化学与预备年级 BSc (Hons)

Cardiff University - 卡迪夫大学

本模块介绍了元素特性和周期表的基本描述、固体和分子结构以及键合，并将这些与原子的电子结构联系起来。摩尔作为一个单位被引入，以便考虑对化学计量的定量处理。实践工作介绍了基本化学设备的使用和处理，并说明了简单化学物质的行为。.

本模块为定量理解以下内容提供了基础：（i）气体动力学理论（该理论的发展是为了考虑液体和固体的性质）；（ii）平衡以及平衡常数和pH值的概念；（iii）化学反应中的能量变化以及热力学的基本原理；（iv）化学反应的速率以及速率决定步骤和活化能的概念。.

本单元通过参考简单体系和具有工业、生物和医学重要性的特定化合物，介绍了有机化合物的主要类型。描述了这些类型中较重要的反应，并从所涉及的官能团的电子结构方面加以解释。实践工作说明了有机化合物的制备、分离和纯化中所涉及的基本技术。.

本模块介绍了元素属性中的周期性概念，并涵盖了一般的主题。讨论了氢和周期表中选定元素的一些基本化学知识。讨论了金属离子在溶液中的简单配位化学，以及与氧化态变化和电子转移有关的氧化和还原思想。还探讨了定量分析的原则和实践。.

本模块介绍了与温室气体排放、空气污染、塑料污染、原料供应有关的问题。在介绍了这些挑战之后，本模块介绍了绿色化学的概念，化学在解决上述挑战中的作用；与绿色化学相关的指标，以及从可再生原料（如废弃生物质）中可持续地生产化学品和燃料，包括线性经济和循环经济之间的区别。本模块进一步介绍了催化方法，作为传统化学合成的一种更环保的替代方法。.

本模块介绍了法医化学的基本概念。它将解释与法医证据的化学分析有关的一些关键概念，包括一系列的痕迹和接触证据，如DNA、体液、毒品、指纹和枪击残留物。将涵盖一系列的现代分析方法。.

该模块涵盖了学习科学学科的学生所需的基本数学操作技能。本模块从复习算术技能开始，然后说明如何操作和重新排列代数表达式。这包括对分数、幂、括号、因子等的探索。 通过研究图形技术来介绍函数的概念，然后通过应用本单元开始时介绍的许多代数方法来重新加强。对一系列函数的性质和图形进行分析，包括多项式、倒数和指数，并对一系列的例子进行探讨。.

本模块首先介绍了集合理论的一些基本符号，以及如何用这种方式描述 "集合 "或 "事件 "来定义和计算概率。这导致了对一些特殊的概率分布（离散和连续）及其应用的进一步研究。在研究一些可用于对观察或假设得出结论的统计技术之前，还研究了探索和说明数据的方法。.

本模块旨在为学生在科学学科中的学习和工作做好准备。该模块的重点是在科学研究和文献中看到的一般框架和方法，重点是批判性分析能力。本模块的内容将支持整个学位计划中其他模块的学习和实践。.

实验化学是对整个学科的全面了解的核心。本模块提供了跨越整个化学领域的实践和解释技能。将进行涵盖有机、无机、物理、分析化学和光谱学等传统领域的实验。实验结果（样品、数据集、光谱）将被解释和分析。实验结果将与适当的理论和机制联系起来，以提供一个连贯和全面的学科观点。.

本模块的目的是为学生提供对支撑化学学位课程的数学技术的理解。它将使他们能够跟踪这些技术在其他模块中的应用，并在需要时使用这些技术。.

本模块的目的是介绍解释物理化学中关键概念所需的基本物理背景。这包括理解该领域的关键概念所需的基本数学处理和机械。该模块的目的是让学生了解原子水平的属性和事件如何导致宏观水平的变化和过程。.

本模块首先从量子力学的角度描述原子结构，并从这个角度介绍了电子能级（原子轨道）。这导致通过周期表的背景，其结构和它的使用。元素特性的趋势被回顾。 小分子中的简单键合模型被开发出来，然后扩展到包括金属络合物。介绍了晶体场理论，并将讨论扩大到包括配体场理论，从而对d轨道的能量分裂有了基本的了解。 介绍常见的晶体形式，包括金属和离子固态结构的紧密堆积描述。涵盖了离子固体的晶格能和Born-Haber循环、半径比规则、Madelung常数和Kapustinskii方程，以及晶格焓与离子固体的溶解度和稳定性之间的关系。.

本模块为学习者提供了必要的知识基础，使他们能够理解有机分子的化学行为及其与生物系统的相关性。它涉及到有机化合物的结构、形状和对不同类别试剂的反应性。一般原则被用来确定反应性的系统模式以及结构对化合物特性的影响。.

