges, másodlagos, harmadlagos szerkezete és biológiai funkciója. A genetikai kód. Nukleotid koenzimek. 6. hét: Izoprénvázas vegyületek felosztása, terpenoidok, karotinoidok. Bioszintézisük, legfontosabb képviselőik (α,β,γ-karotin, likopin, oxigéntartalmú karotinoidok). Degenerált karotinoidok: A-vitamin. A látás kémiai alapjai.

84

7. hét: Szteroidok szerkezete, nevezéktana, csoportosítása és fontosabb származékaik (koleszterin, D2-vitamin, kólsav, digitoxin, progreszteron, ösztron, tesztoszteron, androszteron) tárgyalása. Biológiai szerepük. Szteroidok bioszintézisének alapjai (IPP és szkvalén). 8. hét: Flavonoidok előfordulása, csoportosítása és szerkezetük. A kémiai korreláció bemutatása és jelentősége a természetes anyagok szerkezetfelderítésében. Flavonoidok biológiai jelentősége, antioxidáns és szabad gyökfogó hatás szerepe a biológiai rendszerekben. 9. hét: Alkaloidok csoportosítása és legfontosabb képviselőinek tárgyalása aminokarbonsavból kiinduló bioszintézisük alapján. Alkaloidok, mint kábítószerek és mint gyógyszerek. 10. hét: Szimbiózis, antibiózis definíciója. Antibiotikumok felosztása gyűrűrendszerük alapján. βLaktám, aminosav, illetve peptid, glikozid típusú antibiotikumok, policiklusos és spirociklusos

antibiotikumok

bemutatása.

Antibiotikumok

előállítása,

fermentáció.

Félszintetikus és szintetikus származékok. 11. hét: Porfinvázas vegyületek szerkezete, bioszintézisük. Biológiai szerepük. Klorofill és a hemoglobin szerkezete és biológiai szerepe és metabolizmusuk. 12. hét: Természetes szerves anyagok szerkezetének felderítése fizikai és kémiai módszerekkel. Szerves molekulák összetételének és szerkezetének meghatározása. Minőségi analízis. Funkciós csoportok kimutatása kémiai módszerekkel. Szerkezetfelderítés spektroszkópiai módszereinek alkalmazása. Ultraibolya és látható spektrofotometria (UV-VIS), kromofor rendszerek. Batokróm, hipszokróm, hiperkróm és hipokróm effektusok. Konjugáció hatása az UV-VIS spektrumra, a jelenség értelmezése. Bouger-Lambert-Beer törvény és alkalmazási lehetőségei (koncentrációmeghatározás, keverékek összetételének meghatározása, kinetikai

85

mérések). Kiroptikai spektroszkópia elvi alapja. Optikai rotációs diszperziós (ORD) és cirkuláris dikroizmus (CD) színkép és alkalmazásuk ismertetése. 13. hét: Infravörös spektroszkópia (IR) alkalmazása. Legfontosabb rezgési típusok (vegyérték, deformációs és csoport rezgések) tárgyalása. Szerves vegyületek szerkezetmeghatározásában használt legpontosabb rezgések bemutatása. Mágneses magrezonancia spektroszkópia (NMR). 1H- és 13C-NMR színkép tárgyalása. Kémiai eltolódás, spin-spin csatolás, szélessávú lecsatolás

és

a

belőlük

levonható

szerkezeti

információk.

Röntgenkrisztallográfia

alkalmazása, és az abszolút konfiguráció meghatározása. Pordiffrakciós mérés (polimorfia kimutatása és jelentősége). 14. hét: Tömegspektrometria (MS) alapjai. Molekulacsúcs és báziscsúcs. Molekulacsúcs szerepe a molekulatömeg és az összegképlet meghatározásban. Az izotópösszetételből származó molekulacsúcs mintázat. Egyszerű fragmentáció ismertetése. Természetes szerves anyagok szerkezetének igazolása (példán bemutatva) teljes szintézissel. Retroszintetikus analízis bemutatása.

86

A tárgy neve:

SZERVES KÉMIA IV. (TANTERMI ÉS LABORATÓRIUMI GYAKORLAT)

A tárgy Neptun-kódja:

TKBL0301

Tantárgyfelelős:

Dr. Somsák László egyetemi tanár

A tárgy oktatói:

Dr. Juhászné Dr. Tóth Éva, Dr. Gulácsi Katalin, Dr. Illyés Tünde Zita

Óraszám/hét:

0 + 1 + 3 óra

Kreditszám:

3

Számonkérés módja:

gyakorlati jegy

A kurzus célja: A tárgy alapozó gyakorlat, melynek célja a szerves kémiai laboratóriumi alapműveletek, anyagtisztítási és -azonosítási módszerek elsajátítása, a Szerves kémia I.-II. előadások elméleti ismereteinek gyakorlati alkalmazása, a hallgatók anyagismeretének megalapozása. A gyakorlati jegy az ismeretlenek meghatározásáért kapott jegyekből, valamint a gyakorlatok előtt írt zárthelyi dolgozatok érdemjegyeiből tevődik össze. A gyakorlat elfogadásának feltétele a kiírt preparátumok szintézise. Tartalma: A funkciós csoportok reakciókészségének megismerése egyszerű preparátumok félmikro léptékben történő szintézise és kémcsőkísérletek révén. Munkabiztonsági és balesetvédelmi ismeretek. Preparatív laboratóriumi eszközök megismerése, készülékszerelés. Hőátadás (melegítés, hűtés), elválasztási és tisztítási módszerek (szűrés, extrakció, kristályosítás, desztilláció, oszlopkromatográfia) gyakorlati kivitelezése, fizikai állandók (olvadáspont, forráshőmérséklet, retenciós faktor) meghatározása. Ismeretlen vegyületek meghatározása. A laboratóriumi gyakorlathoz kapcsolódó szeminárium keretében az elvégzendő gyakorlati feladatok elméleti hátterét tekintjük át. Ajánlott irodalom: 1. Berényi Sándor, Kovács Lajos, Patonay Tamás, Somsák László: Szerves kémiai

praktikum I. (Debreceni Egyetem, Kossuth Egyetemi Kiadó, 1995.) 2. Berényi Sándor, Patonay Tamás: Szerves kémiai praktikum II. (Debreceni Egyetem,

Kossuth Egyetemi Kiadó, 2000.)

87

A tárgy részletes tematikája: 1. hét: Tanterem:

Szénhidrogének kimutatására alkalmazott reakciók (alkánok, alkének és aromás szénhidrogének kimutatása).

Laboratórium:

Balesetvédelmi

oktatás,

felszerelés

átvétele: A laboratóriumban a

biztonságos és balesetmentes munkavégzés feltételei és módjai: a kísérletező munka legfontosabb szabályai: a laboratóriumi rend, baleseti források és balesetmegelőzés, a legfontosabb balesetvédelmi, tűzvédelmi szabályok, a vegyszerek használata. Szénhidrogénekkel kapcsolatos kémcsőkísérletek: szénhidrogének reakciója brómmal és oxidációja savas kálium-permanganát-oldattal; szénhidrogének reakciója brómmal UV fény jelenlétében; aromás szénhidrogének FriedelCrafts-próbája; telítetlen szénhidrogének Baeyer-próbája. Ismeretlen meghatározása. 2. hét: Tanterem:

Melegítés, hűtés, szűrés, kristályosítás és vékonyréteg kromatográfia elméleti alapjai.

Laboratórium:

Benzamid előállítása, és átkristályosítása vízből (melegítés, hűtés, szűrés). Az átkristályosított anyag tisztaságának ellenőrzése vékonyréteg kromatográfiával és olvadáspont méréssel.

3. hét: Tanterem:

Alkoholok, fenolok funkciós csoportjának kimutatására alkalmazott reakciók (különböző rendűségű alkoholok, többértékű alkoholok, enolok és fenolok kimutatása).

Laboratórium:

Szénhidrogének hidroxiszármazékaival kapcsolatos kémcsőkísérletek: alkoholok Lucas-próbája és oxidációja Jones-reagenssel; többértékű alkoholok reakciója réz(II)-ionokkal; fenolok és enolok komplexképzési reakciója vas(III)-ionokkal; 2-alkanolok jodoform próbája.

88

Ismeretlen meghatározása. Fluorenon előállítása. 4. hét: Tanterem:

Az extrakció és a szárítás elméleti alapjai.

Laboratórium:

Extrakció, szárítás, szárítószerek, bepárlás, rotációs vákuumbepárló használata (benzoesav és metilbenzoát elválasztása extrakcióval)

5. hét: Tanterem:

Halogénezett szénhidrogének kimutatására alkalmazott reakciók (Beilstein próba; ezüst-nitrát-próba; kloridok és bromidok halogénkicserélődési reakciója). Egyszerű- és frakcionált desztilláció elméleti alapjai.

Laboratórium:

terc-Butil-klorid előállítása és tisztítása frakcionált desztillációval. Halogénszármazékok alkoholos ezüst-nitrát-próbája.

6. hét: Tanterem:

Alifás és aromás aminok funkciós csoportjának kimutatására alkalmazott reakciók (különböző rendűségű alifás és aromás aminok kimutatása).

Laboratórium:

Szénhidrogének aminoszármazékaival kapcsolatos kémcsőkísérletek: aminok Hinsberg-próbája; primer és tercier aminok salétromossavas reakciója; alifás primer aminok Rimini-próbája; aminok komplexképzési reakciója réz(II)-ionokkal. Ismeretlen meghatározása. Acetanilid előállítása.

7. hét: Tanterem:

A vízgőz- és az azeotróp desztilláció elméleti alapjai.

Laboratórium:

Nikotin kinyerése dohánylevélből (természetes anyag izolálása extrakcióval és vízgőzdesztillációval).

89

8. hét: Tanterem:

Aldehidek és ketonok funkciós csoportjának kimutatására alkalmazott reakciók (alifás és aromás aldehidek és ketonok kimutatása).

Laboratórium:

Szénhidrogének oxoszármazékaival kapcsolatos kémcsőkísérletek: oxovegyületek kimutatása 2,4-dinitro-fenil-hidrazinos próbával, oxidációja kálium-permanganát-oldattal, Jones-reagenssel; aldehidek reakciója ammóniás ezüst-nitrát-reagenssel; metil-ketonok jodoform-próbája. Ismeretlen meghatározása. Jodoform előállítása.

9. hét: Tanterem:

Aldehidek és ketonok előállítására alkalmazott oxidációs reakciók (primer és szekunder alkoholok oxidációja Jones- és Collins-reagenssel, mangándioxiddal). Szublimáció mint tisztítási művelet.

Laboratórium:

Ciklohexanon és ciklohexanon-2,4-dinitro-fenilhidrazon előállítása.

10. hét: Tanterem:

Aldehidek és ketonok kondenzációs reakciói (enolátok reakciói aldehidekkel, ketonokkal, észterekkel). Oszlopkromatográfia és flash kromatográfia mint tisztítási műveletek.

Laboratórium:

1,5-Difenil-1,4-pentadién-3-on szintézise (bonyolult alapkészülék, összetett preparatív munka).

11. hét: Tanterem:

Karbonsavészterek előallítására alkalmazott módszerek (karbonsavakból és egyéb karbonsavszármazékokból kiinduló szintézismódszerek). A vákuumdesztilláció elméleti alapjai.

Laboratórium:

4-Metil-fenil-acetát előállítása és tisztítása vákuumdesztillációval.

12. hét: Tanterem:

A reakciótermékek jellemzésére és azonosítására szolgáló módszerek (olvadáspont, forráshőmérséklet, törésmutató, fajlagosforgatóképesség, vékonyrétegkromatográfia, spektroszkópiás mószerek: UV, IR, 1H NMR, 13C NMR, MS).

90

Laboratórium:

4-Klórbenzoesav és 4-klór-benzilalkohol előállítása, elválasztása, tisztítása.

13. hét: Tanterem:

Ismeretlen vegyület azonosításának menete (szilárd ismeretlen esetén: oldékonysági táblázat alapján az oldódási próbák elvégzése, pH-vizsgálat majd a javasolt reagensek segítségével, az ismert kimutatási próbák birtokában az ismeretlen azonosítása; híg vizes oldat esetén: pH vizsgálat, majd híg sav és híg lúg hatására bekövetkező változások feljegyzése).

Laboratórium:

Ismeretlen vegyület azonosítása: Számozott kémcsövek ismeretlen szerves anyagot tartalmaznak szilárd formában vagy híg vizes oldatban. A feladat eldönteni, hogy a kiválasztott kémcső a megadott ismeretlenek közül melyiket tartalmazza.

14. hét: Tanterem:

A félév értékelése, gyakorlati jegyek megbeszélése.

Laboratórium:

A felszerelés leadása.

91

A tárgy neve:

SZERVES KÉMIA V. ÉS VI. (TANTERMI ÉS LABORATÓRIUMI GYAKORLAT)

Tantárgyfelelős:

Dr. Somsák László egyetemi tanár

A tárgy oktatói:

Dr. Juhászné Dr. Tóth Éva, Dr. Gulácsi Katalin, Dr. Illyés Tünde Zita, Dr. Juhász László A Szerves kémia V. tárgy a szakirány nélküli, illetve a tanári szakirányú képzésben részvevő hallgatók számára kötelező.

A tárgy Neptun-kódja:

TKBL0302

Óraszám/hét:

0 + 2 + 3 óra

Kreditszám:

3

Számonkérés módja:

gyakorlati jegy A Szerves kémia VI. tárgy a vegyész szakirányú képzést választó hallgatók számára kötelező. Ez a tárgy teljes egészében magában foglalja a Szerves kémia V.-öt (ld. a részletes tematikát).

