De categorie van cursussen uit het programma chem4all

In de cursus Analytische chemie wordt ingegaan op verschillende analysetechnieken, waarmee men stoffen kan duiden en/of de concentratie ervan kan bepalen in een mengsel. Hierbij denken we aan onder andere spectroscopische methoden zoals infrarood (IR) kernspinresonantie (NMR). Waar er gekeken wordt hoe moleculen zijn opgebouwd. Daarnaast is er ook aandacht voor methoden die gebruikt worden om mengsels te scheiden en daar kwantitatieve analyses aan uit te voeren. Een mooi voorbeeld hiervan is “high-performance” vloeistofchromatografie (HPLC). Het mag duidelijk zijn dat het verfijnen van deze zuiverings- en detectietechnieken veel toepassingen heeft in allerlei gebieden van de scheikunde. Denk bijvoorbeeld aan het probleem van waterzuivering of de productie van medicijnen, maar ook doping in sport en de keuring voedsel behoren tot de onderzochte terreinen. In deze cursus zal er naast theoretische beschouwingen over het vakgebied ook tijd ingeruimd worden om “hands on” te werken met een aantal technieken. De cursus omvat een analysepracticum met daarin de volgende onderdelen:

  • UV/Vis – AAS: analytische gebruik van deze technieken
  • GLC: het begrijpen van principe chromatografie
  • HPLC: caffeine in koffie bepaling gekoppeld aan vraagstelling.
  • GC/MS-NMR-IR in combinatie met labwerk

Deze cursus bestaat uit onderdelen Industriële chemie en Groene chemie.

Het doel van onderdeel Industriële chemie is om de deelnemers bekend te maken met de basisprincipes van de chemische procestechnologie. Gedurende de cursus zal een ontwerp worden gemaakt van (bestaand) industrieel chemisch proces, op basis van informatie die wordt aangereikt tijdens de colleges en de open literatuur. Hierbij wordt ingegaan op industriële chemische reactoren en scheidingstechnieken. Het industriële proces wordt vereenvoudigd om vervolgens met massa en energiebalansen hieraan te kunnen rekenen. Uiteindelijk zal er een technisch en economisch evaluatie van het ontwerp worden gedaan.

Na afloop van de cursus kan de student:

  1. globaal verschillende bestaande grote industriële chemische processen beschrijven, evenals mogelijke toekomstige (duurzame) alternatieven voor deze processen.
  2. balansen voor massa en energie opstellen over een geheel proces, en over de verschillende ‘unit operations’ binnen dat proces.
  3. globaal beschrijven welke chemische reactoren er in de chemische industrie worden gebruikt, en voor de basisreactoren een kwantitatieve beschrijving geven.
  4. de concepten evenwicht- en snelheid gebaseerde moleculaire scheiding uitleggen, en eenvoudige berekeningen hieraan uitvoeren.
  5. de socio-economische aspecten van chemische processen inschatten, onder andere met betrekking tot veiligheid en efficiëntie.

Green chemistry (GCh) is defined as the design of chemical products and processes that reduce or eliminate the use and generation of hazardous substances. The 12 principles of Green Chemistry provide a set of guideline principles for design at the molecular level. During the course Green chemistry, the principles of Green Chemistry are explained, and case studies are provided. The main definitions in the field are explained and calculation of green matrices on case studies is presented. Furthermore, most important focus areas are alternative solvents, catalysis in biphasic systems and heterogeneous catalysis for the conversion of renewable resources. The course also aims to enable future generation of chemists to actively use knowledge of green chemistry when transitioning to positions in academia or industry. Therefore, during the course reading assignments are given and discussion about the most important topics encouraged. At the end of the course, the students are asked to prepare a power point presentations about a selected research paper, critically evaluate the environmental impact of the process presented and suggest possible improvements.

