Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Kinetyka w procesach metalurgicznych
Tok studiów:
2019/2020
Kod:
NRCM-2-107-s
Wydział:
Metali Nieżelaznych
Poziom studiów:
Studia II stopnia
Specjalność:
-
Kierunek:
Recykling i Metalurgia
Semestr:
1
Profil:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Polski
Forma studiów:
Stacjonarne
Strona www:
 
Prowadzący moduł:
dr hab. inż. Pacławski Krzysztof (paclaw@agh.edu.pl)
Treści programowe zapewniające uzyskanie efektów uczenia się dla modułu zajęć

1.Podstawowe aksjomaty i definicje w kinetyce chemicznej. 2. Kinetyka reakcji chemicznych w fazie wodnej i gazowej. 3. Dynamika reakcji molekularnych. 4. Kataliza i reakcje oscylujące. 5. Metody pomiarów kinetyki reakcji chemicznych. 6. Kinetyka procesów na granicy fazowej. 7. Kinetyka procesów elektrodowych. 8. Kinetyka procesów w fazie stałej. 9. Mechanizmy reakcji i ich znaczenie przemysłowe. 10. Zastosowanie i wykorzystanie równań kinetycznych w projektowaniu procesów metalurgicznych.

Opis efektów uczenia się dla modułu zajęć
Kod MEU Student, który zaliczył moduł zajęć zna i rozumie/potrafi/jest gotów do Powiązania z KEU Sposób weryfikacji i oceny efektów uczenia się osiągniętych przez studenta w ramach poszczególnych form zajęć i dla całego modułu zajęć
Wiedza: zna i rozumie
M_W001 1. Zna i rozumie podstawowe aksjomaty i definicje z zakresu kinetyki chemicznej. RCM2A_W01 Egzamin
M_W002 2. Zna reguły zapisu równań szybkości etapów elementarnych reakcji złożonej oraz metodologię analizy krzywych kinetycznych, wyznaczania stałych szybkości, rzędu i energii aktywacji reakcji. RCM2A_W01 Egzamin
M_W003 3. Zna i rozumie zasadę działania najważniejszych metod stosowanych w pomiarach kinetycznych. RCM2A_W01 Egzamin
M_W004 4. Zna i rozumie wpływ podstawowych czynników wpływających na szybkość reakcji RCM2A_W01 Egzamin
Umiejętności: potrafi
M_U001 5. Potrafi wyprowadzić postaci równań szybkości dla podstawowych schematów reakcji prostych i złożonych RCM2A_U04, RCM2A_U01 Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
M_U002 6. Potrafi zaproponować metodę pomiaru kinetyki wybranego procesu chemicznego lub fizycznego. RCM2A_U04, RCM2A_U02 Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
M_U003 7. Potrafi interpretować wyniki pomiarów kinetycznych w celu optymalizacji warunków prowadzenia procesu metalurgicznego w układzie homogenicznym. RCM2A_U02, RCM2A_U01 Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
M_U004 8. Potrafi dobrać właściwy model kinetyczny do opisu kinetyki procesu w układzie heterogenicznym. RCM2A_U02 Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
Kompetencje społeczne: jest gotów do
M_K001 9. Jest gotów do współdziałania z zespołem planującym pomiary kinetyczne w zakresie doboru metody i warunków doświadczalnych. RCM2A_K01, RCM2A_K02 Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
M_K002 10. Jest gotów do interpretacji danych kinetycznych, wyciągania wniosków i sugestii w celu określenia optymalnych warunków wydajnego prowadzenia procesu metalurgicznego. RCM2A_K01 Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
Liczba godzin zajęć w ramach poszczególnych form zajęć:
SUMA (godz.)
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
60 30 0 30 0 0 0 0 0 0 0 0
Matryca kierunkowych efektów uczenia się w odniesieniu do form zajęć i sposobu zaliczenia, które pozwalają na ich uzyskanie
Kod MEU Student, który zaliczył moduł zajęć zna i rozumie/potrafi/jest gotów do Forma zajęć dydaktycznych
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
Wiedza
M_W001 1. Zna i rozumie podstawowe aksjomaty i definicje z zakresu kinetyki chemicznej. + - + - - - - - - - -
M_W002 2. Zna reguły zapisu równań szybkości etapów elementarnych reakcji złożonej oraz metodologię analizy krzywych kinetycznych, wyznaczania stałych szybkości, rzędu i energii aktywacji reakcji. + - + - - - - - - - -
M_W003 3. Zna i rozumie zasadę działania najważniejszych metod stosowanych w pomiarach kinetycznych. + - + - - - - - - - -
M_W004 4. Zna i rozumie wpływ podstawowych czynników wpływających na szybkość reakcji + - + - - - - - - - -
Umiejętności
M_U001 5. Potrafi wyprowadzić postaci równań szybkości dla podstawowych schematów reakcji prostych i złożonych - - + - - - - - - - -
M_U002 6. Potrafi zaproponować metodę pomiaru kinetyki wybranego procesu chemicznego lub fizycznego. - - + - - - - - - - -
M_U003 7. Potrafi interpretować wyniki pomiarów kinetycznych w celu optymalizacji warunków prowadzenia procesu metalurgicznego w układzie homogenicznym. - - + - - - - - - - -
M_U004 8. Potrafi dobrać właściwy model kinetyczny do opisu kinetyki procesu w układzie heterogenicznym. - - + - - - - - - - -
Kompetencje społeczne
M_K001 9. Jest gotów do współdziałania z zespołem planującym pomiary kinetyczne w zakresie doboru metody i warunków doświadczalnych. - - + - - - - - - - -
M_K002 10. Jest gotów do interpretacji danych kinetycznych, wyciągania wniosków i sugestii w celu określenia optymalnych warunków wydajnego prowadzenia procesu metalurgicznego. - - + - - - - - - - -
Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 120 godz
Punkty ECTS za moduł 4 ECTS
Udział w zajęciach dydaktycznych/praktyka 60 godz
Przygotowanie do zajęć 7 godz
przygotowanie projektu, prezentacji, pracy pisemnej, sprawozdania 20 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 26 godz
Egzamin lub kolokwium zaliczeniowe 2 godz
Dodatkowe godziny kontaktowe 5 godz
Szczegółowe treści kształcenia w ramach poszczególnych form zajęć (szczegółowy program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład (30h):
Kinetyka w procesach metalurgicznych

W ramach modułu, przewidziany jest cykl wykładów przybliżających zagadnienia kinetyki chemicznej i jej rolę w procesach produkcji metali metodami hydrometalurgicznymi i metalurgii klasycznej. Na wykładach omawiane są: Podstawowe aksjomaty i definicje w kinetyce chemicznej (szybkość reakcji, stała szybkości reakcji, równanie szybkości reakcji, reakcja prosta, r. złożona, etap elementarny reakcji, kinetyczny mechanizm reakcji, cząsteczkowość, rząd reakcji); Kinetyka reakcji prostych (reakcje 0, 1, 2 i 3 rzędu, reakcje w pobliżu stanu równowagi, czas połówkowy przemiany); Reakcje jednocząsteczkowe (mechanizm Lindemana-Hinshelwooda); Kinetyka reakcji złożonych (reakcje odwracalne, r. nieodwracalne, r. równoległe, r. następcze, etap limitujący, r. następczo-równoległe, przybliżenie do stanu stacjonarnego); Wpływ temperatury na kinetykę reakcji (równanie Arrheniusa, energia aktywacji reakcji prostych i złożonych); Kinetyka reakcji katalitycznych (mechanizm Michaelisa-Menten, autokataliza i reakcje oscylujące); Kinetyka reakcji łańcuchowych (mechanizm, wybuch, reakcje fotochemiczne); Metody pomiarów kinetyki reakcji (metody relaksacyjne, przepływowe, zatrzymanego przepływu, itp.); Dynamika reakcji molekularnych (zderzenia reaktywne, teoria zderzeń, reakcje kontrolowane przez dyfuzję, równanie bilansu materiałowego, teoria kompleksu aktywnego, współrzędna reakcji, stan przejściowy, równanie Eyringa, parametry aktywacji – aspekty termodynamiczne w kinetyce chemicznej, kinetyczny efekt solny); Kinetyka procesów na granicy fazowej (procesy zachodzące na powierzchni ciał stałych, wzrost powierzchni – rola defektów, techniki i metody pomiaru kinetyki procesów na powierzchni ciał stałych, adsorpcja chemiczna i fizyczna, izotermy adsorpcji, szybkość procesów powierzchniowych, aktywność katalityczna powierzchni, podstawowe modele kinetyczne dla reakcji bez katalizy w układzie ciało stałe-ciecz: model „progressive-conversion”, model z niereagujacym jądrem oraz model kurczącego się jądra, przykłady praktycznych zastosowań tych modeli); Kinetyka procesów elektrodowych (szybkość przeniesienia ładunku, polaryzacja, kinetyczne aspekty pracy ogniw paliwowych i akumulatorów); Kinetyka procesów w fazie stałej (wzrost kryształów, dyfuzja, szybkość przemian fazowych w różnych materiałach).

