Χημεία

Επιδιωκόμενα μαθησιακά αποτελέσματα του μαθήματος
Στο τέλος αυτού του μαθήματος ο φοιτητής θα μπορεί να:
1. Συμβολίζει νουκλίδια, να υπολογίζει ατομικά βάρη από νουκλιδίων ισοτοπικές μάζες και κλασματικές αφθονίες, να βρίσκει το όνομα μιας ένωσης από τον τύπο της και αντιστρόφως, να υπολογίζει το τυπικό βάρος από τον τύπο της ένωσης, να μετατρέπει το mole μιας ουσίας σε γραμμάρια και αντιστρόφως, να υπολογίζει τον αριθμό των μορίων σε μια δεδομένη μάζα, να ισοσταθμίζει απλές χημικές εξισώσεις και να συσχετίζει ποσότητες σ΄αυτές, να υπολογίζει την εκατοστιαία περιεκτικότητα από το μοριακό τύπο και αντίστροφα, να βρίσκει τη μάζα ενός στοιχείου σε δεδομένη μάζα ένωσης, να προσδιορίζει τον εμπειρικό τύπο από την εκατοστιαία σύσταση, να κάνει υπολογισμούς με περιοριστικό αντιδρών.
2. Να διατυπώνει αμιγείς ιοντικές εξισώσεις, να κατατάσσει τα οξέα και τις βάσεις σε ισχυρά και ασθενή, να αποδίδει αριθμούς οξείδωσης, να ισοσταθμίζει απλές χημικές εξισώσεις οξείδωσης – αναγωγής, να υπολογίζει και να χρησιμοποιεί τη molarity.
3. Να αναγράφει και να χειρίζεται θερμοχημικές εξισώσεις, να υπολογίζει τη θερμότητα αντίδρασης από τη στοιχειομετρία, να εφαρμόζει το νόμο του Hess, να υπολογίζει την ενθαλπία αντίδρασης από πρότυπες ενθαλπίες σχηματισμού.
4. Να χρησιμοποιεί τα σύμβολα Lewis για να παραστήσει τον σχηματισμό ιοντικού δεσμού να αναγράφει ηλεκτρονικές δομές ιόντων, να συγκρίνει ιοντικές ακτίνες, να εκτιμά τη σχετική πολικότητα ενός δεσμού με βάση τις ηλεκτραρνητικότητες, να αναγράφει τύπους Lewis και δομές συντονισμού, να βρίσκει τον πλέον κατάλληλο τύπο Lewis χρησιμοποιώντας τυπικά φορτία, να συσχετίζει τάξη και μήκος δεσμού, να υπολογίζει τη ΔΗ από ενέργειες δεσμών.
5. Να προβλέπει τη μοριακή γεωμετρία, να συσχετίζει διπολική ροπή και μοριακή γεωμετρία, να εφαρμόζει τη θεωρία του δεσμού σθένους, να περιγράφει διατάξεις μοριακών τροχιακών.
6. Nα υπολογίζει τις περιεκτικότητες και τα γραμμομοριακά κλάσματα συστατικών διαλύματος, να μετατρέπει molarity σε molality, γραμμομοριακά κλάσματα και αντιστρόφως, να υπολογίζει ταπείνωση τάσης ατμών διαλύματος, να υπολογίζει ανύψωση σημείου ζέσεως και ταπείνωση σημείου πήξεως και από αυτά το μοριακό βάρος διαλυμένης ουσίας, να υπολογίζει ωσμωτική πίεση, να προσδιορίζει αθροιστικές ιδιότητες ιοντικών διαλυμάτων.
7. Να υπολογίζει τη μέση ταχύτητα μιας αντίδρασης, να προσδιορίζει την τάξη αντίδρασης από το νόμο ταχύτητας, να προσδιορίζει το νόμο ταχύτητας από αρχικές ταχύτητες, να εφαρμόζει την εξίσωση του Arrhenius, να διατυπώνει τη συνολική χημική εξίσωση με βάση το μηχανισμό της, για μια στοιχειώδη αντίδραση να προσδιορίζει τη μοριακότητα της και να διατυπώνει την εξίσωση ταχύτητας, να προσδιορίζει το νόμο της ταχύτητας από μηχανισμό με αρχικό βραδύ στάδιο
8. Να εφαρμόζει στοιχειομετρία σε ένα μίγμα ισορροπίας, να αναγράφει εκφράσεις σταθεράς ισορροπίας, να βρίσκει τη σταθερά ισορροπίας από τη σύσταση του μίγματος της αντίδρασης, να εφαρμόζει το πηλίκο της αντίδρασης, να επιλύει προβλήματα ισορροπίας, να εφαρμόζει την αρχή Le Chatelier σε διάφορες μεταβολές των συνθηκών αντίδρασης.
9. Να αναγνωρίζει τα χημικά είδη που είναι οξέα και βάσεις κατά Bronsted-Lowry και κατά Lewis, να προβλέπει αν μια οξεοβασική αντίδραση ευνοεί τα αντιδρώντα ή τα προϊόντα, να υπολογίζει τις συγκεντρώσεις των Η3Ο+ και ΟΗ– διαλύματος ισχυρού οξέος ή βάσης, να υπολογίζει την τιμή του pH ενός διαλύματος
10. Να υπολογίζει τις Κα και Κb από το pH διαλύματος και αντίστροφα, να υπολογίζει συγκεντρώσεις χημικών ειδών σε διάλυμα ασθενούς οξέος και ασθενούς βάσης, να υπολογίζει το pH ρυθμιστικού διαλύματος

