KFKF01 · Lunds universitet
Molekylära drivkrafter 2: Växelverkan och dynamik
Ny kurs
Inga tentor än
Ladda upp dina tidigare tentor och få hjälp med att strukturera ditt studiematerial
Få dina tentauppgifter kategoriseradeBli guidad genom ditt studiematerialFå hjälp direkt med teori och tipsHåll koll på dina framsteg
HP
7.5
Språk
Svenska
Nivå
Grundnivå
Fakultet
Lunds tekniska högskola
Lärandemål
- Kunskap och förståelse
- visa insikt i hur olika molekylära egenskaper ger upphov till den intermolekylära interaktionen och hur dessa styr makroskopiska beteenden, så som fasseparation, icke-idealitet och lösningsmedelsegenskaper.
- visa insikt i den molekylära bakgrunden till dynamik i kemiska system, som diffusion och reaktionskinetik.
- Färdighet och förmåga
- kunna analysera en frågeställning och utföra relevanta beräkningar med hjälp av de modeller och ekvationer som presenteras i kursen.
- kunna simulera ett verkligt system utifrån någon enkel fysikalisk modell.
- 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.
- kunna visa förmåga till lagarbete och ansvar för gemensam skriftlig rapportering.
- Värderingsförmåga och förhållningssätt
- kunna diskutera vardagsfenomen, så som fasseparation mellan olja och vatten, utifrån kursens innehåll.
- kunna värdera resultat av en enkel simulering av ett verkligt system.
- kunna diskutera biologiskt relevanta frågeställningar utifrån de grundläggande modeller som ges på kursen.
- kunna värdera giltigheten hos de modeller som ges på kursen.
- visa grundläggande ansvarstagande vid delat författarskap under rapportering.
Kursinnehåll
Kursen visar hur intermolekylär växelverkan ger upphov till struktur på mikroskopisk och mesoskopisk nivå samt hur den kvalitativt kan förklara och förutsäga materiens makroskopiska egenskaper. Detta ger en molekylär förklaring till stora delar av termodynamiken och makroskopiska transportprocesser samt ger de verktyg som behövs för att man skall kunna förutsäga hur molekylära manipulationer påverkar ett (bio)materials makroskopiska egenskaper. Särskild vikt läggs vid egenskaper hos biopolymerer, så som proteiner och DNA-molekyler. Två hela föreläsningar ägnas åt vattens egenskaper och unika betydelse för solvatisering av och interaktionen mellan såväl små som stora (bio)molekyler. Vidare behandlar kursen molekylers rörelse i vätskor (diffusion) och ger därmed den molekylära grunden för makroskopiska transportprocesser och reaktionskinetiken för enzymer. Innehållsmässigt består kursen av följande moment: Beskrivning av fas- och fördelningsjämvikter samt icke-idealitet med Bragg-Williamsmodellen, däribland destillation, blandningsluckor och fördelningsjämvikter. Specifikt beskrivs även Henrys konstant, aktivitetskoefficienter och fördelningskoefficienter med denna modell. Beskrivning av kooperativa processer, t.ex. helixbildning i polymerer. Ligandbidningsformalism för kopplade jämvikter och beskrivning av hämning och kooperativitet i t.ex. biomolekyler. Klassisk elektrostatik och intermolekylär växelverkan mellan molekyler i dielektriska media, inklusive Gauss lag, Coulombs lag, dipolmoment och dispersionskrafter. Jonsolvatisering (Bornekvationen) beräkningar med Poisson-Boltzmanns ekvation och Debye-Hückelteori. Kursen behandlar även effekten av dielektriska gränsytor. Detta tillämpas på bl.a. adsorption, vätskor, elektrolytlösningar och elektrokemiska jämvikter. Beskrivning av egenskaper hos flytande vatten och vatten som lösningsmedel, inklusive den hydrofoba effekten. Mikroskopisk beskrivning av diffusion, inkluderande bl.a. Brownsk rörelse och kinetisk gasteori. Detta inkluderar effekten av diffusion i biokemiskt relevanta problemställningar, såsom diffusion genom geler och diffusionskontrollerad reaktionskinetik. Fundamental beskrivning av reaktionskinetik: aktiveringstillsånd, Eyrings- och Arrhenius ekvationer samt diffusionskontrollerade hastighetskonstanter. Numeriska beräknings- och simuleringsmetoder: finita elementmetoden, molekyldynamik-, stokastisk- och Monte Carlosimuleringar. Tre laborationer som behandlar (1) fördelningsjämvikt och jonsolvatisering, (2) molekylära egenskaper, som volym, dipolmoment, laddning och polariserbarhet samt (3) gasdiffusion. Minst en fullständlig laborationsrapport inklusive statistisk analys och felfortplantning med hjälp av Monte Carlometoden. Vid laborationerna tränas spektrofotometrisk absorbansmätning, konduktansmätning, arbete med gastuber samt användning av densiometer och refraktometer. En datorlaboration behandlar modellering av destillation och aktivitetsfaktorer med Bragg-Williamsmodellen. Numeriska problem, såsom integrering, derivering, ekvationslösning samt passning till räta linjens ekvation löses både med räknare och dator.
Förutsättningar
- FMAA05 Endimensionell analys eller FMAB65 Endimensionell analys B1 eller FMAB70 Endimensionell analys B2
- Förutsatta förkunskaper:
- FMAB30 Flerdimensionell analys, FMAA20 Linjär algebra med introduktion till datorhjälpmedel, EDAA70 Inledande programmering med Python, KFKA05 Molekylära drivkrafter 1: Termodynamik
Litteratur
Molecular Driving Forces - Statistical Thermodynamics in Chemistry, Physics, Biology and Nanoscience. 2nd edition. Garland Science, 2010 - Dill, K and Bromberg, S
Grafräknare med tillhörande handbok. Det förutsätts att studenten har tillgång till en grafritande räknare som klarar numerisk ekvationslösning, integration och derivering samt anpassning av funktionsuttryck med minsta kvadratmetoden. Föredragna modeller är Texas Instruments TI-82, 83, 84 och högre men Casios motsvarigheter (exempelvis FX-CG50) fungerar också
Liknande kurser vid andra universitet
Gör som 15 000+ studenter och ta kontroll över ditt tentaplugg.
Kom igång gratis