Ćwiczenia laboratoryjne (30h):
Kinetyka w procesach metalurgicznych – ćwiczenia laboratoryjno-komputerowe

W ramach zajęć student wykonuje prace eksperymentalne w laboratorium kinetycznym z zakresu omawianej tematyki oraz prace obliczeniowe na zajęciach komputerowych, na których interpretuje dane doświadczalne a także dane otrzymane od prowadzącego. Tematyka prac doświadczalnych obejmuje:
1. Wyznaczanie krzywych kinetycznych reakcji redoks kompleksów metali metodą spektrofotometrii UV-Vis
2. Wpływ siły jonowej na kinetykę reakcji chemicznych
3. Wpływ temperatury na kinetykę reakcji chemicznych
Tematyka prac komputerowych obejmuje:
1. Analiza krzywych kinetycznych (metody graficzne – wyznaczanie stałej szybkości reakcji metodą regresji liniowej oraz na podstawie analizy czasu połówkowego przemiany; metody analityczne – obliczenia wartości stężeń, stałych szybkości z użyciem całkowych postaci równań kinetycznych).
2. Graficzne wyznaczanie parametrów aktywacji w równaniu Arrheniusa i Eyringa.
3. Wyznaczanie równania kinetycznego na podstawie danych kinetycznych.
4. Obliczanie stałej Michaelisa oraz szybkości maksymalnej dla schematu reakcji Michaelisa-Menten.
6. Obliczenia analityczne i komputerowe profili stężeniowych dla reakcji następczych, równoległych oraz następczo-równoległych z użyciem MathCAD.
7. Wyznaczanie stężenia maksymalnego w reakcjach następczych – optymalizacja warunków reakcji na podstawie znajomości postaci całkowej równania kinetycznego.

Pozostałe informacje
Metody i techniki kształcenia:
  • Wykład: Treści prezentowane na wykładzie są przekazywane w formie prezentacji ustnej wspomaganej klasycznym wykładem tablicowym oraz prezentacją multimedialną
  • Ćwiczenia laboratoryjne: Praca własna studenta na zajęciach laboratoryjnych i komputerowych polegająca na samodzielnym wykonaniu eksperymentów zgodnie z instrukcją do ćwiczeń, analizie otrzymanych danych w pracowni komputerowej i opracowaniu sprawozdania.
Warunki i sposób zaliczenia poszczególnych form zajęć, w tym zasady zaliczeń poprawkowych, a także warunki dopuszczenia do egzaminu:

WYKŁAD:
1. Obecność 50 % na wykładach
2. Uzyskanie pozytywnej oceny z kolokwium zaliczeniowego
3. Studenci, którzy spełnili warunek obecności na wykładach (p. 1) mają możliwość napisania lub poprawy kolokwium zaliczeniowego w dwóch dodatkowych terminach ustalonych zgodnie z regulaminem studiów w AGH.

ĆWICZENIA LABORATORYJNE:
1. Obecność 100% na ćwiczeniach w laboratorium oraz 80% w pracowni komputerowej
2. Oddanie indywidualnych sprawozdań z wykonanych prac laboratoryjnych i komputerowych, wg poleceń zawartych w instrukcjach do ćwiczeń oraz wskazówek prowadzącego
3. Uzyskanie zaliczenia z każdego sprawozdania
4. Uzyskanie pozytywnej oceny z kolokwium obejmującego całość zagadnień poruszanych na ćwiczeniach lab.-komp.
5. Studenci, którzy spełnili warunek obecności na ćwiczeniach (p. 1), oddali w terminie wszystkie sprawozdania (p. 2) i zostały one ocenione pozytywnie (zal.) mają możliwość napisania lub poprawy kolokwium zaliczeniowego w dwóch dodatkowych terminach ustalonych zgodnie z regulaminem studiów w AGH.