A tárgy Neptun-kódja:

TKBL0303

Óraszám/hét:

0 + 2 + 6 óra

Kreditszám:

5

Számonkérés módja:

gyakorlati jegy

A kurzus célja: A gyakorlat célja az alapozó Szerves kémia IV. gyakorlaton megismert laboratóriumi műveletek, a munkabiztonsági és balesetvédelmi ismeretek készség szintű begyakorlása, a Szerves kémia I.-II. előadások elméleti ismereteinek gyakorlati alkalmazása, valamint kibővítése a modern szintézismódszerek egyes területeivel, a szerves szintézistervezés alapjaival, és a Szerves kémia VI. tárgy esetén a kémiai adatbázisok használatával, valamint a spektroszkópiai módszerek elemi alkalmazásával. A gyakorlati jegy a tantermi és a laboratóriumi foglalkozások során írt zárthelyi dolgozatok és szóbeli beszámolók eredménye, valamint a laboratóriumi munkavégzés értékelése alapján kerül kialakításra. A félév elfogadásának feltétele a Szerves kémia V. gyakorlaton hat preparatív feladat teljesítése, a Szerves kémia VI. gyakorlaton tíz preparátum elkészítése, az irodalmazási feladat elvégzése, és egy ismeretlen vegyület szerkezetének meghatározása.

92

Tartalma: A tantermi gyakorlat során példákkal illusztrálva áttekintjük a szerves kémiai szintézismódszereket kötés- illetve reakciótípusonként. A laboratóriumi gyakorlaton a hallgatók személyre szólóan összeállított feladatsort kapnak, melyet önálló időbeosztás alapján teljesítenek. A feladatsor 10 preparátumot (Szerves kémia V.) illetve 16 preparátumot + irodalmazást + ismeretlent (Szerves kémia VI.) tartalmaz, melyek előállítási reakciói a következő tématerületekből kerülnek ki: •

Nukleofil szubsztitúciók (pl.: n-butil-bromid, etil-jodid, ftálimid előállítása)

•

Elektrofil addíciók (pl.: transz-1,2-dibrómciklohexán, 2’-hidroxikalkon-dibromid, 2brómciklohexanol előállítása)

ƒ

Eliminációk (pl.: ciklohexén, ciklohexa-1,3-dién, transz-propenilbenzol előállítása)

ƒ

Funkciós csoportok kialakítása aromás magon (pl.: brómbenzol, acetofenon, naftalin2-szulfonsav előállítása)

ƒ

Heterociklusos vegyületek előállítása (pl.: 2,5-dimetilpirrol, tetrahidrokarbazol, 2,5dimetilfurán előállítása)

ƒ

C-C kötés kialakítása (pl.: difenilmetán, 2’-hidroxikalkon, difenil-metanol előállítása)

ƒ

Fázistranszfer katalitikus reakciók (pl.: 2-fenil-1,1-diklórciklopropán, 7,7-diklórbiciklo[4.1.0]heptán, benzil-klorid előállítása)

Az egyes praparátumok előállítása előtt szóbeli beszámolók során ellenőrizzük a hallgatók kémiai, műveleti, munka- és balesetvédelmi felkészültségét. Ajánlott irodalom: 1. Berényi Sándor, Kovács Lajos, Patonay Tamás, Somsák László: Szerves kémiai

praktikum I. egyetemi jegyzet, Kossuth Egyetemi kiadó, Debrecen, 1997. 2. Gulácsi Katalin, Juhász László, Juhászné Tóth Éva, Somsák László, Vágvölgyiné Tóth

Marietta: Szerves kémiai praktikum III., egyetemi jegyzet, Kossuth Egyetemi Kiadó, Debrecen, 2006. 3. Szerves vegyületek szerkezetének meghatározása fizikai módszerekkel, egyetemi jegyzet

Kossuth Egyetemi Kiadó, Debrecen, 2001 4. Spektrumgyűjtemény, egyetemi jegyzet, Kossuth Egyetemi Kiadó, Debrecen, 2000. 5. Litkei György, Patonay Tamás: Szerves kémiai feladatgyűjtemény, Tankönyvkiadó,

Budapest, 1992

93

6. E.K. Meislich, H. Meislich, J. Sharefkin: 3000 Solved problems in Organic Chemistry,

McGraww-Hill INC, 1994. 7. R:O:C: Norman, J.M. Coxon: Principles of Organic Synthesis, Blackie Academic &

Professional, Glasgow, U.K., 1993

A Szerves kémia V. és Szerves kémia VI. gyakorlatok tematikája heti bontásban OktaTanterem tási hét Tematika 1. Szén – szén kötés kialakítása: bázis katalizált reakciók Enolátok reakciói aldehidekkel, ketonokkal, észterekkel Enolátok alkilezési reakciója és addíciója aktivált alkénekre Alkinek és cianidok reakciói 2. Szén – szén kötés kialakítása: sav katalizált reakciók Alkének önkondenzációja Friedel-Crafts reakciók Aldehidek és ketonok reakciói Mannich reakció 3. Addíció C=C; C≡C és C=O kötésre Elektrofil és nukleofil addíciós reakciók többszörös C-C kötésre A reakció regio- és sztereoszelektivitásának értelmezése C, O, N, S-nukleofilek addíciója C=O kötésre 4. Szén – nitrogén kötés kialakítása Telített szénatomon lejátszódó nukleofil szubsztitúciós reakció Nnukleofillel N-nukleofil addíciója telítetlen szénatomra Telítetlen szénatomon lejátszódó nukleofil szubsztitúciós reakció Nnukleofillel Elektrofil nitrogén reakciói: nitrozálási és nitrálási reakciók Szén – oxigén kötés kialakítása Telített es telítetlen szénatom reakciója O-nukleofilekkel C-O kötés kialakítása oxidációs reakciókkal

94

Számonkérés

Laboratórium Számonkérés Kis ZH: Munka- és balesetvédelemi ismeretek.

Kis ZH: Laboratóriumi alapműveletek elmélete és alkalmazása.

Kis ZH: Szerves vegyületek nevezéktana.

ZH az 1.-3. hét Kis ZH: Szerves kémiai reakciók tematikája alapján csoportosítása, értelmezése.

OktaTanterem tási hét Tematika 5. Aromás elektrofil szubsztitúció Az aromás elektrofil szubsztitúció mechanizmusa Szubsztituenshatás:reakcióképesség és irányítóhatás Szén-szén, szén-nirogén, szén-kén és szén-halogén kötések kialakítása Aromás nukleofil szubsztitúció Az aromás nukleofil szubsztitúció mechanizmusa: arin-mechanizmus, Meisenheimer-komplex Aromás diazóniumsók reakciói Diazóniumsók előállítása és képződésének mechanizmusa Nitrogéneliminációs reakciók Diazóniumsók egyéb reakciói 6. Funkciós csoportok interkonverziója-I (FGI) Egyszerű funkciós csoportok átalakításai: C-Hlg, C-OH, C-C, C=C, C≡C, C-H, C-N 7. Funkciós csoportok interkonverziója-II (FGI) Összetett funkcióscsoportok átalakításai: C=O, COX (X= Hlg, OH, OR, NHR), NO2

8.

9.

10. 11.

Számonkérés

Laboratórium Számonkérés Kis ZH: Sztereokémiai alapismeretek.

Kis ZH: Funkcióscsoportok azonosítása kémiai és fizikai módszerekkel. Szerves kémia V. Referálás Utolsó preparátumok beadása, felszerelés elmosogatása, leadása Szerves kémia VI. Nagy ZH: Vegyületek több lépéses előállítása, elemi spektroszkópiai ismeretek ZH a 4.-7. hét Szerves kémia VI. tematikája alapján Kis ZH: Addíciós és eliminációs reakciók szintetikus alkalmazása

Oxidációs módszerek Szénhidrogének, oxigén-, nitrogén-, kéntartalmú vegyületek oxidációs reakciói Redukciós módszerek Szénhidrogének, aldehidek, ketonok, epoxidok, karbonsavak és származékaik redukciós módszerei Nitrogén- és kéntartalmú vegyületek redukciója Három-, öt- és hattagú heterociklusos vegyületek szintézise Fémorganikus reagensek szerves ZH a 8.-10. hét kémiai alkalmazása tematikája alapján Mg-, Na-, Li-, Zn-, Cu- Hg- és Pdorganikus vegyületek előállítása és reakciói

Kis ZH: Funkciós csoportok kialakítása aromás magokon

Kis ZH: Fémorganikus vegyületek előállítása, reakcióik Kis ZH: β-Dikarbonil-vegyületek szintetikus alkalmazásai Irodalmazási feladat beadásának utolsó határideje

95

OktaTanterem tási hét Tematika Számonkérés 12. Enzim katalizált kémiai átalakítások Enzimkatalizalt kémiai átalakítások: Lipázok, ligázok, oxido-reduktázok, izomerázok alkalmazása szerves kémiai szintézisekben 13. Enantioszelektív szintézismódszerek a szerves kémiában Oxidációs, redukciós, addíciós és szubsztitúcios reakciók enantioszelektív megvalósítása szerves szintézisekben 14. Retroszintetikus analízis alapjai ZH a 11.-13. hét tematikája alapján Retroszintetikus analízis alapfogalmai, szinton fogalma es típusai Retroszintetikus analízis alkalmazása komplex vegyületek szintézistervezésében

96

Laboratórium Számonkérés Kis ZH: Heterociklusos vegyületek előállítása

Nagy ZH: Komplex szerves kémiai feladatmegoldás Ismeretlen vegyület beadásának utolsó határideje Utolsó preparátumok beadása, felszerelés elmosogatása, leadása Referálás

A tárgy neve:

BIOKÉMIA I. (ELŐADÁS)

A tárgy Neptun-kódja:

TBBE0302

Tantárgyfelelős:

Dr. Kerékgyártó János tudományos főmunkatárs

A tárgy oktatója:

Dr. Kerékgyártó János tudományos főmunkatárs

Óraszám/hét:

2 óra

Kreditszám:

3

Számonkérés módja:

kollokvium

A kurzus célja: A megfelelő általános kémiai és szerves kémiai ismeretekre épülő biokémiai ismeretanyag biztosítson lehetőséget a fontos élettani folyamatok megértéséhez és genetikai ismeretek elsajátításához. Tartalma: Fehérjék szerkezete és funkciója. Oxigén tároló és oxigén transzport molekulák: mioglobin és hemoglobin. Az enzimek, mint biokatalizátorok: az enzimműködés általános jellemzői. Enzimgátlás. Biológiai membránok. Glikobiológia. Glikolízis. Citrátciklus. Oxidatív foszforiláció. Pentózfoszfát útvonal és glükoneogenezis. Glikogén metabolizmus. Zsírsavmetabolizmus. Aminosavak lebontása és az urea ciklus. A metabolizmus integrációja. A DNS és RNS felépítése. A genetikai információ tárolása, áramlása és kifejeződése. Ajánlott irodalom: 1. Ádám Veronika. Orvosi biokémia, (Medicina Könyvkiadó, 2002. ISBN 963 242 967 X) 2. Boross László, Sajgó Mihály: A biokémia alapjai 3. kiadás. (Mezőgazda Kiadó, 2003. ISBN 963 286 0391 X) 4. J. M. Berg, J. L. Tymoczko, L. Stryer: Biochemistry V. edition (W. H. Freeman and Co. 2002. ISBN 0-7167-4684-0)

A tárgy részletes tematikája: 1. hét: A biokémia tárgya, mi jellemző az élőre. A biokémia, mint kémiai tudomány. A víz szerepe 97

az életben. Nem kovalens molekuláris kölcsönhatások A biokémia, mint biológiai tudomány. Az élet molekuláris szintű alaptörvényei. A biokémia eszköztára és eredményeinek gyakorlati felhasználása. Aminosavak, peptidek. A peptidkötés térszerkezete. Fehérjék szerkezeti szintjei: elsődleges szerkezet, másodlagos szerkezeti elemek (alfa hélix, béta redő, hajtű, random coil), szuper másodlagos szerkezetek, domének. Harmadlagos szerkezet, globuláris és fibrilláris fehérjék és funkcióik. Több polipeptid lánc kapcsolódása, negyedleges szerkezet. Anfinsen kísérlet. Chaperonok és szerepük a másodlagos szerkezet kialakulásában. Hősokk fehérjék, chaperonok alkalmazása a gyógyászatban. 2. hét: Fehérjék biológiai szerepe, csoportosítása. Fehérjék izolálása és tisztítása, modern elválasztástechnikai módszerek. Aminosav szekvencia meghatározásának módszerei. Modern szerkezetvizsgálati módszerek a fehérjék szerkezetének felderítésében, tömegspektrometria, NMR, röntgendiffrakció. Oxigéntranszport-fehérjék. A myoglobin és hemoglobin szerkezete, funkciója. A negyedleges szerkezet kialakulása és szerepe a fehérjék működésének szabályozásában. 3. hét: Az enzimek, mint biokatalizátorok. Enzimek szerkezete, szubsztrát kötő hely, katalitikus hely, kofaktorok, koenzimek, prosztetikus csoportok. Az enzimműködés általános jellemzői: specifitás,

környezeti

paraméterek

hatása

az

enzim

működésre.

Enzimműködés

szabályzásának alapjai, kompartmentalizáció, kovalens módosítás, limitált proteolízis, allosztérikus szabályozás. Enzimgátlások típusai. Enzimkinetika alapjai: Michaelis-Menten egyenlet és linearizálási lehetőségei. Gátlástípusok kinetikai értelmezése. 4. hét: Lipidek fogalma, csoportosítása, biológiai jelentősége. Terpének és karotinoidok. Neutrális zsírok és szerepük a táplálkozásban, energiatárolásban. Foszfolipidek és funkcióik. Koleszterin és szteránvázas vegyületek. Szénhidrátok szerkezete, mono-, di-, oligo- és poliszacharidok. A biológiai membránok felépítése. Alapvető membrán transzport tipusok. Glikobiológia, glikopatológia tárgya. Vércsoport antigének.

