Drukuj Eksport do pliku (MS Word)
Nazwa przedmiotu:
Spektroskopowe metody badania struktury materii
Koordynator przedmiotu:
prof. dr hab. inż. Sergiusz Luliński
Status przedmiotu:
Obowiązkowy
Poziom kształcenia:
Studia I stopnia
Program:
Technologia Chemiczna
Grupa przedmiotów:
Obowiązkowe
Kod przedmiotu:
brak
Semestr nominalny:
4 / rok ak. 2020/2021
Liczba punktów ECTS:
4
Liczba godzin pracy studenta związanych z osiągnięciem efektów uczenia się:
1. godziny kontaktowe 45h, w tym: a) obecność na wykładach - 30h, b) obecność na ćwiczeniach - 15h, 2. zapoznanie się ze wskazaną literaturą - 20h 3. przygotowanie do kolokwiów i egzaminu i obecność na kolokwiach i egzaminie - 35h Razem nakład pracy studenta: 100h, co odpowiada 4 punktom ECTS.
Liczba punktów ECTS na zajęciach wymagających bezpośredniego udziału nauczycieli akademickich:
1. obecność na wykładach - 30h, 2. obecność na ćwiczeniach - 15h Razem: 45h, co odpowiada 2 punktom ECTS.
Język prowadzenia zajęć:
polski
Liczba punktów ECTS, którą student uzyskuje w ramach zajęć o charakterze praktycznym:
1. ćwiczenia - 15h Razem: 15h, co odpowiada 1 punktowi ECTS.
Formy zajęć i ich wymiar w semestrze:
  • Wykład30h
  • Ćwiczenia15h
  • Laboratorium0h
  • Projekt0h
  • Lekcje komputerowe0h
Wymagania wstępne:
brak
Limit liczby studentów:
brak
Cel przedmiotu:
Po ukończeniu kursu student powinien: mieć ogólną wiedzę teoretyczną i praktyczną na temat spektroskopowych i spektrometrycznych metod badania struktury związków chemicznych: NMR, IR, Raman, MW, UV, MS, potrafić zinterpretować widmo i na podstawie serii widm określić strukturę związku, umieć dokonać analizy rzeczywistych widm oraz wnioskowania na ich podstawie o przebiegu reakcji chemicznych w tym określania składu mieszanin i czystości produktów reakcji, dla związku o określonej strukturze umieć przedstawić widma, na podstawie dostępnych źródeł zapoznać się samodzielnie z wybranym zagadnieniem.
Treści kształcenia:
Wykład 1. Ogólne podstawy spektroskopii, 2h Promieniowanie elektromagnetyczne. Energia cząsteczek. Kwantowanie energii. Obsadzenie poziomów energetycznych. Widmo. Pasmo spektralne i jego parametry. Rodzaje spektroskopii i aparatura do rejestracji widm. Rola metod spektroskopowych w badaniach struktury materii. 2. Spektroskopia elektronowa, 4h Energia stanów elektronowych. Diagram Jabłońskiego. Wzbudzenie cząsteczki, reguła Francka-Condona, wzbudzony stan singletowy i trypletowy – fluorescencja a fosforescencja. Prawo Lamberta-Beera. Widmo UV-Vis absorpcji i fluorescencji. Zależność widma od struktury i rozpuszczalnika. Zastosowania w analizie właściwości elektronowych materiałów. 3. Spektroskopia oscylacyjna IR i Ramana, 6h Energia stanów oscylacyjnych. Absorpcja promieniowania. Drgania normalne i częstości grupowe. Spektroskopia Ramana, rozpraszanie promieniowania. polaryzowalność cząsteczki i reguły wyboru. Interpretacja widm oscylacyjnych IR i Ramana. Charakterystyczne częstości grupowe w cząsteczkach związków organicznych. Powiązanie widma ze strukturą cząsteczki. Wpływ asocjacji na widmo IR. Zastosowania. 4. Spektroskopia NMR, 12h Wiadomości ogólne. Spin, moment pędu i moment magnetyczny jąder. Obsadzenie spinowych poziomów energetycznych. Magnetyczny rezonans jądrowy. Zasada działania i pomiaru spektroskopu NMR, transformacja Fouriera. Ekranowanie jądra. Przesunięcie chemiczne, skale i wzorce, zależności strukturalne. Równocenność chemiczna i magnetyczna jąder 1H. Sprzężenie spinowo-spinowe, układy spinowe. Efekt podstawienia izotopowego. Zjawiska dynamiczne, wiązanie wodorowe. Wyznaczanie struktury związków organicznych na podstawie widm 1H i 13C NMR oraz przewidywanie widm na podstawie znanej struktury. Widma korelacyjne 2D 1H,1H COSY, 1H,13C HSQC. Zastosowania. 5. Spektrometria mas, 6h Fizyczne podstawy pomiaru widma masowego. Metody jonizacji. Aparatura do pomiaru widm masowych. Spektrometria masowa w badaniach struktury związków chemicznych. Charakterystyczne fragmentacje głównych klas związków. Określanie składu atomowego związku na podstawie widma HR-MS. Zastosowania. Ćwiczenia 1.Spektroskopia elektronowa. Analiza stanów i przejść elektronowych cząsteczki. Przewidywanie położenia pasma w widmie na podstawie struktury cząsteczki. 2h. 2. Spektroskopia oscylacyjna. Widma układów wieloatomowych, struktura cząsteczki a widmo. Analiza widm IR i Ramana. 2h. 3. Spektroskopia NMR. Określanie struktury cząsteczki na podstawie widma 1H NMR. Przewidywanie widma dla cząsteczki o danej strukturze. Analiza przykładowych widm 1H i 13C NMR oraz widm korelacyjnych. 4h. 4. Spektrometria mas. Analiza widm masowych w powiązaniu ze strukturą cząsteczki. 2h. 5. Rozwiązywanie zagadnień strukturalnych w oparciu o dane spektroskopowe i spektrometrii MS. Wnioskowanie o przebiegu reakcji chemicznych, określanie czystości produktów. 5h.
Metody oceny:
Ocena zintegrowana (wykład i ćwiczenia). W ramach ćwiczeń są dwa kolokwia, każde 25 pkt (razem 50) i kolokwium poprawkowe, na którym można poprawić wybrane kolokwium. Po zakończeniu semestru jest egzamin (50 pkt). Są dwa terminy poprawkowe. Razem (za kolokwia i egzamin) 100 pkt. Aby zaliczyć przedmiot na ocenę dostateczną trzeba mieć przynajmniej 50 pkt.
Egzamin:
tak
Literatura:
W. Kołos, Chemia kwantowa, PWN, Warszawa, 1975 Z. Kęcki, Podstawy spektroskopii molekularnej, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 1992 R. Silverstein, Spektroskopowe metody identyfikacji związków organicznych, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 2007
Witryna www przedmiotu:
ch.pw.edu.pl
Uwagi:
brak

