Testplan Module Fysische en Analytische Chemie ( )

Transcriptie

1 Testplan Module Fysische en Analytische Chemie ( ) Module informatie Docenten Onderdelen EC / gewicht Saskia Lindhoud Henny Bouwmeester Han Gardeniers Nathalie Katsonis Han Gardeniers (module coördinator) Saskia Lindhoud Chemische Evenwichten Elektrochemie Fasendiagrammen Analytische Chemie Theorie Fysische & Analytische Chemie Project Analytische Chemie Praktijk 40% 40% Jasper de Jong Mathematics D1 20 % Module Ingangseisen : Module 1 Grondslagen van de chemie en Module 2 Thermodynamica gevolgd Module beschrijving Chemische evenwichtsreacties, fase-overgangen en elektrochemische processen spelen een cruciale rol in onder andere de chemische, farmaceutische en voedingsmiddelenindustrie, waar ze worden gebruikt in fabricage- en zuiveringsprocessen en de analyse van materiaalsamenstelling. De evenwichtsthermodynamica vormt een gereedschapskist van vergelijkingen die het mogelijk maakt om de veranderingen van de toestand van een stof als gevolg van bijvoorbeeld een faseovergang, het mengen van stoffen of een chemische reactie te beschrijven en te kwantificeren. Tevens kan met behulp van deze evenwichtsthermodynamica bepaald worden of een proces spontaan dan wel niet-spontaan zal verlopen en wat de uiteindelijke samenstelling, temperatuur en druk van het evenwichtsmengsel zal zijn. De evenwichtsthermodynamica vormt dus het startpunt voor het ontwerp van vrijwel elk industrieel product of proces. Fase-evenwichten, zoals o.a. vastgelegd in speciale fase-diagrammen, vormen een toepassing van de evenwichtsthermodynamica. Ze worden gebruikt bij het ontwerpen van o.a. scheidingsprocessen zoals destillatie, kristallisatie en extractie, en het fabriceren van materialen met een complexe samenstelling. Elektrochemie, eveneens een afgeleide van de evenwichtsthermodynamica, legt de basis voor scheidingstechnieken die gebaseerd zijn op het toepassen van elektrische velden, alsmede voor het begrip en ontwerp van systemen voor energie-omzetting en -opslag, zoals batterijen en brandstofcellen. Het theoretische onderdeel Analytische Chemie geeft een overzicht van, en introductie tot, de moderne spectroscopische en chromatografische technieken die gebruikt worden in de kwantitatieve en kwalitatieve analyse van moleculen en molecuulmengsels. De focus ligt op de structuuropheldering van (bio)(an)organische verbindingen middels technieken als infra-rood (IR), kernspin resonantie (NMR), absorptie- en fluorescentie (UV-Vis) spectroscopie, en massaspectrometrie (MS). Verder wordt besproken en geoefend hoe men de samenstelling van complexe mengsels van chemische stoffen kan bepalen m.b.v. analytische scheidingstechnieken (met name gas en vloeistofchromatografie). Het praktische onderdeel Analytische Chemie brengt het geleerde in de praktijk aan de hand van een aantal proeven waarbij de bovengenoemde technieken, alsmede een aantal technieken die betrekking hebben op evenwichtsprocessen (bijoorbeeld het bepalen van een fasendiagram met behulp van differential scanning Calorimetry, DSC), worden beoefend. 1

2 Module inhoud De module kent de volgende onderdelen: Chemische Evenwichten (CE) Fasen-evenwichten (FE) Elektrochemie (EC) Analytische Chemie - theorie (AC-T) Analytische Chemie - praktijk (AC-P) Project Fysische & Analytische Chemie (project) Mathematics D1 Studiemateriaal: "Physical Chemistry", van P. Atkins & J. de Paula "Organic Chemistry", van Paula Y. Bruice Project Analytische Chemie Het project heeft betrekking op een analytisch-chemische case uit de (industriële) praktijk. De doelstelling van het project is om in een team, na overleg met de eigenaar van het analytische probleem, op basis van een literatuurstudie een onderbouwd advies te geven over welke analytische technieken geschikt zijn om de probleemstelling uit de case aan te pakken. Het project moet resulteren in een schriftelijke rapportage aan de probleemeigenaar. Module leerdoelen Leerdoelen: Aan het eind van de module is de student in staat om:. 1. de basisprincipes, vergelijkingen en relaties van de evenwichtsthermodynamica toe te passen op eenvoudige fysische processen (faseovergangen) en chemische/elektrochemische reacties 2. op basis van gegevens over een referentietoestand met behulp van de thermodynamische en mathematische vergelijkingen en relaties te voorspellen of een (elektrochemische) reactie/proces zal verlopen en de condities (druk, temperatuur, elektrisch potentiaal, samenstelling) in een andere dan de referentietoestand te berekenen; oplosbaarheidsprodukten, evenwichtsconstanten en andere thermodynamische grootheden uit gegevens van de standaardredox- en celpotentialen te berekenen 3. fasendiagrammen (binair, ternair, Pourbaix) af te lezen, toe te passen, te schetsen, te interpreteren, de fasen te benoemen, de relatieve hoeveelheid van fasen te berekenen aan de hand van de hefboomregel, en de "fase-regel" uit te leggen en toe te passen op faseevenwichten 4. het begrip "activiteit" uit te leggen en uit te rekenen voor gegeven thermodynamische data, afschattingen te maken van de mengenthalpie voor niet-ideale mengsels; de activiteit van ionen in een elektrolytoplossing te berekenen 5. de thermodynamische basis van een elektrochemische cel, alsmede die van kinetische processen en verschijnselen die optreden aan het oppervlak van elektroden, uit te leggen; de stroomdoorgang van een elektrochemische cel te berekenen, en vast te stellen of al dan niet bepaalde elektrochemische reacties optreden, bijv. tijdens elektrolyse. het basisprincipe van de spectroscopische/spectrometrische technieken IR, NMR, UV-Vis, MS, alsmede van de analytische scheidingstechnieken HPLC, GC en elektroforese, te beschrijven, de parameters die de kwaliteit van een chromatografische scheiding bepalen, te benoemen, en op basis daarvan een keuze te maken voor een bepaalde chromatografische techniek en bijbehorende materialen (kolom, oplosmiddel) 7. spectrale eigenschappen te voorspellen aan de hand van een molecuulstructuur, alsmede aan de hand van spectra verkregen uit een of meerdere technieken, een voorstel voor een molecuulstructuur te formuleren; een met HPLC, GC of elektroforese verkregen chromatogram te interpreteren aan de hand van getabelleerde gegevens of ijkgrafieken Studielast (in %) 8. de probleemstelling bij een voorgelegde analytisch-chemische case te formuleren, en op