98

5. hét: Anyagcsere folyamatok (metabolizmus) alapfogalmai. Anabolizmus és katabolizmus kapcsolata, emésztés, sejtlégzés. Az anyagcserefolyamatokban fontos szerepet játszó molekulák, nagy energiájú vegyületek, koenzimek (ATP, NAD+-NADH, FAD-FADH2, NADP+-NADPH, Acil-, Acetil-KoA) szerkezete, funkciója. A glikolízis lokalizációja, szakaszai, lépései, szabályozása, szerepe. A piroszőlősav sorsa. Különböző monoszacharidok belépése a glikolízisbe. 6. hét: A piruvát dehidrogenáz enzimkomplex működése, AcCoA keletkezése piruvátból. A tiaminpirofoszfát és liponsav koenzimek szerepe. A citrát-kör lokalizációja, részfolyamatai, energia és

anyagmérlege,

szerepe

az

energianyerésben

és

a

bioszintetikus

építőelemek

szolgáltatásában. A citrát ciklust feltöltő reakciók. Különböző vegyületek belépési lehetősége a citrát ciklusba. A citrát ciklus köztitermékei, mint bioszintetikus utak kiinduló anyagai. 7. hét: Az oxidációs energia átalakulása kémiai kötési energiává. A biológiai oxidáció, elektron transzfert katalizáló enzimek. Oxidatív foszforilálás: lokalizációja, a NADH és a FADH2 nagyenergiájú elektronjainak útja a molekuláris oxigénhez. A mitokondrium belső membránjának szerkezete, az elektrontranszportban résztvevő enzimrendszerek felépítése. Az ubikinon és a citokrómok szerepe az elektrontranszportban. Reaktiv oxigén részecskék keletkezése és eliminációja. A Mitchell féle kemiozmotikus elmélet. Az oxidáció és a foszforilálás kapcsolata, az ATP szintézis hajtóereje. 8. hét: A pentóz-foszfát útvonal, a glükóz direkt oxidációja. A folyamat lokalizációja, szerepe a metabolizmusban. A keletkező NADPH és pentóz foszfátok felhasználásának lehetőségei. A pentóz-foszfát útvonal különböző módozatai. A glükoneogenezis: glükóz szintézise nem szénhidrát köztitermékekből. A folyamat lokalizációja, szerepe, a glikolízistől eltérő és megegyező reakciói.

A piruvát karboxiláz enzim működése, a biotin koenzim szerepe.

Transzport folyamatok a glükoneogenezisben. A Cori-kör.

99

9. hét: Poliszacharidok lebontása a táplálék emésztése során és a sejtek anyagcsere folyamataiban. A glikogén, mint gyorsan mobilizálható glükóz forrás metabolizmusa. A glikogén lebontás és szintézis lépései, enzimei, lokalizációja. Aktivált glükóz, mint a szintézis alapegysége. A ciklikus-AMP központi szerepe a glikogén metabolizmus szabályozásában. A májban folyó glikogén metabolizmus szerepe a vércukor szintjének szabályozásában, a májsejt glükóz érzékelője. 10. hét: A zsírok metabolizmusa: triacil-glicerolok c-AMP-szabályozta hidrolízise, a glicerol sorsa. A zsírsavak aktiválása, aktivált zsírsavak bejutása a mitokondriumba. A karnitin szerepe. A zsírsavak béta oxidációja, a folyamat lokalizációja, lépései és enzimei. Páratlan szénatom számú és telítetlen zsírsavak lebontásához szükséges kiegészítő reakciók, enzimek. Ketontestek keletkezése, szerepük az agy tápanyag ellátásában. 11. hét: A lipogenezis: a zsírsavak bioszintézise, lokalizációja enzimei. A lebontás és szintézis közötti különbségek. A palmitát szintéziséhez szükséges AcCoA és NADPH forrása. Az AcCoA kijutása a mitokondriumból. MalonilCoA keletkezése, a zsírsav szintézis elkötelező lépése. Az ACP szerepe a zsírsavak szintézisében, a szintézis lépései. Hosszabb szénláncú és telítetlen zsírsavak szintézise. A zsírsav szintézis és a szénhidrát anyagcsere kapcsolata. 12. hét: A táplálék fehérjék emésztése, a proteolitikus enzimek specifitása, aktiválódása, katalitikus mechanizmusa. Az aminosavak lebontása; a nitrogén sorsa. Az aminotranszferázok és a glutamát dehidrogenáz központi szerepe a nitrogén metabolizmusban. 13. hét: Az urea-ciklus és kapcsolata a citrát-körrel, a Krebs kettős kör. Aminosavak lebontása; az aminosavak szénláncának sorsa. Ketogén és glükogén aminosavak. Aminosavakból szintetizálódó egyéb fontos biomolekulák. Aminosav anyagcsere betegségek.

100

14. hét: A DNS és RNS felépítése, szerkezeti szintjei. Purin nukleotidok szintézise, a purinváz felépítésében résztvevő atomok eredete. Pirimidin nukleotidok szintézise, a PRPP szerepe a szintézisekben. Dezoxiribonukleotidok szintézise. Nukleinsavak emésztése. A genetikai információ tárolása, áramlása és kifejeződése.

101

Analitikai Kémiai Tárgycsoport Analitikai Kémia I. (Óraszám: III. félév: 2 + 2 + 4 óra/hét) (Kreditszám: 8) Tárgycsoport felelős: Dr. Fábián István Tantárgyakat oktatók: Dr. Fábián István, Dr. Farkas Etelka Meghirdető tanszék: Szervetlen és Analitikai Kémiai Tanszék *Az Analitikai kémia II és III, valamint a Környezetanalitka szervetlen kémiai módszerei a vegyész szakirányon kötelező ráképzés

Elválasztástechnika (Óraszám: III. félév: 1 + 0 + 3 óra/hét) (Kreditszám: 3) Tárgycsoport felelős: Dr. Fábián István Tantárgyakat oktató: Dr. Lázár István Meghirdető tanszék: Szervetlen és Analitikai Kémiai Tanszék Spektroszkópiai módszerek (Óraszám: V. félév: 2 + 0 + 0 óra/hét) (Kreditszám: 3) Tárgycsoport felelős: Dr. Fábián István Tantárgyat oktató: Dr. Szilágyi László Meghirdető tanszék: Szerves Kémiai Tanszék

102

A tárgy neve:

ANALITIKAI KÉMIA I. (ELŐADÁS)

A tárgy Neptun-kódja:

TKBE0501

Tantárgyfelelős:

Dr. Fábián István egyetemi tanár

A tárgy oktatója:

Dr. Fábián István egyetemi tanár

Óraszám/hét:

2

Kreditszám:

3

Számonkérés módja:

kollokvium

A kurzus célja: Az analitikai kémia alapjainak megismertetése a hallgatókkal, különös tekintettel az oldatfázisú egyensúlyi rendszerek és a megoszlási egyensúlyok analitikai kémiai alkalmazásaira, illetve a legelterjettebb műszeres analitikai kémiai módszerek elvi hátterének és eszközeinek leírására. Tartalma: Az analitikai kémia alapfogalmai, mérések jellemzése, hibaszámítás alapjai. Oldategyensúlyi rendszerek kvantitatív jellemzése: a pH fogalma, egyensúlyi állandó, oldhatósági szorzat, redoxipotenciálok. A titrimetria alapjai: sav-bázis, redoxi-, csapadékos- és komplexometriás titrálások. A heterogén egyensúlyok analitikai alkalmazásának alapjai: gravimetria, extrakció, kromatográfiás módszerek. Az emissziós és abszorpciós atomspektroszkópiai módszerek elvi alapjai, eszközei. Az UV-VIS spektroszkópia eszközei, szervetlen kémiai alkalmazásai. Elektrokémiai módszerek: direkt és indirekt potenciometria, voltammetria, amperometria, konduktometria. Termikus analízis. A röntgensugárzás analitikai kémiai alkalmazásai. Kinetikai analitikai kémiai módszerek. Mintavétel, az analízis előkészítő műveletei. Minőségbiztosítás az analitikai kémiában. Ajánlott irodalom: 1. Fábián István: Analitikai kémia, oktatási segédanyag. 2. Skoog, D.A.; West, D.M.; Holler, F.J.: Fundamentals of Analytical Chemistry, Saunders College Publ., New York, 1988. 3. Willard, H. H.; Merritt Jr., L.L.; Dean, J.A.; Settle Jr., F.A.: Instrumental methods of Analysis, Wadsworth Publ., Co., Belmont, CA, U.S.A., 1988.

103

A tárgy részletes tematikája: 1. hét: Az analitikai kémia általános céljainak ismertetése, a tudományág kapcsolata a kémia más területeivel. Az analitikai módszerek csoportosítása: kvalitatív és kvantitatív, valamint klasszikus és műszeres analitikai módszerek általános jellemzői. A minta és összetevői. A mintavételezés alapjai. A mérés fogalma, célja, analitikai eredmények megadása. 2. hét: Oldategyensúlyok általános jellemzése, a koncentrációeloszlás fogalma, egyszerű és csatolt egyensúlyi rendszerek. Komponensek analitikai és egyensúlyi koncentrációja. Egyszerű egyensúlyok matematikai leírása. Lépcsőzetes egyensúlyok kezelése elváló és átfedő egyensúlyi lépcsők értelmezése. Koncentrációeloszlások számítása egyszerű egyensúlyi rendszerekben. Az egyensúlyi reakciók szerepe a kvantitatív analitikai kémiában. 3. hét: Sav-bázis elméletek, a Brönstedt-féle elmélet alapjai. Savak és bázisok jellemzése a disszociációs állandó értelmezése. A pH fogalma, az általános egyenúlyi megfontolások alkalmazása erős és gyenge savak/bázisok jellemzésére. Pufferek. Többértékű savak és bázisok jellemzése, amfolitok. Sav-bázis titrálási görbék. 4. hét: A titrimetria alapfogalmai: mérőoldat, standardizáló alapanyag, ekvivalenciapont, végpont, a titrálás

elvi

hibája.

A

sav-bázis

titrálások

gyakorlata,

mérőoldatok

készítése,

koncentrációmeghatározása. Közvetlen és közvetett meghatározások, előkészítő reakciók szerepe. Sav-bázis indikátorok, kiválasztásuk szempontjai. Acidi-alkalimetrás meghatározási módszerek.

Az

általános

egyensúlyi

alapelvek

alkalmazása

komplexegyensúlyok

jellemzésére. Látszólagos stabilitási állandó. 5. hét: A

komplexometria

Fémindikátorok

gyakorlata.

működésének

Komplexometriás alapelve,

titrálási

alkalmazásuk

görbék.

Maszkírozás.

komplexometriás

titrálások

végpontjelzésére. Komplexometriás meghatározási módszerek, fémionok egymás melletti 104

meghatározása. Csapadékképződési egyensúlyok. Az oldhatósági szorzat és oldhatóság fogalma. Az oldhatósági viszonyokat meghatározó tényezők. Az argentometriás titrálások gyakorlata, a csapadékos titrálások végpontjelzése. 6. hét: Redoxireakciók

analitikai

alkalmazásai.

A

redoxiegyensúlyok

jellemzésére

a

redoxipotenciálok alapján. Standard és formálpotenciál. A redoxititrálások csoportosítása. A permanganometria, kromatometria, bromatometria és jodometria gyakorlata. 7. hét: Elválasztási

módszerek

az

analitikai

kémiában.

Gravimetria.

A

csapadéképződés

szabályozására alkalmas kísérleti módszerek, hőkezelési eljárások. Szilárd-folyadék, folyadék-folyadék extrakciós módszerek. Fémionok extrakciós elválasztása. 8. hét: Kromatográfiás elválasztási módszerek általános leírása, csoportosítása. A kromatogramok általános jellemzése: retenciós paraméterek, felbontás, sávok jellemzői. A kromatográfia alapeszközei. Kiértékelési módszerek alapjai. 9. hét: A műszeres analitikai módszerek csoportosítása. Az analitkai jel, zaj fogalma. A jel/zaj arány növelésének általános módszerei. A hibaszámítás alapjai, a mérési eredmények eloszlása, statisztikai

jellemzése.

Mérési

adatok

kiértékelése.

Az

analitikai

módszerek

teljesítményjellemzői. 10. hét: Az elektromágneses sugárzás és az anyag kölcsönhatása. Spektroszkópiai módszerek általános jellemzése. A spektrofotometria gyakorlata, alkalmazása kvantitatív analízisre. A Lambert-Beer törvény. A spektrofotometria és az atomspektroszkópiai módszerek összehasonlítása. 11. hét: Az atomspektroszkópiai módszerek csoportosítása. Az atomabszorpciós spektrometria alapjai atomizáció, atomizációs módszerek. Az atomabszorpciós analízis eszközei. Üregkatód-lámpa, 105

detektorok, spektrumok kiértékelése. Az atomemissziós spektrometria alapjai. Az induktívan csatolt plazmaégő működése, az ICP módszer. Az ívgerjesztés alkalmazása lézermikropróbákban. 12. hét: Az elektrokémiai módszerek csoportosítása. A potenciometria alapjai. Indikátor- és referenciaelektródok. Néhány elektródtípus leírása, az elektródok jellemzésére alkalmazott paraméterek értelmezése: szelektivitás, válaszidő, érzékenység. Közvetlen és közvetett potenciometriás módszerek. 13. hét: Voltammetria nem nulla áramerősség mellett. A polarográfia alapjai: leválási potenciál, féllépcső potenciál, maradékáram, diffúziós határáram. Két-, illetve háromelektródos polarográfok. Polarográfiás technikák, polarogramok kiértékelése. Közvetlen és közvetett vezetőképességi analitikai módszerek. 14. hét: Termikus analízis. A TG, DTG, DTA és DSC módszerek összehasonlítása. Termometriás titrálások. A folyamatos analízis alapjai. A buborékszegmentált folyamatos analízis és a injektálásos (FIA) analitikai módszerek áttekintése. Kinetikai analitikai módszerek.