Efekty uczenia się

Profil ogólnoakademicki - wiedza

Charakterystyka W01
zna metody spektroskopowe i spektrometryczne stosowane w badaniach dla określenia struktury związku chemicznego
Weryfikacja: egzamin; kolokwia
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_W01, K_W02, K_W03
Powiązane charakterystyki obszarowe:
Charakterystyka W02
wie jak przewidzieć widmo związku chemicznego o zadanej strukturze i jak określić strukturę na podstawie serii widm
Weryfikacja: egzamin; kolokwia
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_W05
Powiązane charakterystyki obszarowe:

Profil ogólnoakademicki - umiejętności

Charakterystyka U01
posiada umiejętność korzystania z danych literaturowych, zasobów internetowych i wyników własnych prac potrzebnych do rozwiązania danego zadania
Weryfikacja: egzamin; kolokwia
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_U01, K_U03
Powiązane charakterystyki obszarowe:
Charakterystyka U02
potrafi określić strukturę danego związku chemicznego na podstawie dostępnych danych spektroskopowych oraz przewidzieć widmo związku o danej strukturze, porównać i rozróżnić związki na podstawie widm
Weryfikacja: egzamin; kolokwia
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_U09, K_U10
Powiązane charakterystyki obszarowe:

Profil ogólnoakademicki - kompetencje społeczne

Charakterystyka K01
posiada umiejętność pracy indywidualnej studiując wybrane zagadnienie
Weryfikacja: egzamin; kolokwia
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_K01, K_K02, K_K06
Powiązane charakterystyki obszarowe: