Kursplan för
Molekylära drivkrafter 1: Termodynamik
Molecular Driving Forces 1: Thermodynamics
KFKA05, 7,5 högskolepoäng, G1 (Grundnivå)
Gäller för: Läsåret 2020/21
Beslutad av: Programledning B/K
Beslutsdatum: 2020-03-27
Allmänna uppgifter
Huvudområde: Teknik.
Obligatorisk för: B2, K2
Undervisningsspråk: Kursen ges på svenska
Syfte
Kursen syftar till att ge en solid fysikalisk-kemisk grund för
fortsatta studier inom kemisk separation och analys, materialkemi,
reaktion- och energiteknik samt molekylär bioteknik, genom att
- ge studenterna en insikt i klassisk och modern statistisk
termodynamik.
- förmedla en förståelse för de termodynamiska begreppen och
teorierna utifrån molekylära egenskaper.
- ha ett starkt fokus på problemlösning utifrån dessa
insikter.
Mål
Kunskap och förståelse
För godkänd kurs skall studenten
- kunna beskriva och förklara centrala termodynamiska begrepp
och storheter fenomenologiskt och molekylärt.
- kunna göra enkla kvalitativa förutsägelser av hur ett
systems jämviktsegenskaper påverkas av förändringar.
Färdighet och förmåga
För godkänd kurs skall studenten
- kunna analysera en frågeställning och utföra relevanta
beräkningar med hjälp av de modeller och ekvationer som
presenteras i kursen.
- med hjälp av miniräknare och dator kunna utföra vanliga
numeriska operationer.
- kunna utföra kemiska laborationer på ett noggrant och säkert
sätt samt handha vanlig laborativ utrustning.
- kunna skriva enkla och fullständiga laborationsredogörelser
enligt givna instruktioner med korrekt presentation av data och
feluppskattningar.
Värderingsförmåga och förhållningssätt
För godkänd kurs skall studenten
- kunna diskutera vardagsfenomen utifrån enkla men
sunda statistisk-termodynamiska resonemang.
- kunna värdera giltigheten i de grundläggande termodynamiska
modeller som presenterats i kursen.
- kunna avgöra rimligheten i de svar som erhålls under
problemlösning.
Kursinnehåll
- Termodynamiska grundbegrepp som arbete och värme, temperatur,
entropi, entalpi, fri energi, värmekapacitet och kemisk potential
behandlas ur både molekylärt statistiskt och termodynamiskt
perspektiv. Ideala gaser behandlas exakt med den molekylära
tillståndssumman. Boltzmanns fördelningslag härleds och
tillämpas på en mängd olika typer av problemställningar.
- Grundläggande kvantmekanik, innefattande energinivåer för
translation, rotation, vibration och elektroner, med syfte att ge
bakgrund till den statistiska termodynamiken och
spektroskopin.
- Reversibla och irreversibla processer.
- Strategin för termodynamiska beräkningar: indelning av
komplexa processer i isoterma, adiabatiska, isobara, isochora,
isentropiska eller isolerade delsteg samt användning av
termodynamiska cykler.
- Integration av differentiella samband för beräkning av
tillståndsförändringar.
- Kvalitativ och kvantitativ behandling av fasjämvikter i
enkomponentsystem. Detta innefattar Clapeyrons och
Clausius-Clapyrons ekvation samt tolknng av fasdiagram för
enkomponentsystem.
- Kvantitativa beräkningar av samband mellan tryck, temperatur
och sammansättning i ideala tvåkomponentsystem med en eller flera
faser. Detta innefattar bl.a. begrepp som partiell molär storhet
och aktivitet samt beräkningar av kolligativa egenskaper
(kokpunktshöjning, fyspunktssänkning och osmotiskt tryck) och
ångtryck över blandningar. Raoults och Henrys lagar. Icke-ideala
fall behandlas med aktivitetsbegreppet och aktivitetsfaktorer.
- Termodynamisk och statistisk mekanisk behandling av kemisk
jämvikt.
- Kursen behandlar även grunden för stabilitet hos
(bio)polymerer.
- Tre laborationer som behandlar kemisk jämvikt, ångbildning
coh destillation samt termodynamik i vardagen. Minst en
fullständlig laborationsrapport inklusive statistisk analys och
felfortplantning med hjälp av Monte Carlometoden.
- En datorlaboration behandlar Boltzmanns fördelningslag.
- Numeriska problem, såsom integrering, derivering,
ekvationslösning samt passning till räta linjens ekvation löses
både med räknare och dator.
- Vid laborationerna tränas spektrofotometrisk
absorbansmätning, arbete med evakuerade system,
koncentationsbestämning med refraktometer, avläsning av
tryckmätare, termometer, hygrometer m.m.
Kursens examination
Betygsskala: TH - (U,3,4,5) - (Underkänd, Tre, Fyra, Fem)
Prestationsbedömning: Skriftlig tentamen och laborationer. Slutbetyget baseras på skriftlig tentamen. Tentamen utformas så att god förståelse och grundläggande problemlösningsförmåga inom kursens alla delar krävs för godkänt resultat (betyg 3). Överbetyg (betygen 4 och 5) kräver förmåga till mer komplex problemlösning.
Om så krävs för att en student med varaktig funktionsnedsättning ska ges ett likvärdigt examinationsalternativ jämfört med en student utan funktionsnedsättning, så kan examinator efter samråd med universitetets avdelning för pedagogiskt stöd fatta beslut om alternativ examinationsform för berörd student.
Delmoment
Kod: 0115. Benämning: Tentamen.
Antal högskolepoäng: 6,5. Betygsskala: TH. Prestationsbedömning: Skriftlig tentamen.
Kod: 0215. Benämning: Laborationer.
Antal högskolepoäng: 1. Betygsskala: UG. Prestationsbedömning: För betyg G skall varje laboration utföras och redovisas enligt anvisningarna, vilket kan innebära skriftligt eller muntligt, på svenska eller engelska. För godkänt skall de skriftliga rapporterna vara enkla men korrekta och koncisa, ha lämplig struktur samt innehålla en relevant diskussion av resultaten. Delmomentet omfattar: Laborationskursen innehåller tre "våta" laborationer och en datorlaboration.
Antagningsuppgifter
Förutsatta förkunskaper: FMAA05 Endimensionell analys, FMAA20 Linjär algebra med datorhjälpmedel, KOOA15 Allmän kemi.
Begränsat antal platser: Nej
Kursen överlappar följande kurser: KFK080, KFK090
Kurslitteratur
- Dill, K and Bromberg, S: Molecular Driving Forces, Statistical Thermodynamics in Chemistry, Physics, Biology and Nanoscience. 2nd edition. Garland Publishing Inc, 2010, ISBN: 9780815344308.
- Kompletterande kompendium, producerat vid avdelningen för Biofysikalisk kemi.
Kontaktinfo och övrigt
Kursansvarig: Kristofer Modig, kristofer.modig@bpc.lu.se
Hemsida: http://www.cmps.lu.se/bpc/education/
Övrig information: Viss undervisning kan komma att ske på engelska. Viss rapportering kan krävas på engelska.