After the course, the student will be able to:

  1. Provide the definition of: Green Chemistry, Sustainability, Risk, Hazard, Exposure, Atom Economy, E-Factor, Toxiciy, Greenhouse gas, renewable resources
  2. Briefly summarize the 12 principles of Green Chemistry and explain to what end they have been created; Identify and explain the main drivers of sustainable development
  3. Calculate the E-factor and Atom economy for a given reaction, compare the environmental impact of reactions based on these metrics
  4. Describe the physical and chemical properties of alternative reaction media discussed during the course (scCO2, water,fluorocarbons); explain how these alternative solvents can be implemented for a given reaction or case study
  5. Describe the principles of “catalysis in biphasic systems” , identify the benefits of this concept related to green chemistry, and explain how this concept can be implemented for a given reaction
  6. Construct simple reaction schemes related to the conversion of renewable resources to useful chemicals
  7. Critically view (or evaluate) a given process (catalyst, solvent, starting materials, products) in terms of environmental impact and propose (design) appropriate improvements to make the process ‘greener’

Deze cursus is opgebouwd uit onderdelen Anorganische chemie en Katalyse.

Anorganische stoffen zijn niet meer weg te denken uit onze samenleving. Ze worden ondermeer gebruikt in displays, LCD en plasma schermen, katalysatoren, geneesmiddelen. De moleculaire structuur en opbouw van dergelijke stoffen bepalen in grote mate hun eigenschappen. Dit bepaalt het doel van de colleges Anorganische chemie: we gaan uitzoeken hoe de eigenschappen van anorganische verbindingen afhangen van hun opbouw en structuur. Om dat te bereiken zullen een aantal concepten rond atoom/molecuul bouw zoals atomaire en moleculaire orbitalen geïntroduceerd worden. Daarna gaan we dieper in op de eigenschappen en reaktiviteit van verschillende anorganische verbindingen.

De onderwerpen die aan bod komen zijn:

  • binding in moleculen: atomaire orbitalen, moleculair orbitalen
  • Coördinatie verbindingen: naamgeving, opbouw, chiraliteit, complex vorming
  • d-metaal complexen: structuur, eigenschappen
  • reactie van metaal complexen
  • banden theorie

Katalyse is overal. Katalysatoren zijn o.a. te vinden in ons lichaam (enzymen zijn essentieel voor het leven), in auto’s (om uitlaatgassen te reinigen), in waspoeders (om voedselresten op je vuile kleren af te breken) en in de chemische, voedings- en procesindustrie (geen benzine, plastic, bier, brood of wijn zonder de juiste katalysator). De cursus Katalyse beoogt om je inzicht te vergroten in chemische omzettingen en stoffen die dergelijke processen kunnen katalyseren. De algemene theorie van de katalyse, waarbij energiediagrammen, substraatbinding/adsorptie en elementaire reactiestappen aan bod komen, alsook de kinetiek van katalytische processen. Aandacht gaat hierbij naar de verschillende uitvoeringsvormen van katalyse, meer specifiek de homogene katalyse (overgangsmetaalkatalyse, organokatalyse, asymmetrische katalyse), heterogene katalyse (zeolieten, gedragen metaalkatalysatoren, adsorptie) en biokatalyse (zuur/base-katalyse, covalente katalyse). Duurzaamheid speelt een belangrijke rol in deze cursus. De dagdelen zullen beginnen met een college over het gegeven onderwerp. Daarna wordt er gewerkt aan opgaven om de stof verder eigen te maken. Deze opgaven worden in de loop van de colleges gezamenlijk of individueel besproken.

Deze cursus bestaat uit onderdelen Organische chemie en Macromoleculaire chemie. 

Koolstof is het centrale atoom van de levende natuur. Organische chemie ofwel koolstofchemie heet daarom ook wel de chemie van het leven. Organisch chemici spelen een belangrijke rol bij het medicijnenonderzoek maar ook bij de ontwikkeling van kunststoffen en elektronische materialen. Daarnaast zal de organische chemie een grote spelen in de overstap naar duurzame energie en grondstoffen. In een 5-tal bijeenkomsten zullen de grondslagen van de organische chemie behandeld worden waarbij ook de nieuwe onderdelen van de VWO-examenstof aan bod komen. In de laatste bijeenkomst kijken we naar de sleutelrol die CO2 al meer dan 3 miljard speelt in de levende natuur, de problemen veroorzaakt door de antropogene uitstoot en of wellicht CO2 ook een rol kan spelen bij mogelijke oplossingen. De bijeenkomsten zullen bestaan uit hoorcolleges en daarna het gezamenlijk maken van opgaven.

