כימיה פיסיקלית למדעי החיים – אוניברסיטת תל-אביב

 

 

כימיה פיסיקלית למדעי החיים – תשס"ט

 

 

 

שם הקורס:            כימיה פיסיקלית

 

ספרי הלימוד:

General Chemistry 8th edn., R.H. Petrucci, W.S. Harwood and F.G. Herring. Prentice Hall, New Jersey 2002.

 

 

University Chemistry 4th edn., B.M. Mahan and R.J. Myers. The Benjamin/Cummings Publishing Company, Inc.  1987.

 

 

 

רצ"ב פירוט הנושאים הנלמדים, המטרות, רשימת מושגים וחומר קריאה עבור כל אחד מהשיעורים המתוכננים.

 

 

 

 

 

  1. 1. נושא השיעור: קינטיקה כימית.

          מטרות:       מושגים ראשוניים בפרמטרים השולטים על הקצב של תהליכים כימיים, השפעת הטמפרטורה ופעולתם של קטליזטורים ואנזימים.

הקשר בין סדר הריאקציה המאקרוסקופי לבין המנגנון המולקולרי שלה.  חשיבות פיענוח של מנגנוני ריאקציות כרקע להבנת מנגנונים בכימיה אורגאנית ובביוכימיה.

השפעת הטמפרטורה על קצב הריאקציה.

מושגים:      קינטיקה כימית, קצב ריאקציה  (Reaction rate), רישום משוואות קצב, השפעת ריכוז המגיבים על קצב הריאקציה.   קבועים קינטיים, סדר ריאקציה  (Reaction order).  ריאקציה מסדר I, ריאקציה מסדר II וריאקציות פסאודו-I.  מולקולריות, מנגנוני ריאקציות ושלב קובע המהירות, steady-state reactions.  פרופיל אנרגטי של ריאקציה כימית פשוטה, אנרגיית אקטיבציה, משוואת Arrhenious.

 

ביבליוגרפיה:

  1. Petrucci,  pp.  578-614
  2. Mahan,  pp. 438-459, 464-471.

 

 

 

  1. 2. נושא השיעור: תרמודינמיקה I.

          מטרות:       חשיפת התלמידים לאחד הפרקים החשובים בכימיה ובו דנים במספר נושאים המתמקדים במאזן האנרגטי שמאפיין תהליכים כימיים, האינטראקציה בין המערכת הכימית לבין הסביבה, תהליכים ספונטאניים כנגד תהליכים הפיכים, אנרגיה חופשית והאפשרות לניצולה לצורך ביצוע עבודה, ריאקציות מצומדות.  פרק זה מהווה בסיס חשוב ביותר ומכין את הכלים העיקריים הנחוצים בהמשך הדרך, בכימיה אורגאנית, ביוכימיה, פיסיולוגיה ועוד.  בחלק הראשון נכיר את השפה התרמודינמית, ונדגימם בעזרת חישובים של חום, עבודה ותרמוכימיה. הגדרתם של תנאים סטנדרטים.

מושגים:      מערכת וסביבה, פונקצית מצב, מאפיינים (properties) מול תהליכים (processes), תהליכים ספונטאנים ותהליכים הפיכים, חום, עבודה ואנרגיה פנימית, החוק הראשון של התרמודינמיקה.  אנטלפיה ואנטלפיה סטנדרטית,  ΔH,  ΔH0, חום ההיווצרות, חוק הס, קיבול חום סגולי, קיבול חום מולרי,  Cp,  Cv, "קלורימטר פצצה".

 

 

ביבליוגרפיה:

  1. Petrucci,  pp.  220-254.
  2. Mahan,  pp.  372-392.

 

 

 

 

  1. 3. נושא השיעור: תרמודינמיקה II.

          מטרות:       בשיעור זה נדון בכלים שמעניקה התרמודינמיקה המאפשרים חיזוי והבנה של הכיוון הספונטאני של תהליכים בטבע, הכרת האנטרופיה כגודל מאקרוסקופי.  המשמעות מולקולרית של האנטרופיה.  קביעת קריטריונים לספונטאניות של תהליכים כימיים המתבססים על מדידות של המערכת הנבדקת בלבד, ללא הצורך למדידת השינויים שחלו בסביבה.  קריטריונים אלה נוחים לעבודה ומשרתים היטב את הכימיה האורגאנית, הביוכימיה ועוד.

