C1740 Základy fyzikální chemie

Přírodovědecká fakulta
jaro 2025
Rozsah
2/0/0. 2 kr. (plus ukončení). Ukončení: zk.
Vyučující
doc. Mgr. Markéta Munzarová, Dr. rer. nat. (přednášející)
Mgr. Hugo Semrád, Ph.D. (cvičící)
Garance
doc. Mgr. Markéta Munzarová, Dr. rer. nat.
Ústav chemie – Chemická sekce – Přírodovědecká fakulta
Dodavatelské pracoviště: Ústav chemie – Chemická sekce – Přírodovědecká fakulta
Předpoklady
Kurz matematiky v rozsahu prvního semestru bakalářských studijních programů chemických, biochemických, biofyzikálních nebo environmentálních.
Omezení zápisu do předmětu
Předmět je nabízen i studentům mimo mateřské obory.
Mateřské obory/plány
Cíle předmětu
A. Porozumění základním konceptům chemické termodynamiky a kinetiky s ohledem na dříve, souběžně a později probíhající kurzy. B. Postupné budování abstrakce.
Výstupy z učení
Po absolvování tohoto kurzu budou studenti rozumět fundamentálním konceptům chemické termodynamiky a kinetiky. Dále budou schopni řešit výpočetní úlohy z oblasti termodynamiky a chemické kinetiky a budou umět provést jednoduchá odvození základních termodynamických vztahů.
Osnova
  • 1. Ideální plyn. Vnitřní energie.
  • Stavová rovnice ideálního plynu. Směsi plynů. Základní pojmy termodynamiky. Vnitřní energie. První termodynamický zákon.
  • 2. Objemová práce a tepelné efekty.
  • Objemová práce: shrnutí vztahů a jejich interpretace. Tepelné efekty: kalorimetrie a tepelné kapacity. Entalpie vs. vnitřní energie, kalorimetrie.
  • 3. Termochemie.
  • Standardní entalpie. Změny entalpie při fyzikálních a chemických přeměnách, Bornův-Haberův cyklus. Standardní slučovací entalpie. Hessův zákon.
  • 4. Druhý termodynamický zákon I.
  • Entropie: termodynamická definice a statistický pohled, entropie jako stavová veličina, Clausiova nerovnost. Změny entropie doprovázející vybrané děje.
  • 5. Druhý termodynamický zákon II.
  • Třetí zákon termodynamiky. Helmholtzova a Gibbsova energie: Kritéria samovolnosti a maximální práce. Standardní molární Gibbsova energie. Spojení prvního a druhého termodynamického zákona: FunZávislost Gibbsovy energie na teplotě a tlaku.
  • 6. Fázové přechody čistých látek.
  • Fázové diagramy: fázová stabilita, koexistenční křivky, tři typické fázové diagramy. Termodynamické aspekty fázových přechodů: Závislost stability na podmínkách. Clausius-Clapeyronova rovnice.
  • 7. Jednoduché směsi I: Termodynamický popis. Chemický potenciál. Gibbsova-Duhemova rovnice. Směšovací Gibbsova energie ideálních plynů. Ideální a ideální zředěné roztoky. Raoultův a Henryho zákon. Koligativní vlastnosti: zvýšení teploty varu, snížení teploty tání, osmóza.
  • 8. Jednoduché směsi II: Vlastnosti roztoků.
  • iagramy s tlakem par. Diagramy teplota-složení: destilace směsí, azeotropy. Fázové diagramy dvousložkových směsí.
  • 9. Chemická rovnováha I.
  • Molalita. Snížení tlaku nasycených par. Snížení bodu tání a zvýšení bodu varu. Osmóza. Vratnost reakcí. Rovnováha a zákon působení hmoty. Termodynamický původ rovnovážných konstant.
  • 10. Chemická rovnováha II.
  • Rovnovážné konstanty vyjádřené pomocí molárních koncentrací plynů. Jiné tvary rovnovážných konstant. Rozsah a směr reakce. Použití rovnovážných konstant. Odpověď rovnováh na změnu podmínek.
  • 11. Elektrochemie I.
  • Popis redoxních reakcí: poloreakce, celkové reakce a jejich vyrovnání. Galvanické články: Struktura, potenciál článku a reakční volná energie. Notace pro články. Standardní potenciály. Elektrochemická řada.
  • 12. Elektrochemie II.
  • Standardní potenciály a rovnovážné konstanty. Nernstova rovnice. Elektrolytické články. Produkty elektrolýzy. Elektrochemie v biochemii.
  • 13. Chemická kinetika I.
  • Reakční rychlosti: koncentrace a průměrná rychlost reakce, okamžitá rychlost reakce, rychlostní zákony a řád reakce. Koncentrace a čas: Rychlostní zákon 1. řádu v integrovaném tvaru, poločasy reakcí prvního řádu, rychlostní zákon 2. řádu v integrovaném tvaru.
  • 14. Chemická kinetika II.
  • Reakční mechanismy: Elementární reakce a jejich rychlostní zákony, žetězové reakce, rychlosti a rovnováha. Modely reakcí: vliv teploty, teorie tranzitního stavy. Urychlení reakcí: katalýza a enzymy.
Literatura
    doporučená literatura
  • ATKINS, P. W. a Julio DE PAULA. Fyzikální chemie. Vyd. 1. Praha: Vysoká škola chemicko-technologická v Praze, 2013, xxvi, 915. ISBN 9788070808306. info
  • ATKINS, P. W. a Julio DE PAULA. Atkins' physical chemistry. 8th ed. Oxford: Oxford University Press, 2006, xxx, 1064. ISBN 0198700725. info
    neurčeno
  • ATKINS, P. W. Fyzikálna chémia. 6. vyd. Bratislava: Slovenská technická univerzita v Bratislave, 1999, 308 s. ISBN 80-227-1238-8. info
Výukové metody
Předmět tvoří 14 přednášek. Při nich jsou prezentace pouze doplňkovým materiálem, nejdůležitější je ústní výklad se zápisem na virtuální tabuli. Vyučující používají barevná pera (černá, červená, modrá, zelená, oranžová) a hodí se mít podobný rozsah barev k dispozici na poznámky. Účast na přednáškách je nepovinná. Praxe však ukazuje, že návštěva přednášek významně zvyšuje pravděpodobnost úspěchu, popř. zisk dobrí známky u zkoušky.
Metody hodnocení
Závěrečný písemný test v délce trvání 110 minut. Obsaženy jsou převážně otevřené teoretické otázky a výpočetní úlohy. Minimální požadované skóre pro úspěšné ukončení je 60% bodů. Dobrovolné ústní dozkoušení umožňuje zlepšení známky o 1, výjimečně o 2 stupně.
Informace učitele
Předmět C1745 Základy fyzikální chemie - seminář je silně doporučen jako významná pomoc k úspěšnému absolvování předmětu C1740.
Další komentáře
Předmět je vyučován každoročně.
Výuka probíhá každý týden.
Nachází se v prerekvizitách jiných předmětů
  • Permalink: https://is.muni.cz/predmet/sci/jaro2025/C1740