Wybrane aspekty chemii fizycznej i jądrowej

Zaliczenie zajęć na poziomie licencjatu, zgodnie z ich podstawami programowymi: matematyka, chemia fizyczna; posiadanie wiedzy ogólnej z fizyki.

przedmiot obligatoryjny

Godziny realizowane z udziałem nauczycieli:

Wykład – 20h

Laboratorium – 40 h

Konsultacje z nauczycielem – 15h

Praca indywidualna studenta:

Przygotowanie do wykładów, czytanie literatury – 5h

Przygotowanie do pracowni, opracowanie raportów – 40 h

Przygotowanie do egzaminu i kolokwiów – 30 h

Razem 150 h = 6 ECTS (25h/ECTS)

Student

W1: Wyjaśnia i charakteryzuje procesy zachodzące podczas przemian jądrowych, opisuje kinetykę reakcji jądrowych - K_W04

W2: Definiuje pojęcia z zakresu chemii radiacyjnej, rozpoznaje i opisuje chemiczne skutki oddziaływania promieniowania jonizującego na substancje chemiczne - K_W04

W3: Krytycznie ocenia możliwości i ograniczenia zastosowania izotopów w energetyce, diagnostyce medycznej oraz metodach analitycznych, proponując optymalne rozwiązania dla wybranych problemów technicznych lub badawczych - K_W04

W4: Identyfikuje i objaśnia skutki oddziaływania promieniowania jonizującego na organizmy żywe. Określa zasady bezpiecznej pracy z substancjami promieniotwórczymi i promieniowaniem jonizującym - K_W14; K_W04

W5:– Charakteryzuje i objaśnia pojęcia i procesy w zakresie fizykochemii mieszanin - K_W02

Student

U1: przygotowuje próbki oraz stosuje właściwe techniki pomiarowe do zbadania natężenia promieniowania jonizującego materiałów, a także interpretuje otrzymane wyniki - K_U02, K_U14

U2: samodzielnie planuje i przeprowadza eksperyment z użyciem substancji promieniotwórczych obecnych w środowisku, a także interpretuje ich wyniki, uwzględniając ograniczenia techniczne i właściwości detektorów - K_U11

U3: łączy wiedzę z zakresu chemii fizycznej i jądrowej do rozwiązywania problemów - K_U01

U4: wyszukuje i analizuje informacje w źródłach naukowych w celu sporządzenia raportu z badań – K_U08

Student

K1: ma świadomość ograniczenia własnej wiedzy z zakresu chemii fizycznej i jądrowej oraz konieczności ciągłego jej poszerzania i pogłębiania - K_K01

K2: jest świadomy znaczenia oraz zagrożeń związanych z wykorzystaniem związków promieniotwórczych oraz odpowiedzialnością związaną z ich stosowaniem - K_K03, K_K04

K3: prezentuje w sposób zrozumiały także dla niespecjalistów wiedzę z zakresu chemii fizycznej i jądrowej - K_K07

K4: krytycznie podchodzi do informacji na temat promieniotwórczości oraz uzasadnia swój osąd, kierując się zasadami logiki i metody naukowej – K_K07

K5: aktywnie uczestniczy w pracy zespołowej w celu rozwiązania określonego problemu z zakresu chemii fizycznej i jądrowej – K_K02

Wykład informacyjny, wykład problemowy

Metoda laboratoryjna, klasyczna metoda problemowa

- wykład informacyjny (konwencjonalny)
- wykład problemowy

- klasyczna metoda problemowa
- laboratoryjna

Przedmiot stanowi zaawansowany kurs łączący dwa fundamentalne obszary współczesnej chemii. Studenci pogłębiają wiedzę na temat zachowania układów wieloskładnikowych, ze szczególnym uwzględnieniem termodynamiki mieszanin, wielkości cząstkowych oraz różnych aspektów równowag fazowych. Część dotycząca chemii jądrowej ma na celu pogłębienie wiedzy studentów w zakresie budowy jądra atomowego, mechanizmów przemian jądrowych i ich kinetyki, a także złożonych zagadnień związanych z oddziaływaniem promieniowania z materią. Studenci zdobywają szczegółową wiedzę na temat metod detekcji promieniowania, zasad dozymetrii oraz nowoczesnych zastosowań izotopów w energetyce, diagnostyce medycznej, terapii, a także w technikach analitycznych i biologicznych. Przedmiot obejmuje również kluczowe zagadnienia dotyczące bezpieczeństwa w energetyce jądrowej oraz zarządzania odpadami promieniotwórczymi.