106

A tárgy neve:

ANALITIKAI KÉMIA I. (SZÁMOLÁSI GYAKORLAT)

A tárgy Neptun-kódja:

TKBG0501

Tantárgyfelelős:

Dr. Fábián István egyetemi tanár

A tárgy oktatója:

Dr. Farkas Etelka egyetemi tanár

Óraszám/hét:

2

Kreditszám:

2

Számonkérés módja:

gyakorlati jegy

A kurzus célja: A tantermi gyakorlat célja, hogy kialakítsa a hallgatókban azt a készséget, mely alapján számításokkal alátámasztott módon képesek megtervezni különféle klasszikus mennyiségi analitikai módszerekkel végrehajtandó feladatot, képesek a kapott kísérleti eredmények értékelésére. Mindezen készségek kialakításához nélkülözhetetlen, és ezért a szemináriumon célként megjelölt, a legalább alapvető jártasság kialakítása az analitikában alkalmazott reakció-típusok

(sav-bázis,

redoxi,

komplexképződési,

csapadékképződési

reakciók)

kvantitatív kezelésére. Tartalma: A szeminárium során konkrét feladatokon keresztül történik egyrészt a fogalmak, összefüggések szemléltetése, megértetése, másrészt gyakorlati feladatok megtervezése, a kapott kisérleti eredmények számolása. Ajánlott irodalom: Farkas Etelka, Fábián István, Kiss Tamás, Posta József, Tóth Imre, Várnagy Katalin: Általános és analitikai kémiai példatár, Kossuth Egyetemi Kiadó, 2003.

A tárgy részletes tematikája: 1. hét: Alapvetően fontos, hogy az analitikai feladatokhoz nélkülözhetetlen SI mértékegységekkel készségszinten dolgozni tudjon a hallgató. Tekintettel arra, hogy korábbi kurzus anyagaként ez a terület már ismertnek tekinthető, így e témakörben csupán egy-egy feladat révén rövid 107

ismétlésre kerül sor az első hét két óráján. Ezen két óra fedata továbbá az SI szerint nem megengedett, de a gyakorlati analitikai laboratóriumokban még használt egységek (pl. normalitás, faktor) megismertetése mintafeladatokon keresztül. 2. hét: Természetes, hogy nem lehetséges kémiai analízist sem olymódon végrehajtani, hogy a kapott eredménynek ne lenne hibája, valamilyen mértékű bizonytalansága (pontatlansága). A második hét órái keretében mintafeladatok által egyrészt a szükséges alapvető fogalmak, másrészt a hibafajták megismertetése, megértetése, rögzítése történik. 3. hét–6. hét: Az

analitikában

alkalmazott

reakció

típusokkal

kapcsolatos

számolások:

Savak-bázisok, sav-bázis reakciók. pH-számolás erős sav/bázis, egyértékű gyenge sav/bázis rendszerekre, valamint sav-bázis puffer rendszerekre, illetőleg amfolitokra. Többértékű savak, bázisok

rendszereinek

alapesetei

(mintafeladatokon

keresztüli

bemutatás).

Sav-bázis reakciók analitikai alkalmazásával (sav-bázis titrálásokkal) kapcsolatos feladatok: titrálási görbék számolása, értelmezése. Ekvivalenciapont pH-jával, indikátor-választással, titrálási hibával kapcsolatos számolások. Feladatok sav-bázis titráláson alapuló mérések megtervezésére, titrálás végeredményének számolására. (3 hét anyaga) 7. hét–9. hét: A komplexképződési reakciók, lépcsőzetes egyensúlyok kvantitatív jellemzése. Többfunkciós ligandumokkal

(amino-polikarboxilátok,

elsősorban

EDTA)

való

komplexképződés

kvantitatív jellemzése. Az EDTA-val való komplexképződéssel konkuráló reakciók (EDTA protonálódás, egy-két mintafeladat erejéig a fémion hidrolízis) hatásának kezelése, a látszólagos stabilitási állandóval kapcsolatos számolások. Komplexképződési reakciók analitikai alkalmazása. Komplexometria, komplexometriás titrálási görbe pontjainak számolása. Példák (megadott pH értékeken) fémionok EDTA-val való titrálásban történő, adott hibahatáron belüli meghatározhatósága megítélésére. Feladatok komplexometriás titráláson alapuló mérések megtervezésére, titrálás végeredményének számolására. (2 hét anyaga) 10. hét–11. hét: Oxidációs-redukciós (redoxi) reakciók: A redoxi reakciók rendezésével kapcsolatos korábbi 108

ismeretek felelevenítése néhány, analitikai szempontból fontos redoxi reakció példáján keresztül. Redoxi félreakciók, a rájuk vonatkozó Nernst-egyenlet felírása, értelmezése az analitikai jelentőség szempontjából. A redoxi potenciált befolyásoló tényezők, a formálpotenciál. A standard-, illetőleg formálpotenciálok ismeretében redoxi reakciók irányának és lejátszódás mértékének megítélése (redoxi egyensúlyi állandó számolása). Gyakorlati példák redoxi titrálásokkal kapcsolatosan. Redoxi reakciókon alapuló analitikai meghatározások eredményének számolása. (2 hét) 12. hét–14. hét: Csapadékképződési reakciók: Alapfogalmak (oldhatósági szorzat, oldékonyság) megértését, kapcsolatukat bemutató feladatok megoldása. Az oldékonyságot befolyásoló tényezők (sajátion fölösleg, pH, komplexképződés) hatásának megértését bemutató egyszerű feladatok megoldása. Csapadékképződési reakciók analitikai alkalmazásához kapcsolható feladatok megoldása. Modell feladatok csapadék megjelenítése, feloldása, kvantitatív leválasztása feltételeinek számolására. Feladatok a csapadékos titrálás, gravimetria témakörében (3 hét).

A gyakorlat során két alkalommal írt zárthelyi méri le a megjelölt témakörökben elért jártasság szintjét

109

A tárgy neve:

ANALITIKA KÉMIA I. (LABORATÓRIUMI GYAKORLAT)

A tárgy Neptun-kódja:

TKBL0501

Tantárgyfelelős:

Dr. Fábián István egyetemi tanár

A tárgy oktatója:

Dr. Farkas Etelka egyetemi tanár

Óraszám/hét:

4

Kreditszám:

3

Számonkérés módja:

gyakorlati jegy

A kurzus célja: A gyakorlat célja, hogy megismertesse a hallgatókat alapvető klasszikus analitikai módszerekkel, azok gyakorlati megvalósítási technikáival. A kapott kísérleti eredmények értékelése ugyancsak a feladatok részét képezi. Tartalma: A kvantitatív analízis során tömeg és/vagy térfogatmérési műveletek összességéből álló eljárások mérési eredményeiből számítjuk ki a megfelelően előkészített vizsgálati minta egy vagy több komponensének mennyiségét. Fontos feladat a gyakorlat során a tömegmérés analitikában

legáltalánosabban

használatos

technikáinak,

a

térfogatmérő

eszközök

tisztításának, használatának, szükség szerinti kalibrálásának elsajútítása. A titrimetria különböző módszereit, azok alkalmazásának feltételeit, lehetőségét, a tematikában meghatározott gyakorlati feladatokon keresztül tanulmányozzák a hallgatók. A nagyobb gyakorlatot, hosszabb időt igénylő egyik egyszerű elválasztási módszer, a gravimetria egy-két konkrét feladat kapcsán foglaltatik benne a tematikában. Végül egy, a minta előkészítésében, a mérés megtervezésében, valamint végrehajtásában nagyobb önállóságot igénylő komplex feladattal zárul a kurzus. Ajánlott irodalom a konkrét gyakorlatokhoz kapcsolódó elméleti alapokhoz, illetve az analízis eredményeinek kiszámításához: 1. Farkas Etelka: Oktatási segédanyag, Klasszikus analitikai kémiai laboratóriumi

gyakorlathoz, Debreceni Egyetem, 2003 2. Burger Kálmán: Az analitikai kémia alapjai: kémiai és műszeres elemzés, Semmelweis

Kiadó, 1999. 3. Pokol György, Sztatisz Janisz: Analitikai kémia I., BME Kiadó, 1999.

110

4. Schulek Elemér, Szabó Zoltán László: A kvantitatív analitikai kémia elvi alapjai és

módszerei, Tankönyvkiadó, 1971 5. Farkas Etelka, Fábián István, Kiss Tamás, Posta József, Tóth Imre, Várnagy Katalin:

Általános és analitikai kémiai példatár, Kossuth Egyetemi Kiadó, 2003.

A tárgy részletes tematikája: 1.-2. hét: A laboratóriumi munkaszabályok ismertetése, balesetvédelmi oktatás, a felszerelések átvétele. A meghatározások során használandó térfogatmérő eszközök tisztításának, pontos használatának, esetleges kalibrálásuknak megismerése. Sav-bázis reakciókon alapuló titrimetriás meghatározásokhoz HCl mérőoldat készítése cc. sósav oldatból, hígítással. (E feladat kapcsán ismétlésre kerülnek a cc. savak, lúgok hígítási lépéseinél figyelembe veendő balesetvédelmi szempontok is.) Törzsoldat készítése a sósav mérőoldat pontos koncentrációjának meghatározásához használandó standardból, káliumhidrogén-karbonátból. (A feladatnak része a mennyiségi analitikában alkalmazott különféle tömegmérési technikák megismertetése is). A HCl mérőoldat pontos koncentrációjának meghatározása KHCO3-ra. A pontosan ismert koncentrációjú mérőoldattal szilárd porminta bórax-tartalmának meghatározása egyedi minták készítésével (ismeretlen). (A feladat kapcsán átismétlésre kerülnek a gyenge savak/gyenge bázisok közvetlen sav-bázis titrálásban történő meghatározásának feltételei, valamint szilárd minták előkészítésével kapcsolatos általános teendők). 3. hét: A HCl mérőoldat koncentrációjának ellenőrzése. NaOH és Na2CO3 meghatározása egymás mellett a Warder-féle kétindikátoros módszer szerint (ismeretlen). NaOH mérőoldat készítése (itt ismertetésre kerülnek azon általános technikák, melyek “karbonátmentes” lúg mérőoldatok készítésére alkalmazottak). 4.-5. hét: A NaOH mérőoldat pontos koncentrációjának meghatározása ismert koncentrációjú HCl oldatra. 111

Többértékű savak meghatározásának feltételei, lehetőségei. Konkrét feladat: oxálsav meghatározása (ismeretlen). Közvetett sav-bázis titrálások lehetőségei közül a példaként kiemelt és konkrétan végrehajtandő feladatok: Ni(II)-ionok meghatározása a kationcsere során képződő hidrogénionokon keresztül (ismeretlen), valamint Na2S2O3 (brómos oxidációját követő) közvetett alkalimetriás meghatározása (ismeretlen). 6. hét: Csapadékképződési reakciók alkalmazásának lehetőségei és feltételei a titrimetriában. Konkrét végrehajtandő feladat a KCl/KBr porkeverék klorid- és bromid-tartalmának meghatározása Mohr-szerint indirekt módszerrel, ismert koncentrációjú AgNO3 mérőoldatot használva (ismeretlen). Redoxi reakciók alkalmazásának lehetőségei és feltételei a titrimetriában. Permanganometria: A permanganát mint mérőoldat titrimetriában való alkalmazási lehetőségeinek, feltételeinek összefoglalása Megadott koncentrációjú KMnO4 oldat készítése és pontos koncentrációjának meghatározásához Na-oxalát standard-ból törzsoldat készítése. 7.-8. hét: A KMnO4 mérőoldat szűrése, pontos koncentrációjának meghatározása. A lehetséges alkalmazások közül Fe(II)-Fe(III) meghatározása permanganometriásan (ismeretlen). Bromatormetria: Adott koncentrációban rendelkezésre álló KBrO3 mérőoldattal a lehetséges közvetlen oxidációs, addiciós, szubsztitűciós reakció-típusok közül egy bróm-addiciós reakción alapulú meghatározás, a C-vitamin hatóanyagtartalmának meghatározása (ismeretlen). 9.-10. hét: Jodometria: A jodometria oxidimetriás, valamint reduktometriás ágainak bemutatása. Meghatározási lehetőségek és feltételek összefoglalása. A jodometrás meghatározások során alkalmazandó speciális körólmények megismerése. Adott koncentrációjú Na2S2O3 mérőoldat készítése és koncentrációjának meghatározása ismert koncentrációjú KIO3-ra. Példaként elvégzendő feladat: Cu(II) meghatározása jodometriásan (ismeretlen), valamint I–meghatározás jódsokszorozó eljárással (ismeretlen).

112

11.-12. hét: Komplexometria: A komplexképződési reakciók titrimetriás alkalmazása feltételeinek összefoglalása, adott koncentrációjú EDTA mérőoldat készítése, analitikai mérlegen pontosan bemért

Na2EDTA-ból.