Δεξιότητες
Στο τέλος αυτού του μαθήματος ο φοιτητής θα έχει περαιτέρω αναπτύξει τις ακόλουθες δεξιότητες:
1. Να επιλύει θεωρητικά και πρακτικά προβλήματα που απαιτούν εφαρμογή συνδυασμένων δεξιοτήτων. Οι δεξιότητες αυτές θα σχετίζονται τόσο με την ύλη της εκάστοτε τρέχουσας ενότητας, όσο και με την ύλη ενοτήτων που έχουν προηγηθεί.
2. Δεξιότητες που θα του επιτρέπουν να επιλύει απλά και σύνθετα στοιχειομετρικά προβλήματα.
3. Κατανοώντας πλήρως τη φύση του χημικού δεσμού, ο φοιτητής θα πρέπει να ερμηνεύει διάφορες σημαντικές ιδιότητες των ενώσεων, όπως διαλυτότητα, σ.τ., σ.ζ., τάσεις ατμών κ.λπ.
4. Επίσης, ο φοιτητής φυσικής θα μπορεί να εφαρμόζει με άνεση απλές σχέσεις φυσικοχημείας που συνδέονται με τη θερμότητα και την ταχύτητα χημικών αντιδράσεων.
5. Θα μπορεί να αποφανθεί για την τιμή του pH ενός διαλύματος αν γνωρίζει το είδος και τη συγκέντρωση των διαλυμένων ουσιών.

Προαπαιτήσεις
Δεν υπάρχουν προαπαιτούμενα μαθήματα.

