Generell kjemi

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.

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

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