A

közvetlen

titrálásokban

elvégezhető

komplexometriás

meghatározások közül példaként a vízkeménységet okozó Ca(II)- és Mg(II)ionok meghatározása történik. A feladat végrehajtása során, kihasználva a pH-nak az EDTA-val való komplexképződés szelektivitására gyakorolt hatását, a két ion egymás melletti meghatározása egyetlen mintából, két indikátort és két alkalmasan megválasztott pH-t beállítva történik (ismeretlen). A komplexképződés szelektívvé tételének további lehetőségai közül újabb példát nyújt a réz(II) és cink(II) egymás melletti meghatározása (ismertelen). A

komplexképződés

nem

kellően

gyors

volta

miatt

az

Al(III)

meghatározása

komplexometriásan közvetlen titrálásban nem, de visszaméréses technikával lehetséges (ismeretlen). A titrimetriás feladatokkal párhuzamosan, a 7 héttől a csapadékképződésen, mint egyszerű elválasztási eljáráson alapuló gravimetria alapjaival, lépéseivel is megismertet a gyakorlat. Az elvégzendő feladatok közül az egyiknél a csapadék hőkezelése elektromos szárítószekrényben történik

(kobalt(II)

meghatározása

gravimetriásan

8-hidroxikinolinnal

Berg

szerint

(ismeretlen)), míg a másiknál a csapadék ízzítása szükséges ahhoz, hogy a kapott termék egyértelműen jól definiált, ismert összetételűvé váljon

(pl. Cr(III) gravimetriás

meghatározása (ismeretlen)). Az utóbbi gyakorlatnál, mivel a kiindulási minta a meghatározást zavaró Fe(III)ionnal szennyezett, a mintaelőkészítés lépéseként extrakció is alkalmazandó. 13.-14. hét: Egyéni zárófeladat, melynek során egy nagyobb kínálati csomagból kapnak a gyakorlatot végzők véletlenszerű kiválasztással feladatot. A végrehajtás során a mennyiségi meghatározáshoz a konkrét módszer kiválasztása, a mérés megtervezése, kivitelezése, az analízis eredményének számolása már meglehetősen nagy önállósággal történik.

113

A tárgy neve:

ELVÁLASZTÁSTECHNIKA (ELŐADÁS)

A tárgy Neptun-kódja:

TKBE0502

Tantárgyfelelős:

Dr. Fábián István egyetemi tanár

A tárgy oktatója:

Dr. Lázár István egyetemi docens

Óraszám/hét:

1

Kreditszám:

1

Számonkérés módja:

kollokvium

A kurzus célja: A legfontosabb modern kutatólaboratóriumi és vegyipari elválasztási módszerek, eszközök és eljárások elméletének és gyakorlatának a megismertetése a hallgatókkal, különös tekintettel az egyes hagyományos és modern kromatográfiás eljárások lehetséges alkalmazásaira. Tartalma: A folyadékkromatográfiák alapjai, főbb típusai, adszorpciós, megoszlásos, méretkizárásos eljárások, normál és fordított fázisú kromatográfiás rendszerek, gélkromatográfia, ioncserés kromatográfia, affinitáskromatográfia, ionok vándorlásának elméleti alapjai. A modern analitikai és preparatív készülékek felépítési elvei, használatuk lehetőségei, általános gyakorlata.

Automatikus

mintaadagoló

és

frakciószedő

rendszerek,

laboratóriumi

automatizálás. Modern mintaelőkészítési eljárások, folyadék-szilárd, folyadék-folyadék és szilárd fázisú extrakció. Szuperkritikus közegek alkalmazási lehetőségei az analitikában. Ultraszűrés és nanoszűrés, dialízises elválasztási eljárások. A kombinatórikus kémiában alkalmazott szilárd hordozós szintézismódszerek. Analitikai és preparatív réteg- és oszlopkromatográfiás technikák. Preparatív normál és fordított fázisú folyadékkromatográfia, gélkromatográfia, affinitáskromatográfia, ionkromatográfia. Töltött részecskék vándorlásán alapuló elválasztási és analítikai eljárások, elektromigrációs módszerek. Nagyon híg oldatokban alkalmazható elektromkémiai leválasztási módszerek. Ajánlott irodalom: 1. Dr. Mádi Istvánné (szerk.), Elválasztástechnika (Kromatográfiás módszerek), Egyetemi jegyzet, Tankönykiadó, Budapest, 1985 2. Dr. Kovácsné Dr. Hadady Katalin, Hagyományos és modern rétegrendszerű folyadékkromatográfia, egyetemi jegyzet, Egyetemi Kiadó, Debrecen, 1995 114

3. Előadáson kiadott segédanyagok

A tárgy részletes tematikája: 1. hét: Az ipari és a laboratóriumi elválasztások szükségessége, legfontosabb általános módszereinek összefoglaló jellemzése. Nagy mennyiségű oldószer eltávolítására szolgáló eljárások: bepárlás, filmbepárlás, kifagyasztás, fagyasztva szárítás. Szelektív kioldások, csapadékképzés. Flotáció, mágneses szeparáció. Centrifugálás és ultracentrifugálás. 2. hét: Szűrés, ülepítés, centrifugálás. Atmoszférikus, nyomás alatti és csökkentett nyomáson történő szűrés eszközei, módszerei. Szűrőpapírok, szűrőlapok minősítése, kiválasztásának alapjai. Szűréskönnyítő anyagok és alkalmazási területeik. Az ozmózis jelensége, fordított ozmotikus eljárások, dialízises elválasztási módszerek, dialízismemebránok, dializáló készülékek. Elektrodialízis. Membránszűrés, sterilszűrés,ultraszűrés, nanoszűrés. 3. hét: Gázelegyek szétválasztására szolgáló eljárások. Frakcionált kondenzáció, kifagyasztás, frakcionált desztilláció. Komponensek eltávolítása szelektív kémiai reakcióval. Szelektív adszorpció, adszorptív dúsítás, deszorpció. Heterogén szennyezőket tartalmazó gázelegyek szétválasztására szolgáló eljárások. Szilárd szennyező eltávolítására szolgáló eljárások: szűrés, elektrosztatikus leválasztás, nedvesítéses eljárások. Centrifugális elven működő szeparátorok, centrifugális ultraszűrés. Ködök szétválasztására alkalmas eljárások. 4. hét: Szakaszos és folyamatos folyadék-szilárd és folyadék-folyadék extrakció elmélete, gyakorlati megvalósításai. Manuális és automatikus extraktorok. Szuperkritikus állapot jellemzői, a szuperkritikus közegek alkalmazása az analitikai és az ipari gyakorlatban. Az extrakciós eljárások felhasználása az analitikai mintaelőkészítésben. Szilárd fázisú extrakció (SPE) és szilárd fázisú mikroextrakció (SPME), működésük elvi alapjai, analitikai felhasználásaik.

115

5. hét: A kromatográfiás eljárások csoportosítása a retenció mechanizmusa alapján, az egyes kromatográfiák rövid ismertetése. A kromatográfiás módszerek kifejlesztési mód szerinti csoportosítása, általános jellemzése. A kromatográfiás módszerek megválasztásának alapelvei. 6. hét: Vékonyrétegkromatográfia elmélete és gyakorlata. Legfontosabb kromatográfiás rétegek típusai, vertikális és horizontális futtatások. A kromatográfiás kamrák típusai, modern kromatográfiás készülékek, automatikus kifejlesztő kamrák. kromatogramok láthatóvá tétele,. Preparatív rétekromatográfia. 7. hét: Gázkromatográfia I. A gázkromatográfia alapjai, a GC készülékek általános felépítése. A GC injektorok és detektorok leggyakrabban használt típusai. A GC detektorok működési elve, felépítése, működési elve, linearitási tartománya. 8. hét: Gázkromatográfia II. Hagyományos töltött és kapilláris kolonnák, ultragyors kromatográfiás kolonnák típusai, elválasztástechnikai jellemzői. A gázkromatográfiában használatos mintaelőkészítő eljárások áttekintése. 9. hét: Gázkromatográfia III. A környezeti analitikában használatos GC módszerek ismertetése, elvi alapjaik. Preparatív gázkromatográfiás eljárások. 10. hét: Folyadékkromatográfia I. Hagyományos kis és közepes nyomású preparatív kromatográfiás eljárások, oszlopkromatográfia, flash kromatográfia, száraz oszlopos vákuum-kromatográfia elvei, megvalósításuk anyagai és eszközei. Automata frakciószedő készülékek. 11. hét: Folyadékkromatográfia II. Nagy hatékonyságú folyadékkromatográfiás készülékek általános felépítése, működésük alapelvei, legfontosabb eszközeik. A HPLC készülékeknél használatos 116

legfontosabb

detektorok.

Analitikai

folyadékkromatográfok

felhasználási

köre

a

kutatólaboratóriumokban. 12. hét: Folyadékkromatográfia III. nagynyomású folyadékkromatográfok használata preparatív elválasztásokra. A léptéknövelés kérdésköre. Ipari folyadékkromatográfok felépítése, alkalmazási köre. 13. hét: Gélkromatográfia,

affinitáskromatográfia,

gélelektroforézis

alapelvei,

megvalósításaik

módszerei, anyagai és eszközei. 14. hét: Nagyon híg oldatokban alkalmazható elektrokémiai leválasztási és dúsítási módszerek.

117

A tárgy neve:

ELVÁLASZTÁSTECHNIKA (LABORATÓRIUMI GYAKORLAT)

A tárgy Neptun-kódja:

TKBL0502

Tantárgyfelelős:

Dr. Fábián István egyetemi tanár

A tárgy oktatója:

Dr. Lázár István egyetemi docens

Óraszám/hét:

3 (kétheti bontásban tömbösítve)

Kreditszám:

2

Számonkérés módja:

gyakorlati jegy

A kurzus célja: A modern kutatólaboratóriumokban és a vegyiparban használatos legfontosabb műszeres elválasztási

módszerek,

eszközök

és

eljárások

gyakorlatának,

a

mintaelőkészítés

elválasztástechnikai részleteinek a megismertetése, különös tekintettel a kromatográfiás eljárások lehetséges alkalmazásaira. Tartalma: Gázkromatográfia alapjai, legfontosabb mérési módszerei, a GC készülék felépítése, kolonnatípusok és alkalmazási lehetőségeik, kromatográfiás indexek gyakorlati alkalmazásai, mennyiségi és minőségi elemzés elvégzése, kiértékelése. Az intenzív folyadékkromatográfia alapjai, legfontosabb mérési módszerei, a HPLC készülék felépítése, kolonnatípusok és alkalmazási lehetőségeik, mintaelőkészítés, mennyiségi és minőségi elemzés elvégzése, kiértékelése. Az ionok vándorlásán alapuló kromatográfiák alapjai, legfontosabb mérési módszerei, a kapilláris elektroforézis (CE) készülék felépítése, mintaelőkészítés, mennyiségi és minőségi elemzés elvégzése, kiértékelése. A gélkromatográfia alapjai, legfontosabb géltípusok, oszlopkészítés gyakorlata, mintaelőkészítés, mennyiségi és minőségi elemzés elvégzése, kiértékelése. A rétegkromatográfiás elválasztások elméleti alapjai, legfontosabb technikái, a TLC réteg és hordozó típusai, gyakorlati elválasztási feladatok és szemikvantitatív mérési feladatok végrehajtása vékonyrétegkromatográfiás technikával, az eredmények kiértékelése. Radiokémiai dúsítási és elválasztási módszerek általános gyakorlata, kis koncentrációk tartományában alkalmazható eljárások, radioizotóp elválasztása elektrokémiai módszererel, mennyiségi meghatározás elvégzése, kiértékelése.

118

Ajánlott irodalom: 1. Dr. Mádi Istvánné (szerk.), Elválasztástechnika (Kromatográfiás módszerek), Egyetemi jegyzet, Tankönykiadó, Budapest, 1985 2. Dr. Kovácsné Dr. Hadady Katalin, Hagyományos és modern rétegrendszerű folyadékkromatográfia, egyetemi jegyzet, Egyetemi Kiadó, Debrecen, 1995 3. Dr. Fábián István (Szerk): Műszeres analitika laboratóriumi gyakorlatok (házi jegyzet)

A tárgy részletes tematikája: 1.-2. hét: Gázkromatográfia. Gázkromatográfia alapjai, legfontosabb mérési módszerei, a GC készülék felépítése, kolonnatípusok és alkalmazási lehetőségeik, kromatográfiás indexek gyakorlati alkalmazásai, mennyiségi és minőségi elemzés elvégzése, az eredmények kiértékelése. 3.-4. hét: Kisnyomású folyadékkromatográfia. Az oszlopkromatográfia gyakorlati alapjai, legfontosabb álló-

és

mozgófázisok

megismerése,

a

megfelelő

kromatográfiás

körülmények

megválasztásának szempontjai. Gravitációs és kényszerelven működő elválasztások. Elválasztási feladat megoldása hagyományos és vákuumkromatográfiás módszerrel. 5.-6. hét: Nagynyomású

folyadékkromatográfia.

Az

intenzív

folyadékkromatográfia

alapjai,

legfontosabb mérési módszerei, a HPLC készülék felépítése, kolonnatípusok és alkalmazási lehetőségeik, mintaelőkészítés, mennyiségi és minőségi elemzés elvégzése HPLC technikával, az eredmények kiértékelése. 7.-8. hét: Gélkromatográfia. A gélkromatográfia alapjai, legfontosabb géltípusok megismerése, oszlopkészítés elvi alapjai, oszlopkészítés a gyakorlat keretein belül, mintaelőkészítés, mennyiségi és minőségi elemzés elvégzése a készített oszlopon, az eredméynek kiértékelése.

119

9.-10. hét: Analitikai és preparatív rétegkromatográfia. A rétegkromatográfiás elválasztások elméleti alapjai, legfontosabb technikái, kromatográfiás szorbensek és a TLC rétegek típusainak megismertetése. megismertetése.

Preparatív

rétegek

készítésének

és

félpreparatív

Analitikai

módja,

felhasználási

elválasztási

feladat

lehetőségeik elvégzése

vékonyrétegkromatográfiás technikával, szemikvantitatív kiértékelés végrehajtása. OPLC készülék használatának megismertetése, elválasztási feladat végrehajtása OPLC technikával. 11.-12. hét: Az ionok vándorlásán alapuló kromatográfiák alapjai, legfontosabb mérési módszerei, a kapilláris elektroforézis (CE) készülék felépítése, mintaelőkészítés, mennyiségi és minőségi elemzés elvégzése, kiértékelése. 13.-14. hét: Radiokémiai dúsítási és elválasztási módszerek általános gyakorlata, kis koncentrációk tartományában alkalmazható eljárások, radioizotóp elválasztása elektrokémiai módszerrel, mennyiségi meghatározás elvégzése, kiértékelése.