Zasady udziału w zajęciach:
  • Wykład:
    – Obecność obowiązkowa: Nie
    – Zasady udziału w zajęciach: 1. Wymagany aktualny wpis na 1 semestr II stopnia studiów na Kierunku: Metalurgia i Recykling (Wydział Metali Nieżelaznych, AGH) 2. Rejestracja audiowizualna wykładu wymaga zgody prowadzącego
  • Ćwiczenia laboratoryjne:
    – Obecność obowiązkowa: Tak
    – Zasady udziału w zajęciach: 1. Aktualny wpis na 1 semestr II stopnia studiów na Kierunku: Recykling i Metalurgia (Wydział Metali Nieżelaznych, AGH). 2. Znajomość treści instrukcji do ćwiczeń oraz sposobu ich wykonania - weryfikowane przed zajęciami przez prowadzącego.
Sposób obliczania oceny końcowej:

Ocena końcowa (OK) = ocena z ćwiczeń laboratoryjnych (OL) x 0.5 + ocena z kolokwium zaliczeniowego (OZ) x 0.5
OK = 0.5xOL + 0.5xOZ

Sposób i tryb wyrównywania zaległości powstałych wskutek nieobecności studenta na zajęciach:

WYKŁAD:
Posiadanie notatek z zaległych wykładów oraz zapoznanie się z ich treścią. Przyswojenie zaległych wiadomości weryfikowane jest na egzaminie.

ĆWICZENIA LABORATORYJNE:
Dopuszczalna jest jedna nieobecność studenta na ćwiczeniach laboratoryjnych, która może zostać usprawiedliwiona, po odrobieniu przez niego zaległego ćwiczenia na zajęciach dodatkowych, przewidywanych po zakończeniu planowych ćwiczeń laboratoryjnych. Zajęcia te odbędą się pod koniec trwającego semestru (o dacie zajęć poinformuje prowadzący).

Wymagania wstępne i dodatkowe, z uwzględnieniem sekwencyjności modułów :

Udział w wykładach i laboratoriach jest możliwy dla studentów, którzy posiadają aktualny wpis na 1 semestr II stopnia studiów na Kierunku: Recykling i Metalurgia (Wydział Metali Nieżelaznych, AGH).

Zalecana literatura i pomoce naukowe:

1. A. Molski: “Wprowadzenie do kinetyki chemicznej”, WNT, Warszawa 2001.
2. M.J. Pilling, P.W. Seakins: “Reaction Kinetics”, Oxford University Press, Oxford 2011.
3. P.L. Huston: “Chemical Kinetics and Reaction Dynamics”, Dover, Mineola-New York 2001.
4. P.W. Atkins: “Chemia Fizyczna”, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2001.
5. R.A. Alberty, R.J. Silbey: “Physical Chemistry”, John Wiley, 1995.
6. P. Barret: “Kinetyka chemiczna w układach heterogenicznych”, PWN, Warszawa 1979.
ZBIORY ZADAŃ:
7. P.W. Atkins, C.A. Trapp, M.P. Cady, C. Giunta: “Chemia Fizyczna. Zbiór zadań z rozwiązaniami”, PWN, Warszawa 2001.
8. A. Kisza, P. Freundlich: “Ćwiczenia rachunkowe z chemii fizycznej”, Wydawnictwo Uniwersytetu Wrocławskiego, Wrocław 2004.

Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu:

1. K. Pacławski, K. Fitzner: Kinetics of Gold(III) Chloride Complexes Reduction Using Sulfur(IV).
Metallurgical and Materials Transactions B, 35B (2004) 1071-1085.
2. K. Pacławski, K. Fitzner: Cationic Effect in the Redox Reaction Between [AuCl4]- and [HSO3]- Ions. Archives of Metallurgy and Materials, 50 (2005) 1003-1015.
3. K. Pacławski, K .Fitzner: Kinetics of Reduction of Gold(III) Chloride Complexes Using H2O2. Metallurgical and Materials Transactions B, 37B (2006) 703-714.
4. K. Pacławski, M. Wojnicki: Kinetics of the adsorption of gold(III) chloride complex ions onto activated carbon. Archives of Metallurgy and Materials, 54 (2009) 853-860.
5. M. Luty-Błocho, K. Pacławski, W. Jaworski, B. Streszewski, K. Fitzner: Kinetic studies of gold nanoparticles formation in the batch and in the flow microreactor system. Progress in Colloid and Polymer Science, 138 (2011) 39-43.

Informacje dodatkowe:

Sprawy i zagadnienia związane z uczestnictwem w zajęciach lub opracowaniem sprawozdania, można konsultować również poza godzinami konsultacji, po wcześniejszym uzgodnieniu z prowadzącym (ustnie lub przez e-mail).