3 basis van de opgedane kennis een advies te formuleren voor een (of meerdere) analytische techniek(en) waarmee de probleemstelling kan worden aangepakt; op wetenschappelijk wijze te rapporteren over de case (zowel schriftelijk als mondeling) 9. basisvaardigheden nauwkeurig, tijdig en veilig uit te voeren, ten behoeve van het voorbereiden, uitvoeren en interpreteren van een chemische analyse, waaronder het maken van calibratiecurve voor een kwantitatieve analyse; een selectie van analytische technieken, uit de reeks HPLC, microplate reader, UV-Vis, IR, NMR, GCMS, DSC, op nauwkeurige en veilige wijze uit te voeren; 10. de voorbereiding, uitvoering en uitwerking van een experiment op correcte wijze bij te houden in een labjournaal; meetfouten te benoemen en af te schatten; verkregen resultaten te interpreteren, d.w.z.: op basis van verkregen spectroscopische data een onbekende stof te identificeren, op basis van verkregen chromatografische data de samenstelling van een mengsel van stoffen te bepalen, en op basis van thermische data een uitspraak te doen over het fase-gedrag van stoffen; een goed leesbaar en volledig verslag te schrijven over een analytisch-chemisch experiment 11 werken met partiële afgeleiden, differentialen en toepassingen Bepalen en uitwerken van twee- en drievoudige integralen met begrenzingen 9 3

4 Toetsschema Module-niveau Osiris-niveau Onderdeel-niveau kwartiel onderwerp min. cijfer onderwerp min. cijfer weegfactor onderwerp min. cijfer Weegfactor Toets Chem. Evenwichten % K4 Fysische & Analytische Chemie Evenwichten Analytische Chemie % % Toets Elektrochem. Toets Fasendiagr. Practicum uitvoering Practicum verslagen % % % geen min. 20 % Labjournaal % Project % Theorie Toets % Mathematics D % Toets % Minimale eisen module: - individuele onderdelen Evenwichten en Analytische Chemie individuele onderdeel Math B Totale module Indien voldaan aan de minimale eisen van deze module geldt: Eindcijfer = 0.4 Evenwichten Analytische Chemie Mathematics Herkansingen: - aanvullingen mogelijk voor project en practicum - In week 11 van K4 herkansingen voor Chem Ev (1x), An. Chem Theorie (1x), Fasendiagr. (1x), Elektrochem. (1x) en MathD1 (1x) When all module-results have been published, a module assessment meeting will be planned (according to the rules of the board of examiners, art. 8 sub 1a). Following the advice of those present, the module examiner will determine which students passed the module, which students didn t pass that year and which students will be invited for a repair session. A first-year student can qualify for a repair if he/she: Can pass the module by re-sitting only one test, and Took part in all previous opportunities for that test, and 4

5 Got at least a 3,0 during one of the previous opportunities for that test. Exceptions to these rules can be made in case of special circumstances. These circumstances need to be reported to the study advisor. Lecturers can decide that the test method used for the repair can differ from those used in the regular resits. However, students will always be informed about this on time. 5

6 Toets momenten Week Assessment Deeltoets Analytische Chemie Theorie 7 Deeltoets Chemische Evenwichten 8 Math D1 toets 9 Deeltoets Elektrochemie 10 Deeltoets Fasenevenwichten Eindrapportage Project Analytische Chemie Verslagen Analytische Chemie Practicum 11 Herkansingen voor: Math D1, Chem. Ev, An. Chem. Theorie, Elektrochemie en Fasendiagrammen Inschrijving voor module door student zelf. Hiermee is voor alle onderdelen van de module ingeschreven. Aanmelden voor herkansing op de nabesprekingssessies. NB Voor de verslagen van het Analytische Chemie Practicum geldt een inlevertermijn van 1 week na het uitvoeren van een proef. Taal van de toetsen: Analytische chemie: deels Nederlands, deels Engels Chemische evenwichten: Nederlands Elektrochemie: Nederlands Fasenevenwichten: Nederlands Math D1: Nederlands