120

A tárgy neve:

SPEKTROSZKÓPIAI MÓDSZEREK (ELŐADÁS)

Tantárgyfelelős:

Dr. Fábián István egyetemi tanár

A tárgy oktatója:

Dr. Szilágyi László egyetemi tanár Dr. Kurtán Tibor tanársegéd Dr. Kiss Attila tudományos segédmunkatárs

Óraszám/hét:

2

Kreditszám:

3

Számonkérés módja:

kollokvium

A kurzus célja: A kémiai szerkezetfelderítés spektroszkópiai módszerei: alapelvek és gyakorlati alkalmazásuk megismertetése a hallgatókkal. Tartalma: A Zeeman-kölcsönhatás, az NMR és az ESR spektroszkópia alapelve. Az NMR kémiai eltolódás és mérése. Az NMR spektrométerek felépítése és működési elve. Proton kémiai eltolódások és alkalmazásuk a kémiai szerkezetmeghatározásban. A magspin-magspin csatolás. Az NMR multiplettek és a spektrumelemzés szabályai. A magspin-magspin csatolási állandók és kémiai szerkezeti alkalmazásaik. A

13

C és egyéb magok kémiai eltolódásai.

Kémiai szerkezeti alkalmazások. Az ESR spektroszkópia alkalmazása a kémiai reaktivitás és szerkezet vizsgálatára. Abszorpciós molekula színképek (UV, IR, Raman) képződése. A Lambert-Beer törvény és analitikai alkalmazásai. Az UV-VIS alapfogalmai. A konjugáció megnyilvánulása az optikai spektrumokban. Szerves és szervetlen kémiai alkalmazások. Spektrofotométerek felépítése és működése. Spektrofotomeria alkalmazási lehetőségei a kémiai szerkezetvizsgálatban és analitikában. Az inter- és intramolekuláris effektusok megnyilvánulása az IR színképekben. A tömegspektrometria alapfogalmai: molekulák ionizációja, az ionizáció és a tömeg/töltés analízis módszerei. Tömegspektrométerek felépítése

és

működése.

A

tömegspektrometriai

fragmentációs

szabályok.

A

tömegspektrometria kombinált módszerei (GC-LC-CE-MS): analitikai és szerkezeti alkalmazások. Tandem tömegspektrometria. A szerkezetvizsgáló módszerek alkalmazásának stratégiája. Spektrumelemzés, minőségbiztosítási jellemzők.

121

A kötelező, illetve az ajánlott irodalom: 1. Szilágyi László: Mágneses rezonancia, 252 old. Tankönyvkiadó, Budapest, 1977., 1987., Kossuth Egyetemi Kiadó, Debrecen, 2001. 2. Szilágyi László: 1H NMR spektrumok", 160 old. Tankönyvkiadó, Budapest, 1979. 3. P. J. Hore: Mágneses magrezonancia, 97 old. Nemzeti Tankönyvkiadó RT, Budapest, 2003. 4. Dinya Z.: Elektronspektroszkópia, Tankönyvkiadó, Budapest, 1979. 5. Dinya Z.: Infravörös spektroszkópia, Tankönyvkiadó, Budapest, 1981. 6. Dinya Z.: Szerves tömegspektrometria, Debreceni Egyetemi Kiadó, Debrecen, 2002.

A tárgy részletes tematikája: 1. hét: Az elektron és az atommag mechanikai és mágneses dipólusmomentuma. Nem-zérus spinű mikrorészecskék külső mágneses térben: a Zeeman-kölcsönhatás, a Larmor precesszió. Az NMR és az ESR spektroszkópia alapelve, a rezonanciafeltétel (NMR, ESR). Makroszkópikus minták

mágneses

sajátságai:

a

Zeeman-szintek

betöltöttsége,

a

makroszkopikus

mágnesezettség, a mágneses szuszceptibilitás.

2. hét: A NMR kémiai árnyékolás értelmezése. Árnyékolási mechanizmusok könnyű és nehéz magokat tartalmazó atomokban. Árnyékolási mechanizmusok molekulákban és egyéb atomi halmazokban. Diamágneses és paramágneses árnyékolási járulékok.

Példák szerves és

szervetlen molekulák, komplexek, fémorganikus vegyületek, stb. köréből. Az NMR kémiai eltolódás definíciója és mérése. Az NMR spektrométerek felépítése és működési elve.

3. hét: Proton kémiai eltolódások és alkalmazásuk a kémiai szerkezetmeghatározásban: 1H-NMR eltolódások és a kémiai szerkezet összefüggései (anizotrópia-járulék, gyűrűáram, annulének, H-híd, oldószerhatás). Kötéseken és téren át ható elektron-effektusok tükröződése az 1HNMR kémiai eltolódásokban. Példák szerves és szervetlen molekulák, komplexek, fémorganikus vegyületek, stb. köréből. Kvantitatív analízis.

122

4. hét: A magspin-magspin csatolás jelensége és értelmezése naiv, valamint félkvantitatív közelítésekben. A nem-csatolt AX spinrendszer. Bonyolultabb spinrendszerek: szimmetria és spin-spin csatolás. Gyenge csatolás, kémiai és mágneses egyenértékűség, a csatolt AB spinrendszer. Multiplicitási szabályok, az NMR spin-multiplettek első rendű analízise. Az NMR multiplettek és a spektrumelemzés szabályai. A szuperpozíció elve a spinmultiplettek analízisében, példákkal illusztrálva.

5. hét: A magspin-magspin csatolási állandók és kémiai szerkezeti alkalmazásaik. Egy- és többkötéses homo- és heteronukleáris csatolási állandók különös tekinetttel a

13

C-1H

csatolásokra. Izotóphatás. Elektroneloszlás (szubsztituens-elektronegativitás) és térszerkezeti hatások. Csatolási mechanizmusok: közvetett (kémiai kötéseken keresztül) és közvetlen (téren át ható) kölcsönhatások. A Karplus-egyenlet, alkalmazási példák molekulák térszerkezetének meghatározására. Távolható csatolások. 6. hét: A

13

C és egyéb („hetero”) atommagok kémiai eltolódásai. A paramágneses árnyékolási

állandó (σP) értelmezése Karplus-Pople szerint,

σP

és elektronszerkezet.

13

C kémiai

eltolódások és molekulaszerkezet (α-,β- és γ-hatások, C=O eltolódások). Elektroneloszlás (szubsztituens-elektronegativitás, mezomer/tautomer effektusok) és térszerkezeti hatások. Kémiai szerkezeti alkalmazások bemutatása szerves és szervetlen molekulák, komplexek, fémorganikus vegyületek, stb. köréből vett példákkal. 7. hét: Az ESR spektroszkópia alkalmazása a kémiai reaktivitás és szerkezet vizsgálatára. A Fermiféle kontakt kölcsönhatás. Hiperfinom csatolás a H-atomban zérus-, illetve erős mágneses térben. A H-atom ESR spektruma. Hiperfinom csatolás a butadién gyök-anionban. A hiperfinom csatolási állandó elektronszerkezeti értelmezése (McConnell összefüggés). Spinpolarizáció. Hiperfinom csatolási állandók és elektronszerkezet összefüggése aromás szabad gyökökben. Hiperfinom csatolási állandók alkalmazása a kémiai reaktivitás

123

vizsgálatában: elektrofil szubsztitúciós reakciók irányításai szabályai és a hiperfinom csatolási állandók összefüggései. 8. hét: Elektromágneses sugárzás és abszorbciójának jellemzése. Egy molekula energiaszintjei (rezgési, rotációs és elektrongerjesztési) és abszorpciós molekula színképek (UV, IR, Raman) képződése. Az elektron gerjesztése, elektronátmenetek jellemzése, gerjesztett állapot, fluoreszcencia, foszforeszcencia. UV-Vis spektrum, szelekciós szabályok. Vibrációs kölcsönhatás, Franck-Condon elv. A Lambert-Beer törvény és analitikai alkalmazásai. 9. hét: Az UV-VIS alapfogalmai; kromoforok, auxokromok, spektrális effektusok. Egyszerű és konjugált kromoforok; konjugáció megnyilvánulása az optikai spektrumokban. UV sávok eltolódását befolyásoló tényezők vizsgálata. Szerves vegyületek karakterisztikus UV-Vis átmenetei. Átmenetek hullámhosszának megadására alkalmas szabályok: telítetlen karbonil vegyületek, aromás vegyületek. Szerves és szervetlen kémiai alkalmazások; kvalitatív és kvantitatív analízis, izoméria és kémiai reakciók vizsgálata. 10. hét: UV és IR spektrofotométerek felépítése és működése. Fourier transzformációs IR spektrométerek alkalmazásának előnyei. Mintaelőkészítés és IR spektrum feldolgozása. Harmonikus és anharmonikus oszcillátor model. Infravörös színképek keletkezésének feltételei. Spektrofotometria alkalmazási lehetőségei a kémiai szerkezetvizsgálatban és analitikában. 11. hét: Rezgéstípusok,

erőállandók

invarianciájának

elve.

Szerves

vegyületek

jellemző

karakterisztikus rezgési és csoportfrekvenciái konkrét példákkal, spektrumokkal alátámasztva. Kvantitatív alkalmazások. Az inter- és intramolekuláris effektusok megnyilvánulása az IR színképekben. 12. hét: Tömeganalizátorok. Szektor, quadrupol, ioncsapda, TOF, FT-ICR analizátorok felépítése és működésük. A különböző típusú analizátorok előnyei, hátrányai, alkalmazhatósaguk határai. 124

Tömegspektrometriás detektorok. A molekulaion és annak fragmentációja. A tömegspektrum. Mólcsúcs, báziscsúcs, spektrumok jellemzése. A tömegspektrometriai fragmentációs szabályok. 13. hét: A

szerves

tömegspektrometria

alapjai,

tömegspektrometriai

alapfogalmak.

A

tömegspektrumok főbb jellemzőinek ismertetése, tömegspektrumok értelmezése, jellemzése. A halogén elemek tömegspektruma. A+1, A+2 elemek. Gyűrű+kettőskötések szabály. A Nszabály. Jellemző fragmentációs szabályok. 14. hét: A tömegspektrometria kombinált módszerei (GC-MS, LC-MS, CE-MS): analitikai és szerkezeti alkalmazások. A Tandem tömegspektrometria alapjai és alkalmazási lehetőségei. A szerkezetvizsgáló

módszerek

alkalmazásának

stratégiája.

Spektrumelemzés,

minőségbiztosítási jellemzők. Módszerfejlesztés. A módszerfejlesztés főbb szempontjai.

125

Alkalmazott Kémiai Tárgycsoport Kémiai Technológia I. (Óraszám: 2 + 1 + 0) (Kreditszám: 3 + 1 + 0) Tantárgyfelelős: Dr. Zsuga Miklós egyetemi tanár Meghírdető tanszék: Alkalmazott Kémiai Tanszék Kémiai Technológia II. (Óraszám: 2 + 2 + 0) (Kreditszám: 3 + 1 + 0) Tantárgyfelelős: Dr. Zsuga Miklós egyetemi tanár Meghírdető tanszék: Alkalmazott Kémiai Tanszék Környezettechnológia (Óraszám: 3+0+0) (Kreditszám: 4+0+0) Tantárgyfelelős: Dr. Borda Jenő egyetemi docens Meghirdető tanszék: Alkalmazott Kémiai Tanszék Üzemlátogatás (Óraszám: 5 nap/félév) Tantárgyfelelős: Dr. Borda Jenő egyetemi docens Meghirdető tanszék: Alkalmazott Kémiai Tanszék

126

A tárgy neve:

KÉMIAI TECHNOLÓGIA I. (ELŐADÁS)

A tárgy Neptun-kódja:

TKBE0601

Tantárgyfelelős:

Dr. Zsuga Miklós egyetemi tanár

A tárgy oktatója:

Dr. Kéki Sándor egyetemi docens

Óraszám/hét:

2 óra

Kreditszám:

3

Számonkérés módja:

kollokvium

A kurzus célja: A vegyipari és környezetvédelmi technológiák alapműveleteinek és alapkészülékeinek ismertetése. Tartalma: A tantárgy magában foglalja a vegyipari és környezetvédelmi technológiák műveleteit és készülékeit. Áttekinti a kémiai reakciók ipari megvalósítását (vegyipari reaktortípusok) és a vegyipari műveleteket (fizikai műveletek, hidrodinamikai műveletek, kalorikus műveletek és anyagátadási műveletek). Betekintést nyújt a vegyiparban leggyakrabban alkalmazott fémes és nemfémes szerkezeti anyagokba. Ajánlott irodalom: 1. Dr. Vodnár János: Vegyipari alapfogalmak és műveletek, Dacia, Kolozsvár, 1979. 2. Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5th ed., Weinheim, Federal Republic of Germany, VCH, Volumes: B1-B8, 1990-1995. 3. Fonyó Zsolt, Fábry György: Vegyipari művelettani alapismeretek. Nemzeti Tankönyvkiadó, Budapest (1998) 4. Benedek P., László A.: A vegyészmérnöki tudomány alapjai. Műszaki Könyvkiadó, Budapest (l964) 5. Sattler K.: Termikus elválasztási módszerek. Műszaki Könyvkiadó, Budapest (1983) 6. J. M. Coulson, J. F. Richardson: Chemical Engineering. Volume 1-6. Third Edition. Pergamon Press. Oxford, New-York, Toronto, Sydney, Paris, Frankfurt (1978)

127

A tárgy részletes tematikája: 1. hét: Művelettani alapfogalmak. A művelettan meghatározása, a műveleti egység, a műveleti egységet leíró fizikai mennyiségek, extenzív mennyiségek transzportja, Nemnewtoni fluidumok, reológiai alapfogalmak, a műveleti egységet leíró egyenletek.

