KE525: Uorganisk Kemi A (5 ECTS)

STADS: 10011901

Niveau
Bachelorkursus

Undervisningsperiode
Kurset er placeret i efterårssemesteret.

Ansvarlige undervisere
Email: mckenzie@sdu.dk

Skemaoplysninger
Vis hele skemaet
Vis personligt skema for dette kursus.

Indgangskrav:
Ingen.

Faglige forudsætninger:
Studerende, der følger kurset, forventes at:

• Have et grundlæggende kendskab til fysisk, uorganisk og organisk kemi, strukturerne af simple (bio) organiske molekyler, formler for simple metalsalte, pH og nogle af de teknikker, der anvendes til at udføre strukturbestemmelse
• Have elementær laboratorieerfaring og viden om sikkerhed i et kemisk laboratorium

Formål
Kurset har til formål at sætte den studerende til at forstå og forudsige de typiske strukturer, egenskaber og reaktivitet af forbindelser, der indeholder d-blok-grundstofferne (overgangsmetallerne). Denne viden er vigtig for at rationalisere de omfattende roller disse særlige elementer har i katalyse, enzymer og materialer, samt at forstå deres geokemi, biotilgængelighed, og funktioner som væsentlige eller giftige elementer for livet.

Formålet med kurset er en systematisk præsentation af d-blok (overgangsmetal) kemi og dermed grundlaget for fortsatte kurser i uorganisk kemi, materialedesign og karakterisering og biouorganisk kemi.

Kurset giver baggrund for studerende interesseret i materialer og nanomaterialekemi, medicinsk uorganisk kemi, katalyse, strukturel kemi og kemiteknik (forarbejdning og miljø).

Kurset bygger videre på viden erhvervet i førsteårskurserne FF503, KE528/KE521 eller tilsvarende, som indeholder almen, organisk og uorganisk kemi, samt andetårskurset KE504 eller tilsvarende i grundlæggende spektroskopi. De studerende skal være i det tredje år af deres uddannelse i kemi, nanobioscience, farmaci eller kemiteknik. Kurset giver et videnskabeligt grundlag for at studere de emner, der indgår i de igangværende bachelor- og senere kandidatstudier, f.eks. organisk, fysisk og teoretisk kemi, biokemi, spektroskopi eller teknisk kemi.

I forhold til uddannelsens kompetenceprofil har kurset eksplicit fokus på at:

• Give kompetence til at forudsige den kemiske adfærd for d-blok (overgangs) metalioner og egenskaberne for deres forbindelser
• Give færdigheder til at planlægge og gennemføre syntesen og efterfølgende karakterisering af simple metalholdige forbindelser
• Give viden om og forståelse for de roller d-blok elementer har i flere sammenhænge (historie, kunst, materialer, analytisk kemi, medicin, biologi, energiproduktion, industriel kemikalieproduktion).

Målbeskrivelse
For at opnå kursets formål er det læringsmålet for kurset, at den studerende opnår fundamental viden om kemien i alle elementer i det periodiske system. Fokus er på den molekylære kemi af d-blok  elementer, og at få en forståelse af disse elementers kemiske former i naturlige og syntetiske forbindelser og deres almindelige anvendelser. Struktur, reaktivitet, nomenklatur, fysiske, kemiske og spektroskopiske egenskaber er dækket. Ved afslutningen vil de studerende være i stand til at:

• Rationalisere elektronisk struktur for et element på grundlag af dets position i det periodiske system
• Forudsige egenskaberne for en forbindelse i form af dens ioniske, metalliske og kovalente binding
• Forudsige geometrien for et metal center og deraf følgende molekylær stereokemi
• Rationalisere både metals og ligands indflydelse på tendenserne i redox og spektroskopiske egenskaber
• Bruge krystalfeltteori som en forenklet praktisk model for molekylær orbital teori til at forudsige d elektron konfiguration og dermed rationalisere spektroskopiske, magnetiske og strukturelle egenskaber for d-blok forbindelser.
• Forklare grundprincipperne i brugen af optiske, vibrations- og magnetisk resonans-spektroskopier, røntgendiffraktion, magnetiske modtagelighedsmålinger og andre udvalgte metoder til karakterisering af molekylære forbindelser, der indeholder et element af det periodiske system
• Navngive og skrive den molekylære formel for simple koordinationsforbindelser
• Gengive de vigtige molekylære uorganiske forbindelser, herunder homogene katalysatorer, metalloenzymer, nanoclusters, supramolekylære systemer og være i stand til at rationalisere deres roller i biologi, og brugen i materialer, industri, medicin mv.
• Beskrive den vandige kemi af metalioner og dermed konsekvensen for biotilgængelighed og forurening.
• Opskrive masse- og redoxafbalancerede reaktionsligninger
• Udføre syntesen af en simpel koordinationsforbindelse
• Beskrive typiske processer i syntesen af koordinations- og organometalliske forbindelser
• Fortolke spektre