本模块旨在激发学生在化学领域的兴趣和热情，同时温和地将他们引入大学生活。它将构成第一年的头两个星期，作为学校式教学的过渡，并作为后续更正式教学的前奏。 本模块介绍了一些基本技能、学习资源和学生未来学习所需的技术。实验室工作将被引入，安全方面和技能将得到发展。本模块主要强调团队合作，将培养学生的社区和归属感，提高学生的参与度和承诺。.

本模块建立在成功完成一年级模块CH5102所获得的知识、理解和技能的基础上，进一步探索主族和过渡元素的化学。考虑到p族元素及其化合物的行为趋势，特别关注惰性对效应、d轨道的作用、p键，以及主族和 "缺电子 "化合物的结构和键。 过渡金属配合物的取代和氧化还原反应的机制被描述。在配体场理论方面，反应性和磁性的趋势被解释。 学生将对过渡金属配合物中的键合有一个正式的理解，作为理解这种配合物的光谱学和反应性的平台。 学生将发展有机金属化学的系统知识，从而探索有机和无机化学之间的一些概念性联系。.

本模块建立在成功完成一年级模块CH5108和CH5110所获得的知识、理解和技能上。学生将有机会提高他们的就业能力，通过提高他们在各个领域的专业知识，如：数据检索、分析和展示；团队工作；信息技术和沟通。.

本模块的目的是发展对物质的基本性质的理解，以及这与化学现象的关系。这包括基本的量子、热力学和对称性的论点，然后将这些论点与一系列光谱、动力学和凝聚态的应用联系起来。.

本模块建立在第一年介绍的概念基础上，对许多关键的有机官能团提供一个连贯的机理概述，包括其合成和反应性。在概述了高级羰基化学之后，将介绍芳香族、杂芳族和杂环族系统的合成和反应性，它们是制备对社会有重要意义的所有材料的关键组成部分。该模块的最后一节介绍了如何理解有机合成中的立体化学控制，即控制分子中原子的三维组织。.

本模块介绍了生命有机化学的原理，并以碳水化合物的代谢、氨基酸和肽的化学为例进行说明。生物分子的结构、物理性质和反应性将从电子结构和电子运动的角度得到合理的解释。.

本模块发展了分子光谱的使用、应用和解释。将描述这些技术在推断各种有机和无机化合物的分子结构方面的应用。主要重点是紫外-可见光吸收和核磁共振（NMR）光谱的应用。本模块将提供一些理论框架，将在实践模块CH5210中使用。.

实验化学是对整个学科的全面了解的核心。本模块提供了跨越整个化学领域的实践和解释技能。将进行涵盖有机、生物、无机、物理、分析化学和光谱学领域的实验。实验结果（样品、数据集、光谱）将被解释和分析。实验结果将与适当的理论和机制联系起来，以提供一个连贯的和全面的主题观点。.

这是一个实践工作的模块，旨在使学习者熟悉用于合成和/或仪器性质的实验的高级研究技术，以及信息技术的专业应用。 该模块还将包括旨在发展创业、批判性分析、解决问题、口头和书面交流等技能的练习，并提高学生的就业能力。.

本模块包括一个监督下的研究项目。这可能是在实践或理论化学的任何领域，包括教育和文献审查项目。督导员尽可能按照学生的意愿分配。学生准备一份书面报告和基于其结果的视频演示。这些都是由两位考官评分的。.

本模块将建立在第五级所介绍的概念之上，并将其发展到解决金属-配体和金属-金属相互作用的更高级的结合方案。此外，还将讨论八面体、四面体和低对称性配合物的定性和定量的光谱和磁性，从而对金属中心的电子状态进行详细分析。 该模块的最后部分专门讨论有机过渡金属化学，包括结构和结合、反应机制和催化作用。.

本模块显示1）如何利用逆向合成分析来设计目标合成；以及2）如何将现代反应应用于目标有机分子的合成。.

该模块描述了分子和固体的量子和统计力学描述的基本概念。从解决模型系统的薛定谔方程开始，将讨论用于近似描述分子电子结构的量子力学方法及其应用。统计力学将以分区函数的定义为基础，并在讨论热力学和动力学时采用这种定义。量子力学扩展到固体状态，将为金属、半导电体和绝缘体的电子结构的带状理论描述奠定基础。.

本模块讨论了蛋白质的结构和化学，蛋白质功能的原理，酶的动力学和催化机制，含过渡金属的蛋白质的化学和功能，DNA和RNA的结构和化学，转录和翻译，以及翻译后修饰。 该模块说明了化学结构和反应机制的基础知识如何应用于对蛋白质和核酸功能特性的详细了解。酶的催化和动力学原理将被讨论，同时概述金属在细胞化学中发挥的作用，包括过渡金属介导的氧化和还原过程。将介绍DNA合成、扩增和测序的现代方法，以及细胞DNA修复机制的化学概述。本模块的最后部分将讨论转录、翻译和蛋白质合成的遗传密码，以及对可以调节蛋白质生化功能的化学修饰的简要概述。在整个模块中，将介绍药物化学中干扰生化途径的概念。.