2. hét: A kémiai reakciók ipari megvalósítása: vegyipari reaktorok. Kevert tartályreaktor, csőreaktor, kontakt katalitikus reaktor katalizátorhálóval, csöves kontakt katalitikus reaktor, tálcás kontakt katalitikus reaktor, fluidizációs reaktor, aknás kemence, dobkemence.

3. hét: Az áramlástan alapjai. Mérlegegyenletek,

tömeg-mérlegegyenlet:

folytonossági

tétel,

impulzus-mérlegyenlet:

Navier-Stokes tétel, alkalmazások. Hidrodinamikai hasonlóság. Hasonlóságelmélet, modellelmélet, dimenzióanalízis.

4. hét: Hidrodinamikai és mechanikai műveletek I. Keverés, a keverés leírása, hasonlósága, keverő berendezések. Fluidizáció. A fluidizáció leírása. Fluidizációs készülékek. A fluidizáció alkalmazásai.

5. hét: Hidrodinamikai és mechanikai műveletek II. Ülepítés: ülepítők, áramkészülékek. Szűrés: szűrőközegek, szűrőkészülékek. Por- és cseppleválasztás: a porleválasztás készülékei, leválasztási fok, porszűrők, porkamrák,

128

ciklonok,

elektrosztatikus

porleválasztók,

gázmosók,

cseppfogók,

cseppleválasztók.

Centrifugálás, centrifugatípusok.

6. hét: Hidrodinamikai és mechanikai műveletek III. Mércsökkentés, méretnövelés és fajtázás: szemcseanalizis, RRSB-eloszlás, méretcsökkentés, porlasztás, osztályozás és fajtázás.

7. hét: A hőátvitel elméleti alapjai. Hősugárzás, hővezetés (sík és hengeres falban), konvektív hőátadás, hőátbocsátás.

8. hét: Hőkonvekció, hőátvitel, hőcserélők. A hőcserélők alapegyenletei, hőkonvekció, hőátadás szabad- és kényszerkonvekcióval, hőátadás bordás csöves és keverős készülékben, hőcserélők típusai.

9. hét: Hőátadási műveletek. Bepárlás (a bepárlást befolyásoló tényezők, a bepárló anyag és hőmérlege, bepárlókészüléktípusok). Kristályosítás (kristályok képződése, hűtő-, bepárló, vákuumkristályosítók).

10. hét: Anyagátadási műveletek I. Az anyagátadás elméleti alapjai (Fick-tövény, diffúzió és konvekció, konvektív anyagátadás, komponens-mérlegegyenlet.

Desztilláció.

(gőz-folyadék

egyensúlyok

jellemzése

és

számítása).

129

11. hét: Anyagátadási műveletek II. Rektifikálás: rektifikáló oszlopok, a rektifikálás matematikai leírása, elméleti tányérszám meghatározása közelítő módszerekkel, rektifikáló oszlopok csoportosítása.

12. hét: Anyagátadási műveletek III. Extrakció (folyadék-folyadék, szilárd-folyadék, szuperkritikus extrakció). Adszorpció (alapfogalmak, adszorbensek, gáz- és folyadékelegyek szétválasztása). Szárítás (a szárítás fajtái, szárítóberendezések).

13. hét: Szerkezeti anyagok I. Fémes szerkezeti anyagok, szénacélok, nemesacélok, nemvas szerkezeti anyagok.

14. hét: Szerkezeti anyagok II. Nemfémes szerkezeti anyagok, szervetlen nemfémes szerkezeti anyagok (üveg, porcelán, kőagyag), szerves nemfémes szerkezeti anyagok (műanyag, gumi).

130

A tárgy neve:

KÉMIAI TECHNOLÓGIA I. (GYAKORLAT)

A tárgy Neptun-kódja:

TKBG0601

Tantárgyfelelős:

Dr. Zsuga Miklós egyetemi tanár

A tárgy oktatója:

Dr. Nemes Sándor egyetemi adjunktus

Óraszám/hét:

1 óra

Kreditszám:

1

Számonkérés módja:

gyakorlati jegy

A kurzus célja: A tantermi gyakorlat célja, hogy az előadás során megszerzett ismereteket elmélyítse, az elméletet számítási példákkal gyakoroltassa. Ajánlott irodalom: 1. Dr. Vodnár János: Vegyipari alapfogalmak és műveletek, Dacia, Kolozsvár, 1979. 2. Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5th ed., Weinheim, Federal Republic of Germany, VCH, Volumes: B1-B8, 1990-1995. 3. Fonyó Zsolt, Fábry György: Vegyipari művelettani alapismeretek. Nemzeti Tankönyvkiadó, Budapest (1998) 4. Benedek P., László A.: A vegyészmérnöki tudomány alapjai. Műszaki Könyvkiadó, Budapest (l964) 5. Sattler K.: Termikus elválasztási módszerek. Műszaki Könyvkiadó, Budapest (1983) 6. J. M. Coulson, J. F. Richardson: Chemical Engineering. Volume 1-6. Third Edition. Pergamon Press. Oxford, New-York, Toronto, Sydney, Paris, Frankfurt (1978)

A tárgy részletes tematikája: A heti 1 órás gyakorlatra (14 óra) tömbösítve 7 héten keresztül heti 2 órában, minden második héten kerül sor. 2. hét: Vegyipari reaktorok.

131

4. hét: Hasonlósági és hidrodinamikai műveletek méretezése. Áramlási viszonyok összehasonlítása, hidrodinamikai modellek méretezése. Számítások a keverés és a fluidizáció témakörében. 6. hét: Hidrodinamikai és mechanikai műveletek méretezése. Ülepítés, szűrés, centrifugálás méretezése. Szitaanalízis adatainak grafikus ábrázolása, fajlagos felület meghatározása. 8. hét: 1. Zárthelyi dolgozat. Zárthelyi dolgozat az előadás és a gyakorlatok anyagából. 10. hét: Hőátadási műveletek méretezése. Csöves hőcserélők méretezése, bepárlás, kristályosítás energetikai méretezése. 12. hét: Anyagátadási műveletek méretezése. Számítási feladatok a desztilláció és az extrakció témaköréből. Gőz – folyadék egyensúlyi diagrammok szerkesztése, desztilláló oszlop tányérszámának meghatározása. 14. hét: 2. Zárthelyi dolgozat. Zárthelyi dolgozat az előadás és a gyakorlatok anyagából.

132

A tárgy neve:

KÉMIAI TECHNOLÓGIA II. (ELŐADÁS)

A tárgy Neptun-kódja:

TKBE0602

Tantárgyfelelős:

Dr. Zsuga Miklós egyetemi tanár

A tárgy oktatója:

Dr. Zsuga Miklós egyetemi tanár

Óraszám/hét:

2 óra

Kreditszám:

3

Számonkérés módja:

kollokvium

A kurzus célja: A szervetlen és szerves kémiai technológiák, valamint a mikrobiológiai és mezőgazdasági iparok technológiáinak ismertetése. Tartalma: A tárgy összefoglaló áttekintést ad a kémiai technológia általános törvényszerűségeiről, a hazai szervetlen és szerves vegyipar fontosabb ágairól és az alkalmazott technológiákról. Ajánlott irodalom: 1. Dr. Borda Jenő: Műszaki kémia II. Kossuth Egyetemi Kiadó, Debrecen, 2000. 2. Gerecs Árpád: Bevezetés a kémiai technológiába, Tankönyvkiadó 1986. 3. Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5th ed., Weinheim, Federal Republic of Germany, VCH, Volumes: B1-B8, 1990-1995.

A tárgy részletes tematikája: 1. hét: Technológiai alapfogalmak, energetika. A kémiai technológia sajátos törvényeinek áttekintése. A kémiai technológia fejlődése. A technológia hatásosságának jellemzése (kitermelés, konverzió, hatásfok, gyártási kapacitás, termelékenység). A szakaszos és a folyamatos gyártás összehasonlítása. Energetikai alapfogalmak

áttekintése

(energiahordozó,

égéshő,

fűtőérték).

Az

energiahordozók

csoportosítása. Magas hőmérsékletek mérése. Az égés folyamata és a tüzelőberendezések csoportosítása. 133

2. hét: Korrózió és korrózióvédelem. Szilikátipar. A korrózió fogalma. A korrózió megjelenési formái. A passzív és az aktív korrózióvédelem. Szilikátipari termékek csoportosítása. Üveggyártás folyamata, termékei. Kerámiagyártás folyamata, termékei.

3. hét: A víz technológiája. Vízforrások és szennyezéseik. Az ivóvíz és az ipari vizek előállítása. A keménység fogalma, jelentősége. A víztisztítás lépései. Meszes-szódás vízlágyítás folyamatábrája, az ülepítő reaktor működése. Ioncserés vízlágyítás, az ioncserélő oszlop kapcsolása. Szennyvíz és szennyvíztisztítás.

4. hét: Nitrogénipar. A szintézis problémái és ipari megoldása. Szintézisgázgyártás. Szintézisgáz tisztítása, finomtisztítása. A NEC konverter rajza, működése. Szintéziskör rajza, működése. Nitrogén oxidok. Az ammónia oxidációja. Nitrogén-oxidok elnyeletése. Fehérítés. 100 % salétromsav gyártása

5. hét: Kénipar (kénsavgyártás). Műtrágyák. Egyensúlyi reakciók ipari megvalósítása. Kén-dioxid konverziója kén-trioxiddá. A kén-trioxid elnyeletése A duplakontaktozás folyamatábrája. Műtrágyák fajtái, jelentősége. Foszforpótlás természetes és mesterséges lehetőségei. Szuperfoszfátgyártás elmélete. Melléktermék-hasznosítás. Moritz-Standart reaktor rajza, működése.

Nitrogéntartalmú

folyamatábrája

134

műtrágyák

jelentősége.

Ammónium-nitrát

gyártás

6. hét: Elektrolízisipar. A nátrium-klorid vizes oldatának ipari elektrolízise. Alumíniumgyártás. A sólébontás elektrokémiai alapjai. Diafragmás és membrános módszer. A higanykatódos cella rajza és működése. A sólékör rajza és működése. Az alumíniumgyártás nehézségei. Bayer-féle timföldgyártás. Az alumíniumkohó rajza és működése.

7. hét: A nyersvas- és acélgyártás. Vasércek, segédanyagok. Nagyolvasztó rajza, működése, folyamatai. Acélgyártás folyamata, megvalósításai.

8. hét: Az ásványi szenek. A kőolaj és földgáz kémiai technológiája. Kőszén keletkezése, alkotói. Szenek csoportosítása, felhasználhatósága. Szénbányászat. Szénfeldolgozás (elgázosítás, lepárlás, cseppfolyósítás). A kőolaj és a földgáz keletkezése (szerves, szervetlen elmélet). A kőolaj és a földgáz összetevői, csoportosítása. A kőolaj és a földgáz kinyerése, feldolgozása és felhasználása.

9. hét: A petrolkémiai iparok eljárásai és termékei I. A földgáz feldolgozása. A földgázfeldolgozás módjai. Az abszorpciós hűtött mosóolajos eljárás részletes ismertetése.

10. hét: A petrolkémiai iparok eljárásai és termékei II. A kőolaj atmoszférikus és vákuum desztillációja. Az atmoszférikus és a vákuum desztilláció elmélete. Folyamatos üzemű desztilláció. A kőolaj atmoszférikus desztillációja, termékei. Belsőégésű motorok működése, motorhajtóanyagok. Motorhajtó anyagok tulajdonságai. A pakura vákuumdesztillációja. Kenőanyagok gyártása. Kenőanyagok típusai, tulajdonságai.

135

11. hét: A petrolkémiai iparok eljárásai és termékei III. Reformálás és pirolízis. Nagy oktánszámú benzin előállítása. Krakkolás, hidrokrakkolás. Katalitikus reformálás. Etilén, propilén és C4 monomerek gyártása. A pirolízis alapjai. Benzinpirolízis. Gázszétválasztás.

12. hét: Mezőgazdasági iparok (cukorgyártás, keményítőgyártás). Cukor fajtái. A répacukor kinyerése. A cukor tisztítása. Melléktermék hasznosítás. Keményítőforrások. A keményítő kinyerése, tisztítása. Melléktermék hasznosítás.

13. hét: Mikrobiológiai iparok (élesztőgyártás, szeszgyártás, sörgyártás, antibiotikumok). A mikrobiológiai iparok jelentősége. A fermentáció fajtái, körülményei. Ipari élesztő gyártása, felhasználása. Finomszesz gyártás, felhasználása. Malátázás, sörfőzés, erjesztés. Fermentációs

antibiotikumgyártás.

Speciális

körülmények

jelentősége.

Fermentlé

feldolgozása.

14. hét: A munka- és környezetvédelem vegyipari vonatkozásai. A munkavédelem fogalma. A munkavédelem főbb területei. A biztonságtechnika elvei, módszerei,

eszközei.

A

villamosság

biztonságtechnikája.

Kémiai

biztonság.

A

környezetvédelem elvei, módszerei, eszközei. A tűzvédelem fogalma. A tűzoltás biztonságtechnikája, elvei, módszerei, eszközei.