Indhold
Følgende hovedemner vedrørende simpel prototype koordinering (herunder organometalliske) forbindelser er indeholdt i kurset:

• Stereokemi og metal geometri
• Koordination nummer
• Isomeri
• Oxidationstrin – stabilitet og tendenser
• Farver
• Fotokemi
• Supramolekylær kemi
• Metal-ligand σ- og π-binding
• Metal-metal binding
• 18 elektron-reglen
• Spin tilstand: høj-, lav-spin og spin-crossover-systemer
• Magnetiske egenskaber
• Klyngedannelse
• Ligand-typer
• Indflydelsen af ligander på d-elektronmetal-ioners konfiguration og dermed struktur og egenskaber og reaktivitet
• Lewis syre-base-reaktioner
• Ligand-udskiftninger
• Comproportionering og disproportioneringsreaktioner
• Template reaktioner
• Oxidativ addition og reduktive eliminationsreaktioner
• Beta-elimination, alkyl migration, insertionsreaktioner
• Nye reaktioner af molekyler ved koordination
• Kemisk syntese med udvalgte d-blok metalioner
• Anvendelse af UV-synlig, NMR, IR, Raman spektroskopier, massespektrometri og røntgenkrystallografi til karakteriseringen af metal-organiske forbindelser
• Sikkerhed og grundlæggende procedurer for håndtering af organiske og uorganiske kemikalier
• Anvendelse, f.eks. i materialer, medicin, industri og biologisk katalyse

Litteratur

• C. E. Housecroft & A. G. Sharpe: Inorganic Chemistry, Prentice Hall 4th ed.

Kursets hjemmeside
Dette kursus benytter e-learn (blackboard).

Forudsætningsprøver

1. Deltagelse i lab.øvelserne er en forudsætning for at deltage i eksamensform a). Bestået/ikke-bestået, intern bedømmelse ved underviser. (10011922).

Eksamen- og censurform:

1. Rapport og præsentation over eksperimenter, bestået/ikke bestået, intern bedømmelse. (1 ECTS). (10011912).
2. 3 timers skriftlig eksamen. Ekstern censur, karakter efter 7-trinsskalaen. (4 ECTS). (10011902).
   Alle hjælpemidler er tilladte. Nærmere beskrivelse af eksamensreglerne vil blive offentliggjort under 'Course Information' på kursets side i Blackboard.

Reeksamen i samme eksamenstermin eller i umiddelbar forlængelse heraf. Eksamensformen ved reeksamen kan være en anden end eksamensformen ved den ordinære eksamen.

Vejledende timetal
På naturvidenskab er undervisningen tilrettelagt efter trefasemodellen dvs. intro, trænings- og studiefasen.
Introfase: 24 timer
Træningsfase: 26 timer, heraf:
 - Eksaminatorie: 12 timer
 - Laboratorieøvelser: 14 timer

Aktiviteter i studiefasen

Undervisningsform
Aktiviteter i studiefasen:

• Selvstudium af lærebogen
• Udfylde standardiserede rapportskemaer før og efter laboratorieøvelser med særlig vægt på at beskrive observationer i forhold til de kemiske reaktioner, der finder sted, og balancering af kemiske reaktioner
• Fortolkning af spektre og resultater
• Selvstændig opsamling på intro-og træningsfasen
• Repetition op til eksamen

Sprog
Dette kursus undervises på dansk eller engelsk, afhængigt af underviseren. Dog altid på Engelsk ved deltagelse af internationale studerende.

Kursustilmelding
Se tilmeldingsfrister.

Pris for åben uddannelse
Se priser for enkeltkurser.

Denne kursusbeskrivelse var gyldig fra 1. september 2016 til 31. august 2018.