Institutionen för kemi KEM040, Fysikalisk kemi, 15 högskolepoäng Grundnivå KEM040, Physical Chemistry, 15 higher education credits, basic level. 1. Fastställande Kursplanen är fastställd av Institutionen för kemi 2007‐05‐30. Kursplanen gäller fr.o.m. 2007‐09‐01. Kursen ersätter kurs KEN040 och kurserna kan inte tillgodoräknas samti‐
digt i en examen. Institutionen för kemi ansvarar för kursen som ligger inom utbild‐
ningsområdet Naturvetenskap. 2. Inplacering Kursen är inplacerad på nivån 30‐60 högskolepoäng för kandidatexamen och kan dess‐
utom läsas som fristående kurs. 3. Förkunskapskrav För tillträde till kursen krävs godkänt resultat kurs KEM011 Grundläggande kemi 1 (15 hp) samt genomgången kurs KEM021 Grundläggande Kemi 2 (15 hp) med minst god‐
känt resultat på 6 hp, eller motsvarande kunskaper. Matematikkunskaper motsvarande minst kursen MAN110 förutsätts och ger tillsammans med kursen MAN120 ett gott stöd för teori och beräkningar i KEM040. 4. Innehåll Kursen är uppdelad i två halvor med motsvarande oberoende kunskapskontroll. Del TKT innehåller termodynamik, kinetik och kemiska reaktioner. Del QSM innehåller kvantmekanik, spektroskopi och statistisk termodynamik. Till dessa delar hör motsva‐
rande obligatoriska laborationer. En mer utförlig beskrivning av kursinnehållet följer. Termodynamik: Energi i form av arbete och värme enligt första huvudsatsen. Entropi och fri energi enligt andra huvudsatsen. Flerkomponentsystem, blandningar och lösningar, ke‐
misk potential, icke‐ideala system, aktivitet, jonlösningar, fasjämvikt, kemisk jäm‐
vikt. Flerfassystem, ytfaser och fasövergångar. Elektrokemi. 2 (3) Reaktionskinetik: Reaktionsordning, tidsutveckling. Komplexa reaktioner. Gasfasreaktioner, reaktio‐
ner i lösning, jonreaktioner, snabba reaktioner och relaxationsteknik. Enzymatisk katalys enligt Michaelis‐Menten. Aktiverat‐komplex teori. Molekylär reaktionsana‐
lys. Kvantmekanik: Kvantisering av ljus och partikelrörelse. Våg‐partikel dualitet. Osäkerhetsprincipen. Schrödingerekvationen: partikel i låda, harmonisk oscillator, stel rotor, tunnling. Kvalitativ kvantmekanik. Kvantkemi: Väteliknande system, större atomer. Lewis, VSEPR och VB‐modeller för molekyler. Jonisk och kovalent kemisk bindning. Molekylorbitaler (linjärkombination av ato‐
morbitaler), vätemolekyljonen, vätemolekylen, eten och större molekyler. Hückelte‐
ori för plana konjugerade kolvätemolekyler. Spektroskopi: Molekylär rörelse relaterad till tillåtna och förbjudna spektroskopiska övergångar. Rotations‐, vibrations‐, och elektronspektra från tvåatomiga och små fleratomiga molekyler, fluorescens och fosforescens, utsläckningsmekanismer, kvantutbyte, Ein‐
steinskoefficienter, stimulerad emission och lasrar med pulsning i nano‐ och piko‐
sekundområdet. Statistisk termodynamik: Mikrotillstånd, ensembler, Boltzmannfördelningen, tillståndssumma; inre energi, entropi, fri energi, värmekapaciteter och jämviktskonstanter beräknade ur till‐
ståndssummor, ideala och reala gaser. 5. Mål Kursens syfte är att ge grundläggande kunskaper i kvantkemi och statistik mekanik och fördjupade kunskaper i termodynamik, spektroskopi och reaktionskinetik. Stor vikt läggs vid en molekylär tolkning av kemiska fenomen. Efter genomgången kurs skall den studerande kunna: • redovisa, tillämpa i enklare beräkningar och på en elementär nivå förstå de grundläggande fysikaliska lagar som bestämmer strukturer och styr förändringar hos kemiska system • förstå begreppet spontanitet i ett kemiskt förlopp och de molekylära drivkrafter och egenskaper som bestämmer riktning och jämvikt • använda termodynamikens huvudsatser och statistisk termodynamik för att ana‐
lysera gaser, vätskor och lösningar i jämvikt • använda kvantmekanik för att analysera molekylär translation, vibration och ro‐
tation samt elektronstruktur och bindningsmekanismer i atomer och molekyler; • förutsäga molekylers geometri och förstå dess fysikaliska egenskaper utgående från elementär kvantkemi • förstå spektroskopiska mätmetoder i molekylära termer, känna till sambanden mellan vågtal, våglängd och frekvens samt förstå begreppet stimulerad emission och dess tillämpning i lasrar • mekanistiskt analysera och med enkla teorier uppskatta kemiska reaktionshas‐
tigheter • utföra fysikalisk kemiska mätningar, t ex inom spektroskopin, kinetiken och ter‐
modynamiken, samt diskutera och tolka resultaten ur ett molekylärt perspektiv 3 (3) 6. Kurslitteratur Se separat litteraturlista. 7. Former för bedömning Kunskapskontroll sker genom skriftliga tentamina och genom redovisningar. För god‐
känt på hela kursen krävs godkända resultat på såväl skriftliga tentamina och rappor‐
ter som obligatoriska moment. Student äger rätt till byte av examinator efter att ha un‐
derkänts två gånger på samma examination, om det är praktiskt möjligt. En sådan be‐
gäran ställs till institutionen och skall vara skriftlig. 8. Betyg Skriftligt prov anordnas vid kursens slut. Betygskalan omfattar betygsgraderna Un‐
derkänd (U), Godkänd (G) och Väl godkänd (VG). För studerande som ej blivit god‐
känd vid ordinarie prov erbjuds ytterligare provtillfällen. För att erhålla betyg över hel kurs krävs dessutom att ingående laborationer och obligatoriska moment godkänts. Över hel kurs meddelas betygen Underkänd (U), Godkänd (G) och Väl godkänd (VG) på de teoretiska delarna och betygen Underkänd (U) och Godkänd (G) på laboratio‐
nerna. Anmälan skall göras till kursansvarig senast en vecka efter kursstart om ECTS‐
betyg önskas. 9. Kursvärdering Kursen utvärderas och resultaten blir föremål för diskussion mellan lärarna på kursen och representanter för studenterna. Minnesanteckningar från denna diskussion, till‐
sammans med skriftlig kursvärdering, rapporteras till studieexpeditionen för kemi där den är tillgänglig som allmän handling. 10. Övrigt
