Faglig innhold

I den teoretiske delen behandles: Gasslovene, kjemisk likevekt og massevirkningsloven, teori for syrer og baser, likevekter i vannløsninger, løselighet og kompleksdannelse, samt grunnleggende kjemisk termodynamikk og elektrokjemi. Innføring i kjemisk kinetikk. Eksempler og regneøvinger knyttet til FNs bærekraftsmål: atmosfærens kjemi, sur nedbør, CO2- og karbonatlikevekter, energiressurser, hydrogen som energibærer, elektrokjemisk energilagring. Obligatorisk sikkerhetskurs, som inkluderer brannslukking og førstehjelp, kreves bestått for å få begynne på laboratoriekurset.

Relevans til bærekraft. Eksempler og regneøvinger knyttet til FNs bærekraftsmål: atmosfærens kjemi, sur nedbør, CO2- og karbonatlikevekter, energiressurser, hydrogen som energibærer, elektrokjemisk energilagring.

Relevans for digitalisering: Numerisk løsning i Python av ligninger for beregning av ioniske likevekter i vann (fikspunktiterasjon og intervallhalveringsmetoden). Numerisk løsning av differensialligninger for reaksjonshastighet i Python.

Læringsutbytte

De mest sentrale delene av læringsutbyttet i kurset er knyttet til kjemisk kinetikk, beregning av likevekter i vann og til sammenhengen mellom Gibbs fri energi, likevektskonstanter og elektrodepotensial. Etter gjennomført kurs behersker studenten det teoretiske og eksperimentelle grunnlag nødvendig for å følge videregående kurs i uorganisk, organisk og fysikalsk kjemi samt prosesskjemi og kan

- Sette navn på enkle uorganiske og organiske forbindelser - Relatere stoffmengde (i mol), konsentrasjon og volum til hverandre kvantitativt

- Beregne teoretisk utbytte og bestemme den begrensende reaktant

- Relatere trykk, temperatur og volum til hverandre kvantitativt for ideelle gasser og gasser som følger van der Waals tilstandsligning

- Beregne indre energi for en ideell gass

- Beskrive og identifisere syre-basereaksjoner, oksidasjons-reduksjonsreaksjoner og utfellingsreaksjoner i vandig løsning

- Balansere kjemiske ligninger for slike reaksjoner

- Finne likevektskonsentrasjoner i reaksjoner mellom gasser, faste stoff, væsker og løste stoff basert på massevirkningsloven og aktiviteter

- Vurdere reaksjonsretning basert på reaksjonskvotient og på Le Châteliers prinsipp

- Formulere elektronøytralitesbetingelsen og masse- og protonbalanser for vandige (fortynnede) ioniske løsninger, inklusive flerprotiske syrer og løsninger som inneholder mange løste forbindelser

- Etablere eksakte ligninger for beregning av pH basert på disse balansene

- Beregne pH og løselighet basert på slike balanser og gyldige tilnærminger

- Beregne pH og løselighet basert på grafiske metoder

- Gjøre tilsvarende beregninger relevante for titrering og buffere

- Redegjøre for effekten av tilsats av komplekser og endringer i pH på løselighet

- Redegjøre for bruk av løselighetsprinsipper i kvalitativ uorganisk analyse - Definere sentrale begreper i kjemisk termodynamikk: Isolerte, lukkede, og åpne system, varme, arbeid, tilstandsfunksjon, reversible vs irreversible prosesser, varmekapasitet, de termodynamiske lovene (0., 1., 2. og 3.), entropi, entalpi, Gibbs fri energi, kalorimeter

- Utføre beregninger der disse begrepene inngår

- Redegjøre for sammenhengen mellom likevektskonstant, Gibbs fri energi og elektrodepotensial, samt for (en forenklet) utledning av disse relasjonene

- Beregne potensial over elektrokjemiske celler fra Gibbs fri energi, fra standard elektrodepotensial og fra Nernsts ligning, inklusive over konsentrasjonsceller

- Definere reaksjonshastighet og redegjøre for måling av denne

- Sette opp hastighetsligninger for gitt reaksjonsorden og integrere slike til og med 2. orden

- Definere aktiveringsenergi og beregne endring i reaksjonshastighet med temperatur

- Utføre enkle kjemiske analyser (f. eks. syre-base-titreringer, molvektbestemmelse, kalorimetri) - Vurdere sikkerhet og planlegge og gjennomføre sikre eksperimenter i laboratoriet

- Kan anvende disse ferdighetene på problemstillinger relatert til FNs bærekraftsmål

Læringsformer og aktiviteter

Forelesninger og obligatoriske skriftlige øvinger hvorav 70% kreves godkjent. For adgang til eksamen må også laboratoriedelen og flere (semester-) prøver være godkjent. Øvingene vil gi mulighet for trening i bruk av digitale verktøy for oppgaveløsning samt anvendelse av teorien på problemstillinger relatert til FNs bærekraftsmål (se faglig innhold). Merk at timeplanfestede øvings- eller forelesningstimer kan bli benyttet til avvikling av semesterprøvene. Prosjektoppgaven i Teknostart inngår som en del av emnet. Godkjent prosjektoppgave vil telle som en obligatorisk aktivitet (øving), se foran. Eksamen kan inkludere problemstillinger som er belyst i laboratoriekurset. Karakter i emnet er basert på en skriftlig eksamen. Total arbeidsbelastning (4F + 6Ø + 2S): 200 timer

Obligatoriske aktiviteter

• Semesterprøver
• Øvinger
• Laboratoriearbeid

Spesielle vilkår

Anbefalte forkunnskaper

Forkunnskapskrav er tilsvarende opptakskravene til 5-årig sivilingeniør/masterprogram Industriell kjemi og bioteknologi

Forkunnskapskrav

Studierettskrav. Tilgang til emnet forutsetter studierett ved 5-årig sivilingeniør/masterprogram i kjemi og bioteknologi.

Kursmateriell

R. H. Petrucci, G. G. Herring, J. D. Madura og C. Bissonnette, "General Chemistry. Principles and Modern Applications", forkortet 11. utgave for NTNU, Pearson, Toronto (2017). A. Blackman og L. R. Gahan, Aylward & Findlay's SI Chemical Data, 7. utg., Wiley, 2014. Utlevert trykt materiale og øvrige lærebøker oppgis ved kursets begynnelse. "TMT4110/TMT4115 Laboriekurs i generell kjemi" kompendium vil bli gjort tilgjengelig for studentene i lab. Notater utarbeidet av faglærer.

Studiepoengreduksjon