C3401 Fyzikální chemie I

Přírodovědecká fakulta
podzim 2004
Rozsah
2/0/0. 2 kr. (příf plus uk plus > 4). Doporučované ukončení: zk. Jiná možná ukončení: k.
Vyučující
prof. RNDr. Jan Vřešťál, DrSc. (přednášející)
Garance
prof. RNDr. Jan Vřešťál, DrSc.
Chemická sekce – Přírodovědecká fakulta
Rozvrh
Út 7:00–8:50 02004
Předpoklady
Kurz obecné chemie, kurz vysokoškolské matematiky (C1400, C1460)
Omezení zápisu do předmětu
Předmět je nabízen i studentům mimo mateřské obory.
Mateřské obory/plány
Cíle předmětu
Obsahem předmětu jsou základy fyzikální chemie soustav v rovnováze. Jednotlivé kapitoly pojednávají o těchto tématech: Ideální a reálný plyn. Termodynamika. První a druhá věta. Gibbsova energie. Povrchy. Směsi. Fázové rovnováhy.Chemické rovnováhy. Základní pojmy statistické termodynamiky. Rovnovážná elektrochemie. Důraz je kladen na molekulární interpretaci pozorovaných jevů. Cílem je získat základní znalosti, umožňující samostatné řešení praktických problémů v oblasti rovnováh fázových, chemických a elektrochemických.
Osnova
  • 1. Objekt studia fyzikální chemie, charakteristiky skupenství hmoty, mikroskopické a makroskopické jevy. Ideální a reálné plyny, jejich stavová rovnice. Směsi plynů, parciální tlaky. Kritický stav, princip korespondujících stavů. 2. Termodynamika. Systém a okolí. Intenzivní a extenzivní vlastnosti, tepelná rovnováha, teplota, tlak, nultá věta. 3. První věta. Její formulace pro izolovaný a uzavřený systém, vnitřní energie, teplo, práce. Stavové funkce. Termodynamická reverzibilita. Enthalpie, tepelné kapacity za konstantního tlaku a objemu. Exo- a endothermické děje. Standardní stavy. Hessův zákon. Kirchhoffova rovnice. Jouleův-Thomsonův jev. Kalorimetrie. 4. Druhá věta. Samovolné a nevratné procesy. Entropie. Clausiova nerovnost. Účinnost tepelného stroje. Carnotův cyklus. Třetí věta. 5. Gibbsova a Helmholtzova funkce. Maximální neobjemová práce. Gibbsova-Helmholtzova rovnice. Slučovací Gibbsova funkce. Závislost Gibbsovy funkce na tlaku a teplotě. Chemický potenciál ideálního plynu. 6. Chemický potenciál a jeho závislost na složení. Fugacity a fugacitní koeficienty. Fázové rovnováhy v jednosložkových soustavách Fázové přeměny čisté látky. Obecná podmínka fázové rovnováhy. 7. Závislost chemického potenciálu čisté látky na teplotě a tlaku. Stabilita fází. Fázový diagram. Clapeyronova a Clausiova-Clapeyronova rovnice. Klasifikace fázových přechodů. 8. Povrchy. Povrchová energie. Bubliny, dutiny, kapky, kapilární jevy. Směsi. Parciální molární veličiny. Gibbsova-Duhemova rovnice. Raoultův a Henryho zákon. Termodynamika mísení. Aktivity a aktivitní koeficienty, dodatkové funkce. Kapalné roztoky. 9. Koligativní vlastnosti, ebulioskopie, kryoskopie. Fázové rovnováhy ve vícesložkových soustavách. Gibbsovo fázové pravidlo. Izobarické fázové diagramy dvousložkových soustav kapalina-kapalina a kapalina-pevná látka. Soustavy s chemickou sloučeninou. Trojsložkové fázové diagramy. 10.Chemické rovnováhy. Závislost Gibbsovy funkce na rozsahu reakce. Rovnovážná konstanta a její závislost na tlaku a na teplotě. Le Chatelierův princip. Tabelované hodnoty stavových funkcí. 11. Základní pojmy statistické termodynamiky. Konfigurace a její váha, Mikrostavy a makrostavy. Schroedingerova rovnice a jeji řešení. Energetické stavy molekul. Boltzmannovo rozdělení, molekulární rozdělovací funkce a její vztah ke vnitřní energii a entropii. Kanonický soubor a jeho rozdělovací funkce. Sackurova-Tetrodova rovnice. Translační, rotační, vibrační a elektronický příspěvek k rozdělovací funkci. Výpočet rovnovážné konstanty. 12. Rovnovážná elektrochemie. Rovnováhy v roztocích iontů. Aktivity iontů v roztocích. Debyeova-Hückelova teorie silných elektrolytů, iontová atmosféra, iontová síla. Součin rozpustnosti. 13. Elektrochemické články. Galvanické a elektrolytické články. Standardní potenciál elektrody, redoxní schopnost. Danielův článek. Druhy elektrod. Elektromotorické napětí a potenciály elektrod. Nernstova rovnice. 14. Oxidačně-redukční potenciály. Kapalinové spojení a membránový potenciál. Termodynamika elektrochemických článků. Závislost elektromotorického napětí článku na teplotě, výpočet termodynamických funkcí reakce v článku. pH a jeho měření.
Literatura
  • ATKINS, P. W. Physical chemistry. 6th ed. Oxford: Oxford University Press, 1998, 1014 s. ISBN 0198501013. info
Metody hodnocení
Výuka probíhá týdně, ukončení je písemnou (řešení příkladů) a ústní zkouškou.
Informace učitele
K úspěšnému ukončení předmětu se požaduje znalost výše uvedené látky včetně schopnosti řešení praktických příkladů. Hlavní okruhy otázek: Vlastnosti ideálních a reálných plynů. Termodynamické axiomy (věty) a jejich aplikace. Termodynamický popis čistých látek, směsí a chemických reakcí. Fázové rovnováhy v jednosložkových a vícesložkových soustavách. Chemické rovnováhy. Základy statistické termodynamiky. Rovnovážná elektrochemie. Znalosti a dovednosti, které by měl student nabýt absolvováním předmětu: Student získá základní vědomosti, potřebné pro práci se systémy v rovnováze fázové, chemické a elektrochemické, včetně schopnosti řešení praktických příkladů a schopnosti molekulární interpretace jevů.
Další komentáře
Předmět je dovoleno ukončit i mimo zkouškové období.
Předmět je vyučován každoročně.
Nachází se v prerekvizitách jiných předmětů
Předmět je zařazen také v obdobích podzim 1999, podzim 2000, podzim 2001, podzim 2002, podzim 2003.
  • Statistika zápisu (nejnovější)
  • Permalink: https://is.muni.cz/predmet/sci/podzim2004/C3401