סגירת מעגל, מציאת הקשר בין הגדלים התרמודינמיים  לבין גדלים שנלמדו בפרקים קודמים כמו קבוע שיוו המשקל.

מושגים:      אנטרופיה, החוק השני של התרמודינמיקה, תהליכים ספונטאנים ותהליכים הפיכים.  מצבים מאקרוסקופיים ומצבים מיקרוסקופיים, אנטרופיה אבסולוטית, החוק השלישי של התרמודינמיקה.  אנרגיה חופשית לפי Gibbs, ריאקציות המונעות בכח האנרגיה וריאקציות המונעות בכח האנטרופיה.

הקשר בין ΔG0    לבין   ΔG,  בין ΔG0   לבין K – קבוע שיווי המשקל, ריכוזים באקטיביות ומקדמי אקטיביות.  תלות של K בטמפרטורה, משוואת  Vant-Hoff.

          ביבליוגרפיה:

  1. Petrucci,  pp.  782-812.
  2. Mahan,  pp.  396-418.

 

 

 

  1. 4. נושא השיעור: ריאקציות חימצון-חיזור, תאים אלקטרוכימיים.

          מטרות:       הכרה ואיפיון של משפחה של תהליכים כימיים שבהם יש מעבר של אלקטרונים, ריאקציות חימצון חיזור נפוצות מאד בביולוגיה, ביוכימיה, ופיזיולוגיה.

הבנת המשמעות התרמודינמית של פוטנציאל התא, הקשר בין תנאים סטנדרטים למצב שיווי משקל, שימוש במדידות פוטנציאל לצורך מדידת ריכוזים, תהליכי אלקטרוליזה.

 

 

 

 

          מושגים:      חימצון-חיזור, מצבי חימצון, תא אלקטרוכימי, אנודה, קטודה, גשר מלח, פוטנציאל התא, פוטנציאל תא סטנדרטי, קבוע פרדיי, טבלת פונציאלי חיזור.

Δe0,  Δe, משוואת Nernst, קבוע פרדיי, אלקטרודת מימן, pH-meter, אלקטרוליזה,חוקי האלקטרוליזה של פרדיי.

 

          ביבליוגרפיה:

  1. Petrucci, pp.  150-161,  824-856.
  2. Mahan, pp.  318-349, 355-357.

 

 

 

 

  1. נושא השיעור: נוזלים תמונה מיקרוסקופית ותכונות מאקרוסקופיות.

          מטרות:   התמקדות בנוזלים והשוואתם לגזים ולמוצקים, התדיינות בתכונות מאקרוסקופיות המאפיינות את הפאזה הנוזלית, והשינויים המתרחשים בעת שינוי מצבי צבירה.  מבט אנרגטי על שלושת מצבי הצבירה – אנרגיה קינטית ואנרגיה פוטנציאלית.

          מושגים:  נקודה קריטית, לחץ אדים, חום התכה וחום אידוי, רתיחה והתכה, דיאגרמת הפאזות, הנקודה המשולשת.

          ביבליוגרפיה:

  1. Petrucci, pp.  481-496
  2. Mahan, pp.  98-114,  80-82

 

 

 

 

  1. נושא השיעור: תמיסות, יחידות ריכוז ותכונות קוליגטיביות.

          מטרות:   הכרת יחידות רכוז שונות שבעזרתן מביעים את היחס הכמותי בין מומס לממס בתמיסה.   הכרת התכונות הקוליגטיביות, שבהן המומס משפיע על התכונות של הממס ללא תלות בזהותו הכימית אלא אך ורק כפונקציה של הריכוז.  מציאת מסה מולרית של מומסים.

          מושגים:  פרקציה מולית, ריכוז במולר, ריכוז במולל, חוק ראול, הנמכת לחץ אדים, העלאת נקודת רתיחה, קבוע אבוליוסקופי, הורדת נקודת התכה, קבוע קריאוסקופי, לחץ אוסמוטי.

          ביבליוגרפיה:

  1. Petrucci, pp. 534-539, 549-551,  554-562
  2. Mahan, pp.  118-120, 128-138