Wykład - zakres tematów:

1. Fizykochemia mieszanin (wielkości cząstkowe, nieidealność mieszanin, równowagi fazowe).

2. Budowa jądra atomowego, cząstki elementarne (Model Standardowy). Stabilność jądra i przemiany jądrowe. Prawo rozpadu promieniotwórczego. Kinetyka przemian jądrowych.

3. Oddziaływanie promieniowania jądrowego z materią. Absorpcja promieniowania elektromagnetycznego i cząstek naładowanych. Pomiary promieniowania - rodzaje detektorów.

4. Chemiczne skutki oddziaływania promieniowania jonizującego - elementy chemii radiacyjnej. Dozymetria. Oddziaływanie promieniowania jądrowego na organizmy żywe.

5. Energetyka jądrowa - reaktory jądrowe, problemy bezpieczeństwa. Odpady promieniotwórcze. Zastosowanie izotopów w technice. Najważniejsze metody rozdzielania i wzbogacania izotopów.

6. Zastosowanie izotopów: Metody wskaźnikowe w chemii i biologii. Izotopowe metody określania wieku. Zastosowanie izotopów promieniotwórczych w medycynie ( medycyna nuklearna) - radiodiagnostyka i radioterapia. Efekty izotopowe i ich zastosowanie.

Laboratorium - wykaz ćwiczeń:

Chemia jądrowa:

Oznaczanie pierwiastków z zastosowaniem analizy aktywacyjnej.

Badanie absorpcji promieniowania beta.

Spektroskopia gamma.

Zaplanowanie i wykonanie zadania problemowego na temat oznaczania promieniotwórczości naturalnej wybranych materiałów.

Chemia fizyczna:

Wyznaczanie cząstkowych objętości molowych składników w układzie H2O - C2H5OH

Wyznaczanie stałej dysocjacji wskaźników alkacymetrycznych metodą spektrofotometryczną

Wyznaczanie aktywności oraz współczynnika osmotycznego wody w roztworach kwasu solnego

1. W. Szymański, Chemia jądrowa, PWN, Warszawa 1996.

2. W. Szymański, Elementy nauki o promieniowaniu jądrowym dla kierunków ochrony środowiska, UMK, Toruń 1999.

3. J. Sobkowski, M. Jalińska-Kazimierczuk, Chemia jądrowa, Adamantan, Warszawa 2006.

4. A.B. Niesmiejanow i in., Ćwiczenia z radiochemii, PWN, Warszawa 1959.

5. P.W. Atkins, Chemia fizyczna, PWN, Warszawa 2001.

6. K. Pigoń, Z. Ruziewicz, Chemia fizyczna, 1. Podstawy fenomenologiczne, PWN, Warszawa 2005.

7. S.I. Sandler, Chemical and Engineering Thermodynamics, 3rd ed., Wiley, Singapore, 1999.

8. S.I. Sandler, Chemical, Biochemical, and Engineering Thermodynamics, 5th ed. Wiley, 2017.

Wykład - Egzamin w formie stacjonarnej lub zdalnej składający się z dwóch części (chemia fizyczna i chemia jądrowa).

Na ocenę końcową z wykładu składa się:

- 50% wynik egzaminu z części dotyczącej chemii fizycznej,

- 50% wynik egzaminu z części dotyczącej chemii jądrowej.

Konieczne jest uzyskanie minimum 51% możliwych punktów z każdej części egzaminu oraz uzyskanie zaliczenia z laboratorium.

Laboratorium - Obowiązuje wykonanie 7 ćwiczeń i opracowanie wyników w postaci raportów według podanego schematu oraz przystąpienie do kolokwium z zagadnień obejmujących tematykę zadań wykonywanych na pracowni. Niezbędne jest zaliczenie każdego z ćwiczeń oraz uzyskanie minimum 51% możliwych do uzyskania punktów.

Egzamin oraz Laboratorium oceniane są według skali:

<51% - niedostateczny (2)

51 - 60% - dostateczny (3)

61 - 65% - dostateczny+ (3,5)

66 - 75% - dobry (4)

76 - 80% - dobry+ (4,5)

>80% - bardzo dobry (5)