Na de colleges Organische chemie beschik je over de volgende kennis:

  • Atomic structure and properties, Diatomic molecules & Valence bond theory for polyatomic molecules.
  • Isomerism and stereochemistry.
  • Organic reaction mechanisms.
  • Halogenoalkanes: substitution and elimination reactions.
  • De chemie van energie en grondstoffen in de toekomst.

De colleges Macromoleculaire chemie zijn bedoeld als een kennismaking met het vakgebied van de moderne polymeren. Polymeerwetenschap en toepassingen van polymeren in de praktijk vereisen een grondige kennis zowel van synthese van polymeren als van karakterisering en eigenschappen. Na de colleges Macromoleculaire chemie beschik je over de volgende kennis:

  • hoe polymeren van andere materialen verschillen
  • welke polymeerklassen bestaan en hoe je ze kunt identificeren
  • de verschillende microstructuren en de daaraan gerelateerde eigenschappen en toepassingen van het gevormde polymeer
  • welke reactie typen er zijn om polymeren te synthetiseren
  • welke reacties polymeren kunnen ondergaan
  • hoe je polymeren kunt karakteriseren
  • welke processen gebruikt worden om polymeren te verwerken en hoe deze processen de eigenschappen van het materiaal kunnen beïnvloeden

De enorme verscheidenheid van levensvormen die we kennen roept in eerste instantie twijfel op aan het bestaan van algemene moleculaire principes voor de structuur en het functioneren van levende organismen. Onder de enorme uiterlijke verscheidenheid van levende organismen gaat een opmerkelijke mate van uniformiteit schuil. De kennis van het DNA, de genetische code van het leven, van steeds meer organismes laat overduidelijk de verwantschap tussen mens, dier, gist en zelfs bacterie zien. Met de ontrafeling van het menselijk genoom en de vooruitgang binnen de levenswetenschappen komen we steeds meer te weten over de rol van verschillende biomoleculen in belangrijke cellulaire processen. In dit vak wordt aandacht besteed aan de opbouw van macromoleculen in de cel, genen en genexpressie en (het functioneren van) verschillende klassen van eiwitmoleculen die betrokken zijn bij belangrijke cellulaire processen zoals cellulaire communicatie, het metabolisme en membraantransport. Waar biologen inzoomen op de functie, proberen chemici de eigenschappen op macroniveau te verklaren vanuit de deeltjes op microniveau. Dit vak vervult daarin een brugfunctie waarbij je zult zien dat we soms tot op atomair niveau kunnen aanwijzen waarom een bepaald biologisch proces verloopt. Tot slot zullen er een aantal biochemische technieken worden behandeld die gebruikt kunnen worden om deze processen te bestuderen.

In deze cursus wordt een eerste inzicht gegeven in de manier waarop chemische bindingen in moleculen kunnen worden beschreven. Allereerst wordt ingegaan op de vraag wat de kwantummechanica ons (in kwalitatieve zin) leert over de elektronenstructuur van de elementen en hoe je hiermee kunt verklaren waarom het periodiek systeem periodiek is en waarom de elementen hun specifieke eigenschappen bezitten. Daarna wordt de kennis over het atoom aangewend om de bindingen tussen atomen te begrijpen en te voorspellen. Verschillende praktische modellen voor het verklaren en voorspellen van moleculaire bindingen en moleculaire structuur zullen worden behandeld. Ook wordt er ingegaan op moleculaire symmetrie en op interacties die tussen moleculen kunnen bestaan. De bijeenkomsten zullen bestaan uit hoorcolleges, het gezamenlijk maken van opgaven en het oefenen met computermodules. Zelfstudie is een belangrijk onderdeel van deze cursus.

Het doel van deze cursus is om de deelnemers bekend te maken met de basisprincipes van de chemische procestechnologie. Gedurende de cursus zal een ontwerp worden gemaakt van (bestaand) industrieel chemisch proces, op basis van informatie die wordt aangereikt tijdens de colleges en de open literatuur. Hierbij wordt ingegaan op industriële chemische reactoren en scheidingstechnieken. Het industriële proces wordt vereenvoudigd om vervolgens met massa en energiebalansen hieraan te kunnen rekenen. Uiteindelijk zal er een technisch en economisch evaluatie van het ontwerp worden gedaan.