Περιεχόμενα (ύλη) του μαθήματος
1. Υπολογισμοί με Χημικούς Τύπους και Εξισώσεις
Μοριακό βάρος και τυπικό βάρος. Η έννοια του mole. Εκατοστιαία περιεκτικότητα από τον χημικό τύπο. Στοιχειακή ανάλυση: Εκατοστιαία περιεκτικότητα σε άνθρακα, υδρογόνο και οξυγόνο. Προσδιορισμός χημικών τύπων. Γραμμομοριακή ερμηνεία μιας χημικής εξίσωσης. Ποσότητες ουσιών σε μια χημική αντίδραση. Περιοριστικό αντιδρών: Θεωρητικές και εκατοστιαίες αποδόσεις
2. Χημικές Αντιδράσεις: Εισαγωγή
Η ιοντική θεωρία των διαλυμάτων. Μοριακές και ιοντικές εξισώσεις. Αντιδράσεις καταβύθισης. Αντιδράσεις οξέων-βάσεων. Αντιδράσεις οξείδωσης-αναγωγής. Ισοστάθμιση απλών εξισώσεων οξείδωσης-αναγωγής. Γραμμομοριακή συγκέντρωση. Αραίωση διαλυμάτων. Σταθμική ανάλυση. Ογκομετρική ανάλυση
3. Θερμοχημεία
Ενέργεια και μονάδες ενέργειας. Θερμότητα αντίδρασης. Αντιδράσεις καταβύθισης. Ενθαλπία και μεταβολή ενθαλπίας. Θερμοχημικές εξισώσεις. Εφαρμογή στοιχειομετρίας σε θερμότητες αντιδράσεων. Μέτρηση θερμότητας μιας αντίδρασης. Νόμος του Hess . Πρότυπες ενθαλπίες σχηματισμού.Καύσιμα-τρόφιμα, καύσιμα του εμπορίου και καύσιμα των πυραύλων
4. Ιοντικός και Ομοιοπολικός Δεσμός
Περιγραφή ιοντικών δεσμών. Ηλεκτρονικές δομές ιόντων. Ιοντικές ακτίνες. Περιγραφή ομοιοπολικών δεσμών. Πολωμένοι ομοιοπολικοί δεσμοί – Ηλεκτραρνητικότητα. Αναγραφή τύπων Lewis με ηλεκτρόνια – κουκίδες. Απεντοπισμένοι δεσμοί – Συντονισμός. Εξαιρέσεις του κανόνα της οκτάδας. Τυπικό φορτίο και τύποι Lewis. Μήκος δεσμού και τάξη δεσμού. Ενέργεια δεσμού.
5. Μοριακή Γεωμετρία και Θεωρία του Χημικού Δεσμού
Το μοντέλο VSEPR (Άπωσης ηλεκτρονικών ζευγών του φλοιού σθένους). Διπολική ροπή και μοριακή γεωμετρία. Θεωρία του δεσμού σθένους. Περιγραφή πολλαπλών δεσμών. Αρχές της θεωρίας μοριακών τροχιακών. Ηλεκτρονικές δομές διατομικών μορίων των στοιχείων της δεύτερης περιόδου. Μοριακά τροχιακά και απεντοπισμένοι δεσμοί.
6. Διαλύματα
Τύποι διαλυμάτων. Διαλυτότητα και η διαδικασία διάλυσης. Επιδράσεις θερμοκρασίας και πίεσης πάνω στη διαλυτότητα. Τρόποι έκφρασης της συγκέντρωσης. Τάση ατμών διαλύματος. Ανύψωση σημείου ζέσεως και ταπείνωση σημείου πήξεως. Ώσμωση. Αθροιστικές ιδιότητες διαλυμάτων. Κολλοειδή
7. Ταχύτητες Αντίδρασης
Ορισμός της ταχύτητας αντίδρασης. Πειραματικός προσδιορισμός ταχύτητας. Εξάρτηση της ταχύτητας από τη συγκέντρωση. Μεταβολή της συγκέντρωσης με το χρόνο. Θερμοκρασία και ταχύτητα. Θεωρίες συγκρούσεων και μεταβατικής κατάστασης. Εξίσωση του Arrhenius. Στοιχειώδεις αντιδράσεις. Ο νόμος ταχύτητας και ο μηχανισμός. Κατάλυση
8. Χημική Ισορροπία
Χημική ισορροπία – Μια δυναμική ισορροπία. Σταθερά ισορροπίας. Ετερογενής ισορροπία – Διαλύτες σε ομογενείς ισορροπίες. Ποιοτική ερμηνεία της σταθεράς ισορροπίας. Πρόβλεψη της κατεύθυνσης μιας αντίδρασης. Υπολογισμός συγκεντρώσεων ισορροπίας. Απομάκρυνση προϊόντων ή προσθήκη αντιδρώντων. Μεταβολή πίεσης και θερμοκρασίας. Επίδραση ενός καταλύτη
9. Οξέα και Βάσεις
Οξέα και βάσεις κατά Arrhenius. Οξέα και βάσεις κατά Bronsted -Lowry. Οξέα και βάσεις κατά Lewis. Σχετική ισχύς οξέων και βάσεων. Μοριακή δομή και ισχύς οξέων. Αυτοϊοντισμός του νερού. Διαλύματα ισχυρών οξέων και βάσεων. Το pH ενός διαλύματος.
10. Ισορροπίες Οξέων-Βάσεων
Ισορροπίες ιοντισμού οξέων. Πολυπρωτικά οξέα. Ισορροπίες ιοντισμού βάσεων. Οξεοβασικές ιδιότητες διαλυμάτων αλάτων. Επίδραση κοινού ιόντος. Ρυθμιστικά διαλύματα. Καμπύλες ογκομέτρησης οξέος-βάσης

Διδακτικές και μαθησιακές μέθοδοι
Παραδόσεις με παρουσιάσεις power point. Φροντιστήρια με υποδειγματική επίλυση χαρακτηριστικών προβλημάτων για κάθε νέα έννοια. Έμφαση στην ακολουθητέα στρατηγική επίλυσης και έλεγχος ορθότητας της απάντησης στο τέλος.

Μέθοδοι αξιολόγησης/βαθμολόγησης
1) Υποχρεωτικά, κάθε δύο εβδομάδες, παράδοση δυο λυμένων προβλημάτων ή ασκήσεων που δίνονται μέσω του e-class.
2) Δύο τουλάχιστον εικοσάλεπτες προαιρετικές γραπτές πρόοδοι με συγκέντρωση μονάδων, οι οποίες προστίθενται στον βαθμό της τελικής εξέτασης αν αυτός είναι μεγαλύτερος του 5.
3) Τελική γραπτή εξέταση.

Γλώσσα διδασκαλίας
Ελληνική