136

A tárgy neve:

KÉMIAI TECHNOLÓGIA II. (GYAKORLAT)

A tárgy Neptun-kódja:

TKBG0602

Tantárgyfelelős:

Dr. Zsuga Miklós egyetemi tanár

A tárgy oktatója:

Dr. Zsuga Miklós egyetemi tanár

Óraszám/hét:

2 óra

Kreditszám:

1

Számonkérés módja:

gyakorlati jegy

A kurzus célja: A tantermi gyakorlat célja, hogy az előadás során megszerzett ismereteket elmélyítse, az elméletet számítási példákkal gyakoroltassa. A gyakorlat során a korábbi, egyéb tárgyakból tanultak átismétlésével felkészítjük a hallgatókat az előadások könnyebb feldolgozására. Ajánlott irodalom: 1. Dr. Borda Jenő: Műszaki kémia II. Kossuth Egyetemi Kiadó, Debrecen, 2000. 2. Gerecs Árpád: Bevezetés a kémiai technológiába, Tankönyvkiadó 1986. 3. Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5th ed., Weinheim, Federal Republic of Germany, VCH, Volumes: B1-B8, 1990-1995. 4. Farkas E., Fábián I., Kiss T., Posta J., Tóth I., Várnagy K: Általános és analitikai kémiai példatár (egyetemi jegyzet, Egyetemi Kiadó, Debrecen) 5. Villányi Attila: Ötösöm lesz kémiából (Műszaki Könyvkiadó, Budapest)

A tárgy részletes tematikája: 1. hét: Technológiai alapfogalmak, energetika. Vegyipari műveletek és berendezések áttekintése. Vegyipari folymatábrák jelölései. Kitermelés, konverzió, hatásfok, termelékenység számítása. A méretnövelés buktatói. Égéshő számítása.

137

2. hét: Korrózió és korrózióvédelem. Szilikátipar. Elektrokémiai alapfogalmak áttekintése. Elektrolízis, galvánelemek. Halmazállapotok, kristályos és amorf állapot. Koncentrációszámítások.

3. hét: A víz technológiája. A vizeket jellemző paraméterek. Német-keménység számítása. Reakciósebesség és kémiai egyensúly. A nitrogén-oxidok fizikai és kémiai tulajdonságai.

4. hét: Nitrogénipar. Technológiai számítások az ammónia és a salétromsavgyártással kapcsolatban. A kén-oxidok fizikai és kémiai tulajdonságai. Műtrágyák fajtái, jelentősége.

5. hét: Kénipar (kénsavgyártás). Műtrágyák. Technológiai

számítások

a

kéniparral

kapcsolatban.

Technológiai

számítások

a

műtrágyagyártással kapcsolatban. A NaCl, a klór, a hidrogén, a NaOH, a timföld és az alumínium fizikai és kémiai tulajdonságai. Elektrokémiai alapfogalmak áttekintése (anód, katód, túlfeszültség).

6. hét: Elektrolízisipar. A nátrium-klorid vizes oldatának ipari elektrolízise. Alumíniumgyártás. Technológiai számítások az elektrolízisiparral kapcsolatban. Technológiai számítások a vas- és acélgyártással kapcsolatban.

138

7. hét: Zárthelyi dolgozat. 1. zárthelyi dolgozat a szervetlen kémiai technológiákból és a hozzájuk kapcsolódó számítási feladatokból.

8. hét: Az ásványi szenek. A kőolaj és földgáz kémiai technológiája. A kőszén, a kőolaj és a földgáz előfordulása, energetikai jelentősége. A magyarországi energiafelhasználás. Az abszorpció áttekintése.

9. hét: A

petrolkémiai

iparok

eljárásai

és

termékei

I.

A

földgáz

feldolgozása.

A desztilláció elméletének áttekintése. Kíméletes desztillációs módszerek. Belsőégésű motorok működése, motorhajtóanyagok. A kenőanyagok csoportosítása, szerepe.

10. hét: A petrolkémiai iparok eljárásai és termékei II. A kőolaj atmoszférikus és vákuum desztillációja. Szabványos

benzin

és

olajvizsgálatok

áttekintése.

Különböző

ásványolaj-termékek

tulajdonságai. A krakkolás és a pirolízis elméleti alapjai.

11. hét: A petrolkémiai iparok eljárásai és termékei III. Reformálás és pirolízis. Nagy oktánszámú benzin előállítása. Krakkolás, hidrokrakkolás. Katalitikus reformálás. Etilén, propilén és C4 monomerek gyártása. A pirolízis alapjai. Benzinpirolízis. Gázszétválasztás.

12. hét: Mezőgazdasági iparok (cukorgyártás, keményítőgyártás). Cukor fajtái. A répacukor kinyerése. A cukor tisztítása. Melléktermék hasznosítás. Keményítőforrások. A keményítő kinyerése, tisztítása. Melléktermék hasznosítás. 139

13. hét: Mikrobiológiai iparok (élesztőgyártás, szeszgyártás, sörgyártás, antibiotikumok). A mikrobiológiai iparok jelentősége. A fermentáció fajtái, körülményei. Ipari élesztő gyártása, felhasználása. Finomszesz gyártás, felhasználása. Malátázás, sörfőzés, erjesztés. Fermentációs

antibiotikumgyártás.

Speciális

körülmények

jelentősége.

Fermentlé

feldolgozása.

14. hét: Zárthelyi dolgozat. 2. zárthelyi dolgozat a petrolkémia, a mezőgazdasági technológiák és a mikrobiológiai technológiákból.

140

A tárgy neve:

KÖRNYEZETTECHNOLÓGIA

A tárgy Neptun-kódja:

TKBE0606

Tantárgyfelelős:

Dr. Borda Jenő

A tárgy oktatója:

Dr. Borda Jenő

Óraszám/hét:

3 óra

Kreditszám:

4

Számonkérés módja:

kollokvium

A kurzus célja: Megismertetni a vegyész hallgatókat a termelési folyamatok környezeti hatásaival, és azok kezelésének legfontosabb műveleti és technológiai lehetőségeivel. Tartalma: A termelési folyamatok környezeti hatásai, beavatkozási lehetőségek. Hulladékszegény technológiák. A hulladékok csoportosítása. A hulladékgazdálkodás általános elvei. A hulladékgazdálkodás gyakorlati megvalósításának szempontjai. Az additív, a termelésbe integrált és a termékbe integrált környezetvédelem. Az ISO-14000-es szabványcsalád. A legfontosabb iparágak környezetszennyezése. Elvi és gyakorlati lehetőségek ezek kezelésére. Veszélyes hulladékok és kezelésük. Kommunális hulladékok és kezelésük. Hulladékdepóniák. Hulladékégetők. Kötelező irodalom: Dr. Borda Jenő, Dr. Lakatos Gyula, Dr. Szász Tibor: Környezetvédelem (Ipari környezetvédelem, környezetgazdaságtan), Kossuth Egyetemi Kiadó, Debrecen (2006) Ajánlott irodalom: 1. Dr. Barótfi István: Környezettechnika, Mezőgazda Kiadó, Budapest (2000) 2. Dr. Árvai József: Hulladékgazdálkodási kézikönyv, Műszaki Könyvkiadó, Budapest (1993)

141

A tárgy részletes tematikája: 1. hét: A földünkön kialakult környezeti konfliktus okai, jövőbeni lehetőségeink. Az emberi szükségletek kielégítésének folyamata, és ennek következményei. A környezetvédelem történetének áttekintése, legfontosabb állomások, programok. A termelési folyamatok rendszer szemléletű tárgyalása. 2. hét: Dalton megállapítása, a környezetvédelem alapelve. A hulladékszegény technológiák fogalma, a megvalósítás lehetőségei. A termelési folyamatok anyag- és energiamérlege, beavatkozási lehetőségek. Az IPPC és a BAT, és ezek jelentősége. Az EPA ajánlás és ennek jelentősége. 3. hét: Az országok egyenlőtlen gazdasági fejlődése és ennek hatása a környezetre. Jövőbeni lehetőségek. A hulladékok csoportosításának lehetőségei. A hulladékgazdálkodás általános elvei (megelőzési, oksági, együttműködési elv és ezek megvalósulásának jelenlegi helyzete). 4. hét: A hulladékgazdálkodás elvi vázlata és annak értelmezése. A hulladék megelőzés lehetőségei (a folyamat optimalizálása és ennek lehetőségei, anyaghelyettesítés és ennek jelentősége példákkal, anyagvisszaforgatás és ennek példái). A 3R elv és ennek megvalósulása, közvetlen hulladékvisszaforgatás (recycling). 5. hét: A hulladékkezelés általános lehetőségei (égetés, fizikai-kémiai-biológiai kezelés és tárolás). Az átmeneti tárolók és szerepük a hulladékgazdálkodásban. Környezetvédelmi technológiák az ipari termelésben (az additív, a termelésbe integrált és a termékbe integrált környezetvédelem; ezek jellemzése példákkal). 6. hét: Zárt rendszerű technológiák elterjesztése. Zárt vízkörök alkalmazása. A hagymadiagram és ennek jellemzése, jelentősége. Az ISO-14000 szabványrendszer és jelentősége a 142

környezetvédelemben. A legfontosabb iparágak környezetszennyezése (vegyipar, gépipar, élelmiszeripar,

gyógyszeripar,

bányászat,

kőolajfeldolgozás,

műanyagipar,

nukleáris

technológiák, műtrágyák és építőipari anyagok gyártása). 7. hét: Gáz (gőz) állapotú ipari hulladékok kezelésének általános elvei és kezelésük legfontosabb műveleti lehetőségei. Gázok szilárd részektől történő elválasztása. Porszűrés és berendezései. Porleválasztás és berendezései. Nedves porleválasztás és berendezései. Elektrosztatikus porleválasztás. Környezetvédelmi példák, hatékonyság. 8. hét: Cseppleválasztás gáz-gőz elegyekből. Cseppfogók, ciklonok és ezek működése. A kondenzáció és ennek technikai megvalósítása. A VOC-k, mint légkört szennyező anyagok, kezelésük lehetőségei. Az abszorpció lényege, berendezései, alkalmazása a gáz-gőz hulladékok kezelésében. A deszorpció és alkalmazása. 9. hét: Az adszorpció lényege, berendezései, alkalmazása a gáz-gőz hulladékok kezelésében. A deszorpció és alkalmazása. Gáz-gőz elegyek oxidatív kezelése (katalitikus oxidáció, kémiai oxidáció, biológiai oxidáció). Jellemző berendezések és azok működése. Környezetvédelmi példák, alkalmazási területek. Néhány jellemző környezetszennyező gáz (SO2, NOx, HCl, CO, NH3) és ezek kezelésének hatékony módszerei. 10 hét: Folyadékállapotú ipari és kommunális hulladékok kezelésének általános elvei, és kezelésük legfontosabb műveleti lehetőségei. Folyadékok elválasztása szilárd anyagoktól. Ülepítés, szűrés, centrifugálás és ezek jellemző berendezései, működésük. Folyadékelegyek szétválasztásának lehetőségei és berendezései. Szeparátorok. Környezetvédelmi példák, alkalmazási területek. 11. hét: A desztilláció elve, megvalósítási módja. Szakaszos és folyamatos desztilláció. Azeotróp-, vízgőz- és vákuumdesztilláció elve és alkalmazása a környezeti technológiákban. Az extrakció és alkalmazása a környezeti technológiákban. Extrakciós berendezések és 143

technikák.

Oxidációs

technikák

(biológiai,

kémiai,

elektrokémiai

oxidáció),

ezek

környezetvédelmi alkalmazása. 12. hét: Néhány jellemző környezetszennyező folyékony hulladék (sav-, lúg- és sóoldatok, szerves oldószerek, olajok, galvániszapok, mezőgazdasági iparok szennyvizei és ezek kezelésének legfontosabb lehetőségei). Kommunális szennyvíztisztítás elve és gyakorlati megvalósítása. Szilárd halmazállapotú ipari és kommunális hulladékok kezelésének általános elvei és kezelésük legfontosabb műveleti lehetőségei. A bepárlás és a szállítás alkalmazása szilárd hulladékok folyadékmentesítésére (bepárló berendezések, alagútszállítók, fluidizációs szállítók). 13. hét: Szilárd hulladékok szétválasztása sűrűségkülönbség alapján. Szilárd hulladékok hasznosítása szelektív gyűjtéssel, majd ezt követően töltőanyagként megolvasztás útján és hőbontással. Műanyag hulladékok kezelése és hasznosítása. Szilárd hulladékok biokémiai kezelése (komposztálás, biogáz nyerés, enzimes fermentáció). Veszélyes hulladékok fogalma, csoportosítása. A hazai törvényi szabályozás. A veszélyes hulladékok ártalmatlanításának (égetés, kémiai-biológiai kezelés) és tárolásának lehetőségei. Radioaktív hulladékok és kezelésük. 14. hét: Hulladékok égetése. Gázok, folyadékok, szilárd anyagok égetésének technikái, égető berendezések, és azok működése (fáklyás égetés, aknakemence, fluidizációs és forgódobos kemence). Az égetési gázok tisztítása és kezelése. Salaktárolás. Hulladékok tárolása és ennek korszerű megvalósítása. Kommunális és veszélyes hulladéktárolók kialakításának korszerű elvei és működtetésük.

144

A tárgy neve:

ÜZEMLÁTOGATÁS

A tárgy Neptun-kódja:

TKBX0608

Tantárgyfelelős:

Dr. Borda Jenő

Óraszám:

5 nap/félév

A kurzus célja: Megismertetni a vegyészhallgatókat a régió fontos üzemeivel, az üzemi technológiákkal. Ezek az üzemek a későbbiekben elhelyezkedési lehetőséget is szolgáltatnak a hallgatók számára. Tartalma: Kötelező egy hetes autóbuszos üzemlátogatás a régió üzemeibe, szakképzett üzemi vezetők kalauzolásával.

A tárgy részletes tematikája: A meglátogatható üzemek listája: -

TVK Zrt. Tiszaújváros

-

MOL-TIFO, Tiszaújvárosi üzeme

-

BorsodChem Rt.

-

TEVA Rt.

-

Tiszamenti Vízművek Rt. Balmazújvárosi üzeme

-

Mátravidéki Erőmű, Gyöngyös-Visonta

-

Partium ’70 Kft. Berettyóújfalu

-

Rubbermaid Kft. Ebes

-

Borsodi Sörgyár Rt. Bőcs

-

Eurofoam Kft. Sajóbábony

145